汽轮机原理-蒸汽在级内的流动过程
汽轮机工作原理及流程
汽轮机工作原理及流程
汽轮机是一种利用蒸汽动力的热力机械，其工作原理和流程是由蒸汽的能量转
换为机械能，从而驱动发电机或其他机械设备。
汽轮机工作原理及流程主要包括蒸汽进汽轮机、蒸汽膨胀、蒸汽冷凝和蒸汽排出等过程。
首先，蒸汽进汽轮机。
在汽轮机中，蒸汽从锅炉中产生，经过调节阀进入汽轮
机的高压缸，然后通过叶片的作用使汽轮机转动。
蒸汽的进入使得汽轮机内部产生高速旋转，从而转动发电机或其他机械设备。
其次，蒸汽膨胀。
在汽轮机内部，蒸汽受到叶片的作用，从而产生膨胀，使得
汽轮机转动更加迅速。
蒸汽的膨胀过程是汽轮机工作中非常重要的一环，它直接影响着汽轮机的工作效率和输出功率。
接着是蒸汽冷凝。
在汽轮机工作过程中，蒸汽膨胀后的温度降低，需要通过冷
凝器进行冷凝。
蒸汽在冷凝器内部散发热量，经过冷凝后变成凝结水，然后排出系统。
这一过程是为了保证汽轮机内部循环的蒸汽能够继续被利用，提高能源利用率。
最后是蒸汽排出。
冷凝后的凝结水排出系统，蒸汽的循环过程完成，汽轮机重
新进入下一个循环。
蒸汽排出过程是汽轮机工作流程的最后一环，也是为了保证系统内部蒸汽循环的顺利进行。
总的来说，汽轮机工作原理及流程是一个连续循环的过程，通过蒸汽的进入、
膨胀、冷凝和排出，实现了能量的转换和机械设备的驱动。
汽轮机作为一种重要的能源转换设备，在发电、工业生产等领域有着广泛的应用，其工作原理和流程的理解对于提高能源利用效率和保障设备安全稳定运行具有重要意义。
第一章 第二节 汽轮机级的工作原理
pcr 2k * * ccr p0 v0 [1 * p k 1 0
2 pcr p ( ) k 1
* 0 k k 1
k 1 k
喉部
]
Байду номын сангаас
p0 c0
p1 p1c c1c
ccr
2k * * p 0 v0 k＋1
ccr只与蒸汽滞止初 参数有关，而与流 动过程中有无损失 及损失的大小无关。 11
2
第二节 蒸汽在级内的流动过程
基本控制方程
1、连续方程 在稳定流动的情况下，每单位时间流过流管任 一截面的蒸汽流量不变，用公式表示为 G＝Ac 1 A1c1 2 A2c2 常数
G－单位时间的蒸汽质量流量，kg/s A－汽道内任一横截面面积，m2 c－垂直于截面A的蒸汽速度，m/s ρ－截面A上蒸汽的密度，kg/m3
Gcr 0.647An
cdc
5
第二节 蒸汽在级内的流动过程
能量方程
对于稳定绝热流动，汽流进入系统的能量必须等于离 开系统的能量。若在流动系统中忽略摩擦力做功和势能等 因素，则系统的能量方程式可以写为，
2 c0 c12 h0 q h1 W 2 2
c0 、 式中: h0 、h1－蒸汽进入和流出系统的焓值，J/kg； c1－蒸 汽进入和流出系统时的速度 ,m/s ； q－1kg 蒸汽通过系统时， 对外界所吸收的热量，J/kg；W－1kg蒸汽通过系统时对外界 所作的机械功 ，J/kg。
绝热q＝0
蒸汽在流经喷管时不做功w=0
1.喷管出口汽体的理想速度
2 c0 c12t h0 h1t 2 2
2 c0 c12 h0 h1 2 2
汽轮机的工作原理
汽轮机的工作原理
首先，蒸汽进入汽轮机。
在汽轮机内部，蒸汽经过高压缸和中压缸的膨胀做功过程，使得汽轮机内的叶片转动。
在这个过程中，蒸汽的压力和温度逐渐下降，而汽轮机内部的叶片则因为蒸汽的冲击力而转动。
接着，蒸汽在汽轮机内膨胀做功。
当蒸汽进入汽轮机后，叶片会受到蒸汽的冲击力而转动，从而带动汽轮机的转子旋转。
