《汽轮机原理》

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四、级通流部分主要尺寸的确定 本节的主要内容是计算级通流部分的主要尺寸，即喷嘴叶栅 和动叫栅的出口高度。需要注意以下几点： １、部分进汽度 部分进汽度小，可使叶高增大，反之使叶高减小。它的选择 依据，应使部分进汽损失和叶高损失之和最小，这时的叶高为 最有利的叶高，这时的部分进汽度为最合适的部分进汽度。 ２、动叶栅进口高度的选择：盖度。 ３、冲动级反动度的选择 平均直径处反动度选择的主要依据足使叶根处的蒸汽不泄 不漏。 ４、动、静叶栅面积比 反动度对级效率有极大的影响，保证的办法是用动、静叶栅 的面积比来实现，一定的反动度必有一定的动静叶栅面积比与 之对应。
（ 1） 隔 板 漏 汽 量 的 计 算
G p p Ap C1 p
v1t p Ap
* 2hn
v1t Z p
v1t －－汽封齿出口蒸汽理想比容，m3/kg
Zp－－汽封齿齿
p －－汽封流量系数
A p－－汽封间隙面积 clp－－汽封齿出口流速
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（ 2） 动 叶 顶 漏 汽 量 的 计 算
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四
影响级效率的结构因素
1 动、静叶之间的轴向间隙 闭式轴向间隙 δ1 、δ2 开式轴向间隙 δz
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1轴向间隙
z
经济方面：减少轴长，减少叶顶漏气损失，则
z
安全方面：膨胀差> z 产生摩擦，机组振动以致发生事故 减小喷嘴出口尾迹的影响，有利于级效率的提高 增加摩擦
1和 2 对 i的影响
原因：叶栅出口汽流在径向有压差，存在径向流动，相对节距不是常数
除 平 均 直 径 外，存在 扇形 损 失 ： (k J/ kg) △h E

0
( 1 ---- 99 )
0.7( ) 2
式中， d b / lb 称 为 径 高 比 。 扇形损失的大小与径高比 的 平 方 成 反 比。 当 > 8 ~ 12 时 ， 级 应 该 采 用等截面直叶片。 当 < 8 ~ 12时， 则 应 采 用 扭叶片。
热 蒸 汽 本 身 ， 使 动 叶 出 口排汽焓值升高。
hi 为 级 的 有 效 焓 降 ， 它
表 示 1 kg 蒸 汽 所 具 有 的 理 想 能 量 最 后 转 化 为 有 效
功的能量。
hi 越 大 ， 机 的 内 效 率
就越高。
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(一) 级的相对内效率（级效率）
* h h t (hnξ hbξ hl h h f he h δ hx hc 2 ) i ri E0 ht* μ 1hc 2
2
（3）计算公式： 公式1： 式中，
hl
a hu l
a －经 验 系 数 ， a = 1.2 ( 单 列 级 ， 不 含 扇 形 损 失 ） ；
a=1.6 （单列级，含扇形损失)；a = 2(双列级）；
hu －不 包 括 叶 高 损 失 的 轮 周 有 效 焓 降 ， kJ/kg
hu ht* (hnξ hbξ hc2 )
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一 蒸汽在喷嘴中的流动 蒸汽在喷嘴中的流动是汽轮机级的原埋的这础内容之一， 其重点可列为五小点： １、喷嘴出口汽流速度的计算； ２、临界压力和临界压力比； ３、喷嘴截面积的变化规律； ４、蒸汽在喷嘴斜切部分的膨胀；
５、通过喷嘴的流量。
必须理解后熟练地牢记的公式：
* c1 2hn
* * G 0.648An p0 0
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（2）沿叶高相对节距不同所引起的损失：
偏 离最 佳 的 相 对 节 距 ，造 成 效 率 下 降 。
（3） 轴向间隙中汽流径向流动所引起的损失：
离心力作用下产生径向流动。
二
长叶片级概述设计方法
