叶栅几何尺寸的确定
第四节-叶栅几何尺寸的确定2019 42页PPT文档
180o
(1
）
2
二 叶栅及叶型参数的选择
（一）叶栅类型的选择 对级的热力计算：
一般已G知 、p0、 ：t0、p2
选定 n 、 c0 、 ： dm 、 m
p1，喷嘴叶栅和动叶栅寸 尺。
喷嘴 np p1 0 *，动 b叶 p p12 *
亚音1速 ）： 当 n或b cr时，采用渐缩喷嘴，
基元— 级在沿叶高的某叶 一高 直为 径无 处穷小的
和动叶栅组成； 的透平级
平面叶— 栅将基元级的环形布叶在栅一展平面上。
叶栅定义
简化汽轮机级
叶栅
轴流式汽轮机叶栅的气动特性
1、叶型几何参数
中弧线—叶型型线诸内切圆中 心的连线；
叶型转折角—在中弧线两端 B
点处切线间的夹角； 弦长b—中弧线两端点的距离 （投影长度）； 叶型中弧线挠度f —弦长与中弧 线上平行与弦长方向的切线之 间的距离；
动叶损失增加
在高压段
在低压级 复速级中
一般冲动级 1=110~140 反动级 1=140~200
1逐级增大，后面几级冲动级达200左右 为不使1、*2太小，1可取大些，130~180
2：冲动级： 2 *1(30~50) 复速级： 2 *1(30~50) 1 ' 2 *(50~100 )
2 * ' 1 '(70~80)
（三）叶片个数和高度的选择 叶片高度l
（三）叶片宽度的选择
叶片制造工艺和通用性原则
三、 冲动级内反动度的选择
三、 冲动级内反动度的选择(续)
选择原则：根部不漏汽也不吸汽。 r p ej d
a) 根部反动度较大时：产生根部漏汽现象；
泵与风机课后思考题答案
泵与风机课后思考题答案 Final approval draft on November 22, 2020思考题答案绪论思考题1．在火力发电厂中有那些主要的泵与风机其各自的作用是什么答：给水泵：向锅炉连续供给具有一定压力和温度的给水。
循环水泵：从冷却水源取水后向汽轮机凝汽器、冷油器、发电机的空气冷却器供给冷却水。
凝结水泵：抽出汽轮机凝汽器中的凝结水，经低压加热器将水送往除氧器。
疏水泵：排送热力系统中各处疏水。
补给水泵：补充管路系统的汽水损失。
灰渣泵：将锅炉燃烧后排出的灰渣与水的混合物输送到贮灰场。
送风机：向锅炉炉膛输送燃料燃烧所必需的空气量。
引风机：把燃料燃烧后所生成的烟气从锅炉中抽出，并排入大气。
2．泵与风机可分为哪几大类发电厂主要采用哪种型式的泵与风机为什么答：泵按产生压力的大小分：低压泵、中压泵、高压泵风机按产生全压得大小分：通风机、鼓风机、压气机泵按工作原理分：叶片式：离心泵、轴流泵、斜流泵、旋涡泵容积式：往复泵、回转泵其他类型：真空泵、喷射泵、水锤泵风机按工作原理分：叶片式：离心式风机、轴流式风机容积式：往复式风机、回转式风机发电厂主要采用叶片式泵与风机。
其中离心式泵与风机性能范围广、效率高、体积小、重量轻，能与高速原动机直联，所以应用最广泛。
轴流式泵与风机与离心式相比，其流量大、压力小。
故一般用于大流量低扬程的场合。
目前，大容量机组多作为循环水泵及引送风机。
3．泵与风机有哪些主要的性能参数铭牌上标出的是指哪个工况下的参数答：泵与风机的主要性能参数有：流量、扬程（全压）、功率、转速、效率和汽蚀余量。
在铭牌上标出的是：额定工况下的各参数4．水泵的扬程和风机的全压二者有何区别和联系答：单位重量液体通过泵时所获得的能量增加值称为扬程；单位体积的气体通过风机时所获得的能量增加值称为全压联系：二者都反映了能量的增加值。
区别：扬程是针对液体而言，以液柱高度表示能量，单位是m。
全压是针对气体而言，以压力的形式表示能量，单位是Pa。
汽轮机原理 第一章
目前常见的复速级内总的反动度 值约在5%～15%之间。
图1-23 带反动度的复速级的热力过程线
复速级的轮周功：复速级的轮周功等于两列动叶 上产生的机械功之和。
Wu Wu Wu u c1 cos1 c2 cos2 c1cos1 c2cos2
➢ β 的大小与喷嘴的进口状态（ 、 p0* v0* ）、压力比εn和蒸汽的 绝热指数κ有关。
Gn Gnc
k
2
1
2
k n
k 1
nk
k 1
2 k 1 k 1
1
0.546 n 1
n 0.546
三、蒸汽在喷嘴斜切部分中的膨胀
汽轮机弯曲型渐缩叶栅通道，在喉部后形成斜切出口通道，将此称为 斜切部分。它的存在极大地改变了叶栅通道的流动特性。
极限膨胀压力比 1d
k
1d
p1d p0
2 k1
k 1
sin 1
2k k1
汽流偏转角
sin 1 1
sin
1
ccr c1t
cr 1t
图1-13 蒸汽在喷嘴斜切部分的膨胀
第三节 蒸汽在动叶中的流动
圆周速度： u dmn
60
相对速度：W1、W2