这个过程中，蒸汽的热能被转化为机械能，从而推动汽轮机的转子旋转。
最后，排出冷凝水。
在汽轮机内部，蒸汽的能量被转化为机械能后，会在汽轮机的出口处排出，形成冷凝水。
而冷凝水则会被输送至锅炉中重新加热，形成再循环。
总的来说，汽轮机的工作原理就是通过蒸汽的进入、膨胀做功和排出冷凝水这三个过程，将热能转化为机械能。
这种工作原理使得汽轮机成为了一种高效、可靠的能量转换装置，被广泛应用于发电、船舶和工业生产等领域。
在实际应用中，汽轮机的工作原理还会受到一些因素的影响，
比如蒸汽的温度和压力、汽轮机的设计和制造工艺等。
因此，在设计和使用汽轮机时，需要充分考虑这些因素，以确保汽轮机能够正常、高效地工作。
综上所述，汽轮机的工作原理是基于蒸汽的进入、膨胀做功和排出冷凝水这三个过程，通过将热能转化为机械能来驱动汽轮机的转子旋转。
这种工作原理使得汽轮机成为了一种高效、可靠的能量转换装置，在现代工业生产中发挥着重要作用。
汽轮机工作原理及流程
汽轮机工作原理及流程汽轮机是一种利用蒸汽能量来驱动转子旋转的热力机械设备，它在现代工业中扮演着至关重要的角色。
汽轮机的工作原理及流程对于了解其运行机制和性能特点具有重要意义。
本文将从汽轮机的工作原理、基本结构和工作流程等方面进行详细介绍。
汽轮机的工作原理主要是利用蒸汽的压力能将动能转化为机械能。
当高温高压的蒸汽通过汽轮机的喷嘴进入叶片区域时，蒸汽的动能将叶片推动并使其产生旋转。
汽轮机的转子通过叶片的推动而旋转，从而驱动汽轮机的发电机或其他负载设备。
这一过程中，蒸汽的压力和温度逐渐下降，最终排出汽轮机，完成了一个工作循环。
汽轮机的基本结构包括汽轮机转子、定子、叶片、喷嘴等部件。
转子是汽轮机的主要工作部件，它由多级叶轮组成，每个叶轮上安装有叶片。
定子是支撑转子的固定部件，它包括了汽轮机的外壳、轴承等部件。
叶片是汽轮机中最关键的部件之一，它的设计和排列方式直接影响着汽轮机的性能和效率。
喷嘴是用来喷射高压蒸汽的装置，它的设计和工作状态对汽轮机的工作效果有着重要影响。
汽轮机的工作流程主要包括汽轮机的启动、加速、稳定运行和停机等阶段。
在汽轮机启动阶段，首先需要将汽轮机加热至一定温度，然后通过喷射高压蒸汽来推动转子旋转。
随着蒸汽的不断喷射，汽轮机的转速逐渐加快，从而完成了汽轮机的启动。
在汽轮机稳定运行阶段，蒸汽的压力和温度保持在一定范围内，并通过控制喷嘴和叶片的工作状态来控制汽轮机的输出功率。
最后，在汽轮机停机阶段，需要逐渐减少喷嘴的喷射量，使汽轮机的转速逐渐降低，最终停止转动。
总的来说，汽轮机是一种利用蒸汽能量来驱动转子旋转的热力机械设备，其工作原理和流程对于了解其运行机制和性能特点具有重要意义。
通过对汽轮机的工作原理、基本结构和工作流程进行详细介绍，可以更好地理解汽轮机的工作原理和运行特点，为汽轮机的设计、运行和维护提供重要参考。
第一章 汽轮机级的工作原理-第二节 蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程
第二节 蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程在第一节中介绍了级的工作过程。
本节主要分析蒸汽流经喷嘴和动叶通道过程中，对级的工作特性有重要影响的通流特性、通流能力和流动效率问题。
一、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程(一)喷嘴出口汽流速度蒸汽在喷嘴通道中的理想膨胀过程如图1.1.4中的线段01’所示。
