叶轮机械原理-第二章单级蒸汽透平
透平机及工作原理
透平机及工作原理-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII透平机及工作原理透平是将流体工质中蕴有的能量转换成机械功的机器，又称涡轮或涡轮机。
透平是英文turbine的音译,源于拉丁文turbo一词,意为旋转物体。
透平的工作条件和所用工质不同，所以它的结构型式多种多样，但基本工作原理相似。
透平的最主要的部件是一个旋转元件,即转子,或称叶轮，它安装在透平轴上，具有沿圆周均匀排列的叶片。
流体所具有的能量在流动中，经过喷管时转换成动能，流过叶轮时流体冲击叶片，推动叶轮转动，从而驱动透平轴旋转。
透平轴直接或经传动机构带动其他机械，输出机械功。
透平机械的工质可以是气体，如蒸汽、燃气、空气和其他气体或混合气体，也可以是液体，如水、油或其他液体。
以水为工质的透平称为水轮机;以蒸汽为工质的透平称为汽轮机；以燃气为工质的透平称为燃气透平。
水轮机--水从高水位水库沿通道流向处于低水位的水轮机的过程中，高水位水的势能变成动能，推动水轮机旋转。
流过水轮机的尾水沿水道流去。
现代水轮机的唯一用途是作为水电站的动力源，带动发电机发电。
汽轮机--它的工质是蒸汽，具有热能。
蒸汽来自燃用矿物燃料的锅炉，或是来自核动力装置加热的蒸汽发生器。
它们产生的高温高压蒸汽以高速度经喷管送到蒸汽透平，驱动转子旋转，输出动力。
蒸汽流速很高，透平转子尺寸较小,所以转速可达10000转／分。
汽轮机主要用于火力发电厂，驱动发电机发电；也用于远洋大型船舶和潜水艇作为主机驱动螺旋桨，推进船舶。
燃气透平--它与压气机、燃烧室成为燃气轮机装置的三大主要部件。
空气供入压气机，压缩成较高压力和温度的压缩空气，流入燃烧室与燃料混合、燃烧，形成高温、高压、高速的燃气流，流入燃气透平并推动燃气透平旋转，经透平轴输出机械功。
燃气透平转速高达每分钟数万转。
现代燃气透平应用最广泛的是作为喷气式飞机的推进动力，有的用作舰船动力、发电厂、尖峰负荷用小型电站，也作为远距离输送天然气的气泵的动力。
叶轮机械原理-第二章单级蒸汽透平
二、通流部分结构参数 两方面的工作：
① 选择双列复速级的叶栅型式（成套选择）， 确定四列叶栅的高度； ② 进行双列复速级的热力计算（速度三角形、轮周功率 和轮周效率等的计算）。
→ 复速级的进口蒸汽状态参数： p0、t 0、c0 已知参数： → 复速级的出口压力： p2 → 复速级的转速： n
→ 复速级的流量或功率： G（N）
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。
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：
'' 2 1 1 1'' 2 2
l 2）， ◆ 动叶叶高不变（ l 2 l 2 c1'' ）， 但进汽速度差别很大（ c1 c1 相应的部分进汽度变化也很大（ e e e ）。
双列复速级透平的损失、功率和效率对应表 符 号
—— ——
计算根据
0.05
单 位
MPa MPa kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg —— kJ/kg kJ/kg kJ/kg kW kg/s
效率和功率名称
……………… ……………… 轮 周 效 实 际 轮 周 功 率 级 效 率 或 相 对 内 效 …… …… 率 率 率 内 内 效 功 透 透 平 平 透 平 有 用 功 率
蒸汽透平工作原理
蒸汽透平工作原理1. 工作原理蒸汽透平（或称汽轮机）是用蒸汽做功的旋转式原动机，它将蒸汽的热能转变成透平转子旋转的机械能，这一转变过程需要经过两次能量转换，即蒸汽通过透平喷嘴（静叶片）时，将蒸汽的热能转换成蒸汽高速流动的动能，然后高速气流通过工作叶片时，将蒸汽的动能转换成透平转子旋转的机械能。
蒸汽透平按工作原理分为两类：a. 冲动式b. 反动式冲动式透平的蒸汽热能转变成动能的过程，仅在喷嘴中进行，而工作叶片只是把蒸汽的动能转换成机械能，即蒸汽在喷嘴中膨胀，速度增大，温度压力降低，而在叶片中仅将其动能部分转变为机械能（汽体流速降低），而由于叶片沿流动方向的间槽道截面不变，因而蒸汽不再膨胀，压力也不再降低；而在反动式透平中，蒸汽在静叶片中膨胀，压力温度均下降，流速增大，然后进入动叶片（工作叶片），由于动叶片沿流动方向的间槽道截面形状与静叶片间槽道截面变化相同，所以蒸汽在动叶片中继续膨胀，压力也要降低，由于汽流沿着动叶片内弧流动时方向是改变的，因此，叶片既受到冲击力的作用，同时又受到蒸汽在动叶片中膨胀，高速喷离动叶片产生反动力的作用，冲动力和反动力的合力就是动叶片所承受的力，，这就是说，在反动式透平中，蒸汽热能转变成动能的过程，不仅在静叶片中进行，也在动叶片中进行。
