汽轮机原理课件第一章
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汽轮机原理 第一章
而大多数情况下复速级都是部分 进汽的，故其反动度不宜过大， 否则，由于反动度的增大会使动 叶通道内的漏汽损失增大，导致 级效率降低。
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：
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：
汽轮机原理第一章课件
c1t
1 p1 kk 2k 0 0 p0 v0 [1 ( 0 ) ] k 1 p0 k 1 2k 0 0 p0 v0 (1 n k ) k 1
0 h Δhn
Δhn
1 1t
p1
式中： n
p1 0 p0
喷嘴压比
s
一、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程
（一）喷嘴出口汽流速度
（2）喷嘴实际出口速度：
三. 级的类型和特点
带反动度的冲动级（冲动级）
在冲动级中带少量反动度
特点：
m 0.05 ~ 0.30
①蒸汽主要在喷嘴中膨胀，小部分在 动叶中膨胀； ②作用力：主要是冲动力； ③作功能力大，级所承担的滞止理想 焓降较大，效率有所提高； ④喷嘴：渐缩喷嘴；动叶：汽道横截 面沿汽流方向有所收缩； 实际的冲动级汽轮机都是带反动度 的冲动级，应用广泛。
u
ห้องสมุดไป่ตู้
db n
u －动叶平均直径处的圆周速度 60 c －喷嘴出口速度（动叶进口绝对 w1 c12 u 2 2uc1 cos 1 1 速度 ）
c1 sin 1 1 arcsin w1
w1 －动叶进口的相对速度
c2－动叶出口的相对速度 2 c2 w2 u 2 2uw2 cos 2 w2－动叶出口绝对速度 w2 sin 2 2 arcsin c2
2、压力级和速度级
（1）压力级：蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程 在级内只进行一次的级。 （2）速度级：蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程 在级内进行一次以上的级。
3、调节级和非调节级
（1）调节级：通流面积能随负荷改变的级，如喷嘴调 节的第一级。 （2）非调节级：通流面积能不随负荷改变的级，可以 全周进汽，也可以部分进汽。
1 p1 kk 2k 0 0 p0 v0 [1 ( 0 ) ] k 1 p0 k 1 2k 0 0 p0 v0 (1 n k ) k 1
0 h Δhn
Δhn
1 1t
p1
式中： n
p1 0 p0
喷嘴压比
s
一、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程
（一）喷嘴出口汽流速度
（2）喷嘴实际出口速度：
三. 级的类型和特点
带反动度的冲动级（冲动级）
在冲动级中带少量反动度
特点：
m 0.05 ~ 0.30
①蒸汽主要在喷嘴中膨胀，小部分在 动叶中膨胀； ②作用力：主要是冲动力； ③作功能力大，级所承担的滞止理想 焓降较大，效率有所提高； ④喷嘴：渐缩喷嘴；动叶：汽道横截 面沿汽流方向有所收缩； 实际的冲动级汽轮机都是带反动度 的冲动级，应用广泛。
u
ห้องสมุดไป่ตู้
db n
u －动叶平均直径处的圆周速度 60 c －喷嘴出口速度（动叶进口绝对 w1 c12 u 2 2uc1 cos 1 1 速度 ）
c1 sin 1 1 arcsin w1
w1 －动叶进口的相对速度
c2－动叶出口的相对速度 2 c2 w2 u 2 2uw2 cos 2 w2－动叶出口绝对速度 w2 sin 2 2 arcsin c2
2、压力级和速度级
