第一章汽轮机级的工作原理资料

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汽轮机运行

汽轮机运行第一章汽轮机的工作原理一、汽轮机：是一种以具有一定温度和压力的水蒸气为工质，将热能转变为机械能的回转式原动机。

.二、单级气轮机结构：喷嘴，动叶片，叶轮和轴等基本部件组成。

类型：纯冲动式：只在喷嘴中膨胀，动叶片仅受蒸汽的冲动力。

反动式：一半在喷嘴中膨胀，一半在动叶片中膨胀。

焓降相等。

冲动式：大部分在喷嘴中膨胀，还有少部分在动叶片中膨胀。

带有反动度的冲动式气轮机。

三、.气轮机的分类：1.按工作原理：纯冲动式：反动式，冲动反动联合式气轮机。

2.按热力过程：凝汽式，背压式，调整抽汽式，中间在热式。

（背压式，调整抽汽式）统称供热式汽轮机。

3.按蒸汽参数：低压：新蒸汽的压力为1.176—1.47MPa 中压：1.96—3.92MPa高压：5.88—9.8MPa 超高压：11.76—13.72MPa 亚临界：15.68—17.642MPa 超临界：22.06MPa以上。

4.按蒸汽流动方向：周流式，轴流式，辐流式气轮机。

5.另外如单缸，双缸，多缸。

单轴，双轴气轮机等。

四、级的反动度等于蒸汽在动叶片中的理想焓降与整个级的滞止理想焓降之比。

根据级的反动度的大小，可把级分为以下三种类型：1.纯冲动级：ρm=02.反动级：反动度ρm≈0.5.P1 〉P23.带反动度的冲动级：反动度0〈ρm〈0.5 一般取ρm=0.05~0.2 P1〉P24.喷嘴出口理想速度可写成：如果是实际的速度还要乘上速度系数。

c1t=1.414 Δh n* u=πd b n/60（圆周速度)5.当喷嘴工作在过热蒸汽区域时，其流量系数一般可取0.97。

当喷嘴在湿蒸汽区域工作时，其流量系数却大于1◎蒸汽在喷嘴中的流动是绝热的、稳定的，它遵守连续流动方程q mυ=Ac 或q m=Ac 或A=q mυυ c◎因q m是一个常数，会出现四种情况：（1）比容及流速都在增大，如果比容和流速增加的速率相等，这是一个等截面喷嘴。

（2）如果比容增长的速率小于流速增加的速率，这是一个渐缩喷嘴。

汽轮机原理第一章

而大多数情况下复速级都是部分进汽的，故其反动度不宜过大，否则，由于反动度的增大会使动叶通道内的漏汽损失增大，导致级效率降低。
目前常见的复速级内总的反动度值约在5%～15%之间。
图1-23 带反动度的复速级的热力过程线
复速级的轮周功：复速级的轮周功等于两列动叶上产生的机械功之和。
Wu Wu Wu u c1 cos1 c2 cos2 c1cos1 c2cos2
➢ β 的大小与喷嘴的进口状态（、 p0* v0* ）、压力比εn和蒸汽的绝热指数κ有关。
Gn Gnc
k
2
1
2
k n
k 1
nk
k 1
2 k 1 k 1
1
0.546 n 1
n 0.546
三、蒸汽在喷嘴斜切部分中的膨胀
汽轮机弯曲型渐缩叶栅通道，在喉部后形成斜切出口通道，将此称为斜切部分。它的存在极大地改变了叶栅通道的流动特性。
极限膨胀压力比 1d
k
1d
p1d p0
2 k1
k 1
sin 1
2k k1
汽流偏转角
sin 1 1
sin
1
ccr c1t
cr 1t
图1-13 蒸汽在喷嘴斜切部分的膨胀
第三节蒸汽在动叶中的流动
圆周速度： u dmn
60
相对速度：W1、W2
绝对速度：C1、C2
➢ 进口速度三角形 ➢ 出口速度三角形
➢ 叶栅流道：喷嘴叶栅和动叶栅的安
装角s和s、喷嘴叶栅和动叶栅的叶型进口几何角0g和0g、喷嘴叶栅和动叶栅的叶型出口几何角1g和 1g、喷嘴出口汽流角1和动叶出口汽流角2等
喷嘴叶栅和动叶栅的几何参数
喷嘴叶栅结构尺寸：