绝对速度：C1、C2
➢ 进口速度三角形 ➢ 出口速度三角形
➢ 叶栅流道：喷嘴叶栅和动叶栅的安
装角s和s、喷嘴叶栅和动叶栅的 叶型进口几何角0g和0g、喷嘴叶 栅和动叶栅的叶型出口几何角1g和 1g、喷嘴出口汽流角1和动叶出口 汽流角2等
喷嘴叶栅和动叶栅的几何参数
喷嘴叶栅结构尺寸：
第二章 汽轮机级内能量转换过程
u
db n
第一节 汽轮机级的基本概念 4 级的热力过程线
1.1 级的工作过程
hn hb ht
0 hn
喷嘴理想焓降 动叶理想焓降 级理想焓降 喷嘴滞止理想焓降 级滞止理想焓降 初速能
ht0
2 c0 hc 0 2 2 c2 hc 2 2
余速损失
第一节 汽轮机级的基本概念 1.2 级的反动度 1、定义：
第二节 蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程 3、喷嘴的通流能力 （1） 喷嘴的理想流量. (渐缩喷嘴)
c1，比容 v1t ，则通过喷嘴的理想流量： 出口面积 A，理想速度 t n
k 1 0 k k 1 2 An c1t An 2k 0 0 p1 2k p 0 k k An G nt p0 v0 1 0 n n 0 v1t v1t k 1 k 1 v0 p0 p n 1 0 p 0 当喷嘴参数一定时，流量是压比的函数。
n n ，
G Gnt
n
v 1 1t v1 1t
第二节 蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程 考虑流量系数后，实际临界流量为：
Gnc nGntc
过热蒸汽（ n 0 . 97 ）： 饱和蒸汽（ n 1 .02 ）：
G n c 0 .6 4 7 3 A n
第二章 汽轮机级内能量转换过程
第二节 蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程
一、蒸汽在喷嘴中的流动过程 1、蒸汽在喷嘴（静叶）中的流动过程的特点： (1)蒸汽在喷嘴中把热能转换成动能，并获得一定的方向； (2)喷嘴固定在汽缸上，是静止的，不对外做功，w=0。
第二节 蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程
叶栅参数
50MW 凝汽式汽轮机直径 1100m d mm =调节级的形式、比焓降、叶型及尺寸，速比选用0.23/0.26 T —叶栅节距；b —叶栅弦长；y y d ρ—喷嘴与动叶的安装角；B —叶栅宽度第一列动叶片 TP —1b 型 叶宽38mm 安装角81°动叶高度28.19mm弦长 ()03838.47sin81b b mm == 节距()0.6838.4726.16b t mm =⨯=叶片数 3.14161100/26.16132.10b Z =⨯=取134b Z = 第一列动叶中理想进口汽流方向111111sin tan cos C C uαβα-=- 01010790.205sin15tan 19.11790.205cos15172.78β-==-第一列动叶进口汽流速度 11101C sin 790.205sin15624.71sin sin19.11αωβ=== m/s 第一列动叶进口速度动能 1221/2000624.71/2000195.13w h w ∆=== kJ/kg 第一列动叶滞止比焓降 157.47195.13252.60b b w h h h *∆=∆+∆=+=kJ/kg第一列动叶出口汽流理想速度 244.7244.72252.60710.76t b h ω*=∆=⨯=m/s 第一列动叶速度系数取0.9ϕ=第一列动叶出口汽流实际速度 220.9710.76639.68t ωϕω==⨯=m/s 第一列动叶出口绝对速度的方向和大小：11022222sin 639.68sin18tan tan 24.41cos 639.68cos18172.78u ωβαωβ--⨯===-⨯- 22202sin 639.68sin18478.32sin sin 24.41C ωβα⨯=== m/s 第一列动叶动能损失22(1)10.9)252.6047.99b b h h ξϕ*∆=-∆=-⨯=（kJ/kg 第一列动叶余速损失2222/2000478.32/2000114.40c h C ∆===kJ/kg第一列动叶出口面积 4422239.660.2021010125.24cm 639.68b GV A ω⨯=⨯=⨯= 第一列动叶高度 202125.241028.19sin 0.416 3.14161100sin18b b b A l e d πβ⨯===⨯⨯⨯ mm 部分进气度 35.98400.4163.1411100n n m t Z e d π⨯===⨯ 面积比 /125.24/44.512b n A A ==1、叶型几何参数中弧线—叶型型线诸内切圆中心的连线；叶型转折角 —在中弧线两端点处切线间的夹角； 弦长b —中弧线两端点的距离（投影长度）；叶型中弧线挠度f —弦长与中弧线上平行与弦长方向的切线之间的距离；叶型最大厚度dmax ：叶型诸内切圆的最大值；进出口缘厚度d1、d2:组成进出口圆直径；相对出口缘厚度：d2/o; o 为喉口最小截面。
