《汽轮机原理》3-4课时共33页文档
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第二章 汽轮机级内的能量转换过程
第一节 汽轮机级的基本概念 一 ， 汽 轮 机 的 级 、级内能量转换过程
1，汽轮机的级：a)是汽轮机作功的最小单元;b)静叶栅 动叶栅 c)多组级的 蒸汽流动通道组成了汽轮机的通流部分。d)汽轮机组的经济性和安全性 由每一组单级的性能决定。
e)三个特征截面:
1
2，级内能量转换过程： 具有一定压力、温度的蒸汽通过汽轮机的级时，首先在静叶 栅通道中得到膨胀加速，将蒸汽的热能转化为高速汽流的动 能，然后进入动叶通道，在其中改变方向或者既改变方向同 时又膨胀加速，推动叶轮旋转，将高速汽流的动能转变为旋 转机械能。
2
2，蒸汽在汽轮机级内能量转换应具备的条件： 1）蒸汽品位：具有足够高的压力、温度，进出口有 压差 2）结构条件：a)工作叶栅截面的变化应满足连续性 方程、叶片截面应为流线型，流道几何形状合理、壁 面光滑等。b)动叶栅结构满足汽流产生冲动力和反动 力的要求，喷嘴喷出的高速蒸汽应顺利平稳地进入动 叶流道。
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调节级：通过改变进汽面积控制其进汽量，调节汽轮机功率的级。 调节级总是部分进汽的。
非调节级或压力级：进汽面积不能改变的级。可部分和全周进汽 速度级：蒸汽的动能转为机械能的过程在一级内多列叶栅中进行的
级。 复 速 级 （两列动叶栅）
由一组静叶栅和安装在同一叶轮上的两列动叶栅及一组介于第一、二列动叶 栅之间、固定在汽缸上的导向叶栅所组成的级，称为复速级。第一列动叶栅 通道流出汽流，其流速还相当大，为了利用这一部分动能，在第一列动叶栅 之后装上一列导向叶栅以改变汽流的方向，使之顺利进入第二列动叶栅通道 继续作功。复速级也采用一定的反动度。复速级具有作功能力大的特点。
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第二节 蒸汽在级内的流动过程
一 ，基本假设和基本方程式
流过叶栅通道的蒸汽是具有粘性、非连续性和不稳定的三 元流动的实际流体。为了研究方便，特作如下假设： 1 . 蒸汽在叶栅通道的流动是稳定的：即在流动过程中，通道 中任意点的蒸汽参数不随时间变化而改变。 2. 蒸汽在叶栅通道的流动是一元流动：即蒸汽在叶栅通道中流 动时，其参数只沿流动方向变化，而在与流动方向相垂直的截 面上不变化。 3. 蒸汽在叶栅通道的流动是绝热流动：即蒸汽在叶栅通道中流 动时与外界没有热交换。
热能
2.动叶：进入动叶——冲动力 F i 离开动叶——反动力 F r
动能
6
二 、级 的 反 动 度
衡量级内动叶栅中蒸汽膨胀的度量
m hhtb*
hb hn*hb
hn *(1m)ht*
hb mht*
7
三， 级的分类
按级的反动度大小分：冲动级和反动级 一）、冲动级
1，纯冲动级： 通常把反动度等于零的级称为纯冲动级。对于
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（ 一） 喷 嘴 截 面 积 的 变 化 规 律
dA(Ma2 1) dc
dA
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基本方程式：
1 . 连 续 方 程 式 GcAcAcon.st
v
2.能量方程式
h0c202 qh1c212 W
3. 状态及过程方程式
pv RT
pvk cons.t
4 . 等熵动 量 方 程 式
cd R 1 p d k cdccd -cvdd p p cd 0c
5. 气动方程式
a
kp
kvp
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三 、级 的 分 类
3，冲动级：当汽流通过动叶通道时，由于受到动叶通道形状的限制 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。这时蒸汽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。而这种级称为冲动级。
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4，反动级：当汽流通过动叶通道时，一方面要改变方向， 同时还要膨胀加速，前者会对叶片产生一个冲动力，后 者 会对叶片产生一个反作用力，即反动力。蒸汽通过这种级， 两种力同时作功。通常称这种级为反动级。
纯冲动级来说，p1
= p2
、hb =
0
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、
h
* n
=
h
* t
，
蒸汽只在喷嘴中膨胀，动叶栅中不膨胀只改变汽流方向；动叶
中流动附面层厚、损失大、效率低。
冲动式汽轮机特点：a)动叶栅截面形状近似对称。b)转子轴向力 小，轮盘式转子（质量轻）；动叶漏气小，喷嘴汽封要求高。