汽轮机原理第一章级的工作原理

冲动式汽轮机的工作原理
冲动式汽轮机转子
反动式汽轮机断面示意图
反动度

表示蒸汽在动叶中膨胀程度的一个参数焓降反动度压力反动度

纯冲动级：

Ω=0，动叶前后的压差为零

反动级： Ω=0.5 冲动级： Ω=0.05~0.2 复速级：
汽轮机的工作过程

一元稳定绝热
2 k 1 1/ 2 0 2 k 1 2 2k p0 k k 1 1 1 k k k n n n n 0 k 1 0 k k
An
2 k 1 1/ 2 0 2k p0 k n n k 0 k 1 0
级的轮周效率

Pu1 轮周效率：轮周功和理想能量之比 u E 0
2 2 2 2 2 c0 c2 c2 ca c2 * E0 0 ht 1 ht 1 1 2 2 2 2 2
做功能力：单位质量蒸汽做功
w12 c12 u 2 2c 1u cos 1 c1 cos 1
2 2 w2 c2 u 2 2c 2 u cos 2 c2 cos 2
wu 2 2u

临界速度只和蒸汽滞止参数有关，和流动过程无关
临界压比
a 2k 0 0 2k 0 0 p00 kp11 p00 kp11 k 1 k 1
1
0 0 k p0 0 k
0 1 p1 p1 2 0 2 p1 2 p1 1 0 nc nc 0 0 k 1 1 p0 k 1 p0 p0 k 1
2 2 2

第一章汽轮机级的工作原理

第一章汽轮机级的工作原理第一节概述汽轮机是将蒸汽工质的热能转变成动能，再将动能转变成机械能的一种热机。

多级汽轮机由若干个级构成，而每个级就是汽轮机做功的基本单元，级是由喷管叶栅和与之相配合的动叶栅所组成。

喷管叶栅将蒸汽的热能转变成动能，动叶栅将蒸汽的动能转变成机械能。

一、蒸汽的冲动原理和反动原理高速汽流通过动叶栅时，发生动量变化对动叶栅产生冲力，使动叶栅转动做功而获得机械能。

由动量定理可知，机械能的大小决定于工作蒸汽的质量流量和速度变化量，质量流量越大，速度变化越大，作用力也越大。

图1—1所示为无膨胀的动叶通道，汽流在动叶汽道内不膨胀加速，而只随汽道形状改变其流动方向，汽流改变流动方向对汽道所产生的离心力，叫做冲动力，这时蒸汽所做的机械功等于它在动叶栅中动能的变化量，这种级叫做冲动级。

蒸汽在动叶汽道内随汽道改变流动方向的同时仍继续膨胀、加速，加速的汽流流出汽道时，对动叶栅将施加一个与汽流流出方向相反的反作用力，此力类似于火箭发射时，高速气体从火箭尾部流出，给火箭一个与流动方向相反的反作用力，这个作用力叫做反动力。

依靠反动力做功的级叫做反动级，如图1—2所示。

现代汽轮机级中，冲动力和反动力通常是同时作用的，在这两个力的台力作用下，使动叶栅旋转而产生机械功。

这两个力的作用效果是不同的，冲动力的做功能力较大，而反动力的流动效率较高，这一点会在以后的讨论中说明。

二、级的反动度为了说明汽轮机级中反动力所占的比例，即蒸汽在动叶中膨胀程度的大小，常用级的反动度Ω表示，它等于蒸汽在动叶栅中膨胀时的理想比焙降厶Ab和整个级的滞止理想比焰降△ht。