叶栅理论 PPT
第二节 翼型受力及等价平板翼栅
一、栅中流动
oxy
讨 论 叶 栅 流 动 时 选 用 随 叶 片 一 起 流 动 的 坐 标 系 ， 设 栅 前 无 穷 远 处 来 流 速 度 为 w1(w1x, w1y) ，栅 后 无 穷 远 处 的 流 速 w 2(w 2x, w 2y) 。由 于 叶 栅 对 流 场 的 作 用，通常栅前、栅后的速度大小和方向都会发生变化，使二者不相等。
2． 空 间 叶 栅 流 经 叶 栅 流 道 的 流 动 是 空 间 流 动 。如 ：混 流 式 水 轮 机 、水 泵 、风 机 的 叶 轮 。
3． 直 列 叶 栅 流面上列线成一无限长直线，为直列叶栅，如：轴流式叶轮叶栅。 4． 环 列 叶 栅 流面上列线为圆周线，为环列叶栅。如：离心式叶轮叶栅为环列叶栅。 5． 不 动 叶 栅 叶栅本身不运动为不动叶栅。如：导叶。 6． 运 动 叶 栅 叶栅本身运动，为运动叶栅。又可以分为移动和转动叶栅。
（ 3）
z1
p1 g
w
2 1
2g
z2
p2 g
w
2 2
2g
（ 4）
z1
z2，
w
2 1
w
2 1x
w
2 1y
，
w
2 2
w
2 2
x
w
2 2
y
，
又
w1x
w 2x ，
代
入
伯
努
利
方
程
，
得：
p1
p2
1 2
(
w
2 2y
w
2 1y
)
（ 5）
Rx,Ry可 表 示 为 ：
R
x
泵与风机课后思考题答案之欧阳育创编
思考题答案绪论思考题1．在火力发电厂中有那些主要的泵与风机？其各自的作用是什么？答：给水泵：向锅炉连续供给具有一定压力和温度的给水。
循环水泵：从冷却水源取水后向汽轮机凝汽器、冷油器、发电机的空气冷却器供给冷却水。
凝结水泵：抽出汽轮机凝汽器中的凝结水，经低压加热器将水送往除氧器。
疏水泵：排送热力系统中各处疏水。
补给水泵：补充管路系统的汽水损失。
灰渣泵：将锅炉燃烧后排出的灰渣与水的混合物输送到贮灰场。
送风机：向锅炉炉膛输送燃料燃烧所必需的空气量。
引风机：把燃料燃烧后所生成的烟气从锅炉中抽出，并排入大气。
2．泵与风机可分为哪几大类？发电厂主要采用哪种型式的泵与风机？为什么？答：泵按产生压力的大小分：低压泵、中压泵、高压泵风机按产生全压得大小分：通风机、鼓风机、压气机泵按工作原理分：叶片式：离心泵、轴流泵、斜流泵、旋涡泵容积式：往复泵、回转泵其他类型：真空泵、喷射泵、水锤泵风机按工作原理分：叶片式：离心式风机、轴流式风机容积式：往复式风机、回转式风机发电厂主要采用叶片式泵与风机。
其中离心式泵与风机性能范围广、效率高、体积小、重量轻，能与高速原动机直联，所以应用最广泛。
轴流式泵与风机与离心式相比，其流量大、压力小。
故一般用于大流量低扬程的场合。
目前，大容量机组多作为循环水泵及引送风机。
3．泵与风机有哪些主要的性能参数？铭牌上标出的是指哪个工况下的参数？答：泵与风机的主要性能参数有：流量、扬程（全压）、功率、转速、效率和汽蚀余量。
在铭牌上标出的是：额定工况下的各参数4．水泵的扬程和风机的全压二者有何区别和联系？答：单位重量液体通过泵时所获得的能量增加值称为扬程；单位体积的气体通过风机时所获得的能量增加值称为全压联系：二者都反映了能量的增加值。
区别：扬程是针对液体而言，以液柱高度表示能量，单位是m。
全压是针对气体而言，以压力的形式表示能量，单位是Pa。
5．离心式泵与风机有哪些主要部件？各有何作用？答：离心泵叶轮：将原动机的机械能传递给流体，使流体获得压力能和动能。
压气机思考题及答案
第一章1.压气机的分类方法有哪些？答:工质的流动方向：轴流式，离心式，斜流式，混合式工质压强提高的程度：风扇，通风机，鼓风机，压缩机工质的性质：气体：压气机，液体，泵2，离心式压气机和轴流式压气机各自的优缺点？,轴流式：优点：1，迎风面积小；2，适合于多级结构；3，高压比时效率高；4，流通能力强；5，在设计和研究方法上，可以采用叶栅理论。
缺点：叶片型线复杂，制造工艺要求高，以及稳定工况区较窄、在定转速下流量调节范围小等方面则是明显不及离心式压缩机。
离心式：优点：1，单级增压比高；2，结构简单、制造方便；3，叶片沾污时，性能下降小；4.，轴向长度小；5，稳定工作范围大。