长叶片级的设计普遍采用径向平衡法。这种设计方法的关键是确定轴 向间隙中气流的径向平衡条件；使叶片沿叶高的扭曲规律和气流沿叶高 的变化规律相适应。
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4， 部 分 进 汽 损 失
——发生在不装喷嘴的弧段内
——发生在有喷嘴的弧段内 把呆滞蒸汽推出并使之加速——消耗动能 叶轮高速旋转，在喷嘴组出口端处产生漏汽， 引起损失； 叶轮高速旋转，在喷嘴组进入端处产生抽汽， 干扰主流，引起损失；
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总的部分进汽损失由以上两部分所组成，即
△he △hw △hs
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二、蒸汽在动叶通道中的流动
蒸汽动叶通道可视为旋转的喷嘴，蒸汽在两者通道个的流
动规律，均可类比。学习本节内容，建议以下列要点为序： (1)动叶栅通道的纳构和形状； (2)动叶通道前后的压力； (3)动叶通道进出口速度；
(4)动叶通道中的流量；
(5)蒸汽作用在动叶片上的力； (6)蒸汽所作的轮周功。
, (k W)
( 1 ---- 101 )
式 中 ， k 1------ 经验系数， k1 = 1~ 1 . 3 ；
d 、l、u ----- 级 的 平 均 直 径 、 叶 高 、 圆 周 速 度 ； v ------ 汽室中 蒸 汽 平均比 容 。 焓降来表示：
h f
或者
3600Pf D1
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五、级内损失和级效率 本节主要内容有：汽轮机级内的各项损失、级内效率、影 响级内效率的结构因素。 １、汽轮机级内的各项损失，除喷嘴损失、动叶损失、余速损
失外，其余所有的级内损失用和表示，方便绘制焓熵图。
２、级内的各项损失的经验公式不必死记硬背，只要掌握级内 损失产生的原因及减小的方法．会计算即可，应对影响损失大 小的主要因素，应有明确的概念。 ３、决定级内效率的，首先为级内热力因素，但级的结构因素
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三、级的轮周效率与最佳速比 本节内容研究蒸汽在级中能量转换的效率：蒸汽的热能在 级中转换成轮周功是随级的性质不同而在量上有所差异，于是 对应的轮周效率也就不同，轮周效率最高时的是最佳速比，它 是级的工作原理个的一个非常重要的条件。 学习本节的要点是： (1)按照轮周效率的定义，应从物理意义和数学表达式上去 理解最佳速比的意义。 (2)对于纯冲动级、反动级、复速级最佳速比的表达式，必 须牢记；不同性质级的轮周效率—最佳速比关系，必须理解且 熟悉。 (3)蒸汽在级内完成的热力过程在焓熵图上的表示。
级效率是衡量级内能量转换完善成度的最后指标。
影响因素：叶型、速比、反动度、叶栅高、级的结构、蒸汽性质
（二） 级的内功率
Dhi Pi 3600
D－－级的进气量，kg/h；
△hi－－级的有效比焓降 ，kJ/kg
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三
级内损失对最佳速比的影响
1 损失与速比关系 h f hw 是 xa 的三次函数 hl 是 xa 的二次函数 hs 是 xa 的一次函数 2 速比与效率关系 级内损失使轮周效率降低， 使最佳速比减小
(1)沿叶高圆周速度不同引起损失：
从叶根到叶顶，其相应的圆周速度相差很 大。（如200MW汽轮机的末级叶片，平均 直径为2000 mm, 叶高为665 mm, 径高比 = 3，其叶顶的圆周速度为418.6 m/s， 而叶根的的圆周速度为209.7m / s，二者相 差一半）。 除了平均直径附近处之外，其余直径处 的汽流在进入动叶通道时，都会有不同 程度的撞击现象发生。
△ht
Gt
G
hu'
式 中 ， G ------ 级 流量； kg/s
hu ' ------ 级的 轮周有效比焓降，kJ/kg ；
hu '＝ht* (hnξ hbξ hc2 hl h )
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6 .