之比，即第5页截面上喷管和动叶中的理想比焙降所确定。

平均直径是动叶项部和根部处叶轮直径的平均值。

图1—3是级中蒸汽膨胀在焓熵图上的热力过程线。

o点是级前的蒸汽状态点，o*点是蒸汽等熵滞止到初速等于零的状态点，Pl、F2分别为喷管出口压力和动叶出口压力。

蒸汽从滞止状态o·点在级内等熵膨胀到P，时的比焙降厶AI。

第一章汽轮机的工作原理

压力级：蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程在级内只进行一次的级称为压力级。这种级在叶轮上只装一列动叶栅，故又称单列级。压力级可以是冲动级，也可以是反动级。速度级：蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程在级内进行一次以上的级称为速度级，速度级可以是双列的和多列的。只能是冲动式的。
第二节汽轮机的工作过程
与绝热指数及喷嘴压力比有关，其关系式如右。
k
2
1
2
k n
k 1
n k
k 1
2 k1
k
1
在亚临界条件下： <1，在临界和超临界条件下：＝1
❖ 与n的关系绘成如图所示的曲线。计算时，先在图上查取值，然后利用下式计算：
G Gcr 0.648An
p0* RT0*
（四）蒸汽在喷嘴斜切部分中的流动
出口截面:
G Anc1t 1t
ln sin1 tnc1t 1t
在实际结构中， lnln´，所以：
sin1
crccr 1t c1t
s in 1
对等熵流动，有以下等式成立：
1
1
1
cr 1t
pcr p1t
k
cr n
k
k
2
1
k
1
1
nk
ccr c1t
k1
k
1
1
k k1 k 1
临界压力比：临界压力与滞止初压之比即
cr
pcr p0*
对过热蒸汽，k = 1.3，则0.546 对于干饱和蒸汽，k = 1.135则0.577
3.喷嘴出口汽流实际速度： c1=c1t
----喷嘴速度系数喷嘴的动能损失:
hn 1 2 hn*

汽轮机原理第一章汽轮机级的工作原理

• 由捕水口，捕水室和疏水通道组成的级内捕水装置。 • 具有吸水缝的空心喷嘴 • 采用出汽边喷射蒸汽Байду номын сангаас空心喷嘴
•
提高动叶本身抗冲蚀能力
– 采用耐侵蚀性能强的的叶片材料 – 在叶片进汽边背弧上镶焊硬质合金 – 对叶片表面镀铬，局部高频淬应，电火花强化，氮化
• 冲动级的实际热力过程线 • 级效率
（连接）
x
– 又称端部损失，实质属于喷嘴和动叶的流动损失。主要决定于叶高。
• 叶轮摩擦损失
– 叶轮两侧及围带表面的粗糙度引起的摩擦损失 – 子午面内的涡流损失引起的损失
• 部分进汽损失
– 装有喷嘴的弧段长度Z*L（Z为喷嘴片数）于整个圆周长度∏*Dm的比值来表示部分进汽的程度，称为部分进气度，用e表示。 – 由于部分进汽带来的能量损失称为部分进汽损失，由鼓风损失和斥汽损失组成。鼓风损失发生再不装喷嘴的弧段内，斥汽损失欲鼓风损失相反。
• 简单流动模型易用一元稳定等比熵流动的基本方程
– 连续方程：G*v=A*c – 能量方程： h0 + c02/2 = h + c12/2 + w – 状态或过程方程：p*v=const
蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程
• 临界参数的概念
– 蒸汽流量不变时，当喷嘴中等比熵焓降达到临界值时，喷嘴通道面积为最小，此处便是临界截面，其蒸汽流速等于当地音速。临界状态下的参数称为临界参数。 – 临界速度，临界压力，临界压比，临界流量，实际流量
下一页
•
漏气损失（隔板的气封装置）
– 对于冲动级，隔板前后存在较大的压差，而隔板和转轴之间又存在着间隙，因此有一部分蒸汽从隔板前通过间隙漏到隔板与本级动叶之间的汽室内，由于这部分蒸汽不通过喷嘴，因此不做功，形成了漏气损失。为了避免隔板汽混入动叶中干扰主汽流，一方面在叶轮上开设平衡孔，使隔板漏气通过平衡孔流到级后，另一方面在动叶根部设置汽封片加以阻挡，并设置合理的反动度，尽量使动叶根部不出现吸汽或漏汽现象。 – 对于反动级，其漏汽损失比冲动级大因为