2 ，带反动度的冲动级
为了提高级的效率，通常，冲动级也带有一定的反动度（
（3）当汽流速度在喷嘴某截面上刚好等于音速，即M=1，这时， dA/dx =0。表明横截面A不变化，即A达到最少值。根据上述 分析可知，简单的渐缩喷嘴是得不到超音速汽流的。为了达 到超音速，除了喷嘴出口蒸汽压力必须小于临界压力外，还 必须在喷嘴形状上加以保证，即作成缩放喷嘴（拉伐尔喷 嘴）。汽流通过缩放喷嘴时，在喷嘴喉部达音速，然后在渐 扩部分达超音速。
= 0.05 0.20 ) ，这种级称为带反动度的冲动级，它具有作功
能力大、效率高的特点。
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二） 反 动 级
通常把反动度 = 0.5的级称为反动级。对于反动级来说，蒸
汽在静叶和动叶通道的膨胀程度相同，即是 p1 p2 ， hbhn *1 2ht* 。
反动级特点：a)是在冲动力和反动力同时作用下作功。b)反动级 的效率比冲动级高，但作功能力小。C)喷嘴叶栅和动叶栅可采 用相同的叶型，可降低汽轮机制造成本 ；d)转子轴向推力大， 采用转鼓式转子,设置平衡活塞，热惯性大；
Mc a
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（ 一） 喷 嘴 截 面 积 的 变 化 规 律
dA(Ma2 1) dc
A
c
(2-8)
（1）当汽流速度小于音速，即Ma<1时，若要使汽流能继续加 速，即dc/dx>0，则必须dA/dx< 0,也就是说喷嘴截面积必须 沿流动方向逐渐减小，即做成渐缩喷嘴。
（2）当汽流速度大于音速，即M>1时，若要使汽流能继续加速， 即dc/dx>0，则必须dA/dx>0，也就是说喷嘴截面积必须沿 流动方向逐渐增加，即做成渐扩喷嘴。
3
4
3 蒸汽在级中做功热力过程线
a)级的理想比焓降△ht b)级的滞止理想比焓降△ht*，表示了 在理想情况下单位质量蒸汽流过一个 级时做功能量的大小 c)喷嘴的滞止理想比焓降△hn* d)动叶的理想比焓降△hb
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二 级的反动度
衡量级内动叶栅中蒸汽膨胀的度量
一、级的工作过程
1.喷嘴：压力 P0 P1 温度 t0 t1
第一节 汽轮机级的基本概念 一 ， 汽 轮 机 的 级 、级内能量转换过程
1，汽轮机的级：a)是汽轮机作功的最小单元;b)静叶栅 动叶栅 c)多组级的 蒸汽流动通道组成了汽轮机的通流部分。d)汽轮机组的经济性和安全性 由每一组单级的性能决定。
e)三个特征截面:
1
2，级内能量转换过程： 具有一定压力、温度的蒸汽通过汽轮机的级时，首先在静叶 栅通道中得到膨胀加速，将蒸汽的热能转化为高速汽流的动 能，然后进入动叶通道，在其中改变方向或者既改变方向同 时又膨胀加速，推动叶轮旋转，将高速汽流的动能转变为旋 转机械能。
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2，蒸汽在汽轮机级内能量转换应具备的条件： 1）蒸汽品位：具有足够高的压力、温度，进出口有 压差 2）结构条件：a)工作叶栅截面的变化应满足连续性 方程、叶片截面应为流线型，流道几何形状合理、壁 面光滑等。b)动叶栅结构满足汽流产生冲动力和反动 力的要求，喷嘴喷出的高速蒸汽应顺利平稳地进入动 叶流道。
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调节级：通过改变进汽面积控制其进汽量，调节汽轮机功率的级。 调节级总是部分进汽的。
非调节级或压力级：进汽面积不能改变的级。可部分和全周进汽 速度级：蒸汽的动能转为机械能的过程在一级内多列叶栅中进行的
级。 复 速 级 （两列动叶栅）
由一组静叶栅和安装在同一叶轮上的两列动叶栅及一组介于第一、二列动叶 栅之间、固定在汽缸上的导向叶栅所组成的级，称为复速级。第一列动叶栅 通道流出汽流，其流速还相当大，为了利用这一部分动能，在第一列动叶栅 之后装上一列导向叶栅以改变汽流的方向，使之顺利进入第二列动叶栅通道 继续作功。复速级也采用一定的反动度。复速级具有作功能力大的特点。
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第二节 蒸汽在级内的流动过程
一 ，基本假设和基本方程式
流过叶栅通道的蒸汽是具有粘性、非连续性和不稳定的三 元流动的实际流体。为了研究方便，特作如下假设： 1 . 蒸汽在叶栅通道的流动是稳定的：即在流动过程中，通道 中任意点的蒸汽参数不随时间变化而改变。 2. 蒸汽在叶栅通道的流动是一元流动：即蒸汽在叶栅通道中流 动时，其参数只沿流动方向变化，而在与流动方向相垂直的截 面上不变化。 3. 蒸汽在叶栅通道的流动是绝热流动：即蒸汽在叶栅通道中流 动时与外界没有热交换。
热能
2.动叶：进入动叶——冲动力 F i 离开动叶——反动力 F r
动能
