热力叶轮机械原理第二章 单级蒸汽透平3
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
叶轮机械原理-第二章单级蒸汽透平
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
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
10/97
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。
叶轮机械原理西安交大演示文稿PPT学习教案
vdp sdx cdc
忽略侧面的 粘性阻力，有：
cdc vdp 0
对于绝热的理想 （等熵）流动，有：
p pvk const
k
带入上式得：
c1s
2k k 1
p0
0
1 (
p1 p0
k 1 )k
c0
2k k 1
R
T0
1
(
p1 p0
)
k 1 k
c0
第16页/共146页
4 ） 能 量 方程
cr
Hale Waihona Puke pcr p0*(2
k
) k1
k 1
（ 空气：cr 0.528
）
临界密度：
cr
0
(
pcr p0
)
1 k
；cr 过 0热.5蒸46汽：
A1
Acr
G
A1 1c1
Acr
G
cr ccr
第29页/共146页
2 ） 喷 管 中的 实际流 动过程
向心式透平级 第4页/共146页
离心式透平级
◆ 按 蒸 汽 在 静 叶栅 和动叶 栅中的 能量转 换情况 分：
冲动级、反动级、带反动度的冲动级、复速级
轴 流 式 透 平 级：
蒸汽在通过透平级时，它所释放的热能全部在喷管中
① 冲动级：
转化为蒸汽的动能；在动叶栅中蒸汽不再膨胀加速， 而只是改变汽流的流动方向。
根据动量 方程：
可以看出 ：动能↑ → 速 度↑（ ）→ → 流动 过程： 膨胀过 程 → 理想 无损失 情况:等 熵膨胀 过程
cdc dp 0
dc 0
dp 0
第21页/共146页
② 几何条件 根 据 等 熵 过 程方程 ： 代 入 动 量 方 程：
叶轮机械原理-演示文稿(1)
XJTU
特点：① 喷管叶栅与动叶栅的叶型相同； ② 喷管叶栅与动叶栅都是收缩的。
热力叶轮机械原理（1） ③ 带反动度的冲动级
热力叶轮机械原理（1）
略去高次项： vdp sdx cdc 对一元定常流动，有：
XJTU
忽略侧面的 粘性阻力，有：
对于绝热的理想 （等熵）流动，有：
cdc vdp 0
p
k
pvk const
k 1 p1 k 1 ( ) c0 p0
c1s
3）变工况特性问题。
◆ 研究方法
1）理论方法：采用一元流动分析法，研究透平级的能量转换、通
流能力和变工况特性（可以很好反映出：能量转换、
通流能力以及变工况的实质）。 2）实验方法：通过实验得到叶栅的能量损失，用来分析叶栅流动
效率问题。
热力叶轮机械原理（1） 三、级的研究范围和内容 ◆ 研究范围：
XJTU
代入能量方程，有：
c1s 2k ( RT0* RT1 ) k 1
* 0 * 0
k 1 p p1 k 2k 1 p* k 1 0
XJTU
根据已知参数，通过计算确定以下 热力状态参数、 运动参数和几何参数。
◆ 确定参数： ① 喷管出口截面的状态参数 t1 （或i1……）； ② 喷管出口截面积 A1 和喉部（临界）面积 Acr； ③ 喷管出口汽流速度 c1 和喉部（临界）速度 ccr。
热力叶轮机械原理（1） ◆ 设计与计算过程 ① 计算出口状态参数
叶轮机械原理西安交大-演示文稿3
等 角1 ：就是喷管出口的汽流角度 1
沿径向是不变的。 即： 1 0
r
XJTU
热力叶轮机械原理（3）
XJTU
可以看出：① 进口（0-0）截面：轴向进汽（C0u = 0） 出口（2-2）截面：轴向排汽（C2u = 0） → 不存在离心力场：径向分速度Cr =0
有： d 1 r1d r 1d z1d z0
XJTU
得到： lnc1lnrco2s1 0
lnc1rco2s1 0
c rco2s1 1
const
其中： c1u c1cos1 c1z c1sin1
1 const
1-1截面：
c rcos21 1u
●
●
●