按热力过程分，透平可分为：a. 背压式b. 凝汽式c. 抽汽凝汽式：背压式透平——在透平中工作后的蒸汽，在较高压力（大于0.1MPa）下排出，供作它用；凝汽式透平-----KT2501、KT1503等属于凝汽式透平――蒸汽在透平中作功后全部排入凝汽器中冷凝；抽汽凝汽式-----KT1501B属于抽汽凝汽式透平――将在透平高压缸作过功的蒸汽抽出一部分供作它用，而另一部分蒸汽在透平低压缸继续作功后全部排入凝汽器中冷凝。
只有一个叶轮的蒸汽透平称为单级透平，这种透平功率小、转速高、效率低，一般用于驱动小型油泵或水泵；为了提高能量转换的效率，透平往往不是仅有一只叶轮，而是让蒸汽依次通过几个叶轮（一个叶轮为一级），逐级降低其压力、温度，蒸汽每经过一次热能——动能——机械能的转换，称为工作的一个级，级与级之间用隔板隔开，第一级出来的蒸汽进入第二级，第一级的喷嘴装在汽缸的隔板上，蒸汽经过第二级喷嘴，再次降压、降温、升速，然后去推动第二个叶轮，依次类推，这种透平称为多级透平，多级透平的喷嘴和动叶片是相间排列的，大功率透平将几级叶轮装在一个汽缸内，根据蒸汽工作压力分为高、中、低压缸，有时一个缸还可分成几段，每段都有几个叶轮。
叶轮机械气动热力学-第 2 章
压气机效率定义：
c
等熵压缩功 h03s h01 ＝ 实际压缩功 h03 h01
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单级压气机热力过程
2011-9-28
Xi’an Jiaotong University
Institute of Turbomachinery
Inducer（导叶）作用：使气流以合适的相对气流角进入叶轮；一 定的升压； 无Inducer：气流由轴向流入 => 突然转折进入叶轮 => 叶轮前缘 产生流动分离、强烈的掺混 => 噪音； Rotor（叶轮）中总焓、静焓（压力、温度）升高； Diffuser（扩压器）作用：气体减速，静压、静温升高，滞止参数 基本不变（总压有所降低）； Scroll（蜗壳）作用：收集气体；
2011-9-28 22/97
Xi’an Jiaotong University
Institute of Turbomachinery
6 在对安全可靠性要求高的一些场合，如天然气加压、火箭中，离心压 气机更适用； 7 大型喷气式飞机无一例外采用多级轴流压气机（大压比，大流量）； 直升机动力中经常采用离心式压气机；
Institute of Turbomachinery
2.5 轴流压气机
Fan： 小压比，大流量 Blower：中间压比 Compressor：大压比 <= 讨论对象
在推进、发电、工业过程等领域，轴流式和离心式压气机均得到 广泛应用，二者的对比如下：
1 同样压比条件下，二者重量相仿； 2 轴流式拥有更好的气动性能，效率更高； 3 航空应用中，离心式迎风面积大，阻力大； 4 离心式结构简单，在对体积限制高的场合如空间推进方面应用广泛； 5 较小的压比和流量条件下，离心式优于轴流式（单级离心即可实现） 大压比大流量条件下，多级轴流式优于多级离心式。
透平机械原理(第二章思考题)
32、 什么是轮周效率？如何理解其两种不同的表达式？ 33、 选用渐缩喷嘴和缩放喷嘴的条件各是什么？ 34、 采用盖度的目的是什么？动叶的进口高度如何确定？ 35、 叶根的反动度选用多大比较合理？其依据是什么？ 36、 级内损失主要包括哪几种损失？其损失对动叶出口排汽比焓有何影响？ 37、 级内部漏汽未漏出汽缸，为何会产生级的漏汽损失？ 38、 每一级是否全部存在所有的级内损失？为什么？试举例说明之？ 39、 什么是级的内功率和级的相对内效率？它们与轮周功率和轮周效率之间有何关 系？ 40、 试分析影响汽轮机功率的因素？ 41、 试按轮周功的一般表达式 P u1
2 2 c12 c2 w h-s 图中标注出式中的各项； （２）如为纯冲动级，则 Pu1 如何表达； （３）如为反冲动级，则 Pu1 如何表达。
透平机械原理 第二章 汽轮机级内能量转换过程