（1）压力级：蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程 在级内只进行一次的级。 （2）速度级：蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程 在级内进行一次以上的级。
3、调节级和非调节级
（1）调节级：通流面积能随负荷改变的级，如喷嘴调 节的第一级。 （2）非调节级：通流面积能不随负荷改变的级，可以 全周进汽，也可以部分进汽。
第一章 汽轮机的工作原理
压力级：蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程在级内只进行一次的级称为压 力级。这种级在叶轮上只装一列动叶栅，故又称单列级。压力级可以是冲动级， 也可以是反动级。 速度级：蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程在级内进行一次以上的级称为 速度级，速度级可以是双列的和多列的。只能是冲动式的。
第二节 汽轮机的工作过程
反动力是由原来静止或运动速度较小的物体，在离开或通过另一物体时，骤然获得 一个较大的速度增加而产生的。例如火箭内燃料燃烧所产生的高压气体以很高的速 度从火箭尾部喷出，这时从火箭尾部喷出的高速气流就给火箭一个与气流方向相反 的作用力，在此力的推动下火箭就向上运动。这种由于膨胀加速产生的作用力称为 反动力。 在汽轮机中，蒸汽在动叶构成的汽道内膨胀加速时，汽流必然对动叶片作用一个 反动力，推动叶片运动，做机械功。这就是反动做功原理。
二、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程
蒸汽在喷嘴中的膨胀过程 （一）喷嘴中的汽流速度 1.喷嘴出口汽流的理想速度： 可由能量方程求得
c1t
2h0 h1t c
2 hn c
* n
2 0
2 0
2h
因蒸汽在喷嘴中的流动为等熵过程，则：
则能量方程式：
εn喷嘴压力比
2. 临界速度和临界压力比
蒸汽流过无膨胀动叶通道时速度 的变化(冲动做功) 工质在动叶内仅作方向改变 蒸汽以速度w 1 进入通道，由于 受到动叶的阻碍不断地改变运动 方向，最后以速度w2 流出动叶， 则蒸汽对动叶施加了一个轮周方 向的冲动力F i （impulse），该力 对动叶做功使动叶带动转子转动。
蒸汽在动叶通道内膨胀时对动叶 的作用力（反动做功） 工质在动叶内发生方向和速度大 小的改变 蒸汽在动叶通道中流动时，一方面给 动叶栅一个冲动力 F i的作用，另一 方面，在动叶栅中继续膨胀，给动叶 栅一个反动力 F r （reaction）的作 用，这两个力的方向都不与轮周方向 一致。
汽轮机原理-第一章
第一章汽轮机级的工作原理近代大功率汽轮机都是由若干个级构成的多级汽轮机。
由于级的工作过程在一定程度上反映了整个汽轮机的工作过程，所以对汽轮机工作原理的讨论一般总是从汽轮机"级"开始的，这特有助于理解和掌握全机的内在规律性。
"级"是汽轮机中最基本的工作单元。
在结构上它是由静叶栅(喷嘴栅)和对应的动叶栅所组成。
从能量观点上看，它是将工质(蒸汽)的能量转变为汽轮机机械能的一个能量转换过程。
工质的热能在喷嘴栅中(也可以有部分在动叶栅中)首先转变为工质的动能，然后在动叶栅中再使这部分动能转变为机械能。
工质的热能之所以能转变为汽轮机的机械能，是由工质在汽轮机喷嘴栅和动叶栅中的热力过程所形成，因此，研究级的热力过程，也就是研究工质在喷嘴栅和动叶栅中的流动特点和做功原理，以及产生某些损失的原因，并从数量上引出它们相互之间的转换关系，这是本章的主要内容。
第一节蒸汽在级内的流动一、基本假设和基本方程式(一)基本假设为了讨论问题的方便，除把蒸汽当作理想气体处理外，还假设：(1)蒸汽在级内的流动是稳定流动，即蒸汽的所有参数在流动过程中与时间尤关。