计算 起点
计 算
计算 终点
r —r r—h 叶片相对半径。
点
热力叶轮机械原理（3）
XJTU
② 速度 C1
c 1 2 c 1 2 u c 1 2 z c 1 2 r c 1 2 z c 1 2 u(h rhr)2
其中：C1z = const； C1r = 0； C1ur = const = C1uhrh
采用简单径向平衡方程来描述：
1
p
c
2 u
r r
③ 在三个特征截面上，所有汽流参数沿轴向
的偏导数均等于零，即： 0 z
④ 轴对称流动，即：
0
热力叶轮机械原理（3）
XJTU
◆ 流型计算
1) 在汽轮机级的进口（0-0）截面： 参数作为已知条件给出，或是上一级计算的结果。
2) 在轴向间隙（1-1）截面：
XJTU
静动 叶叶
图3.9 反动度沿叶高的变化
《叶轮机械原理》课件
03
叶轮机械的设计与优化
叶轮机械的参数设计
叶轮参数
01
包括叶片数、叶片型线、进出口安放角等。这些参数的选择和
优化对叶轮机械的性能有着重要影响。
流道参数
02
包括流道截面形状、流道面积等。这些参数的合理设计可以改
善流体在叶轮机械内的流动状态，从而提高效率。
转速与扬程
03
转速和扬程是叶轮机械的基本参数，它们的选择和优化对于确
02
叶轮机械的基本理论
流体动力学基础
流体静力学基本概念
流体的密度、压强、重力场等。
流体动力学基本方程
Navier-Stokes方程、连续性方程、动量方程等。
流体流动的基本特性
层流与湍流、边界层等。
叶轮机械中的能量转换
叶轮机械的工 力能、热能、动能等之间的转换。
04
叶轮机械的实验研究
实验设备与实验方法
实验设备
介绍进行叶轮机械实验所需的设 备和工具，如风洞、测试台、传 感器等。
实验方法
详细说明实验的操作流程和步骤 ，包括实验前的准备、实验过程 中的操作以及实验后的数据收集 等。
实验数据的处理与分析
数据处理
介绍如何对实验中收集的大量数据进 行整理、筛选和初步处理的方法。
总结词
随着科技的进步，叶轮机械的智能化与自动化成为了新的发展方向。
详细描述
通过引入先进的传感器、控制系统和人工智能技术，叶轮机械可以实现智能化控制和自动化运行。这不仅可以提 高设备的运行效率和稳定性，还能降低人工干预和故障率。
叶轮机械在新能源领域的应用
总结词
随着新能源产业的快速发展，叶轮机械在新能源领域的应用越来越广泛。
定叶轮机械的功率和效率至关重要。
热力叶轮机械原理第二章 单级蒸汽透平2
2019/11/1
27
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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3
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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18
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
热力叶轮机械原理第一章 透平级工作原理3
tg 1
c1
c1 sin 1 cos1 u1
取定： 2 1 (2 ~ 4 )
——
tg 2
w2 sin 2 w2 cos 2 u2
取定： 1
——
tg 1
c1
c1 sin 1 cos1 u1
取定： 2
——
tg 2
叶
圆周速度 u 2
绝对汽流速度 c2
大小 c1 2(1 )hs* u1 d m n / 60
w1 c12 u12 2u1c1 cos1
w2 21hs* w12 u2 d m n / 60
c2 w22 u22 2u2 w2 cos2
② 对双列复速级，轮周功（轮周功率）为：
Wu Nu Pu u Gu (c1u c2u c1u c2u )
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22
二、级的轮周功（轮周功率）
利用速度三角形的函数关系式，有：
c1 u1
w1
c2
w2 u2
w12 c12 u12 2u1c1 cos1 c12 u12 2u1c1u