（讨论思考题） 1、 汽轮机的级是如何定义的？其在结构上是由什么组成的？ 2、 汽轮机在工作过程，使用了哪几个基本方程式？它们是在哪几种假设下推导出来的？ 3、 蒸汽在级中的工作过程，由热能转换成机械功要经过哪两个基本过程？ 4、 冲动作用原理和反动作用原理各自的特点是什么？ 5、 何谓级的反动度和平均反动度？ 6、 纯冲动级、反动级和带反动度的冲动级在叶型结构上各有什么特点？ 7、 级的理想比焓降、喷嘴的理想比焓降和动叶的理想比焓降在 h-s 图中是如何表示的？ 8、 喷嘴和动叶出口的汽流速度如何计算？ 9、 喷嘴速度系数 φ 与哪些因素有关？ 10、 在计算喷嘴出口流量时用到了彭台门系数，它是如何定义的？有什么使用价值？ 11、 蒸汽在喷嘴的斜切部分膨胀时， 为什么会产生汽流偏转？需要满足什么条件？什么 是膨胀极限压力？ 12、 采用速度系数的目的是什么？它和能量损失在数量上有什么关系？ 13、 什么是动叶进出口速度三角形？为什么速度三角的图形可以比较出作功能力的大 小？ 14、 喷嘴的流量系数与哪些因素有关？ 15、 级的轮周功率的表达式有哪几种？ 16、 试分析余速利用系数 μ1=0 和 μ1=1 两种情况下，轮周功率的表达式有何不同？ 17、 何谓级的速度比？纯冲动级、反动级、速度级的最佳速度比的表达式各为什么？ 18、 在相同直径 d、转速 u、出汽角 α1 的条件下，纯冲动级、反动级、复速级的焓降之 比等于多少？ 19、 当喷嘴和动叶处于亚临界和超临界时，如何分别计算汽流的出口角 α1 和β2？ 20、 余速利用对最佳速度比有何影响？反动度对最佳速度比有何影响？级内损失对最 佳速度比有何影响？ 21、 引出速度比概念的目的是什么？ 22、 汽轮机的级在流量、参数、速度比一定时，对喷嘴或动叶的高度，可控制（或调整） 哪些因素（或参数）使其尺寸发生变化？ 23、 试分析喷嘴汽流出口角 α1 的大小与叶片长短的关系。 24、 什么是部分进汽度？采用部分进汽度的目的是什么？ 25、 什么情况下采用部分进汽？采用部分进汽后，将引起哪些损失？如何减小这些损 失？ 26、 试说明漏汽损失产生的原因及减小的措施。 27、 试说明湿汽损失产生的原因， 它对汽轮机工作有何危害？减小该损失应采用哪些措 施？ 28、 冲动级选取反动度应考虑哪些因素？如何在结构上保证反动度的实现？ 29、 什么是余速利用系数 μ1？在 h-s 图上画出级后余速部分被下一级利用时级的热力过 程线。 30、 什么是轮周有效比焓降 Δhu ？ 31、 什么是轴向作用力 Fz、圆周力 Fu、总作用力 Fb？三者的关系如何？哪个力对动叶 做有用功？
最新蒸汽透平汽轮机工作原理知识讲解
蒸汽透平（或称汽轮机）是用蒸汽做功的旋转式原动机，它将蒸汽的热能转变成透平转子旋转的机械能，这一转变过程需要经过两次能量转换，即蒸汽通过透平喷嘴（静叶片）时，将蒸汽的热能转换成蒸汽高速流动的动能，然后高速气流通过工作叶片时，将蒸汽的动能转换成透平转子旋转的机械能。
蒸汽透平按工作原理分为两类：冲动式和反动式，冲动式透平的蒸汽热能转变成动能的过程，仅在喷嘴中进行，而工作叶片只是把蒸汽的动能转换成机械能，即蒸汽在喷嘴中膨胀，速度增大，温度压力降低，而在叶片中仅将其动能部分转变为机械能（汽体流速降低），而由于叶片沿流动方向的间槽道截面不变，因而蒸汽不再膨胀，压力也不再降低；而在反动式透平中，蒸汽在静叶片中膨胀，压力温度均下降，流速增大，然后进入动叶片（工作叶片），由于动叶片沿流动方向的间槽道截面形状与静叶片间槽道截面变化相同，所以蒸汽在动叶片中继续膨胀，压力也要降低，由于汽流沿着动叶片内弧流动时方向是改变的，因此，叶片既受到冲击力的作用，同时又受到蒸汽在动叶片中膨胀，高速喷离动叶片产生反动力的作用，冲动力和反动力的合力就是动叶片所承受的力，，这就是说，在反动式透平中，蒸汽热能转变成动能的过程，不仅在静叶片中进行，也在动叶片中进行。
按热力过程分，透平可分为背压式、凝汽式和抽汽凝汽式三类：背压式透平——在透平中工作后的蒸汽，在较高压力（大于0.1MPa）下排出，供作它用；KT2501、KT1503等属于凝汽式透平――蒸汽在透平中作功后全部排入凝汽器中冷凝；KT1501B属于抽汽凝汽式透平――将在透平高压缸作过功的蒸汽抽出一部分供作它用，而另一部分蒸汽在透平低压缸继续作功后全部排入凝汽器中冷凝。
只有一个叶轮的蒸汽透平称为单级透平，这种透平功率小、转速高、效率低，一般用于驱动小型油泵或水泵；为了提高能量转换的效率，透平往往不是仅有一只叶轮，而是让蒸汽依次通过几个叶轮（一个叶轮为一级），逐级降低其压力、温度，蒸汽每经过一次热能——动能——机械能的转换，称为工作的一个级，级与级之间用隔板隔开，第一级出来的蒸汽进入第二级，第一级的喷嘴装在汽缸的隔板上，蒸汽经过第二级喷嘴，再次降压、降温、升速，然后去推动第二个叶轮，依次类推，这种透平称为多级透平，多级透平的喷嘴和动叶片是相间排列的，大功率透平将几级叶轮装在一个汽缸内，根据蒸汽工作压力分为高、中、低压缸，有时一个缸还可分成几段，每段都有几个叶轮。
热力叶轮机械原理第二章 单级蒸汽透平3
虚线 — 代表实际情况下的芬诺线。
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汽封装置
曲径式汽封的漏汽量
δ
pz
p1
p0 ,t0
曲径式汽封漏汽量 G 与以下参数有关： 汽封前、后蒸汽参数： p0 T0 pz
汽封的几何参数：
A d