当喷嘴前的蒸汽参数及初速0c 为已知时，则 02000002c c h h h h δ=+=+ (1.2.1) 将式(1．2．1)代入式(1．1．16)，因为喷嘴是固定的，不对外做功，w=0,则喷嘴理想出口速度1t c 为1t c ====理想气体在等比熵膨胀过程中的比焓差可表示为 000001010011()()11t t t h h R T T p v p v κκκκ-=-=--- (1.2.3)将式(1．2．3)代入式(1．2．2)得1t c = (1.2.4) 或1t c =式中，010n p p ε=,称为喷嘴压比，即喷嘴后的压力与喷嘴前的滞止压力之比。
式(1．2．2)用于喷嘴的计算，它表示喷嘴汽流理想速度的大小取决于喷嘴的滞止理想比焓降。
式(1．2．5)常用于理论分析．它表明影响喷嘴出口速度的因素。
在给定蒸汽性质和初态的情况下，1t c 仅是压比的单值函数。
在喷嘴的实际流动过程中。
蒸汽粘性所产生的摩擦等损失使蒸汽出口速度由1t c 减小为1c 即11==t c c ϕ式中,ϕ称为喷嘴速度系数。
由它可求出实际流动过程中的喷嘴动能损失，即喷嘴损失，其值为 22222011111222t t n n c c c h h δϕϕ=-=-=-∆（）（） (1.2.7) 影响喷嘴速度系数ϕ的因素多(如喷嘴高度、叶型、汽道形状、压比及表面粗糙度等)而复杂，很难用理论计算精确求得，一般由试验确定。
ϕ与叶片高度n l 关系密切，故实验数据常绘制为ϕ随n l 的变化曲线，如图1．2．1 所示。
由图可见，当喷嘴高度n l ＞100mm 时，ϕ值基本上不再随n l 而变化；当n l ＜12~15mm 时，ϕ值剧烈下降。
《蒸汽动力装置》-第二章
1
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：是由一组安装在喷嘴汽室或隔 板上的静叶栅和一组安装在叶轮上的动叶栅 所组成，它是汽轮机作功的最小单元。 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。通过冲动和反动两种作用实现。
18
19
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
根据连续方程式、动量方程式、等熵过程方程，综合可得：
M是马赫数(M= c/a )。可以看到，喷嘴截面积的变化规律， 不仅和汽流速度有关，同时还和马赫数M有关。 （1）当汽流速度小于音速，即M<1时，若要使汽流能继续 加速， 即dc/dx>0，则必须dA/dx< 0，即渐缩喷嘴。 （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，即渐扩喷嘴。 （3）当汽流速度在喷嘴某截面上刚好等于音速，即M=1， dA/dx =0。表明横截面A不变化，达到最小值。
7
三、汽轮机级的类型及特点
（一）冲动级和反动级 按蒸汽在动叶通道内膨胀程 度不同，即反动度的大小不同， 轴流式级可分为冲动级和反动级。 1、冲动级。 Ωm=0的级叫纯冲动 级，蒸汽只在喷管叶栅中膨胀， 在动叶栅中不膨胀而只改变其流 动方向。纯冲动级做功能力大， 但效率比较低，现代一般采用带 少量反动度（Ωm=0 .05~0.2）的 冲动级。做功能力比反动级大， 效率比纯冲动级高。
汽轮机的基本原理
汽轮机的基本原理