缺点：3简述压气机的工作原理？工作叶片 扩张通道 对气流做工Lu 回收部分动能气流工作轮压强增加动能上升整流器压强增加流向调整第二章1、 什么是轴流压气机的基元级？为什么要提出基元级概念？答：○1基元级：用两个与压气机同轴并且半径差∆r →0的圆柱面，将压气机的一级在沿叶高方向截出很小的一段，这样就得到了构成压气机级的微元单位—基元级。
○2在基元级上，可忽略参数在半径方向的变化，故利用基元级将实际压气机内复杂三元流动简化为二维模型——降维，便于做研究，故提出了基元级 。
2、压气机基元级增压比和等熵效率如何定义？答：基元级增压比：级静叶姗出口气压和工作轮进口气压之比。
等商效率：气体等熵压缩功与实际耗用功之比。
3、何为压气机基元级的理论功？计算方法有哪些？答：单位质量流体获得的功Lu 即为基元级的理论功。
形式：○1 ○22222221221c c w w Lu -+-=○3*1*2h h Lu -= ○4S f R f L L C C dp Lu ,,2123312+++-+=⎰ρ4、试画出压缩过程的温熵图，并指出理论功、多变压缩功、等熵压缩功和热阻功、摩擦损失功所对应的面积,热阻功是怎么引起的？答理论功Lu=A bd3*fb ；摩擦损失功=A cd3*1*c ；多变滞止压缩功=A bc1*3*fb ；等熵滞止压缩功=A bc3*ifb ；热阻功=A 1*3*3*i ；热阻功引起的原因：○1尾迹损失，上下表面附面层在尾缘回合后形成的涡流，由于粘性作用，旋涡运动消耗动能转变我热能损失；○2尾迹和主流区的掺混，同时由于)(12u u W W u Lu -=粘性作用，使动能转变为热能损失 。
第二章 汽轮机级内能量转换过程1
南华大学 热能与动力工程系
新蒸汽室
隔板
第一级喷嘴
第二级喷嘴 第一级动叶
南华大学 热能与动力工程系
（2）带反动度的冲动级
1）Ω∈(0,0.5)，一般而言Ω ∈[0.05,0.20]
2）结构特点： a. 动叶栅截面形状近似对称； b. 喷嘴前后压差大，为了减少泄漏常用隔板结构 和隔板汽封； c. 动叶栅前后压差小，轴向受力不大，采用叶轮 式。
南华大学 热能与动力工程系
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二、蒸汽在喷嘴中的流动过程
（一）汽流参数与喷嘴形状的关系
以下导数项为对流动方向求导即 1. 基本方程 连续性方程： 则有： 由动量方程
G cA
dA A d
d dx
，略去dx.
dA A dc c d 0
dc c
dc c
dc c
(
0 .5
南华大学 热能与动力工程系 15
2. 冲动级 （1）纯冲动级
1）Ω=0，蒸汽只在喷 嘴中膨胀，而在动叶 中不膨胀，只改变流 动方向。
2）p1=p2 ，△hb=0, △ht*=△hn*。 3）效率较低，很少 使用。
南华大学 热能与动力工程系
动叶片 喷嘴
叶轮
轴
南华大学 热能与动力工程系
平均截面（middle）， m 3） r m t
南华大学 热能与动力工程系 14
三、级的分类
1. 分类依据：反动度——直接影响叶片形状的设 计、运行的安全性和经济性。
冲动式：靠冲动力做功的级，反动度小的级。
(0 0 .5)
反动式：靠反动力做功的级，反动度大的级。
4）动叶出口状态（2状态）
第四章叶栅理论
第四章 叶栅理论 §4—1 概 论把按照一定规律排列起来的相同机翼之系列，叫做翼栅。
翼栅问题是单个机翼问题的推广。
翼栅理论在工程上得到广泛应用，特别是在叶片式流体机械方面。
因此，翼栅常被称为叶栅，组成它的机翼也就叫做叶片了。
一、叶栅几何参数表征一个叶栅的几何特征的参数，叫做叶栅的几何参数。
叶栅的几何参数主要有下列几个：(一)列线栅中诸叶片上各相应点的联结线，称为叶栅的列线。
通常都以叶片前后缘点的联线表示之。
实际上所遇到的列线，其形状有两种：一为无限长直线；另(见图4一1)。
(二)栅轴垂直于列线的直线叫栅轴。
但对圆周列线的叶栅，把旋转轴定义为其栅轴。
有些文献中，把上述列线叫做栅轴，而不再引用列线这一名词。
(三)叶型叶片与过列线的流面交截出来的剖面形，叫叶栅的叶型。
其一几何参数见翼型。
图4—1直列叶栅与环列叶栅(四)栅距列线上二相邻的相应点间的线段长度，叫叶栅的栅距或栅隔，用字母t 记之。
对圆列线叶栅，不引用此参数，而用角距nπ2(n ——叶片数)代替它。
(五)安放角叶型的弦与列线间之夹角e β，称为叶型在叶栅中之安放角。
叶型中线在前、后缘之切线与列线之夹角'e β、''e β分别叫作叶型的进、出口安放角。
对圆列线叶栅，只引用后二个参数。