第一章汽轮机工作原理

喷嘴进口
入口初速动能
h0 +
1 2 C 2 0
= h0
0
p0
h0
0
p0
1 h0 C02 2
t0
喷嘴损失动叶进口
hn
h1
1 2 w1 2
h1
h
t
h1t
ht
动叶损失 hb
2 c2 余速动能 hc 2 2
hn
1 21 w1 p 1 2 1 h1
1 p
湿过热
1 x
或取
1.02
因此理想流动时的喷嘴临界流量为：
Gct
0.667 An p0 / v0 0.637 An p0 / v0
过热蒸汽 0.97 湿蒸汽
1.02
而实际的临界流量为：
G c G ct
0 0
无论过热蒸汽还是湿蒸汽都可用下式计算：
喷嘴速度系数，表示喷嘴损失的大小。
喷嘴损失：
c1 c1t
c12t c12 c12t hn 1 2 1 2 h1t 2 2 2
-喷嘴效率
2
叶片高度l
叶片高度l
渐缩喷嘴速度系数随叶片高度变化曲线
一般 0.95 ~ 0.98 ，计算时取 0.97 。
w1
p1 , h1
u
c2 2 2w2
（2）线段比例合适
p2 , h2
(a)
u
u
db n
60
(a)动静叶栅汽道示意图 (b)顶点靠拢的速度三角形
通过速度三角形，可在已知圆周速度 u 和喷管出口速度c1 的条件下，求出蒸汽进入动叶的相对速度 w1。或在已知动叶出口相对速度 w2 和圆周速度u 的条件下，求出动叶的绝对速度 c 2 。速度三角形的计算：

汽轮机级的工作原理

汽轮机级的工作原理
汽轮机级的工作原理是基于汽轮机的能量转换过程。

汽轮机级通常由一组连续的转子和静子（定子）组成。

以下是汽轮机级的工作原理的一般步骤：
1. 压缩阶段：在压缩阶段，某种工质（例如蒸汽）通过大型风扇或轴向压缩机进入汽轮机级。

风扇或压缩机的工作是将气体压缩至较高压力。

2. 燃烧阶段：在燃烧阶段，压缩后的气体进入燃烧室。

在燃烧室内，燃料（通常是液体燃料或天然气）被注入，并与气体混合。

然后，点燃混合物，产生高温高压的燃烧气体。

3. 扩张阶段：在扩张阶段，高温高压的燃烧气体进入高速旋转的涡轮。

涡轮通常由一系列的叶片组成，当气体通过时会转动。

涡轮的转动产生的动能将一部分能量传递给驱动装置，例如发电机或涡喷引擎。

同时，气体的压力和温度下降。

4. 排气阶段：在最后的排气阶段，气体通过涡轮之后进入排气系统。

在排气系统中，气体通过冷却和减压过程，最终被排放到大气中。

整个汽轮机级循环将不断循环进行，以产生持续的动力输出。

每个级别的性能参数，如压缩比、燃烧温度和涡轮效率等，都会影响整体效率和功率输出。

汽轮机级的设计需要考虑多个因素，如材料、燃料效率和热损失等，以确保高效率和可靠性。

第一章汽轮机级的工作原理.