汽轮机是一种将热能转化为机械能的设备，其基本原理是通过热力循环使工作物质（通常是蒸汽）在旋转的转子上进行膨胀和压缩，从而驱动转子转动。
其主要原理如下：
1. 蒸汽进入汽轮机的高压部分，被压缩至高温高压状态。
这一过程是通过一个或多个高压涡轮机实现的，涡轮机通过高速旋转将蒸汽压缩。
2. 压缩后的高温高压蒸汽进入汽轮机的中压和低压部分，继续进行膨胀。
这一过程也是通过一个或多个中低压涡轮机实现的，蒸汽在旋转的转子上释放热能，推动转子转动。
3. 膨胀后的低温低压蒸汽排出汽轮机，并通过冷凝器冷却成液体，再次进入锅炉进行再次加热和循环。
4. 转子通过与压缩蒸汽和膨胀蒸汽的作用，在转子上产生动力。
这个动力可以用来输出机械能，例如驱动发电机产生电能。
总的来说，汽轮机利用高压蒸汽的能量驱动转子旋转，从而将热能转化为机械能。
这种转换过程中，蒸汽的能量会以机械能的形式输出到外部，从而实现了能源的转换。
汽轮机级内能量转换过程
（5）反动度变化规律的：
rr 1 1 r r
2
cos 1r sin 1r
2 2
1 1 r rr r
2
各项参数变
化规律
汽流速度与压力变 化关系示意图
3、等环量级的特点：
（二）、等α 1角流型：
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、附面层分离引起的涡流损失： 3、出口边的尾迹损失：
4、冲波损失：
（二）、端部损失： 1、端部附面层磨檫损失： 2、二次流损失：
三、影响叶栅损失的因素：
（一）、影响叶型损失的因素： 1、相对节距的影响： 2、安装角的影响： 3、汽流角和冲角的影响： 4、马赫数的影响： 5、雷诺数的影响： 6、叶型几何参数的影响：
（2）动叶进汽角变化规律的：
tan 1 tan 1r
r rr
1 ur r c1ur rr
2
（3）动叶出汽角变化
规律的：
tan 2 tan 2 r
2ur
（4）动叶出口方向角
ur
1 r rr rr rr r r
变化规律的：
c 2 z c 2ur r c 2z tan 2 tan 2 r c 2u c 2u c 2ur rr
第一章 汽轮机级的工作原理-第一节 概 述
第一节 概 述汽轮机本体中作功汽流的通道称为汽轮机的通流部分。
它包括主汽门、调节汽门、导管、进汽室、各级喷嘴和动叶及汽轮机的排汽管。
现代电站汽轮机均为多级汽轮机，由若干级组成。
由一列喷嘴叶栅和其后紧邻的一列动叶栅构成的工作单元称为汽轮机的级。
因为汽轮机的热功转换是在各 个级内进行的，所以研究级的工作原理是掌握整个汽轮 机工作原理的基础。
一、级的工作过程图1.1.1为某一冲动式汽轮机级的示意图。
喷嘴叶 片安装在隔板体上，动叶片安装在叶轮的外缘上。
喷嘴前截面用0—0表示，喷嘴叶栅和动叶栅之间的截面用l —l 表示，动叶后截面用2—2表示。
这三个截面通常称为级的特征截面或计算截面。
各截面上的汽流参数分 别注以下标0 ， 1和2，如0p 、1p 和2p ，分别表示喷嘴前、喷嘴后和动叶后的蒸汽压力。
在喷嘴通道内，蒸汽由压力0p 膨胀到1p ，温度由0t 下降到1t ，汽流速度相应地由0c 升到1c 。
可见，蒸汽从四嘴的进口到出口实现了由热能向动能的转换。
高速流动的蒸汽由喷嘴出口进入动叶时，给予动叶以冲动力i F 。
通常汽流在动叶槽道中继续膨胀，并转变方向，当汽流离开动叶槽道时，它给叶片以反动力r F (见图1．1．2)，这两个力的合力，推动动叶带动叶轮和轴旋转，作出机械功。