（六）疏密度栅中叶型弦长l 与栅距t 之比值t l /，叫做叶栅的疏密度。
而把其倒数l t /，称为相对栅距。
圆列线叶栅不引用此参数。
二、叶栅分类在工程实际当中所遇到叶栅多种多样，为便于分析和讨论问题，可以给这些叶型加以分 类。
但从不同角度又可得出不同的分类，这里仅就水力机械中常用到的分类法，介绍两种。
(一)根据绕流流面分类叶栅1．平面叶栅如能将绕叶栅液流分成若干等厚度流层，这些流层本身为平面或这些流层虽为曲而，但若沿流线切开后，能铺展成一平面者，称这类叶栅为平面叶栅。
绕这类叶栅的流动为平面流动。
例如水轮机的导叶叶栅，低比速水轮机和水泵的转轮叶栅等，绕流这些叶栅的流面本身就是平面；而轴流式水轮机、水泵和风机等转轮叶栅之流面，虽为圆柱面，但顺流线切开后可展成平面。
第四章 轴流式通风机设计基础
第四章轴流式通风机设计基础现代航空用燃气轮机中多用多级轴流式压气机。
主要由于其效率高(>87％），通风面积小，也可用于大流量工况下运行。
其主要结构如图1所示，由导向器，轮盘，工作叶片，转子轴，整流叶片和机壳组成。
对于多级轴流压气机，每个级中的流动类似，工作原理相同，所以可以针对一个级进行研究。
在每个级中，可以认为外径和内径沿轴向变化很小，可以认为气流是沿圆柱表面上的环形叶栅的流动。
环形叶栅展开后，可以看成是平面叶栅。
每组圆柱面上的环形叶栅可以认为是一组压气机的基元级。
从轮毂至轮缘无数多个基元级组成一个工作机，即压气机的一级叶轮和整流器。
第一节基元级速度三角形进口导向器工作轮整流器图10-1 轴流式压气机图10-2 基元级速度三角形一般多级轴流压气机第一级装有导向器，导向器改变气流进入叶轮的流动方向，产生正预旋式和反预旋式两种。
因而使气流角 <900, >, >0为正预旋， <0(-与的方向相反时为反预选)。
由于气流流经压气机后，压力和密度逐渐增加，由连续方程可知，当叶片高度不变时，轴向分速度降低。
如果轴向分速度不变，叶片高度就要减少。
实际设计中，叶片高度和轴向分速度都要有所变化。
图10-2中，流过工作轮的气流速度的轴向分量和不同，< 但在分析过程中可以认为，如图10-2(b）所示。
由速度三角形可以得到如下关系：(10-1）以及(10-2）(10-3）当和增加时，使增加，从而减少压气机的级数。
但是在一定预旋之下和的增加，带来增加，和增加，使增大，和增加接近声速时，压气机叶栅通道内就会出现激波，它将导致亚音速叶栅的流动损失剧增。
因此，，三者受到一定限制。
当过高时，采用正预旋使降低声速之下，当然改动也会下降。
当达不到要求时，采用负预旋使适当增加。
第二节级中的气体压缩过程图10-3基元级的焓熵图图10-3为基元级的焓熵图，1－2I, 2—3I’分别表示工作轮与整流器中的等熵压缩过程，而基元级中气体的等熵压缩过程线为1－3I，工作轮中的等熵压缩功为：考虑进口速度时的滞止等熵压缩功为：在整流器中的等熵功为：以及整个基元级的等熵压缩功式中π= p3/ p1.由于出口绝对速度C3与C1差别很小，可以认为lad*≈lad。
汽轮机原理及运行
答：A初压变化对经济性的影响。对于不同背压的级组，背压越高，初压改变对功率的影响越大。当主蒸汽温度不变，主蒸汽压力升高时，蒸汽的初焓减小；此时进汽流量增加，回热抽汽压力升高，给水温度随之升高，给水在锅炉中的焓长减小，1kg蒸汽在锅炉内的吸热量减少。此时进汽量虽增大，但由于进汽量的相对变化小于机组功率的相对变化，故热耗率相应减小，经济性提高。初压升高使循环效率增大的经济效益，几乎全部被进汽节流损失相抵消，对机组运行经济性几乎没有影响。B初压变化对安全性的影响。初压长高时，所有承压部件受力增大，其内部应力将增大。初压升高时，若初温保持不变，使在湿蒸汽区工作的级湿度增大，加剧其叶片的侵蚀，并使汽轮机的相对内效率降低。若初压升高过多，而保持调节阀开度不变，则使末级组蒸汽的理想焓降增大，会导致叶片过负荷。此时调节级汽室压力长高，使汽缸、法兰和螺栓受力过大，高压级隔板前后压差增大。当初压降低时，要保持汽轮机的功率不变，增加进汽量。此时末级组蒸汽的流量和理想焓降都相应增大，则蒸汽对动叶片的作用力增加，机组的轴向推力相应增大。
答：各级在工况变化时的特点通常将汽轮机的级分为调节级、中间级和末级组三类。A中间级在工况变化时，压力比不变。在工况变化范围不大时，中间级的级前蒸汽温度基本不变。此时级内蒸汽的理想焓降不变，速度比也不变，故级效率不变，级的内功率与蒸汽流量成正比，即与级前蒸汽压力成正比。B末级组变工况时汽轮机的排汽压力变化不大，当流量下降时G1/ G0减小，P01减小，且变工况前级组前后的压力差越大，P01减小得越多，即级前压力降低得多，级后压力降低得少。此时级压力比增大，级内理想焓降减小，而且末级的压力比和理想焓降变化最大。级的速度比随理想焓降的减小而增大，偏听偏信离最佳值，级效率相应降低。C调节级前后压力比随流量的改变而改变，其理想焓降亦随之变化。当汽轮机流量减小时，调节级的压力比逐渐减小，调节级焓降逐渐增大。