大； ⑶ 反动度Ω沿动叶高度是不相同的
➢ 对于较短的直叶片级，用平均反动度Ωm表示，可不计反动度沿动叶高度的变化；
➢ 对于长叶片级，在计算不同截面时，必须用相应截面的反动度。
五、级的类型和特点：轴流式
⒈ 冲动级和反动级：按蒸汽在动叶通道中的膨胀程度（及反动度）大小划分。 ⑴ 纯冲动级：Ωm＝0 特点：
式中：q—每kg质量蒸汽流过系统时从外界吸收的热量，J/kg；绝热时为零。 w—每kg质量蒸汽流过系统时对外界做出的机械功，J/kg。
③ 状态或过程方程
状态方程：蒸汽在某一截面上的各种状态参数之间的关系由状态方程式来确定，对于理想气体： pv=RT
式中：p —气体的绝对压力，Pa； v —气体的比容，m3/kg； T —热力学温度，K； R —通用气体常数， R =461.5J/kg·K。
一般情况下：
1 1117 冲动级：2 1 (2~4)
2 20~30
(a) 动静叶栅汽道示意图 (b)顶点靠拢的速度三角形
⑶ 速度三角形（w1、c2 ）的计算
w1 c12 u 2 2c1u cos 1
1
arcsin
c1 sin 1
w1
arc tg
c1 sin 1 c1 cos 1 u
c2 w22 u 2 2w2u cos 2
三、级的工作过程
火电厂的能量转换过程
⒈ 蒸汽在级内的流动过程：图1.1.1所示 ⑴ 在喷嘴(nozzle)中：降压增速，热力势能转变为汽流的
动能; ⑵ 在动叶(blade)中：动能转变为机械能（冲动级和反动
级有别）。
➢ 对于冲动式汽轮机，当蒸汽通过喷嘴和动叶后，其压力、速度的变化趋势如右图。
双列级：能承担较大的理想焓降，一般在195250kJ/kg之间。效率较低。宜用于带尖峰负荷的机组上。

汽轮机级的工作原理及过程等_图文

45
2. 轴向推力的平衡
平衡的方法除了在叶轮轮面上开平衡孔外，主要采用下列两种方法：
1．平衡活塞法； 2．相反流动布置法。
47
第四节汽轮机本体
汽轮机本体包括静止和转动两大部分。静止部分：汽缸、喷嘴、隔板、汽封、轴承和滑销
系统等；
转动部分：主轴、叶轮和叶片等组成的转子。通流部分：汽轮机本体中作功汽流的通道称为汽轮
57
汽缸
58
59
汽轮机下缸及转子图
60
内缸的支撑
62
（三）滑销系统
设置原因：
汽轮机动、静部分直径留有一很小的间隙，一旦此间隙消失，就会造成动静部分摩擦，汽轮机部件受热膨胀时，会在各个方向产生变形，可能因此导致动、静间隙消失。
汽轮机本体设置有系列滑销，以引导汽缸的膨胀
63
某300 MW汽轮机的滑销系统
调节级：中、小容量汽轮机的调节级喷嘴调节汽轮机的第一级称为调节级，一般采用复速级。大容量汽轮机多采用单列冲动级。
还把汽轮机的级分为速度级和压力级两种。
17
第二节汽轮机的基本作功原理
近代大功率汽轮机都是由若干个级构成的多级汽轮机，由于级的工作过程在一定程度上反映了整个汽轮机的工作过程，所以对汽轮机工作原理的讨论一般总是从汽轮机“级”开始的，有助于理解和掌握全机的内在规律性。
汽轮机级的工作原理及过程等_图文.ppt
第一节汽轮机概述
汽轮机以蒸汽为工质，将热能转变为机械能，为发电机发电提供机械能。
火力发电厂三大主要设备之一，单机功率大、效率高、运行平稳、使用寿命长
2
一、汽轮机的工作原理
“级”是汽轮机中最基本的工 2叶轮作单元。在结构上它是由静

汽轮机原理(第一章)

3.彭台门系数
当喷嘴进出口压力比ε n=p1／p0﹡处于某个数值时，
其相应的流量G与同一初状态下的临界流量Gcr之比值称为
流量比，用β表示，也称为彭台门系数，即

G An
k2k1p0*0*(nk2
k1
nk )

Gcr
An k(k21)kk 11p0*0*
k21(nk2
量损失，因此，蒸汽在动叶通道中实际的膨胀过程是按熵增曲线进行的。与喷嘴相似，此时动叶栅出口汽流的理想相对速度为
图１－１5蒸汽在动叶栅中的热力过程
w 2 t2 (h 1 h 2 t) w 1 22 h b w 1 22 h b
２. 动叶出口汽流实际速度
w2 w2t
上式对有损失的流动和无损失的流动均适用。
4.状态方程
（1）理想气体状态方程
p RT