hb、
' b
—— 分别是动叶2能量损失和能量损失系数；
hcc、c2—— 分别是余速 能量损失和能量损失系数；
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28
三、轮周效率
各项焓降和损失在 i - s 图上的表示方法
1) 级的等熵滞止焓降
h
* s
2) 喷管等熵滞止焓降 h1*s
3) 动叶等熵焓降 4) 级的有效焓降 5) 喷管实际焓降 6) 动叶实际焓降 7) 喷管能量损失
h2s 双
叶轮机械原理 第二章.pdf
第二章气体动力学和热力学基本方程在叶轮机械中的应用作业21）以两种不同形式的能量方程(热焓形式和机械能形式)解释涡轮中的能量转换。
2）判断压气机转子所受轴向力是向前还是向后，并解释之。
第二章气体动力学和热力学基本方程在叶轮机械中的应用在气体动力学和工程热力学中已介绍过描述气体运动的基本方程:连续方程、能量方程、热力学第一定律方程、动量方程和动量矩方程。
本章重点介绍上述方程在叶轮机械中的应用。
在dt时间内流过面积dA的气体质量dm为：三、热力学第一定律方程第二章气体动力学和热力学基本方程在叶轮机械中的应用五、动量守恒方程→•→•→→→−=++′1221w m w m t p t p P第二章气体动力学和热力学基本方程在叶轮机械中的应用叶片在轴向方向受到的气体作用力为tp p w w m P a a a )()(2121−+−=•叶片在切向方向受到的气体作用力为)(21u u u w w m P −=•第二章气体动力学和热力学基本方程在叶轮机械中的应用六、动量矩方程)(1122r c r c m M u u −=•：单位时间内通过微元流股控制体进口和出口截面的气体质量；和：控制体进口和出口截面气流绝对速度的切向分量；•m u c 1u c 2第二章气体动力学和热力学基本方程在叶轮机械中的应用气体作用在叶轮机上的力矩与叶轮机作用在气体上的力矩大小相等，方向相反，。
在力矩作用下，气体对叶轮机的作功量：M ′M M M −=′M ′ℓu ´θM ′==dtM ω′= dtr c r c m u u ω)(1122−−•= m()Δ−1122r c r c u u −ω第二章气体动力学和热力学基本方程在叶轮机械中的应用单位质量气体对叶轮机作功为-ℓu ´/ = ==′u L m Δω)(1112r c r c u u −−)(1122u c u c u u −−叶轮机对单位质量气体所作轮缘功L u 为)(1122u c u c L L u u u u −=′−=。
河北工业大学蒸汽透平复习整理教材
河北工业大学蒸汽透平复习整理教材第一章、工业汽轮机的概述1.汽轮机按照热力过程分类。
①凝汽式工业汽轮机②抽气凝汽式工业汽轮机③背压式工业汽轮机④抽汽背压式工业汽轮机2.电站汽轮机的型号意义①第一部分由汉语拼音字母表示汽轮机的形式，由数字表示汽轮机的容量，即额定功率（MW ）②第二部分信息用几组斜线分割的数字表示新蒸汽参数、再热蒸汽参数、供热蒸汽参数等，功率单位为MW ，蒸汽参数单位为MPa ，温度参数单位为℃。
③第三部分为厂家的设计序号。
N 表示凝汽式 B 表示背压式 C 表示一次调整抽气式CC 表示二次调整抽气式 CB 表示抽汽背压式 H 表示船用 Y 表示移动式意义：汽轮机的型号一般包含了汽轮机的形式，容量、新蒸汽参数和再热蒸汽参数信息，从汽轮机的型号可以判断出汽轮机的主要特征。
第二章、级的工作原理1.级的定义，级内流动的基本假设由一系列动叶栅和一系列静叶栅组成的一个能量转换的基本单元，称为汽轮机的级假设：①蒸汽是一元流动②蒸汽在流道中是稳定流动的③流动是绝热的④流动是无粘性的⑤流动气体是理想气体2.喷嘴、纯冲动级与反动级动叶流道及叶片形状（分类、填空）汽轮机的喷嘴叶栅是直接固定在汽缸上或固定在隔板上再装入气缸内气嘴分为：减缩形喷嘴、渐扩形喷嘴、缩放型喷嘴反动级叶片流道变窄且不对称纯冲动级叶片不变窄且对称3.喷嘴的速度系数定义及其影响因素。
实际速度与理想速度的比值称为喷嘴的速度系数。
喷嘴的高度、表面光洁度、汽道的形状、蒸汽的压力及蒸汽的状态与品质等都影响ψ值的大小。