汽封片（环形孔口）数： z
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汽封装置
曲径式汽封的漏汽量
④ 当汽封最后一个环形孔口
的压差足够大时：
环
形
汽封出口汽流速度可 以达到当地音速；
孔 口
环形汽室
pz
汽封环
δ p1
p0 ,t0
汽封d2 套d1 筒
汽封的漏汽量就达到与汽封初压 p0 相对 应的最大值，即临界漏汽量。
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汽封装置
曲径式汽封中的流动过程
⑤ 所有环形孔口都是没有 斜切部分的收缩喷管：
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汽封装置
汽封结构图：
曲径式汽封结构图与照片
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汽封装置
汽封结构图：
刷式密封结构图与照片
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汽封装置
汽封结构图：
蜂窝密封结构图与照片
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10
汽封装置
曲径式汽封的工作原理
环形汽室
汽封环
环形孔口
pz
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p1 d2 d1
2v( pi1 v2
pi )
A
2 p( pi1 pi ) p0v0
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汽封装置
曲径式汽封的漏汽量
热力叶轮机械原理第二章 单级蒸汽透平2
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双列复速级蒸汽透平的热力计算
四排叶栅采用的叶型：
喷 管 叶 栅：C-9012A叶栅，b1 44mm B1 30mm
第一列动叶栅： b2 B2 25mm
转 向 导 叶：P-3021A叶栅,
b1 B1 25mm 第二列动叶栅： b2 B2 25mm
叶轮摩擦损失原因
A-A 截面
径 向
汽缸壁面 静止
叶轮壁面 旋转
周向
② 叶轮两侧的旋涡区，产生涡流，也消耗一部 分轮周功。
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摩擦损失、鼓风损失和弧端损失
叶轮摩擦损失概述
摩擦损失：克 的轮服周叶功轮。摩擦阻力和涡流所消耗
摩擦损失位置：叶轮的两个端面/叶轮前后 的两个空间。
摩擦损失功率的计算方法（通常用实验方法 来确定）：
30mm
e f
v
在一起，就可得相对内效
率与速比的变化曲线。
0 0.1 0.2 0.3 0.4 xa
双列复速级 oi 曲线
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级的相对内效率
2） f 、 v 、en 对相对内效o率i
的
影响
① 级相对内效率 < 轮周效
率；
0i u
较大A1 较小A1
u
(xa )opt 1
三排叶栅中。得到：
hs 261.30.9 235kJ / kg p1 1.57MPa
1 1.57 / 3.5 0.449 0.45 v1 v1s 0.171m3 / kg
根据：Gv1s 6.6 0.171 1.026m3 / s 必须采用较小的部分进汽度： e 0.25 则： xa 0.25
透平机及工作原理
透平机及工作原理透平是将流体工质中蕴有的能量转换成机械功的机器，又称涡轮或涡轮机。
透平是英文turbine的音译,源于拉丁文turbo一词,意为旋转物体。
透平的工作条件和所用工质不同，所以它的结构型式多种多样，但基本工作原理相似。
透平的最主要的部件是一个旋转元件,即转子,或称叶轮，它安装在透平轴上，具有沿圆周均匀排列的叶片。
流体所具有的能量在流动中，经过喷管时转换成动能，流过叶轮时流体冲击叶片，推动叶轮转动，从而驱动透平轴旋转。
透平轴直接或经传动机构带动其他机械，输出机械功。
透平机械的工质可以是气体，如蒸汽、燃气、空气和其他气体或混合气体，也可以是液体，如水、油或其他液体。
以水为工质的透平称为水轮机;以蒸汽为工质的透平称为汽轮机；以燃气为工质的透平称为燃气透平。
水轮机--水从高水位水库沿通道流向处于低水位的水轮机的过程中，高水位水的势能变成动能，推动水轮机旋转。
流过水轮机的尾水沿水道流去。
现代水轮机的唯一用途是作为水电站的动力源，带动发电机发电。
汽轮机--它的工质是蒸汽，具有热能。