湿 汽 损 失
（1）产 生 原 因 ：
a 凝结，减少作功；
§ 1—5 汽轮机级内损失和级效率
一 级内损失
叶高损失 喷嘴损失
扇形损失
叶轮摩擦损失 部分进汽损失
动叶损失
余速损失
漏汽损失
湿汽损失
轮周效率
级效率（相对内效率）
1
1 ， 叶 高 损 失
（1）产生原因： 当 叶 片 较 短 （ 叶 高 l< 1 2 --1 5mm) 时 ， 叶 高 损 失 明 显增加。 （2）减少办法： 采 用 部 分 进 汽（调节 级）、减少叶栅平均直径 。
3 k1dxa f 2.3 10 sin 1ls 3
△h f f P t
级的理想功率
Pt
7
4， 部 分 进 汽 损 失
采用部分进汽，就产生了部分
进 汽 损 失 ， 由 “ 鼓 风” 损 失 和
“斥汽”损失两部分所组成的。 “鼓 风” 损 失 发生在不装喷嘴的弧段上，有停滞的蒸汽。 “ 斥 汽 损 失 ” 发生在装有喷嘴的进汽弧段内，有停滞蒸汽的动叶转到进汽 弧段时，从喷嘴出来的汽流吹这部分蒸汽。 在喷嘴 出口端 的A点存 在着漏 汽；而 在B 点 又存在 着抽吸 作用 减少部分进汽损失：增加部分进汽度。要选择合适的部分进汽度。
xa
------ 级 的 速 度 比 ；
Be ----- 系 数 ， 单 列 级 ， Be =0 . 15,
双 列 级 ， Be = 0 . 5 5 ;
Z n ------- 喷 嘴 组 数 ；
Ce
------- 经 验 系 数 ， 单 列 级 ，Ce = 0 . 0 12 , 双 列 级 ，
Ce = 0.016 。
式 中 ， Xm ------ 级 的 平 均 蒸 汽 干 度 ； Xm=(X0+ X2)/2
hu ' ------ 级内不包括湿气损失 的 轮周有效比焓降，kJ/kg ；
hu '＝ht* (hnξ hbξ hc2 hl h )
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二
级的相对内效率和内功率
损 失 又 转 换 为 热 能 ， 加
而
,
(kJ / kg )
( 1----110 )
1 3 △hw Be (1 e 0.5ec ) xa E0 e
1 Zn △hs Ce xa E0 e dn
上 三 式 中 ， e ----- 部 分 进 汽 度 ；
ec ----- 装有护套的弧段长度与整个圆周之比 ;
E0 ------- 级 的 理 想 能 量 ；
b 高速夹带消耗功；
c 水珠速度低，打击叶栅背弧 d 过冷现象，凝结滞后
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（2）解决办法 ：
a 采用去湿装置; 捕水槽、捕水室等， 以减少蒸汽中的水分。 b 提高叶片本身的抗 湿能力. 在动叶片进汽边背弧
加焊硬质合金、电火
花处理等。
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(3) 经 验 公 式 ：
' △hx (1 x m )hu
24
四
影响级效率的结构因素
2 径向间隙 δp
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3 盖度 如前所述 4 叶片宽度 ln<60mm时叶片宽度选用25mm
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5 拉金
改善振动特性，增加刚性
27
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6 平衡孔
平衡孔只有在动叶根部 反动度适当或隔板漏汽 量较大时，才有利于级 效率的提高。
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§ 1—7
长 叶 片 级
一
长叶片级概述
的影响也是十分重要的，如动静之间的间隙；
４、整个级的热力过程线。
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1．汽轮机的级 2．反动度。 3．滞止参数 4．临界压比 5．轮周效率。 6．级的余速损失 7．最佳速度比。 8．部分进汽度。 9．级的相对内效率
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5 ， 漏 汽 损 失
(1) 冲动级
GP不做功
GP还可能流入动叶汽道干 扰主流，消耗能量
消除措施：平衡孔，汽封
动叶顶部
叶顶前后有较大压差 叶顶与 隔板和持环之间有轴向和径向间隙
Gt不做功, 构成了叶顶的漏汽损失
消除措施：在围带上加汽封；减少扭叶片顶部的反动度。
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12
13
通常采用齿形轴封。 漏汽量和漏汽损失计算方法如下：
l ----- 叶 栅 高 度 ( m m ) 。
3
经验公式2：
hl ζ e E0
2 ζ e a1x a / ln
式 中 ， a1 ——经 验 系 数 ， a = 9.9 ( 单 列 级 ） ； a = 27.6 ( 双 列 级 ） ；
ln ----- 喷管 高 度 ( m m ) 。
4
2 ，扇 形 损 失
Gt
t At Ct
v2 t
et (d b lb ) t 2 t ht* v2 t
t － －动叶顶部间隙的流量系数
e －－ 部分进气度
t －－动叶顶部当量间隙
t －－动叶顶部反动度
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（ 3） 隔 板 损 失 计 算
△h δ
Gp
G
hu '
（4）叶顶漏汽损失计算
1
（1---- 100 )
5
3， 叶 轮 摩 擦 损 失 （1）产生原因： A 叶轮轮面与蒸汽及蒸汽之间
的相对运动而产生的摩擦。
B 涡流运动。
（2）减少叶轮摩擦损失： 减少叶轮与隔板间的轴向距离，或提 高叶轮表面光洁度
6
（3）计算公式
经验公式计算：
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