4.部分进气度的定义（为了提高喷嘴高度，减小损失）布置喷嘴的弧段与整个周长的比值，称为部分进气度。
5.喷嘴截面积与蒸汽参数的关系①当气流速度小于音速时，喷嘴截面积随蒸汽的膨胀而减。
小。
②当气流速度小于音速时，喷嘴截面积随蒸汽的膨胀而。
增大③当气流速度等于音速时，喷嘴截面积有最小值。
6.喷嘴在斜切部分的膨胀①当c nεε>时，蒸汽在喷嘴的最小截面ab 上达到与出口压力相等的压力1p ，气流在斜切部分abc 无附加膨胀，喷嘴出口气流c c c <1，汽射角g 11αα=②当c n εε=时，最小截面ab 上达到临界压力，喷嘴出口气流速度c c c =1，汽射角g 11αα=③当c nεε<时，最小截面ab 上达到临界压力c p ，在斜切部分蒸汽由临界压力继续膨胀至出口压力1p ，气流也由临界速度c c 增加至超临界流速1c ，气流的方向偏转喷嘴中心线，射汽角δαα+=g 117.级的热流过程图绘制与标注（试卷已画出，求标注线段意义、代数式）①211200*2121C h C h h +=+=，滞止焓。
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。
汽轮机原理第二章
∆hc0
喷嘴中的热力过程
• • • • P0,P1分别是喷嘴进出口压力。 理想热力过程从0→1t。 实际热力过程是0→1。 0*点是0的滞止参数点。
∆hn 1 h 1t p1 h1
s
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蒸汽滞止和喷嘴出口参数计算
k k p h c p T RT k 1 k 1
（1）连续性方程—— Gv=Ac
基 本 方 程 式
（2） 能量/动量方程—— （3）能量守恒方程——
dp
cdc
c c h0 h1 2 2
（4）等熵过程方程——pvk=常数
2 0
2 1
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第二节 蒸汽在级内的流动过程
h0 h0
*
0* 0
P0*
p0
圆周速度：
u
dm n
60
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蒸汽流过动叶的出口速度
将能量守恒方程应用于1 和2t点： 2 w2t w12 h1 h2t 2 2 动叶出口的理想速度：
w2t 2(h1 h2t ) w12
* 2hb w12 2hb
动叶滞止理想比焓降：
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喷嘴中的蒸汽流量
由以上分析可知，通过喷嘴的最大蒸汽流量（即临 界流量），在喷嘴出口面积和蒸汽性质确定后，只 与蒸汽的初参数有关；只要初参数已知，则通过喷 嘴的临界流量即为定值。 • 彭台门系数β • 当喷嘴进出口压力比处于某个数值时，其相应的流 量G与同一初状态下的临界流量Gcr之比值称为流量 比，也称为彭台门系数，记为β。
蒸汽透平机
蒸汽透平机蒸汽透平机一、工艺概述1、编制依据《火电工程调整试运质量检验及评定标准》《HG/32/20型汽轮机使用与维护说明书》《3BCL458离心压缩机使用说明书》《化学工业大、中型装置试车工作规范》（HGJ231-91）2、生产工艺原理汽轮机工艺原理来自8.83Mpa蒸汽管网的蒸汽，通过调速阀进入汽轮机，依次高速流过一系列环形配置的喷嘴（静叶栅）和动叶栅而膨胀做功，推动汽轮机转子旋转（将蒸汽的内能转换成机械能），汽轮机带动氮气压缩机旋转。
高压蒸汽在汽轮机内主要进行两次能量的转化，使汽轮机对外作功。
第一次是将热能转化为动能：即中压蒸汽经过喷嘴（静叶栅）后压力降低、产生高速汽流而实现的。
第二次是将动能转化为机械能：即高速蒸汽的冲击力施加给动叶片使转子高速旋转，传递力矩，输出机械功而实现的。
氮气压缩机工作原理在蒸汽透平的驱动下，离心式氮气压缩机的叶轮随轴高速旋转，叶片间的气体也随叶轮旋转获得离心力，高速的气体被甩到叶轮外的扩压器中去，使气体的流动速度能转化为压力能，经过扩压器后的气体再经弯道、回流器进入下一级继续压缩，经过8级压缩，将氮气提到液氮洗所需要的压力后送往液氮洗工段。