蒸汽来自燃用矿物燃料的锅炉，或是来自核动力装置加热的蒸汽发生器。
它们产生的高温高压蒸汽以高速度经喷管送到蒸汽透平，驱动转子旋转，输出动力。
蒸汽流速很高，透平转子尺寸较小,所以转速可达10000转／分。
汽轮机主要用于火力发电厂，驱动发电机发电；也用于远洋大型船舶和潜水艇作为主机驱动螺旋桨，推进船舶。
燃气透平--它与压气机、燃烧室成为燃气轮机装置的三大主要部件。
空气供入压气机，压缩成较高压力和温度的压缩空气，流入燃烧室与燃料混合、燃烧，形成高温、高压、高速的燃气流，流入燃气透平并推动燃气透平旋转，经透平轴输出机械功。
燃气透平转速高达每分钟数万转。
现代燃气透平应用最广泛的是作为喷气式飞机的推进动力，有的用作舰船动力、发电厂、尖峰负荷用小型电站，也作为远距离输送天然气的气泵的动力。
用作机车、汽车动力的燃气透平还在研制试验中。
还有一种燃气透平用于火箭发动机，它作为压送火箭推进剂（燃料和氧化剂）的输送泵的动力，由一个气体发生器利用化学作用产生所需要的高温气体，吹动透平旋转，带动输送泵运转。
蒸汽透平工作原理
1、蒸汽透平工作原理：1.1蒸汽透平（或称汽轮机）是用蒸汽做功的旋转式原动机，它将蒸汽的热能转变成透平转子旋转的机械能，这一转变过程需要经过两次能量转换，即蒸汽通过透平喷嘴（静叶片）时，将蒸汽的热能转换成蒸汽高速流动的动能，然后高速气流通过工作叶片时，将蒸汽的动能转换成透平转子旋转的机械能。
蒸汽透平按工作原理分为两类：冲动式和反动式，冲动式透平的蒸汽热能转变成动能的过程，仅在喷嘴中进行，而工作叶片只是把蒸汽的动能转换成机械能，即蒸汽在喷嘴中膨胀，速度增大，温度压力降低，而在叶片中仅将其动能部分转变为机械能（汽体流速降低），而由于叶片沿流动方向的间槽道截面不变，因而蒸汽不再膨胀，压力也不再降低；而在反动式透平中，蒸汽在静叶片中膨胀，压力温度均下降，流速增大，然后进入动叶片（工作叶片），由于动叶片沿流动方向的间槽道截面形状与静叶片间槽道截面变化相同，所以蒸汽在动叶片中继续膨胀，压力也要降低，由于汽流沿着动叶片内弧流动时方向是改变的，因此，叶片既受到冲击力的作用，同时又受到蒸汽在动叶片中膨胀，高速喷离动叶片产生反动力的作用，冲动力和反动力的合力就是动叶片所承受的力，，这就是说，在反动式透平中，蒸汽热能转变成动能的过程，不仅在静叶片中进行，也在动叶片中进行。
按热力过程分，透平可分为背压式、凝汽式和抽汽凝汽式三类：背压式透平——在透平中工作后的蒸汽，在较高压力（大于0.1MPa）下排出，供作它用；KT2501、KT1503等属于凝汽式透平――蒸汽在透平中作功后全部排入凝汽器中冷凝；KT1501B属于抽汽凝汽式透平――将在透平高压缸作过功的蒸汽抽出一部分供作它用，而另一部分蒸汽在透平低压缸继续作功后全部排入凝汽器中冷凝。
只有一个叶轮的蒸汽透平称为单级透平，这种透平功率小、转速高、效率低，一般用于驱动小型油泵或水泵；为了提高能量转换的效率，透平往往不是仅有一只叶轮，而是让蒸汽依次通过几个叶轮（一个叶轮为一级），逐级降低其压力、温度，蒸汽每经过一次热能——动能——机械能的转换，称为工作的一个级，级与级之间用隔板隔开，第一级出来的蒸汽进入第二级，第一级的喷嘴装在汽缸的隔板上，蒸汽经过第二级喷嘴，再次降压、降温、升速，然后去推动第二个叶轮，依次类推，这种透平称为多级透平，多级透平的喷嘴和动叶片是相间排列的，大功率透平将几级叶轮装在一个汽缸内，根据蒸汽工作压力分为高、中、低压缸，有时一个缸还可分成几段，每段都有几个叶轮。
蒸汽透平汽轮机工作原理
蒸汽透平（或称汽轮机）是用蒸汽做功的旋转式原动机，它将蒸汽的热能转变成透平转子旋转的机械能，这一转变过程需要经过两次能量转换，即蒸汽通过透平喷嘴（静叶片）时，将蒸汽的热能转换成蒸汽高速流动的动能，然后高速气流通过工作叶片时，将蒸汽的动能转换成透平转子旋转的机械能。
蒸汽透平按工作原理分为两类：冲动式和反动式，冲动式透平的蒸汽热能转变成动能的过程，仅在喷嘴中进行，而工作叶片只是把蒸汽的动能转换成机械能，即蒸汽在喷嘴中膨胀，速度增大，温度压力降低，而在叶片中仅将其动能部分转变为机械能（汽体流速降低），而由于叶片沿流动方向的间槽道截面不变，因而蒸汽不再膨胀，压力也不再降低；而在反动式透平中，蒸汽在静叶片中膨胀，压力温度均下降，流速增大，然后进入动叶片（工作叶片），由于动叶片沿流动方向的间槽道截面形状与静叶片间槽道截面变化相同，所以蒸汽在动叶片中继续膨胀，压力也要降低，由于汽流沿着动叶片内弧流动时方向是改变的，因此，叶片既受到冲击力的作用，同时又受到蒸汽在动叶片中膨胀，高速喷离动叶片产生反动力的作用，冲动力和反动力的合力就是动叶片所承受的力，，这就是说，在反动式透平中，蒸汽热能转变成动能的过程，不仅在静叶片中进行，也在动叶片中进行。