实际上，绝对的稳定流动是没有的，蒸汽流过一个级时，由于有动叶在喷嘴栅后转过，蒸汽参数总有一些波动。
当汽轮机稳定工作时，由于蒸汽参数波动不大，可以相对地认为是稳定流动。
(2)蒸汽在级内的流动是一元流动，即级内蒸汽的任一参数只是沿一个坐标(流程)方向变化，而在垂直截面上没有任何变化。
显然，这和实际情况也是不相符的，但当级内通道弯曲变化不激烈，即曲率牛径较大时，可以认为是一元流动。
(3)蒸汽在级内的流动是绝热流动，即蒸汽流动的过程中与外界无热交换。
由于蒸汽流经一个级的时间很短暂，可近似认为正确。
考虑到即使用更复杂的理论来研究蒸汽在级内的流动，其结论与汽轮机真实的工作情况也不完全相符，而且推算也甚为麻烦，因此，上述的假设在用一些实验系数加以修正后，在工程实践中也证明是可行的。
第一章汽轮机工作原理
理想能量扣除喷管、动叶和余速损失外，其余的 能量全部转化为轮周功，则有： Wu E0 hn hb (1 1 )hc2 ht* hn hb hc2
u
E0 hn hb (1 1 )hc2 E0 1 n b (1 1 ) c 2
Fu F G(c1 cos 1 c2 cos 2 )
' u
2、轴向力 F
Z
蒸汽在轴向上所受的总力：为流道壁对蒸汽的轴向反作用力 与动叶片前后压差所产生的力 Ab ( p1 p2 )之和。
蒸汽在轴向的动量改变量应等于轴向的作用冲量，即：
[ Fz' Ab ( p1 p2 )] t m(c2 z c1z )
Fz' m (c1 z c2 z ) Ab ( p1 p2 ) t
Fz Fz' G(c1 sin 1 c2 sin 2 ) Ab ( p1 p2 )
F Fz 2 Fu 2
（二）.轮周功率 Pu
单位时间内蒸汽推动叶轮旋转所作出的机械功称为轮周功率。
(二）流量计算
通过喷嘴的质量流量决定于流道的出口面积、出口流速和对 应出口点的蒸汽比容。 对出口面积为 An 的喷嘴，其流过的理想质量流量为： An c1t Gnt 1t 考虑流动损失，实际流过的质量流量为： An c1 Gn 1 Gn 令 为流量系数，则有： Gnt A n c1 / 1 1t c1 / 1 A n c1t / 1t c1t / 1t 1
G nc 0.65 An p / v
二、蒸汽在渐缩斜切喷嘴中的膨胀
为了保证喷嘴出口汽流按良好 方向进入动叶通道，喷嘴出口都有 一段斜切部分abc，这种喷嘴称为 斜切喷嘴。
汽轮机培训讲义(PPT59页)
叶轮工作时，主要承受的力有以下几种。 1、叶轮自身质量引起的离心力。 2、叶片、围带和拉筋引起的离心力。 3、套装转子由于叶轮套装在轴上的过盈产生的接触应力 4、在较高温度区域内的叶轮以及在透平启动过程中，叶
若工艺过程中有某一个压力的蒸汽用不完 时，就把这股多余的蒸汽用管路注入汽轮 机中的某个中间级内，与原来的蒸汽一起 工作，这样就可以从多余的蒸汽中获得能 量，得到一部分有用功，作为蒸汽热量的 综合利用，称为注入式汽轮机。
另外，汽轮机按工作原理可分为冲动 式、反动式、冲动与反动组合式汽轮机； 按结构可单级汽轮机、多级汽轮机和速度 级汽轮机。
汽轮机培训讲义
第一章 概述
汽轮机又叫蒸汽透平，它是以水蒸汽为工质，转子按一定方向作旋转运动的 连续工作的原动机。广泛地应用于发电、船舰、冶金、石油、化工等工业部 门，已有一百多年的历史。
工业汽轮机是指除去中心电站、中心热电站及船舰用汽轮机以外的其它有关 行业中使用的汽轮机都统称为工业汽轮机。三十年代冶金工业加速了工业汽 轮机的发展，尤其是六十年代初期高压离心式压缩机用于合成氨、乙烯生产， 使工业汽轮机获得极其广泛地使用。
3.汽轮机的转速易于调节，变转速运行的灵敏性及稳定性使工业生产的实际 要求获得满意地实现，自动化控制十分方便；
4.汽轮机的防爆、防潮性比电动机好，可以露天运行，在化工等防爆要求严 格的场所使用汽轮机，安全性好。