动叶以转速n 绕汽轮机轴旋转，用u表示动叶平均直径b d 处(即1/2叶高处，见图(1.1.1)的圆周速度，其大小为（1.1.1）其方向为动叶运动的圆周方向。
由于动叶以圆周速度u运动，所以，以1c表示的喷嘴出口汽流的绝对速度，是以相对速度1w 进入动叶的。
1c ,u与1w 构成动叶进口速度三角形，如 图1．1．3（a ）所示，即1w=1c u- （1.1.2）汽流以相对速度2w 离开动叶，由于动叶以圆周速度u运动，所以动叶出口汽流的绝对速度是2c。
2w , u与2c 构成动叶出口速度三角形，如图1．1．3(a)所示，即2c=2w u- （1.1.3）图中ß表示叶轮旋转平面与相对汽流速度的夹角，ą表示叶轮旋转平面与绝对汽流速度的夹角。
第五章、汽轮机工作原理
对于中间再热机组： Dr ′ q = d [(h0 − h fw ) + ( hr − hr )] D0
3、发电厂净效率： η 发电厂净效率：
sel
= Csη ael = Csηtηiη mη g
= η glη pηtηiη mη gη eH
六、多级汽轮机的轴向推力： 多级汽轮机的轴向推力： 1、多级汽轮机的轴向推力 （1）作用在动叶上的轴向推力 （2）作用在叶轮面上的轴向推力 （3）作用在轮毂上和轴的凸肩上的轴向推力 轴向推力的平衡： 2、轴向推力的平衡： 平衡活塞法： （1）平衡活塞法： 采用平衡孔的叶轮： （2）采用平衡孔的叶轮：平衡孔个数为奇数 （3）反向布置法： 反向布置法： 采用推力轴承： （4）采用推力轴承：
五、汽轮发电机组的经济指标 汽耗率d 1、汽耗率d： 3600 pel D= ∆H tηiη mη g
d= 3600 D = pel ∆H tηiη mη g
2、热耗率q： 热耗率q
Q0 D0 (h0 − h fw ) q= = = d (h0 − h fw ) pel pel = 3600 3600 ( h0 − h fw ) = ∆H tη el η ael
2、喷嘴出口实际速度： 、喷嘴出口实际速度：
c1 = c1t × φ
2 2
c1t − c1 3、喷嘴损失： ∆hnξ = 、喷嘴损失： 2
级间蒸汽流动示意图
p0* h Δhc0 o* o p0 t0
Δhn 1 Δht 1t
p1
Δhnξ
Δhb 2 2t 2t’
p2 Δhc2 Δhbξ S
α1 β1 α2 β2
η
u
=
u ( c 1 cos
c (c − µ c
汽轮机基本工作原理简介
汽轮机基本工作原理简介通流部分－汽轮机本体做功汽流通道称为汽轮机的通流部分，它包括主汽门，导管，调节汽门，进汽室，各级喷嘴和动叶及汽轮机的排汽管。
汽轮机的级－是由一列喷嘴叶栅和其后紧邻的一列动叶栅构成的工作单元。
级的工作过程－蒸汽在喷嘴中降压增速，热力学能转变为汽流的动能；在动叶中一方面继续降压增速，热力学能转变为汽流的动能，另一方面汽流在动叶中改变运动方向，将动能转换成转子的旋转机械能。
前者属于反动能，后者属于冲动能级的工作过程蒸汽膨胀增速的条件－－是有合理的汽流通道结构，另一是蒸汽需具有一定的可用热能且有压差存在速度三角形：C:汽流的绝对速度 W:相对速度 U:圆周速度:旋转平面与 W 的夹角:旋转平面与 C 的夹角动叶进口速度三角形 ： W1=C1－u动叶出口速度三角形： W2=C2+u热力过程分析热力过程线――蒸汽在动、静叶栅中膨胀过程在h-s 图上的表示。
滞止参数－-相对于叶栅通道速度为零的气流热力参数。
用后上标为”0”来表示。