压力提高的同时，介质气体温度也要升高，设置段间冷却器来降低压缩气体的温度，减少压缩功。
3、生产工艺流程工艺气系统来自空分的低压氮气（压力0.475MPaG、温度35℃、流量33000Nm3/h）进氮气压缩机（C0103）一段，氮气压缩机的型号是3BCL458，经一段压缩，压力提高到0.952MPaG、温度120.3℃。
经一段出口冷却器将温度降40℃后进二段压缩，经二段压缩压力提高到2.513MPaG、温度183℃。
经二段出口冷却器将温度降为40℃后进三段压缩。
经三段压缩压力提高到6.189MPaG、温度187.4℃，进三段出口冷却器降温度到40℃后，通过出口止逆阀、出口界区阀送往液氮洗工段。
蒸汽系统来自高压蒸汽管网的蒸汽（8.83MPaG，535℃），经手动闸阀后分两路经对向布置的双主汽阀通过调速阀进入透平内膨胀作功，做功后的蒸汽（4.0MPaG，410℃）经排气止逆阀、排气手动闸阀后排入中压蒸汽管网。
蒸汽透平工作原理
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。
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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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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
上式改变为:
p(
pi1
pi )
1 2
p0v0
(
G A
)2
将 p pi1 pi 代入上式，得到:
2
pi21 pi2 p0v0 (G )2 const （*）
漏汽量为：
Gcr 0.65 A
p0 v0
1 0.423z 0.577
δ p0 ,t0
曲径式汽封结构图
汽封套筒
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汽封装置
曲径式汽封的结构
① 在汽轮机主轴上，安 环
装有带槽沟的汽封套 形
筒，它与主轴一起旋
孔 口
转；
环形汽室
pz
汽封环
δ p1
p0 ,t0
汽d封2 套d1 筒
在汽缸上则安装有带锯齿的汽封环，它是
静止不动的。
汽封套筒 + 汽封环 = 曲径式汽封
② 汽封装置中有许多环形孔口，齿尖处的径 向间隙很小，约0.5mm；每两个孔口之 间形成一个环形汽室。
量为:
G
A ci vi
A
2 pi vdp pi 1 vi2
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汽封装置
曲径式汽封的漏汽量
将喷管中理想等熵流动的过程方程: pvk const 代入上式，即可以计算出汽封漏汽量：
G
A ci vi
A
2 pi vdp pi 1 vi2
假定2：忽略汽体的可压缩性，将比容看成 一个常数。
p02 pz2 zp0v0
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汽封装置
曲径式汽封的漏汽量
汽封漏汽的临界流量（临界漏汽量） 当最后一个孔口的流量达到临界流量时有：
pz p z1
cr
0.546
pz
p1
δ 临界流量为：
p0 ,t0
Gcr 0.65 A
p z 1 v z 1
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综上： 在几何尺寸上 → 存在环形间隙 在气动参数上 → 存在压差
所以：必定产生漏汽
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汽封装置
产生漏气的解决方案
漏汽产生两个方面的问题： ① 损失了作功的工质，减小了汽轮机发出的
功率： ② 破坏了工作环境：
为了即保证汽轮机的安全运行，又最大限 度地减小漏汽量
→ 必须采用汽封装置
A d
蒸汽流量相同：
G 定值
环形汽室
汽封环
环 形 孔 口 pz
p1
δ
p0 ,t0
汽封d2 套d1 筒
→蒸汽的压力逐渐降低，汽流密度减小；
根据连续方程：