按热力过程分，透平可分为背压式、凝汽式和抽汽凝汽式三类：背压式透平——在透平中工作后的蒸汽，在较高压力（大于0.1MPa）下排出，供作它用；KT2501、KT1503等属于凝汽式透平――蒸汽在透平中作功后全部排入凝汽器中冷凝；KT1501B属于抽汽凝汽式透平――将在透平高压缸作过功的蒸汽抽出一部分供作它用，而另一部分蒸汽在透平低压缸继续作功后全部排入凝汽器中冷凝。
只有一个叶轮的蒸汽透平称为单级透平，这种透平功率小、转速高、效率低，一般用于驱动小型油泵或水泵；为了提高能量转换的效率，透平往往不是仅有一只叶轮，而是让蒸汽依次通过几个叶轮（一个叶轮为一级），逐级降低其压力、温度，蒸汽每经过一次热能——动能——机械能的转换，称为工作的一个级，级与级之间用隔板隔开，第一级出来的蒸汽进入第二级，第一级的喷嘴装在汽缸的隔板上，蒸汽经过第二级喷嘴，再次降压、降温、升速，然后去推动第二个叶轮，依次类推，这种透平称为多级透平，多级透平的喷嘴和动叶片是相间排列的，大功率透平将几级叶轮装在一个汽缸内，根据蒸汽工作压力分为高、中、低压缸，有时一个缸还可分成几段，每段都有几个叶轮。
叶轮机械的基本理论讲义
1
第一节 叶轮机械的典型结构
一、典型结构
叶轮机械有汽轮机、燃气轮机、叶轮泵、透平压缩机、风机，其结构 大体相同，也有区别，其共同特点： 1. 离心式工作机 ❖ 单级单吸离心泵和通风机（图2—1，图2—2）：其通流部分由吸入 口（进气口）、叶轮、涡壳组成。两轴承在叶轮的一侧，叶轮悬臂， 流体轴向吸入。液体机械，多为铸件或锻件；风机一般为薄板冲压后 焊接成型。
时流体在叶轮中的流线。b为叶轮转动时叶轮上固体质点运动轨迹，c为叶
轮绝对运动的轨迹。图2—18为轴流式叶轮中的相对与绝对运动。根据速度
合成，则绝对速度是相对速度和牵连速度之矢量和。
c wu
(2—7）
其中，c为绝对速度，w为相 对速度，u为圆周速度。
图2—17
图2—18
16
图2-19为速度三角形。C和w可分解为圆周分量和周向分量。即
h2
h1
1 2
(c22
c12 ) g(z2
z1) 0
• 对于可压缩介质，可不考虑重力作用 。上二式为
（2-23）
hth
h2
h1
1 2
(c22
c12 )
h2
h1
1 2
(c22
c12
)
0
（2-24） （2-25）
28
每一个成功者都有一个开始。勇于开始，才能找到成
•
1、
功的路 。20.10.1420.10.14Wednesday, October 14, 2020
1-1、2’-2‘面上压力、叶轮力，因轴对称，重力矩之代数和为零； 1-1、2’2‘面上压力和z轴垂直，或和z轴平行，无矩。所以，外力矩 M z 就是叶轮 力矩。
蒸汽透平原理结构及操作指引
蒸汽透平原理结构及操作指南蒸汽透平操作指南概述本操作指南中描述的应用于尿素装置的SAC1-8型透平〜通过联轴器和轴承箱驱动两段离心式压缩机2MCL 606和2BCL 306/A。
上述设备安装于同一基面。
透平的正常工作需要的动力蒸汽压力为43巴。
设备的布置图将在后页的简图中给出。
透平的操作条件将会在本部份的后页中给出。
该操作指南包括制造特色、控制、安全和设备监控〜设备的操作维护〜润滑油系统、安装、维护工具。
透平的辅助设备和选用的仪表相关资料另外提供。
设备的安装组装指南将在第2部分中第一节中设备基础安装注意事项中提供。
丿下缩系统安装简图主要尺寸和重量主要尺寸见下图重量名称Kg N透平SAC1-8 18000 176580透平转子1800 17658 压缩机2MCL606 55000 539550 2MCL606 转子2500 24525 压缩机2BCL 306A 8500 83385 2BCL 306A 转子140 1373. 4丿［［缩系统安装简图透平型号:SAC 1-8编号：190. 057透平运行数据，设计值，额定功率,A.P.I, KW 10611最大连续转速RPM 7133新蒸汽压力正常Bar a 43. 0最高Bar a 45. 0最低Bar a 41. 0新蒸汽温度正常？ 387最高? 394最低？380抽气压力正常Bar a 25. 0注气压力正常Bar a 4. 1乏汽压力正常Bar a 0. 2透平蒸汽消耗表SOL 19436/4蒸汽透平隔热隔热是在透平的表面部分区域采用棉被包裹避免于环境直接接触。
这些棉被需采用不锈钢铁丝系牢。
隔热方案整个透平除表冷器部分外都需要做隔热处理，控制阀和紧急事故停车阀的保温固定在基础上，蒸汽管线采用铝包裹石棉保温。
特别注意，隔热棉应该紧密贴附于设备表面，避免形成空气夹层。
设备的边缘和配管需要根据外部轮廓进行相应的变化。
仪表探头必须露出隔热层。
当仪表密集时，应该在块状隔热层上提供仪表探头孔。
叶轮机械原理讲义2气动热力学基础