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二 、级 的 反 动 度
衡量级内动叶栅中蒸汽膨胀的度量
m hhtb*
hb hn*hb
hn *(1m)ht*
hb mht*
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三， 级的分类
按级的反动度大小分：冲动级和反动级 一）、冲动级
1，纯冲动级： 通常把反动度等于零的级称为纯冲动级。对于
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（ 一） 喷 嘴 截 面 积 的 变 化 规 律
dA(Ma2 1) dc
dA
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基本方程式：
1 . 连 续 方 程 式 GcAcAcon.st
v
2.能量方程式
h0c202 qh1c212 W
3. 状态及过程方程式
pv RT
pvk cons.t
4 . 等熵动 量 方 程 式
cd R 1 p d k cdccd -cvdd p p cd 0c
5. 气动方程式
a
kp
kvp
10
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三 、级 的 分 类
3，冲动级：当汽流通过动叶通道时，由于受到动叶通道形状的限制 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。这时蒸汽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。而这种级称为冲动级。
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4，反动级：当汽流通过动叶通道时，一方面要改变方向， 同时还要膨胀加速，前者会对叶片产生一个冲动力，后 者 会对叶片产生一个反作用力，即反动力。蒸汽通过这种级， 两种力同时作功。通常称这种级为反动级。
纯冲动级来说，p1
= p2
、hb =
0
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、
h
* n
=
h
* t
，
蒸汽只在喷嘴中膨胀，动叶栅中不膨胀只改变汽流方向；动叶
中流动附面层厚、损失大、效率低。
冲动式汽轮机特点：a)动叶栅截面形状近似对称。b)转子轴向力 小，轮盘式转子（质量轻）；动叶漏气小，喷嘴汽封要求高。
2 ，带反动度的冲动级
为了提高级的效率，通常，冲动级也带有一定的反动度（
（3）当汽流速度在喷嘴某截面上刚好等于音速，即M=1，这时， dA/dx =0。表明横截面A不变化，即A达到最少值。根据上述 分析可知，简单的渐缩喷嘴是得不到超音速汽流的。为了达 到超音速，除了喷嘴出口蒸汽压力必须小于临界压力外，还 必须在喷嘴形状上加以保证，即作成缩放喷嘴（拉伐尔喷 嘴）。汽流通过缩放喷嘴时，在喷嘴喉部达音速，然后在渐 扩部分达超音速。
= 0.05 0.20 ) ，这种级称为带反动度的冲动级，它具有作功
能力大、效率高的特点。
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二） 反 动 级
通常把反动度 = 0.5的级称为反动级。对于反动级来说，蒸
汽在静叶和动叶通道的膨胀程度相同，即是 p1 p2 ， hbhn *1 2ht* 。
反动级特点：a)是在冲动力和反动力同时作用下作功。b)反动级 的效率比冲动级高，但作功能力小。C)喷嘴叶栅和动叶栅可采 用相同的叶型，可降低汽轮机制造成本 ；d)转子轴向推力大， 采用转鼓式转子,设置平衡活塞，热惯性大；
Mc a
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（ 一） 喷 嘴 截 面 积 的 变 化 规 律
dA(Ma2 1) dc
A
c
(2-8)
（1）当汽流速度小于音速，即Ma<1时，若要使汽流能继续加 速，即dc/dx>0，则必须dA/dx< 0,也就是说喷嘴截面积必须 沿流动方向逐渐减小，即做成渐缩喷嘴。
（2）当汽流速度大于音速，即M>1时，若要使汽流能继续加速， 即dc/dx>0，则必须dA/dx>0，也就是说喷嘴截面积必须沿 流动方向逐渐增加，即做成渐扩喷嘴。
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3 蒸汽在级中做功热力过程线
a)级的理想比焓降△ht b)级的滞止理想比焓降△ht*，表示了 在理想情况下单位质量蒸汽流过一个 级时做功能量的大小 c)喷嘴的滞止理想比焓降△hn* d)动叶的理想比焓降△hb
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二 级的反动度
衡量级内动叶栅中蒸汽膨胀的度量
一、级的工作过程
1.喷嘴：压力 P0 P1 温度 t0 t1