5.汽轮机起动几乎不用电，减少对电网供电的依赖性，使运行费用降低。 6.汽轮机在高转速下效率更高，因此用它来驱动在高速运转的离心式压缩机、
泵等，这样机组运行时经济性好。 7.便于实现热能的综合利用，这是最主要的优点。
第二章 汽轮机的分类
1.按热力过程分类： 1）凝汽式汽轮机： 纯凝汽式汽轮机一般简
若工艺过程中有某一个压力的蒸汽用不完 时，就把这股多余的蒸汽用管路注入汽轮 机中的某个中间级内，与原来的蒸汽一起 工作，这样就可以从多余的蒸汽中获得能 量，得到一部分有用功，作为蒸汽热量的 综合利用，称为注入式汽轮机。
另外，汽轮机按工作原理可分为冲动 式、反动式、冲动与反动组合式汽轮机； 按结构可单级汽轮机、多级汽轮机和速度 级汽轮机。
汽轮机培训讲义
第一章 概述
汽轮机又叫蒸汽透平，它是以水蒸汽为工质，转子按一定方向作旋转运动的 连续工作的原动机。广泛地应用于发电、船舰、冶金、石油、化工等工业部 门，已有一百多年的历史。
工业汽轮机是指除去中心电站、中心热电站及船舰用汽轮机以外的其它有关 行业中使用的汽轮机都统称为工业汽轮机。三十年代冶金工业加速了工业汽 轮机的发展，尤其是六十年代初期高压离心式压缩机用于合成氨、乙烯生产， 使工业汽轮机获得极其广泛地使用。
3.汽轮机的转速易于调节，变转速运行的灵敏性及稳定性使工业生产的实际 要求获得满意地实现，自动化控制十分方便；
4.汽轮机的防爆、防潮性比电动机好，可以露天运行，在化工等防爆要求严 格的场所使用汽轮机，安全性好。
5.汽轮机起动几乎不用电，减少对电网供电的依赖性，使运行费用降低。 6.汽轮机在高转速下效率更高，因此用它来驱动在高速运转的离心式压缩机、
泵等，这样机组运行时经济性好。 7.便于实现热能的综合利用，这是最主要的优点。
第二章 汽轮机的分类
1.按热力过程分类： 1）凝汽式汽轮机： 纯凝汽式汽轮机一般简
汽轮机原理课件
3.按汽流方向分： 3.按汽流方向分： 按汽流方向分
轴流式汽轮机、 轴流式汽轮机、辐流式汽轮机
轴流式汽轮机----组成汽轮机的各级叶栅沿轴向依次 轴流式汽轮机----组成汽轮机的各级叶栅沿轴向依次 ---排列，汽流方向的总趋势是轴向的，绝大多数汽轮 排列，汽流方向的总趋势是轴向的， 机都是轴流式汽轮机。 机都是轴流式汽轮机。轴流式多级汽轮机示意图 辐流式汽轮机----组成汽轮机的各级叶栅沿半径方向 辐流式汽轮机----组成汽轮机的各级叶栅沿半径方向 ---依次排列，汽流方向的总趋势是沿半径方向的。 依次排列，汽流方向的总趋势是沿半径方向的。辐 流式多级反动式汽轮机示意图
5.按进汽参数分： 5.按进汽参数分： 按进汽参数分
新蒸汽压力P 小于1.5MPa 新汽温度t 1.5MPa， 低压汽轮机 新蒸汽压力P0小于1.5MPa，新汽温度t0一般 小于400℃,容量范围≤ 400℃,容量范围 小于400℃,容量范围≤0.3~3MW 2.0～ 2. 中压汽轮机 P0为2.0～4.0MPa, t0=450 ℃, 3MW~12MW 6.0～ 3. 高压汽轮机 P0为6.0～10.0MPa, t0=540℃, 25MW~100MW 12.0～ 4. 超高压汽轮机 P0为12.0～14.0MPa, t0=540 ℃, 125~300MW 16.0～18.0MPa,典型参数 5. 亚临界汽轮机 P0为16.0～18.0MPa,典型参数 16.7MPa/538/538℃。 16.7MPa/538/538℃。300~600MW 新蒸汽压力大于22.2MPa 6. 超临界汽轮机 新蒸汽压力大于22.2MPa ， 350MW典型参数为24.2MPa/538/566℃和 典型参数为24.2MPa/538/566℃ P0 ≥350MW典型参数为24.2MPa/538/566℃和 24.2/566/566℃ 7. 超超临界汽轮机 水的临界参数：22.115MPa， 水的临界参数： ， 1.