（1）、给气流加入功叶栅中的气流动能必然发生 变化，也就是加工量体现在气流动能的变化上。 （2）三项的意义分别是：相对动能的变化量（动 叶静压的升高）、绝对动能的变化量（为静叶静压 升高做准备）、离心力做的功。
（1）、式中 Cu 和 Wu常称为扭速，计算所得的 比功Lu常称为理论功或理论加功量。 （2）该式清楚池表明：基元级中加给气体的理 论功与动叶栅的圆周速度和气流流过叶栅时的扭速 成正比。 （3）在国际单位制，轮缘功的单位是J／kg
叶轮机械原理——
第三章轴流压气机基元级理论
2、欧拉方程第二表达式：
叶轮机械原理——
第三章轴流压气机基元级理论
叶轮机械原理——
第三章轴流压气机基元级理论
总结 1、压气机的压缩过程 2、基元级的概念 3、速度三角形的组成及参数
叶轮机械原理——
第三章 轴流压气机工作原理
叶轮机械原理——
第三章 轴流压气机工作原理
叶轮机械原理——
第三章轴流压气机的工作原理
压缩过程的热力学图示表征
T-S图
h-S图
叶轮机械原理——
第三章轴流压气机的工作原理
叶轮机械原理——
第三章轴流压气机的工作原理
滞止等熵效率Isentropic efficiency
叶轮机械原理——
第二章 叶片机中的气动热力学基础
热力学第一定律方程：
上述方程是对气体微团建立，在叶栅中气体微团从1 截面运动到2截面相应的状态参数从1变化到2：
注：状态参数变化与 坐标系无关，流体微 团与外界能量交换可 等效为热量交换。
叶轮机械原理——
第二章 叶片机中的气动热力学基础
蒸汽透平原理结构及操作指南
蒸汽透平原理结构及操作指南蒸汽透平操作指南概述本操作指南中描述的应用于尿素装置的SAC1-8型透平～通过联轴器和轴承箱驱动两段离心式压缩机2MCL 606 和2BCL 306/A。
上述设备安装于同一基面。
透平的正常工作需要的动力蒸汽压力为43巴。
设备的布置图将在后页的简图中给出。
透平的操作条件将会在本部份的后页中给出。
该操作指南包括制造特色、控制、安全和设备监控～设备的操作维护～润滑油系统、安装、维护工具。
透平的辅助设备和选用的仪表相关资料另外提供。
设备的安装组装指南将在第2部分中第一节中设备基础安装注意事项中提供。
压缩系统安装简图主要尺寸和重量主要尺寸见下图重量名称Kg N透平SAC1-8 18000 176580透平转子 1800 17658 压缩机2MCL606 55000 539550 2MCL606转子 2500 24525 压缩机2BCL 306A 8500 83385 2BCL 306A转子 140 1373.4压缩系统安装简图透平型号:SAC1-8编号:190.057透平运行数据,设计值,额定功率,A.P.I, KW 10611 最大连续转速 RPM 7133 新蒸汽压力正常 Bar a 43.0最高 Bar a 45.0最低 Bar a 41.0新蒸汽温度正常 ? 387最高 ? 394最低 ? 380 抽气压力正常 Bar a 25.0 注气压力正常 Bar a 4.1 乏汽压力正常 Bar a 0.2透平蒸汽消耗表 SOL 19436/4蒸汽透平隔热隔热是在透平的表面部分区域采用棉被包裹避免于环境直接接触。
这些棉被需采用不锈钢铁丝系牢。
隔热方案整个透平除表冷器部分外都需要做隔热处理，控制阀和紧急事故停车阀的保温固定在基础上，蒸汽管线采用铝包裹石棉保温。
特别注意，隔热棉应该紧密贴附于设备表面，避免形成空气夹层。
设备的边缘和配管需要根据外部轮廓进行相应的变化。
仪表探头必须露出隔热层。
蒸汽透平机原理
透平原理透平[turbine] 将流体介质中蕴有的能量转换成机械功的机器。
又称涡轮、涡轮机。
透平是英文turbine的音译，源于拉丁文turbo一词，意为旋转物体。
透平的工作条件和所用介质不同，因而其结构型式多种多样，但基本工作原理相似。
透平最主要的部件是旋转元件（转子或称叶轮），被安装在透平轴上，具有沿圆周均匀排列的叶片。
流体所具有的能量在流动中经过喷管时转换成动能，流过转子时流体冲击叶片，推动转子转动，从而驱动透平轴旋转。
透平轴直接或经传动机构带动其他机械，输出机械功。
透平按所用的流体介质不同可分为水轮机（用作水电站的动力源）、汽轮机（用于火力发电厂、船舶推进等）、燃气透平（用作喷气式飞机的推进动力、舰船动力，以及发电厂、尖峰负荷用小型电站等）和空气透平（只能用作微小动力）等。
编辑本段简介水轮机--水从高水位水库沿通道流向处于低水位的水轮机的过程中，高水位水的势能变成动能，推动水轮机旋转。
流过水轮机的尾水沿水道流去。
现代水轮机的唯一用途是作为水电站的动力源，带动发电机发电。
汽轮机--它的介质是蒸汽，具有热能。
蒸汽来自燃用矿物燃料的锅炉，或是来自核动力装置加热的蒸汽发生器。
它们产生的高温高压蒸汽以高速度经喷管送到蒸汽透平，驱动转子旋转，输出动力。
蒸汽流速很高，透平转子尺寸较小,所以转速可达10000转／分。