叶栅几何尺寸的确定
c12t c12
1
1
2
1
根据热力学第一定律：
dq
dh
dp
' n
dh
dp
(1 n' )dh
(1 n' )
k
k d( 1
p)
多变过程指数n与速度系数的关系(续）：
dp
(1 n' )dh
(1
' n
)
k d( k 1
p)
(k
1)
dp
(1
因为：☆泵浦效应
p
0.07(1
lb db
)2( u ca
)2
☆射汽抽汽效应ej=0.01~0.02
☆叶轮反动度
d
1
1
0.25(
A4 Ap'
)2
三、 冲动级内反动度的选择(续)
r选定后，采用等截面直叶片级反动度沿叶高的变化规律，
cu r 常数规律：
平均反动度m
1
[(1
r
出口：An
Gnv1t
nc1t
znanln
喉部：( An )cr
G 0.648
p0*
RT0*
zntnln sin 1
zn (ln )cr (an )cr
tan an acr
2 2L
扩张角 60 ~ 120
缩放喷嘴示意图
五、动叶栅尺寸的确定
Ab
叶栅理论
是 流 体 对 翼 型 的 作 用 力 R(Rx,Ry)。
3． 直 列 叶 栅 流面上列线成一无限长直线，为直列叶栅，如：轴流式叶轮叶栅。 4． 环 列 叶 栅 流面上列线为圆周线，为环列叶栅。如：离心式叶轮叶栅为环列叶栅。 5． 不 动 叶 栅 叶栅本身不运动为不动叶栅。如：导叶。 6． 运 动 叶 栅 叶栅本身运动，为运动叶栅。又可以分为移动和转动叶栅。
n
a
2
5． 安 放 角 叶 型 的 弦 和 列 线 的 夹 角 S ， 称 为 安 放 角 （ 叶 型 的 安 放 角 ）。 叶 型 的 中 线 在 前 后 缘 的 切 线 与 列 线 的 夹 角 S1 、 S 2 称 为 进 出 口 安 放 角 。 对环列叶栅，只定义进出口安放角。
6． 稠 密 度 弦长 b 与栅距 t 之比b 叫做叶栅的稠密度，把它的倒数称为相对叶栅，对环列
p1t p 2t R x w xt ( w 2 x w 1x )
R
y
w xt(w 2 y
w1y )
将 w 2x w1x w x 代 入 并 整 理 可 得 ：
（ 2）
R x ( p1 p2) t
R
y
w xt (w 2 y
w1y )
由 伯 努 利 方 程 将 p 1 p 2 用 w 表 示 。（ 沿 相 对 流 线 的 B . E ）
t
叶栅不引用这一参数。 二、叶栅分类
根据水力机械常用分类方法，介绍如下： 1． 平 面 叶 栅 流经叶栅流道的流动是平面流动，如：水轮机导叶叶栅、低比转数水泵、 水轮机转轮叶栅。 对轴流式水泵、水轮机、风机等转轮叶栅可展成平面，即将圆柱面展成平 面，则也可称为平面叶栅。
汽轮机级内能量转换过程
1 k 1
c1c、v1c 及c1、v1分别为喷嘴喉部（临界条件处）
三、蒸汽在动叶中的流动：
m
（一）反动度
m ：
冲动级与反动级的区别： 冲动级： m =0.05~0.3
反动级：m =0.4~0.6
（二）蒸汽在动叶中的热力过程：
由于结构上的相似，导致蒸汽在动 叶中的热力过程与喷嘴中的热力过程也相似。 区别在于喷嘴是静止的，而动叶是转动的， 如果以相对速度讨论，则动叶内就适用喷嘴 的全部结论了。
2
轮周效率与速度比关系的物理意义 ：
纯 冲 动 级 轮 周 效 率
余速利用对最佳速度比的影响：
cos 2 2 xa cos 1 xa 1 cos 1 u 2 c2 1 1 ca
2 xa cos 1 xa 1
根据喷嘴前后压力比
n
* p0 大小:
p1
当 n nc时, 采用渐缩喷嘴 当 n小于 nc 较多时, 采用缩放喷嘴
(二)喷嘴栅尺寸与流量关系方程式:
当汽流作亚音速流动时:
zntn e dm
An znA zn ln tn sin 1 e dm ln sin 1
* 0 * 0
得
2 p cr k 1
pcr
* 0 * 0
0
* 0 *k
cr
pcr 2 cr * p0 k 1
过热蒸汽 K=1.3
k k 1
cr 0.546 cr 0.577
饱和蒸汽
K=1.135
（五）通过喷嘴的蒸汽流量： 理想流量：
2 2
2
2
2
汽轮机原理-叶栅几何尺寸的确定
14
2.4 叶栅几何尺寸的确定
六、其他结构因素的确定 （一） 级的动、静叶栅面积比
15
2.4 叶栅几何尺寸的确定
六、其他结构因素的确定
（二）级的间隙
1.轴向间隙δ