汽轮机原理(第一章)
微分形式程
dA dc d
0
AC -
2.动量方程
dpRdxcdc
式中 R－作用在单位质量汽流上的摩擦阻 力，若流动是无损失的等熵流动，则R＝0, 于是
dp cdc
-
3.能量方程 h0c202 qh1c212 w
式中 h0、h1－蒸汽进入和流出系统的比焓值； c0、c1－蒸汽进入和流出系统的速度； q－1kg蒸汽通过系统时从外界吸入的热量； w－ 1kg蒸汽通过系统时对外界所做的机 械功。
负荷改变时，级的通流面积不变。
-
四、级的工作过程的研究方法
（一）基本假设 （1）一元流动，也称轴对称流动。 （2）定常流动，也称稳定流动。 （3）绝热流动。
-
（二）基本方程 1.连续方程
G c A1 c 1 A 12 c 2A 2 常数
式中
G－蒸汽质量流量； A－汽道内任一横截面积； c －垂直于截面A的蒸汽流速； ρ－截面A上的蒸汽密度。
Ωm＝0的级， Δhb＝0, Δh*n= Δh*t， 做功能力较大，但效率较低，如图1－3所示。 2.冲动级（带反动度的冲动级）
ΔhbΩ＜mΔ＝h0n，.0做5～功0能.2力0的和级效，率介Δ于hb纯＞冲0,动但级和 反动级之间。
-
图1－3 纯冲动级中蒸汽压力和速度的变化 示意
图1－4 反动动级中蒸汽压力和速度的变化示意
-
3.反动级 Ωm≈0 .5的级， Δhb＝Δhn，动、静叶
型相同，做功能力较小，但效率高，如图1－ 4所示。 （二）按能量转换过程分 1.速度级
以利用蒸汽流速为主的级，有双列和多列之 分。双列速度级又称复速级，如图1－5所示。
-
复速级是由一列喷嘴叶栅和 装在同一叶轮上的两列动叶栅以 及第一列动叶栅后的固定不动的 导向叶栅所组成。蒸汽在喷嘴中 膨胀，在第一列动叶栅中作一部 分功，在固定的导向叶栅中改变 蒸汽流动方向，在第二列动叶栅 内继续作功。
汽轮机-级的工作原理PPT课件
第一章 汽轮机级的工作原理
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=---------------- = --------
17
• 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。
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=---------------- = --------
17
• 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。
汽轮机原理教材1
第一章 汽轮机级的工作原理第一节 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。
汽轮机的工作原理培训.pptx
0r/min 危急遮断器动作转速：3270—3330r/min 轴向位移停机保护值：+1.3或-0.7 mm （
负为反向）
润滑油压低停机保护：0.03MPa 轴承回油温度停机值：75 ℃ 轴瓦温度停机值：110 ℃ 凝汽器真空低停机值：-0.061MPa
转速之差与额定转速之比的百分数。
n1 n2 100%
n0
速度变动率过大、过小，机组工作稳 定性较差。
速度变动率一般取3％～6％。
（三）迟缓率
1．定义 —— 在同一功率下因迟缓而出现的最大
转速变动量与额定转速的比值百分数
n 100%
n0 2．迟缓对机组运行的影响
单机运行机组，引起转速摆动；
并网运行机组，引起功率飘移；
降低调节灵敏度。
三、危急保护系统
1、电气危急保护系统 1）自动停机危急遮断系统（AST）。 当发生异常情况时，关闭所有进汽阀，立即
停机。 2）超速保护系统（OPC）。 当机组转速达到103%n0时，暂时关闭调节阀
。 2、机械超速危急遮断系统
汽轮机的主要保护：
1）超速保护。 2）轴向位移保护。 3）轴承供油低油压保护。 4）轴承回油油温高保护。 5）凝汽器低真空保护。 6）轴承振动高保护。
之间通常通过法兰螺栓连接。
3、滑销系统 作用：1）保证汽缸受热或冷却后按一
定方向膨胀或收缩；
2）保持汽缸与转子中心一致。 组成：由横销、纵销、立销等。
横销：引导汽缸沿横向滑动，并在轴向起 定位作用。