汽轮机主要用于火力发电厂，驱动发电机发电；也用于远洋大型船舶和潜水艇作为主机驱动螺旋桨，推进船舶。
燃气透平--它与压气机、燃烧室成为燃气轮机装置的三大主要部件。
空气供入压气机，压缩成较高压力和温度的压缩空气，流入燃烧室与燃料混合、燃烧，形成高温、高压、高速的燃气流，流入燃气透平并推动燃气透平旋转，经透平轴输出机械功。
燃气透平转速高达每分钟数万转。
现代燃气透平应用最广泛的是作为喷气式飞机的推进动力，有的用作舰船动力、发电厂、尖峰负荷用小型电站，也作为远距离输送天然气的气泵的动力。
用作机车、汽车动力的燃气透平还在研制试验中。
蒸汽透平工作原理
1、蒸汽透平工作原理：1.1蒸汽透平（或称汽轮机）是用蒸汽做功的旋转式原动机，它将蒸汽的热能转变成透平转子旋转的机械能，这一转变过程需要经过两次能量转换，即蒸汽通过透平喷嘴（静叶片）时，将蒸汽的热能转换成蒸汽高速流动的动能，然后高速气流通过工作叶片时，将蒸汽的动能转换成透平转子旋转的机械能。
蒸汽透平按工作原理分为两类：冲动式和反动式，冲动式透平的蒸汽热能转变成动能的过程，仅在喷嘴中进行，而工作叶片只是把蒸汽的动能转换成机械能，即蒸汽在喷嘴中膨胀，速度增大，温度压力降低，而在叶片中仅将其动能部分转变为机械能（汽体流速降低），而由于叶片沿流动方向的间槽道截面不变，因而蒸汽不再膨胀，压力也不再降低；而在反动式透平中，蒸汽在静叶片中膨胀，压力温度均下降，流速增大，然后进入动叶片（工作叶片），由于动叶片沿流动方向的间槽道截面形状与静叶片间槽道截面变化相同，所以蒸汽在动叶片中继续膨胀，压力也要降低，由于汽流沿着动叶片内弧流动时方向是改变的，因此，叶片既受到冲击力的作用，同时又受到蒸汽在动叶片中膨胀，高速喷离动叶片产生反动力的作用，冲动力和反动力的合力就是动叶片所承受的力，，这就是说，在反动式透平中，蒸汽热能转变成动能的过程，不仅在静叶片中进行，也在动叶片中进行。
按热力过程分，透平可分为背压式、凝汽式和抽汽凝汽式三类：背压式透平——在透平中工作后的蒸汽，在较高压力（大于0.1MPa）下排出，供作它用；KT2501、KT1503等属于凝汽式透平――蒸汽在透平中作功后全部排入凝汽器中冷凝；KT1501B属于抽汽凝汽式透平――将在透平高压缸作过功的蒸汽抽出一部分供作它用，而另一部分蒸汽在透平低压缸继续作功后全部排入凝汽器中冷凝。
只有一个叶轮的蒸汽透平称为单级透平，这种透平功率小、转速高、效率低，一般用于驱动小型油泵或水泵；为了提高能量转换的效率，透平往往不是仅有一只叶轮，而是让蒸汽依次通过几个叶轮（一个叶轮为一级），逐级降低其压力、温度，蒸汽每经过一次热能——动能——机械能的转换，称为工作的一个级，级与级之间用隔板隔开，第一级出来的蒸汽进入第二级，第一级的喷嘴装在汽缸的隔板上，蒸汽经过第二级喷嘴，再次降压、降温、升速，然后去推动第二个叶轮，依次类推，这种透平称为多级透平，多级透平的喷嘴和动叶片是相间排列的，大功率透平将几级叶轮装在一个汽缸内，根据蒸汽工作压力分为高、中、低压缸，有时一个缸还可分成几段，每段都有几个叶轮。
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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
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。
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
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
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 ）。
→ 蒸汽在动叶栅中作功后经排汽管离开透平。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；
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。
hn
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。
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
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2.3 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
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：