叶轮机械原理-第二章单级蒸汽透平

④ 辐流式速度级透平 → 只适用于功率要求很小的场合。
图2.6 辐流式汽轮机纵剖面图
◆ 单级透平的损失、功率和效率
单 → 包含主汽阀、进排汽部分、透平级等许多零部件。 级 → 蒸汽流经的路程和零部件多。 透 → 由于结构和流动而产生能量损失的地方也多， 平 导致能量转换效率低。
① 节流损失
◆ 进汽节流损失： 原 因：是由于进汽阀门和进汽管道引起的能量损失。
部分进汽
鼓风损失
损失
弧端损失
机械损失 汽封漏汽损失
——
——
n ， hn b ， hb n ， hn b ， hb h c2 ， c2
——
f ，hf v ， hv e ， he
阻力系数， λ=0.05~0.1（速度高取偏大值）
c2 —— 排汽管中的汽流速度。
凝汽汽轮机： 背式汽轮机：
c2m/s8；0 ~ 120 c2m/s4。0 ~ 60
在汽流速度范围内， 排汽管压力损失：
pc
(0.02
~
0.06) pc
② 轮周损失
◆ 流动损失：喷管能量损失 hn
动叶Ⅰ能量损失
hb
导叶能量损失
① 原动机： 驱动大型水 泵、给水泵、油泵、 引风机、鼓风机等设备；
② 发电： 实例少
◆ 单级蒸汽透平基本要求： ① 结构简单、轻巧，成本低，运行方便可靠； ② 热耗率、汽耗率低，效率高。
◆ 单级蒸汽透平基本特征： ① 采用双列复速级 → 双列复速级所能利用的焓降大，作功能力大。 ② 高背压 → 省略汽轮机凝汽系统， 减小机组结构复杂性和运行维修工作量； → 通流部分出口比容小，容积流量也小， 汽轮机的几何尺寸小，制造成本低。 ③ 大焓降 → 双列复速级所利用焓降约为单列级的四倍。
图2.3 回流式透平速度三角形
图2.4 回流式汽轮机纵剖面图
③ 周向旋流式透平（Terry 透平） 特点：◆ 透平动叶汽道是在轮缘上直接铣出来的半圆形 斜槽，汽流通过动叶栅时的流动方向是圆周向 （同动叶旋转方向一致）； ◆ 这种透平可以利用较大的焓降，且结构简单。
图2.5 周向旋流式汽轮机纵剖面图
② 回流式透平 → 流动特征是：蒸汽先向前流动； 然后再向后流动； 接着又向前流动； 最后排出汽缸。
图2.3 回流式透平通流部分圆周截面
→ 特点：◆ 只有一排动叶栅，发挥三列复速级的作用；
◆ 蒸汽双向流过一列动叶栅。动叶是完全对称的。
有：
1
1
'' 1
2
2
'' 2
◆ 动叶叶高不变（ l2 l2 l2''）， 但进汽速度差别很大（ c1 c1 c1'' ）， 相应的部分进汽度变化也很大（ e e e ）。
透 涉及: 从汽轮机进口到排汽口的流动情况和能量转换。
平 考虑: 级的喷管/动叶1/导叶/动叶2/余速损失
其它能量损失（如：进排汽节流损失、 摩擦损失、
鼓风损失、弧端损失、湿汽损失、漏汽损失等）
功率和效率：轮周功率、 内功率、 有用功率 轮周效率、 相对内效率等
◆ 单级蒸汽透平的功率： 0.5 kW ~ 3000 kW ◆ 单级蒸汽透平的用途：
影响因素：与排汽管的直径和结构、排汽速度有关。
计算公式：
pk
pk
pk
cex
2
100
pk
图2.7 多级汽轮机示意图和焓-熵图
◆ 排汽节流损失 原 因：主要是排汽管道中的摩擦损失。
影响因素：与排汽管的直径和结构、排汽速度有关。
计算公式：
pk
pk
pk
cex 2
100
pk
式中：λ—— 与排汽管结构形式和汽流速度有关的
第二章 单级蒸汽透平
◆ 单级透平（汽轮机）： 只有一个透平级的透平（汽轮机）。 ◆ 单级蒸汽透平与透平级的区别
透平级 透平级
图2.1 轴流式汽轮机级与汽轮机纵剖面图
① 从结构上： 透平级: 仅是蒸汽透平的一个组成部分（工作单元）；
单级透平: 整机，它包括: 透平级（通流部分）， 汽缸、转子、进排汽管路、前后轴承箱、 汽封装置以及调节、保安系统等。
⑤ 部分进汽损失： 由于部分进汽引起的能量损失。 ◆ 鼓风损失： 在不进汽弧段区域， 动叶栅的风扇作用所消耗能量；
高速汽流将动叶中“呆滞”的蒸 ◆ 弧端损失： 汽
推动起来所消耗的能量。 ⑥ 机械损失： 透平轴承、齿轮箱、调速器、附属油泵
等机械设备所消耗的能量。
实线：机械效率与有效功率的关系曲线； 虚线：变速齿轮效率与机组功率的关系曲线
图2.8 汽轮机机械效率与有效功率的关系曲线
表 2.1 双列复速级透平的损失、功率和效率对应表
损失名称及损失项目
符 号 计算根据 单 位
效率和功率名称
节流 进汽节流损失
损失 排汽节流损失
透 透
平 平
损级
轮
流 喷管损失
周
动 动叶Ⅰ损失
损
失
损 导叶损失
失
动叶Ⅱ损失
u
…… 余速损失
损 结构损失 失 失 轮面摩擦损失
Baidu Nhomakorabeahn
动叶Ⅱ能量损失
hb
◆ 余速能量损失： hc2
③ 透平结构损失
原因：考虑汽流的不稳定性以及通流部分中（动叶叶顶） 漏汽等结构因素产生的损失；
大小：结构损失使双列复速级的轮周效率下降约2.5%， 其结构损失系数为： (1 0.975)u
蒸汽分子对环形叶轮产生 ④ 轮面摩擦损失： 的摩擦引起的损失。
透平级
进汽管路
前后 轴承
汽封 汽缸
转子
排汽管路
② 从流动过程、能量转换的损失、作功上：
蒸汽流程： 透
级前→喷管→动叶1→导叶→动叶2→级后
涉 及: 平
级通流部分中的流动情况和能量转换
考 虑: 级
级的喷管/动叶1/导叶/动叶2/余速损失
功率和效率：轮周功率和轮周效率
单 级
蒸汽流程：阀前→主汽阀→调节阀→进汽部分 →透平级→排汽部分→汽缸外
→ 蒸汽在动叶栅中作功后经排汽管离开透平。
◆ 单级蒸汽透平的类型与结构 四种类型（按蒸汽的流动方向）：
① 轴流式双列复速级 → 新蒸汽通过主汽阀、引入蒸汽室，再经过调节阀 和喷管汽室进入喷管； → 全部喷管位于上汽缸的一个圆弧段， 部分进汽度小于0.5；
→ 蒸汽在动叶栅中作功后经排汽管离开透平。
图2.2 轴流式单级汽轮机纵剖面图
④ 小流量 → 在一定功率 Nu G下H s，*u所需流量就小。 ⑤ 部分进汽
⑥ 高转速
◆ 单级蒸汽透平的类型与结构 四种类型（按蒸汽的流动方向）：
① 轴流式双列复速级 → 新蒸汽通过主汽阀、引入蒸汽室，再经过调节阀 和喷管汽室进入喷管； → 全部喷管位于上汽缸的一个圆弧段， 部分进汽度小于0.5；