纵销：引导轴向滑动。纵销与横销中心线 的交点为膨胀的固定点，称为“死点”。
立销：引导汽缸沿垂直方向膨胀，并与纵 销共同保持机组的轴向中心不变。
级：由一列静叶栅和与它配合的动叶栅组成的汽 轮机的基本工作单元 根据结构，级分为：单列级、双列级、多列级
负为反向）
润滑油压低停机保护：0.03MPa 轴承回油温度停机值：75 ℃ 轴瓦温度停机值：110 ℃ 凝汽器真空低停机值：-0.061MPa
转速之差与额定转速之比的百分数。
n1 n2 100%
n0
速度变动率过大、过小，机组工作稳 定性较差。
速度变动率一般取3％～6％。
（三）迟缓率
1．定义 —— 在同一功率下因迟缓而出现的最大
转速变动量与额定转速的比值百分数
n 100%
n0 2．迟缓对机组运行的影响
单机运行机组，引起转速摆动；
并网运行机组，引起功率飘移；
降低调节灵敏度。
三、危急保护系统
1、电气危急保护系统 1）自动停机危急遮断系统（AST）。 当发生异常情况时，关闭所有进汽阀，立即
停机。 2）超速保护系统（OPC）。 当机组转速达到103%n0时，暂时关闭调节阀
。 2、机械超速危急遮断系统
汽轮机的主要保护：
1）超速保护。 2）轴向位移保护。 3）轴承供油低油压保护。 4）轴承回油油温高保护。 5）凝汽器低真空保护。 6）轴承振动高保护。
之间通常通过法兰螺栓连接。
3、滑销系统 作用：1）保证汽缸受热或冷却后按一
定方向膨胀或收缩；
2）保持汽缸与转子中心一致。 组成：由横销、纵销、立销等。
横销：引导汽缸沿横向滑动，并在轴向起 定位作用。
纵销：引导轴向滑动。纵销与横销中心线 的交点为膨胀的固定点，称为“死点”。
立销：引导汽缸沿垂直方向膨胀，并与纵 销共同保持机组的轴向中心不变。
级：由一列静叶栅和与它配合的动叶栅组成的汽 轮机的基本工作单元 根据结构，级分为：单列级、双列级、多列级
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概述
• 汽轮机本体作工气流的通道称为汽轮机的通流部分，他包括主气门，导 管，调节气门，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。 • 动叶栅进出口汽流速度三角形 • 喷嘴及动叶的热力过程及热力过程线，以及蒸汽在此的流动过程 • 喷嘴损失，动叶损失和余速损失之和称为轮周损失。
– 复速级的优点，在圆周速度相同时，能承担比单列及大的多的理想比焓降，采 用复速级Байду номын сангаас使汽轮机的级数减少；当他作为多级汽轮机的调节级时，蒸汽压力， 温度在这一级下降较多，缩小了汽轮机在高温高压下工作的区域，节省高温材 料，降低制造成本，有利于改善汽轮机的变工况特性。
叶栅的气动特性
• 叶栅的损失由叶型损失和端部损失所组成。
– 叶型损失（指平面汽流绕流叶栅产生的能量损失）
• 附面层中的摩擦损失：与叶栅表面的粗糙度和压力分布有关 • 附面层脱离引起的涡流损失 • 尾迹损失 • 冲波损失
– 端部损失
• 端部损失就是端面附面层中的摩擦损失，补偿流动损失和对涡损失的 总和，对涡损失所占比重最大。
级内损失和级的相对效率
• 常见的级内损失
汽轮机级的工作原理
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第 示第 原第 的第 特第 率第 流嘴第 第
八 例七 理六 相五 性四 和三 动和二 一
节 节 节 对节 节 轮节 动节 节
扭 叶 片 级
级 的 热 力 计 算
级 内级 的 效内 热 率损 力失 设和 计级
叶 栅 的
轴 效 率
级 的 轮
汽轴
动功
叶 通蒸 道汽 概 中在 述 的喷
– 汽流离开动叶通道时具有一定的速度，这个速度对应的动能在该级内已不 能转换为机械功，称为余速损失。
• 级的反动度是表示蒸汽再动叶通道内膨胀程度大小的指标。 • 轴流式汽轮机按照级内蒸汽能量转换的特点，可分为:
– 纯冲动级，反动度等于零的级称为纯冲动级。 – 反动级，执蒸汽在喷嘴和动叶中理想比焓降相等的级。 – 冲动级，介于反动级和纯冲动级之间，Ω =0.05～0.3 – 复速级，有固定的喷嘴叶栅，导向叶栅和安装在同一叶轮上的两列动叶栅