βα反动度——或反动率,表征蒸汽在动叶通道中的膨胀程度,定义为动叶中的理想焓降与级的等熵绝热焓降之比,用Ω来表示。
即：00b m tn bh h hh h ∆∆Ω=≈∆∆+∆级的类型和特点纯冲动级――Ω＝０,汽流在动叶通道中不膨胀。
●结构特点：动叶为等截面通道；●流动特点：动叶进出口处压力和汽流的相对速度相等。
因压降主要●发生在静叶栅通道中,故又称为压力级。
反动级――Δhn=Δhb=Δht，动静叶中焓降相等.●结构特点：动、静叶通道的截面基本相同；●流动特点：动、静叶中增速相等.冲动级――膨胀主要发生于喷嘴中,一般Ω＝0.05～0.30复速级――由固定的喷嘴叶栅、导向叶栅和安装在同一叶轮上的两列动叶栅所组成的级称为复速级，又称双列速度级。
级的轮周功率和轮周效率轴向蒸汽的轴向力应是汽流轴向力、压差力的总和。
设动叶压差作用有效面积为Az ，则总的轴向力轴向力使汽轮机转子轴向产生移动，故采用轴向推力轴承对转子作轴向定位。
汽轮机-级的工作原理PPT课件
第一节 概述
• 1.概念：级是汽轮 机中最基本的做功 单元
• 2.组成：级由静叶 栅（喷管）和动叶 栅组成
1
一、冲动作用原理和反动作用原理
图1-1单级汽轮机结构图（立体图，结构图）
2
一、蒸汽的冲动作用原理和反动作用原理
• 动叶栅：动叶按一定的距离和角度安装在叶 轮上形成动叶栅，并构成许多相同的蒸汽通 道。
21
• 作业：画出带反动度的冲动级的压力和速度变化示意 图。
• 参考教材p7图1-5
22
（2）反动级：
通常把反动度m = 0.5的级称为反动级。 对于反动级来说，蒸汽在喷管和动叶通道的 膨胀程度相同。 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。
10
反动力 轮周力
Fz
冲动力
11
m
二、汽轮机级的反动度
1、汽轮机级的反动度
ΔhC0
Δht*—级的滞止理想 焓降， Δhn*—蒸汽在喷管 中的滞止理想焓降， Δhb—蒸汽在动叶中 的理想焓降。
12
反动度：蒸汽在动叶栅中膨胀时的理想焓降和蒸汽在 整个级中的理想滞止焓降之比。
Δhb
Δhb
反动度m=---------------- = --------
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• 1）纯冲动级
• 通常把反动度m等于零的级称为纯冲动级。
18
• 纯冲动级的特点： • 对于纯冲动级来说，W1=W2，P1=P2,Δht*
=Δhn* 、Δhb = 0 、 m = 0； • 动叶叶型几乎对称弯曲； • 蒸汽在动叶栅中不膨胀只改变流动方向； • 动叶进出口压力p相等，相对速度w也相等； • 纯冲动级做功能力大，但效率低。
汽轮机-级
汽轮机级的工作原理z蒸汽在喷嘴叶栅内的流动和能量转换z蒸汽在动叶栅内的流动和能量转换z级的分类和轮周效率z级内损失、效率和功率蒸汽在喷嘴叶栅中的流动和能量转换z一、喷嘴叶栅的结构z二、蒸汽在喷嘴叶栅内的流动z三、蒸汽在喷嘴叶栅内的能量转换一、喷嘴叶栅的结构叶栅演示三、蒸汽在喷嘴内的能量转换基本假设（1）蒸汽在级内的流动是绝热汽流通过叶栅时间极短（2）蒸汽在级内的流动是一元用叶栅流道截面的平均值（3）蒸汽在级内的流动是稳定胀过程。