式中
p－气体绝对压力； ρ －气体密度； R－通用气体常数，R=461.76J/（kg.K)； T－热力学温标。
（2）蒸汽等熵膨胀过程方程
p 常数
k
式中 k－等熵指数，对于蒸汽而言：过热蒸汽 k =1.3；湿蒸汽 k=1.035+0.1x ( x为膨胀过程初态的蒸汽干度）。
Ma=c1t／a=1，这一条件称为临界条件。临界条件下
的所有参数均称为临界参数。
.
（２）临界压力比。
cr

pcr p0
2k
(
)k1
k1
对过热蒸汽 k ， 1.3,cr 0.54;6
对干饱和蒸k汽 1， .13,5cr 0.577.
（二）喷嘴流量的计算
1.喷嘴理想流量
Gt Anc1t1t

汽轮机的工作原理

*
*
在膨胀过程中，到某一截面会出现汽流速度等于当地音速。
当汽流速度等于当地音速时，则称此时的流动状态为临界状态。这时的参数为临界参数，用 pcr、vcr、ccr 等表示。若以代入（2--16)则临界速度为：
ccr 2 * a0 k 1 2k * * p0 v0 kpcr vcr k 1
1 k 1 k 1 k 1
1 cr
G n An
2k * * p0 0 ( k 1
)
1 cr
G n Amin
2 k 1 * * kp0 0 ( ) k 1
k 1
第一章汽轮机级的工作原理 3）彭台门系数(相对流量) 彭台门系数：一定初压下，通过喷管的实际流量
第一章汽轮机级的工作原理
三、喷管的通流能力及流量系数
喷管的通流能力：就是一个设计加工好的喷管，在一定的参数下所能通过的蒸汽流量。
t 已知参数：1）喷管进口蒸汽状态参数（ p0 ，0 ）；
2）喷管进口蒸汽动力参数 c0 ； 3）喷管出口截面上的蒸汽压力 p1 4）喷管出口截面积 An 。
；
确定参数：喷管的流量 G
得：
p1 2 1 * cr ( ) k 1 p0
k k 1
第一章汽轮机级的工作原理 → 汽流速度达到音速； → 此种情况只能发生在：收缩喷管的出口截面缩放喷管的喉部截面分析3：当
1 cr 时， Gt An
2k * * k p0 0 (1 1 k ) k 1
1 2 * h0 h0 C0 h0 hc0 2
* * * p0、v0、h0 分别代入把相应的滞止参数
式 (1-17 ) 和（1- 20 )，则

汽轮机第一章刘复东

(a)环形叶栅；（b)直列叶栅
(二〉叶栅的几何参数
反映叶栅几何特性的主要参数有平均径直径、叶片高度，叶栅节距,叶型宽度、叶型弦长△、出口边厚度，进口边宽度和出口边宽度等。另外还有一些与叶栅通道形状和汽流方向有关的汽流角和叶型角,as和bs称为叶栅的安装角，对一定的叶型, 安装角直接影响叶栅通道的形状、出口汽流角a和b的大小；这些参数都是由制造厂家设计时确定的。有些参数可根据标准叶型的有关参数来选取，有些参数要通过对级进行热力计算来确定，正确地选取这些参数，将会提高汽轮机通流部分的效率。
将动叶栅进出口速度三角形绘在一起如图所示
(二）蒸汽对动叶片的轮周功率
1.轮周功率
在汽轮机级中，只有作用在叶片旋转的轮周方向上的蒸汽作用力尺才能做出功，而轴向力F,是不做功的，但它对汽轮机的安全运行极为重要。单位时间内周向力Fu在动叶片上所做的功称为轮周功率
第三节级的轮周效率与最佳逋度比
冲动级内反动度的选择
反动度是汽轮机级的一个重要参数，它对汽轮机的级效率有很大的影响。同存在最佳速度比一祥，对一个汽轮机级也存在一个使效率最高的反动度。—般先选定一个合理的根部反动度a，然后根据等截面直叶片中反动度沿叶高的变化规律，计算出平均反动度和叶顶反动度。
1.根部反动度较大时当叶根反动度较大时，将会使叶顶反动度更大，使
(3)当喷管内汽流速度等于当地声速时(Ma=1) 则dA = 0,即喷管的横截面积达到最小值，这个截面为临界截面或称喉部截面。
(二）喷管中汽流速度的计算（书P10 P42）
二、蒸汽在动叶中的流动和能量转换过程
根据前面一元定常绝热流动理论对喷管流动的讨论，其间建立的一些概念及相应的公式都同样适合于蒸汽在动叶栅中的流动不同的是蒸汽在运动的动叶栅中将动能转换为机械功，而为了计算蒸汽的作用力和所做的功，就必须确定蒸汽在动叶汽道进出口截面上汽流速度和动量的变比。动叶片以转速n (rad/min)旋转，用u表示动叶进出口平均直径处的圆周速度 u= πdn/60 (m/s) 方向为动叶运动的圆周方向