– 临界速度，临界压力，临界压比，临界流量，实际流量
c 1
c1t
2
h
0 n
其中， 为 喷嘴速度系数。
c1实际速度，c1t 为理想速度。
。 汽流速度等于当地音速时的状态称为临界状态。临界状态下的所有参数称为临界参
数。
• 彭台门系数的概念（喷嘴的实际流量与喷嘴临界流量之比）
• 极限膨胀压力
– 据一元等比熵超音速汽流过直角壁的概念，汽留在喷嘴出口产生汽六扰动，并 在运动介质中以音速传播，以扰动中心为原点引射出一束射线，气流通过这些 特性线后压力降低，速度增加，方向偏转。喷嘴背压越低，参加膨胀工作的斜 切部分就越大。最后一根特性线越接近出口边，直至重合，斜切部分的膨胀能 力就被全部用完，斜切部分达到极限膨胀，这是喷嘴出口压力称为极限膨胀压 力。
–
喷嘴损失 hn
叶轮摩擦损失
h，f 动，叶部损分失进汽h损b 失，余he 速，损漏失汽损h失c，叶h高，损湿失气损hl，失扇h形x 损失h，
• 叶高损失
– 又称端部损失，实质属于喷嘴和动叶的流动损失。主要决定于叶高。
• 扇形损失
– 汽轮机用用的环列叶栅，由两个特点，①事业善的相对节距不是常数，圆周 截面的相对节距偏离最佳支，叶型损失系数都大于最小值，这就带来了额外 的流动损失，② 是空气动力学上的特点，叶型出口汽流在轴向间隙中存在压
所组成的级。
• 简单流动模型易用一元稳定等比熵流动的基本方程
– 连续方程：G*v=A*c
– 能量方程： h0 + c02/2 = h + c12/2 + w – 状态或过程方程：p*v=const
蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程
• 临界参数的概念
– 蒸汽流量不变时，当喷嘴中等比熵焓降达到临界值时，喷嘴通道面积为最小， 此处便是临界截面，其蒸汽流速等于当地音速。临界状态下的参数称为临界参 数。
– 对于反动级，其漏汽损失比冲动级大因为
• 内径汽封的漏汽量必冲动级的漏汽量大，因为内径汽封直径比隔板汽封直径大，而汽封齿数较少。 • 动叶前后的压差较大，所以叶顶漏汽量相当可观。
向的重要参数，对轮轴效率的大小也有影响，对应于最高轮轴效率的速比称为最佳 速比 (x1)op 。 • h-s图中的汽轮机的热力过程 （ 纯冲动级） • 纯冲动级最佳速比，反动级最佳速比，冲动级最佳速比，复速级最佳速比
• 与速利用的优点（P30） • 单列级与复速级轮轴效率-速比关系曲线（P37)
– 各自的最佳速比下，复速记的轮轴效率一定比单列级的轮轴效率小，因为它不 但增加了倒叶和第二列动叶种的能量，而且是第一列动叶中的损失增大。
力梯度，即由内径向外径静压力逐渐增加，产生径向流动损失，这些构成了 流动损失。扇形损失与径高比有关，径高比越小，扇形损失越小。
• 叶轮摩擦损失
– 叶轮两侧及围带表面的粗糙度引起的摩擦损失
– 子午面内的涡流损失引起的损失
• 部分进汽损失
– 装有喷嘴的弧段长度Z*L（Z为喷嘴片数）于整个圆周长度∏*Dm的比值来表 示部分进汽的程度，称为部分进气度，用e表示。
级的轮周功率和轮周效率
• 单位时间内蒸汽推动叶轮旋转所做出的机械功称为轮周功率。
• 1千克蒸汽所作的轮周功与蒸汽在该级所消耗的理想能量之比称为级的
轮周效率u wu / E0 。
• 假想速度：假想级的理想比焓降都在喷嘴中等比熵膨胀的出口速度。
• 速比：圆周速度与进口汽流绝对速度之比，速比是决定出口汽流绝对速度大小和方
– 由于部分进汽带来的能量损失称为部分进汽损失，由鼓风损失和斥汽损失组 成。鼓风损失发生再不装喷嘴的弧段内，斥汽损失欲鼓风损失相反。
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• 漏气损失（隔板的气封装置）
– 对于冲动级，隔板前后存在较大的压差，而隔板和转轴之间又存在着间隙，因此有一部分蒸 汽从隔板前通过间隙漏到隔板与本级动叶之间的汽室内，由于这部分蒸汽不通过喷嘴，因此 不做功，形成了漏气损失。为了避免隔板汽混入动叶中干扰主汽流，一方面在叶轮上开设平 衡孔，使隔板漏气通过平衡孔流到级后，另一方面在动叶根部设置汽封片加以阻挡，并设置 合理的反动度，尽量使动叶根部不出现吸汽或漏汽现象。