开式轴向间隙δz 闭式轴向间隙δ1, δ2
α0g、β1g、α1g、β2g—分别为喷嘴叶栅叶型进口角、动叶叶栅叶型进口角、喷嘴 叶栅叶型出口角、动叶叶栅叶型出口角。
汽流冲角—叶型进口角与汽流进口角之差。
4
2.4 叶栅几何尺寸的确定
二、叶栅及叶型参数的选择
1．叶栅类型的选择 依据：Ma。 * 亚声速叶栅—Ma<0.8 * 跨声速叶栅—Ma∈[0.8,1.4] * 超声速叶栅—Ma>1.4 由于超声速叶栅的工艺性能和变工况性能较差，且亚声速叶栅可利用其斜切部分 的继续膨胀实现超声速，仍可采用亚声速叶栅。 2. 汽流出口角α1、β2的选择 （1）高压级：选择出口角较小的叶型，冲动级α1=11-14°，反动级α1=14-20°。
1）叶栅几何特性参数
dm—平均直径。 l—叶片高度。
t—叶栅节距。
B—叶栅宽度。
b—叶栅弦长。
2
2.4 叶栅几何尺寸的确定
一、叶栅的几何特征
2. 叶型及叶型参数 （1）叶型：叶片的横断面形状，包括等截面叶型和变截面叶型。 （2）叶型参数
1）叶栅几何特性参数 dm—平均直径。 l—叶片高度。 t—叶栅节距。 B—叶栅宽度。 b—叶栅弦长。
5
2.4 叶栅几何尺寸的确定
二、叶栅及叶型参数的选择
6
2.4 叶栅几何尺寸的确定
三、反动度的选择
第五节叶栅气动特性与叶栅损失
为实验系数，它取决于叶栅流 道的收敛度和叶栅的高度
气流出口角
M2<0.5
M2=1
小结
级的造型设计的主要要求： 造型设计的任务是恰当地把气动参数和几 何参数结合起来，最后确定叶片的几何形状。 (1)希望实现预期的速度图，并使流动损失 小，以便发出所需功率和通过给定的气体流 量。 (2)沿叶片内弧的速度从前线到尾缘均匀、 连续地增加，没有扩压段。在极个别情况下， 也可以允许有一小段是等速的，然后加速到 底。叶背型面的速度分布更重要，通常在叶
二、叶栅试验和气动特性
叶栅效率 对于静叶：
h1s h1 2 n 1 n h1s *
*
对于动叶：
h 2 s * h 2 2 b 1 b h2 s *
衡量叶栅损失性能的指标： 1）速度系数 2）能量损失系数 3）总压损失系数
总压损失系数：压力 损失在喷嘴和动叶中压 * * 降的份额。 p0 p1
Re 2
c1b
w2b
自动模化流动雷诺数
5 反动式 Re 2 (5 ~ 7) 10
冲动式
叶型损失系数随雷 诺数的变化不大。
叶型背面产生层流附面层脱离的情况
(四) 马赫数的影响
当叶栅在马赫数M＞0.3的条件下工作时，压力分布曲线、损 失系数和汽流出口角都将随从的改变而变化。这就是汽体的可 压缩性对叶栅特性的影响。 存在一个叶型损失系数最小的最佳马赫数。M在小于最佳值的 范围内，随着M的增加，沿汽流方向压力降落的速度增加，附 面层随之减薄，从而使摩擦损失减小；M超过最佳值后再继续 增加时，就会在叶栅汽道的背 弧上产生局部超音速汽流(虽整 个出口汽流还是亚音速)，从而 产生冲波，引起冲波损失，虽 然M的增加使摩擦损失减小， 但在数值上不能弥补冲波损失，所以叶型损失增加。
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叶栅额线方向的夹角;
叶栅相对节距 t ; b
叶栅稠度 b t
第一节 概 述
动、静叶栅几何参数
前额线 前缘点
汽流进口角几何进口角
叶片安装角
后缘点后额线
中弧线
几何出口角 汽流出口角
3、气流参数
进出口角度：1、1、2、2
冲角：i 1k 1
1 1k，负冲角
1 1k，正冲角
1 1k，零冲角
出口角：（2
p1，喷嘴叶栅和动叶栅尺寸。
喷嘴 n
p1 p0*
，动叶
b
p2 p1*
亚音速：1）当 n或 b
时，采用渐缩喷嘴，
cr
确定喷嘴出口截面尺寸An；一般M 0.8
跨音速b
时，仍采用渐缩喷嘴，
cr
需计算An、；一般0.8 M 1.4
超音速：3）n或b 0.3时，采用缩放喷嘴，
叶型最大厚度dmax：叶型诸内切圆的最大值； 进出口缘厚度d1、d2:组成进出口圆直径； 相对出口缘厚度：d2/o; o为喉口最小截面。
2、叶栅几何参数
叶栅节距t:相邻叶型对应点之间的距离；
安装角s : 弦长方向与叶栅额线之间的夹角；
轴向宽度B：弦长在透平轴线上的投影；
几何构造角1g、2
：中弧线在两端点进出口缘的切线和
G 0.648
p0*
RT0*
zntnln sin 1
zn (ln )cr (an )cr
tan an acr
2 2L
扩张角 60 ~ 120
缩放喷嘴示意图
五、动叶栅尺寸的确定
Ab
G
b 2t w2t
edblb sin
2
lb
Ab
edb sin
2
进口lb' 根据ln来确定：lb' ln
盖度： lb' ln t r