第一章汽轮机级的工作原理-第一节概述

第一节概述汽轮机本体中作功汽流的通道称为汽轮机的通流部分。

它包括主汽门、调节汽门、导管、进汽室、各级喷嘴和动叶及汽轮机的排汽管。

现代电站汽轮机均为多级汽轮机，由若干级组成。

由一列喷嘴叶栅和其后紧邻的一列动叶栅构成的工作单元称为汽轮机的级。

因为汽轮机的热功转换是在各个级内进行的，所以研究级的工作原理是掌握整个汽轮机工作原理的基础。

一、级的工作过程图1.1.1为某一冲动式汽轮机级的示意图。

喷嘴叶片安装在隔板体上，动叶片安装在叶轮的外缘上。

喷嘴前截面用0—0表示，喷嘴叶栅和动叶栅之间的截面用l —l 表示，动叶后截面用2—2表示。

这三个截面通常称为级的特征截面或计算截面。

各截面上的汽流参数分别注以下标0 ， 1和2，如0p 、1p 和2p ，分别表示喷嘴前、喷嘴后和动叶后的蒸汽压力。

在喷嘴通道内，蒸汽由压力0p 膨胀到1p ，温度由0t 下降到1t ，汽流速度相应地由0c 升到1c 。

可见，蒸汽从四嘴的进口到出口实现了由热能向动能的转换。

高速流动的蒸汽由喷嘴出口进入动叶时，给予动叶以冲动力i F 。

通常汽流在动叶槽道中继续膨胀，并转变方向，当汽流离开动叶槽道时，它给叶片以反动力r F (见图1．1．2)，这两个力的合力，推动动叶带动叶轮和轴旋转，作出机械功。

动叶以转速n 绕汽轮机轴旋转，用u表示动叶平均直径b d 处(即1/2叶高处，见图(1.1.1)的圆周速度，其大小为（1.1.1）其方向为动叶运动的圆周方向。

由于动叶以圆周速度u运动，所以，以1c表示的喷嘴出口汽流的绝对速度，是以相对速度1w 进入动叶的。

1c ,u与1w 构成动叶进口速度三角形，如图1．1．3（a ）所示，即1w=1c u- （1.1.2）汽流以相对速度2w 离开动叶，由于动叶以圆周速度u运动，所以动叶出口汽流的绝对速度是2c。

2w , u与2c 构成动叶出口速度三角形，如图1．1．3(a)所示，即2c=2w u- （1.1.3）图中ß表示叶轮旋转平面与相对汽流速度的夹角，ą表示叶轮旋转平面与绝对汽流速度的夹角。