t t h h c c 102021)(21−=−20101)(2c h h c t t +−=喷嘴损失：t c c 11ϕ=2122121111(21)(21t t t n c c c h h h ）ϕδ−=−=−=蒸汽在动叶栅内的流动和能量转换z一、蒸汽在叶栅内的流动特性z二、蒸汽在动叶内的能量转换z三、蒸汽作用在动叶栅上的力和轮周功率，α22w *2α*2β2c uu1c 1w 1α1βu——动叶的圆周速度11111122121sin arcsincos 2w c u c u c w αβα=−+=22222222222sin arcsincos 2c w u w u w c βαβ=−+=速度三角形符号说明zα1 ，α2：动叶的汽流绝对进、出汽角z w1,β1w2 ,β2zβ1 ,β2：动叶的汽流相对进、出汽角z动叶的几何进、出汽角：叶栅型线决定z良好的流动要求：β1 ,β2基本等于动叶的几何进、出汽角h 1+w 1/2= h 2+w 22/2静止坐标上的能量方程：h 1+c 12/2= h 2+c 22/2+W W =（h 1-h 2）+（c 12/2-c 22/2）22222211w h w h +=+)22()(22222121222211c c h h W W c h c h −+−=++=+动叶内的损失z由于摩擦等损失，动叶内的汽流速度会降低－动叶损失tw w 22ψ=)1(21)(212222222ψδ−=−=t t b w w w h 余速损失2221c h c =δ动叶损失三、蒸汽作用在动叶栅上的力和轮周功率z 分析对象：⊿m 蒸汽z分析过程：在⊿t 时间内从叶栅进口流入，从叶栅出口流出z分析内容：蒸汽轮周方向上的速度变化和受力之间的关系。
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2.2 蒸汽在级内的流动过程
3. 喷嘴中汽流的临界状态
压力、焓降、截面积、汽流速度、音速、比容沿流动的变化规律
11
2.2 蒸汽在级内的流动过程
4. 喷嘴流量计算 （1）喷嘴的理想流量Gt 计算
喷嘴的理想流量 Gt 可用下式计算:
式中，An 为喷嘴出口处G截t 面 A积n ，vc11tt (m) ; c1t 为喷嘴出口处理想汽流
汽轮机原理 Principle of Steam Turbine
主讲老师：密腾阁
适用专业：能源与动力工程专业
2.2 汽轮机级内能量转换过程
一、级内模型的简化和基本方程式
1．模型常用简化假设
实际过程 粘性流体 三元流动 可压缩性
不绝热 不稳定过程
简化过程 理想流体 一元流动 有时假设为不可压缩流体
绝热 稳定过程
（3）喷嘴损失
蒸汽在喷嘴通道中流动时，动能的损失
称为喷嘴损失，用 hn表 示 ：
hn
1 2
(C12t
1 2
C12
1 2
C12t
(1
2
)
(1 2 )hn*
喷嘴损失与喷嘴理想焓降之比称为喷嘴能量损失系数，用 n 表示：
n
hn
hn*
(1 2 )
9
2.2 蒸汽在级内的流动过程
切部分的渐缩喷嘴，汽流在斜切部分可达到超声速。
c. 临界速度
ccr
k pcr
cr
2k p*0
k 1 0*
k
cr
pcr p0*
2 k 1 k 1
对过热蒸汽 k=1.3，
cr 0.546
对干饱和蒸汽 k=1.135， cr 0.577
对湿蒸汽 k=1.035+0.1x， cr f (x)
1．汽流参数与喷嘴形状的关系
（2）流动过程分析 1）依据式
dA dc ( Ma2 1) Ac
a. 截面变化=f (速度的变化，马赫数)。
在喷嘴中要进行膨胀加速，所以 dc 0
c
b.
Ma<1时：由于要进行膨胀加速，所以
dA A
0
即需要采用渐缩喷嘴。
c.