Gn 0.648
p0*
RT0*
(ln )cr
( An )cr
edm sin 1
斜切部分的偏转角1： sin( 1 1) sin 1
cr ccr 1t c1t
(
2
1
) k 1
k 1
k 1 1
k 1
k 1
sin
1
k n
1nk
(二)缩放喷嘴 n cr
出口：An
Gnv1t
nc1t
znanln
喉部：( An )cr
第四节 叶栅几何尺寸的确定
一． 叶栅的几何特性 二． 叶栅及叶型参数的选择 三． 反动度的选择 四． 喷嘴叶栅尺寸的确定 五． 动叶栅尺寸的确定 六． 汽轮机级动静叶栅的面积比
叶栅定义
叶栅 —由叶型相同的叶片以相同的间隙和角度在同一
回转面上排列而成的；
环形叶栅 — 一列叶片排列为一整圈； 直列叶栅—径高比dm /l大于10；
~
80 )
（三）叶片个数和高度的选择 叶片高度l
（三）叶片宽度的选择
叶片制造工艺和通用性原则
三、 冲动级内反动度的选择
三、 冲动级内反动度的选择(续)
选择原则：根部不漏汽也不吸汽。r p ej d
a) 根部反动度较大时：产生根部漏汽现象；
b) 根部反动度很小或为负值时：产生根部吸汽现象；
需确定Amin、A出口、A中间根据喷嘴轴线光滑变化，
一般M 1.5。
不同马赫数时冲动式叶栅和反动式叶栅的叶型
常用喷嘴及动叶叶型的基本几何特性
HQ-2 TC-2A(B)
出汽角2
安装角s
（二）出汽角1和2的选择
1：影响到汽轮机的做功能力、效率及叶片高度
适当 1做功能力 、轮周效率 1过小 1、*2减小，使汽流在动叶栅中转折厉害
部分进汽度e的选择原则： 1)使叶栅的端部损失及部分进汽损失之和最小； 2)考虑结构因素的影响。
一般压力级：e=1 调节级：e<1；e≯0.8 但e≮0.15 反动级：e=1
部分进汽损失：采用e时，特别是e 0.15时， 损失会剧烈增加。
(一)渐缩喷嘴(续)
2、超音速流动0.3 n cr
喉部：( An )cr
平均反动度m
1[(1
r
)( db db
lb
)]
顶部反动度t
1
[(1
r
)(
db db
lb lb
)]
四、喷嘴叶栅尺寸的确定
(一)渐缩喷嘴
1、亚音速流动n cr
An
Gn
n 1tc1t
— —(1)
n：过热蒸汽0.93 ~ 0.95，饱和蒸汽0.94 ~ 0.98
c1t 2hn* 2(1 m )ht*
动叶损失增加
在高压段 一般冲动级 1=110~140
反动级 1=140~200
在低压级 1逐级增大，后面几级冲动级达200左右
复速级中 为不使1、*2太小，1可取大些，130~180
2：冲动级：
复速级：
* 2
1
(30
~
50 )
* 2
1
(30
~
50 )
1'
* 2
(50
~ 100 )
*' 2
1'
(70
）可近似的写成：
2
（2 2）
arcsia
a2 t
2 (1)
2 (1)为气流的落后角，它取决于有效气流角和马赫数 。
叶型转折角： 180o (1k 2k )
气流转折能力：
180o
(1
）
2
二 叶栅及叶型参数的选择
（一）叶栅类型的选择
对级的热力计算：
一般已知：G、p0、t0、p2 选定：n、c0、dm、m
c) 根部反动度r=0.03~0.05时：不漏汽也不吸汽。 因为：☆泵浦效应
☆射汽抽汽效应epj=0.00.10~70(1.02dlbb
)2
(
u ca
)2
☆叶轮反动度
d
1
1
0.25(
A4 Ap'
)2
三、 冲动级内反动度的选择(续)
r选定后，采用等截面直叶片级反动度沿叶高的变化规律，
cu r 常数规律：
基元级 — 在沿叶高的某一直径处叶高为无穷小的静叶栅
和动叶栅组成的透平级； 平面叶栅 — 将基元级的环形叶栅展布在一平面上。
叶栅定义
简化汽轮机级
叶栅
轴流式汽轮机叶栅的气动特性
1、叶型几何参数
中弧线—叶型型线诸内切圆中 心的连线；
叶型转折角 —在中弧线两端 B
点处切线间的夹角； 弦长b—中弧线两端点的距离 （投影长度）； 叶型中弧线挠度f —弦长与中弧 线上平行与弦长方向的切线之 间的距离；
Δt：顶部盖度 Δr：根部盖度
因离心力的作用 Δt＞Δr 凝汽式汽轮机最末几级，lb＞lb‘， γ=12~150，但不能太大， 否则汽流无法充满整个汽道。
盖度的选择
盖度过小：会使汽流撞击动叶栅而造成损失。
又An zntnln sin 1 — —(2) an tn sin 1
如容积流量较小，喷嘴采用部分进汽度e
e zntn
由(2)式：ln
An zntn sin
d m
1
An
edm sin
1
将(1)式的An代入，即可求得ln。
喷嘴在圆周上的分布
调节级喷嘴组 （每组八个喷嘴）
部分进汽的喷嘴组外形
部分进汽度e的选择