汽轮机原理-第一章

第一章汽轮机级的工作原理近代大功率汽轮机都是由若干个级构成的多级汽轮机。

由于级的工作过程在一定程度上反映了整个汽轮机的工作过程，所以对汽轮机工作原理的讨论一般总是从汽轮机"级"开始的，这特有助于理解和掌握全机的内在规律性。

"级"是汽轮机中最基本的工作单元。

在结构上它是由静叶栅(喷嘴栅)和对应的动叶栅所组成。

从能量观点上看，它是将工质(蒸汽)的能量转变为汽轮机机械能的一个能量转换过程。

工质的热能在喷嘴栅中(也可以有部分在动叶栅中)首先转变为工质的动能，然后在动叶栅中再使这部分动能转变为机械能。

工质的热能之所以能转变为汽轮机的机械能，是由工质在汽轮机喷嘴栅和动叶栅中的热力过程所形成，因此，研究级的热力过程，也就是研究工质在喷嘴栅和动叶栅中的流动特点和做功原理，以及产生某些损失的原因，并从数量上引出它们相互之间的转换关系，这是本章的主要内容。

第一节蒸汽在级内的流动一、基本假设和基本方程式(一)基本假设为了讨论问题的方便，除把蒸汽当作理想气体处理外，还假设：(1)蒸汽在级内的流动是稳定流动，即蒸汽的所有参数在流动过程中与时间无关。

实际上，绝对的稳定流动是没有的，蒸汽流过一个级时，由于有动叶在喷嘴栅后转过，蒸汽参数总有一些波动。

当汽轮机稳定工作时，由于蒸汽参数波动不大，可以相对地认为是稳定流动。

(2)蒸汽在级内的流动是一元流动，即级内蒸汽的任一参数只是沿一个坐标(流程)方向变化，而在垂直截面上没有任何变化。

显然，这和实际情况也是不相符的，但当级内通道弯曲变化不激烈，即曲率牛径较大时，可以认为是一元流动。

(3)蒸汽在级内的流动是绝热流动，即蒸汽流动的过程中与外界无热交换。

由于蒸汽流经一个级的时间很短暂，可近似认为正确。

考虑到即使用更复杂的理论来研究蒸汽在级内的流动，其结论与汽轮机真实的工作情况也不完全相符，而且推算也甚为麻烦，因此，上述的假设在用一些实验系数加以修正后，在工程实践中也证明是可行的。

级的工作原理

• 1.冲动级和反动级冲动级和反动级 • 冲动级又分为纯冲动级，带反动度的冲动冲动级又分为纯冲动级，级 • 2.压力级和速度级压力级和速度级 • 3.调节级和非调节级调节级和非调节级
1.冲动级和反动级
• 按蒸汽在动叶通道内的膨胀程度不同，即反动度按蒸汽在反动级。大小不同分为冲动级和反动级。 • （1）冲动级：）冲动级： • 冲动级又分为纯冲动级，带反动度的冲动级。冲动级又分为纯冲动级带反动度的冲动级。纯冲动级， • 当汽流通过动叶通道时，由于受到动叶通道形状当汽流通过动叶通道时，的限制而弯曲被迫改变方向，因而产生离心力，的限制而弯曲被迫改变方向，因而产生离心力，离心力作用于叶片上，被称为冲动力。离心力作用于叶片上，被称为冲动力。这时蒸汽在汽轮机的级所作的机械功等于蒸汽微团流进、在汽轮机的级所作的机械功等于蒸汽微团流进、流出动叶通道时其动能的变化量。流出动叶通道时其动能的变化量。而这种级称为冲动级。冲动级。
5.动叶受到的合力动叶受到的合力 • 一般情况下，蒸汽在动叶通道中流动时，一般情况下，蒸汽在动叶通道中流动时，一方面给动叶栅一个冲动力的作用，冲动力Fi的作用一方面给动叶栅一个冲动力的作用，另一方面，在蒸汽动叶栅中继续膨胀，另一方面，在蒸汽动叶栅中继续膨胀，给动叶栅一个反动力的作用，反动力Fr的作用给动叶栅一个反动力的作用，这两个力的方向都不与轮周方向一致。力的方向都不与轮周方向一致。两个力的合力F作用在动叶栅上作用在动叶栅上，的合力作用在动叶栅上，其在轮周方向上的分力Fu使动叶栅旋转而产生机械功上的分力使动叶栅旋转而产生机械功。
• 动画演示：汽流冲动演示动画演示：
3.级内能量转换过程：级内能量转换过程：