浅谈冲动式和反动式汽轮机的区别

浅谈冲动式和反动式汽轮机的区别

冯成03009409

（东南大学能源与环境学院南京 210096）

摘要：对于冲动式汽轮机和反动式汽轮机的区别进行相关探讨，尤其是对其速度三角形、汽轮机的结构、热力过程等进行简要分析。

关键词：冲动式汽轮机；反动式汽轮机干涉条纹

Differences Between Impulse And Reaction

Turbine

Cheng Feng

(Department of energy and environment ,southeast university, Nan jing 03009409)

Abstract: Discuss the differences between impulse turbine and reaction turbine, particularly I will analyze the differences about velocity triangle , the structure of steam turbine, thermodynamic process between the two different kinds of turbine.

key words: Impulse turbine; Reaction turbine; difference

前言：

1883年瑞典的Gustav de laval 和1884年英国的Charles A.Parsons分别发明了冲动式和反动式汽轮机以来，已有一百年的历史。通过学习汽轮机原理的第一章相关内容以及查阅相关材料，我们的知冲动式汽轮机与反动式汽轮机最主要的区别点在于，在冲动式汽轮机中，蒸汽膨胀在静叶中，而在动叶流道截面基本不膨胀，而反动式汽轮机蒸汽在静叶和动叶中都膨胀。而在除此之外我将对速度三角形、汽轮机的结构、做功形式、热力过程线等方面更深入地谈下，两种不同的汽轮机的区别之处。

1、速度三角形

冲动式汽轮机左右两个三角形不关于中间对称，而反动式则关于中心线左右镜像对称。

级的类型

基本特性 冲动式

反动式

级地反动度 5%~30%

50%

最佳速比u

c 1

cos α1

2

cos α1

级焓降比 级比功比 级数比

2:1 2:1 1:2

由于动叶出口速度的不同，以及做功形式的不同，造成了冲动式与反动式汽轮机结构上的不相同。

2、 汽轮机结构：

2.1 压力平衡

反动式汽轮机因动叶之间有焓降，故转子两端有压力差，因此在排汽方向有很大的轴向

α1

c 1

ᵤ

c 1

ᵤ

c 1 ᵤ α1 c 2 ᵤ β2 冲动式汽轮机速度三角形

反动式汽轮机速度三角形

推力，所以需要加以平衡活塞平衡轴向推力。冲动式汽轮机在叶轮中开平衡孔以平衡两端压差，余下的推力用推力轴承来承受。若在叶片上结有盐垢时，反动式汽轮机的平衡盘能自动调整轴向推力，而冲动式汽轮机则不能，轴向推力将相应增加。

2.2叶片形状

冲动式汽轮机叶片反动式汽轮机叶片

冲动式汽轮机的动叶片出，入口侧的横截面相对比较匀称，气流流道从入口到出口其面积基本不变。而反动式汽轮机的动叶片出，入口侧的横截面不对称，叶型入口较肥大，而出口侧较薄，蒸汽流道从入口到出口呈渐缩状。冲动式汽轮机动静叶片不相同，而由于反动级中静叶和动叶的理想比焓降相等，所以蒸汽在静、动叶中的流动情况基本相同。为了简化叶片制造工业，所以静叶和动叶采用同一叶形。

2.3级数跨距问题

冲动级的动、静叶型线是不同的。气流在静叶栅中的转折角较小，而进入动叶的蒸汽速度高，在动叶栅中的转折角大，而蒸汽为非增速流，因此动速叶栅损失较大。由于最佳速比值小，比功大，所以级数少。而反动级地动静叶型线是完全相同的。气流在叶栅中的转折角较小，动叶入口的蒸汽速度低，动叶栅中为增速流，因此叶栅损失小。由于最佳速比值大，比功小，所以级数多。所以在同样蒸汽参数和功率的条件下，一般来说，冲动式比反动式的级数少，跨度小。

3、冲动式和反动式汽轮机的做功形式

冲动式汽轮机：冲动式是在静叶中产生焓降，蒸汽膨胀后产生速度，冲击动叶片而产生动能。

反动式汽轮机：反动式汽轮机动、静叶片中均产生焓降，蒸汽的膨胀同时发生在动叶和静叶的槽道内，动能的产生利用蒸汽在动静叶片上的反作用力。

4、热力过程线和轮周效率

由热力过程线，可以清晰地看出，纯冲动式汽轮机蒸汽只在动叶中进行了膨胀，而反动式汽轮机则蒸汽在动叶静叶中都进行了膨胀，

冲动式汽轮机（左）和反动式汽轮机（右）级中压力和速度图

p 0

0 t 0 1 δℎc 2

δℎb

2

3

20

∆ℎt 0

p 0

δℎc 0

ℎ00 ∆ℎt

δℎn

∆ℎu

p 1=p 2 h S

δℎb

2

3

20

∆ℎt 0

p 0 δℎc 0

ℎ00 ∆ℎn

δℎn

∆ℎu

p 1

h

S

00

00 1

∆ℎb

∆ℎt ⬚

δℎc 2

p 2

冲动式汽轮机（左）和反动式汽轮机（右）焓熵图

下面，给出用解析方法推导出的轮周效率与速比、反动度的统一表达式

纯冲动式汽轮机：

1a x x ϕ=

22

12cos a a x x ϕϕαΦ=+-

()

()

122

2

2

122cos cos 12cos a a u a a

x x x x

ϕαψβημψψβ+Φ-=

-Φ-Φ+

反动式汽轮机：

10.5a x x ϕ=

22

10.50.520.5cos a a x x ϕϕαΦ=++-

(

)()

12222

1220.5cos cos 12cos a a

u a a x x x x ϕαψβημψψβ+Φ-=

-Φ-Φ+

假定其它参数，可以得到三者之间的关系曲线：

(

)

()

()122221222

1121cos cos 12cos 121cos 1a m a u a a m m a m a a m x x x x x x x x ϕαψβημψψβϕϕαϕ-Ω+Φ-=-Φ-Φ+Φ=Ω+-Ω+--Ω=-Ω