Ma>1时：由于要进行膨胀加速，所以
dA A
c1t
2k k 1
p*0v*0 [1 (
p1 p*0
k 1
)k
]
8
2.2 蒸汽在级内的流动过程
（2） 喷嘴出口的汽流实际速度
实际流动是有损失的，汽流实际速度小于汽流理想速度。通常用喷嘴速度 系数来考查两者之间的差别(通常取 = 0.97)。这样，喷嘴出口的汽流实际
速度为： c1 c1t
dp cdc 0
a k p kvp
Ma c a
3
2.2 蒸汽在级内的流动过程
二、蒸汽在喷嘴中的流动过程
1．汽流参数与喷嘴形状的关系
（1）基本方程
连续性方程： G cA
dA dc d 0 Ac
则有：
dA d dc dc ( d dc 1)
2
2.2 蒸汽在级内的流动过程
一、级内模型的简化和基本方程式
2. 基本方程
1） 连 续 方 程 式 2）能 量 方 程 式
G Ac cA const.
v
h0
c02 2
h1
c12 2
3）状 态 及 过 程 方 程 式 pv RT pvk const.
4）动 量 方 程 式 5）气 动 方 程 式
式中蒸通，汽过，n喷取嘴 vv的11nt 实=称际为1.0流喷2量。嘴为流：量系数G。 对An于vc11过热An蒸vc汽11t ，vv11tt取
v1t
v1
n
Gt nGt = 0.97；对于饱和
考虑了流量系数之后，通过喷嘴的实际流量为：
A
c c c
由动量方程
dp cdc 0
1 cdc
dp
dA dc ( d cdc c 1) dc ( d c 2 1)
A c dp
dc
c dp
dp a
d
Ma c a
dA dc (Ma 2 1) Ac
4
2.2 蒸汽在级内的流动过程
二、蒸汽在喷嘴中的流动过程
0
即需要采用渐扩喷嘴。
d.
Ma=1时：气流速等于当地声速，所以
dA A
0
即喷嘴截面积达最小值。
END 3
5
2.2 蒸汽在级内的流动过程
二、蒸汽在喷嘴中的流动过程
1．汽流参数与喷嘴形状的关系
（2）流动过程分析
2）超音速的形成
a. 缩放喷嘴
b. 在现代大型汽轮机中，绝大部分喷嘴为渐缩喷嘴，对于在出口带斜
2k k 1
p0 v0
1
p1 p0
k
c02
c1t ——蒸汽流出喷嘴出口的理想速度（m / s )；
h1t——蒸汽按等熵过程膨胀的终态焓（J/kg )。
7
2.2 蒸汽在级内的流动过程
二、蒸汽在喷嘴中的流动过程
2. 喷嘴出口的汽流速度 （1） 喷嘴出口的汽流理想速度
速度，(m/s) ; v1t为喷嘴出口处比容（m/ kg) 。
又有
1 v1t
1 v*0
(
p1 p*0
1
)k
,
则上式为：
Gt An
2k k 1
p0* v0*
2
(
k n
k 1
nk )
称 n p1 p0*为喷嘴前后压力比。
与初速无关
12
2.2 蒸汽在级内的流动过程
4. 喷嘴流量计算
（2）喷嘴流量曲线
当喷嘴前的参数 p0*、v0*和喷嘴出口截面积 An 一定时，通过喷嘴的流量 Gt
只取决于喷嘴前后压力比。
Gtcr An
k*0
An
p*0 v*0
只与k值有关
13
2.2 蒸汽在级内的流动过程
4. 喷嘴流量计算
（3） 通过喷嘴的实际流量的计算
3. 喷嘴中汽流的临界状态
临界参数: pcr、vcr、ccr
1. 临界速度
ccr
2k k 1
p0*v0*
kpcrvcr
2. 临界压力
pcr
p0* ( k
2
k
) k 1
1
cr
pcr p0*
(
2
k
) k 1
k 1
对过热蒸汽 k=1.3，对干饱和蒸汽 k=1.135，对湿蒸汽 k=1.035+0.1x 10
6
2.2 蒸汽在级内的流动过程
二、蒸汽在喷嘴中的流动过程
2. 喷嘴出口的汽流速度 （1）喷嘴出口的汽流理想速度
在进行喷嘴流动计算时，喷嘴前的参数是已知的条件。 按等熵过程膨胀，其过程曲线如图所示。则喷嘴出口汽流 理想速度为：
c1t 2( h0 h1t ) c02
或者为：
c1t
k 1