G / A c const
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汽封装置
曲径式汽封中的流动过程
I. 随着压力逐渐下Байду номын сангаас，各孔 环形汽室
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汽封装置
曲径式汽封中的流动过程
总体来看：
蒸汽通过环形孔口的 流动过程，接近一个 节流过程；
能量转换过程：
环形汽室
汽封环
环 形 孔 口 pz
p1
δ
p0 ,t0
汽封d2 套d1 筒
热能（膨胀）→ 动能（涡流）→ 热能
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汽封装置
曲径式汽封中的流动过程
③ 环形孔口的漏汽面积 基本上是定值：
p0 p1 p2 p3 p4
ac e
g
p5 p6 k
bd f
h
l
b f
h
i 漏汽量
增大方向
s
l
p7
p8
n
p9
hcr
p10
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汽封装置
曲径式汽封的变工况特性
II. 如果汽封孔口数目z 、径向间隙 、背压 不变 p，z 但汽封初压 p0 升高，
→汽封漏汽量增大
hcr
hcr
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汽封装置
曲径式汽封的漏汽量
将等温过程方程 p0v0 pivi pz1vz1 代入上
式得：
Gcr 0.65 A
p
2 z 1
p0v0
◆ 其它环形孔口，通过的流量并未达到临界 流量：
漏汽量：
G A
p02 pz21 (z 1) p0v0
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2
2 A
可以看出:
I. 随着压力的降低，各环形孔口的压差增大； II. "假定" 没有改变汽流通过汽封的流动规律。
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汽封装置
曲径式汽封的漏汽量
公式 * 适用于 汽封中任一个 环形孔口 ：
第 i个孔口
ci1
ci
p i 1
pi
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第1个孔口: 第2个孔口: 第 i 个孔口:
ac e
g
p5 p6 k
bd f
h
l
b f
h
i
p7
p8
n
p9
hcr
p10
s
l
芬诺曲线
图中的曲线 b d f ……是孔口出口环型截
面上蒸汽状态点的轨迹 ；
芬诺线：每条芬诺线都对应一个汽封漏汽 量，所以芬诺线就是等流量线。
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汽封装置
曲径式汽封的变工况特性
I. 如果汽封初压 p0、背压 pz 、径向间隙 不变， 但环形孔口的数目 z 减少， → 汽封漏汽量增大
ci 、pi —— 第 i个孔口后的汽流速度和压力
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汽封装置
曲径式汽封的漏汽量
ci2
c2 i 1
pi vdp 0
2
pi1
理想情况: 初速度 ci1 0
环形孔口出口理论汽流速度: ci
2 pi vdp pi 1
根据连续方程，通过这个环形孔口的漏汽
p02 p12 p0v0 (G )2
2
2 A
p12 p22 p0v0 (G )2
2…………2 ……A
pi21 pi2 p0v0 (G )2
…2 ………2……A
第 个孔口: z 1
p z22
p
2 z 1
p0v0
( G
)2
2
2 A
第 z 个孔口:
p
2 z 1
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汽封装置
曲径式汽封中的流动过程
① 蒸汽在从汽封高压端p0 流向低压端 pz过程中： 蒸汽依次通过汽封的环形孔口； 每通过一个环形孔口，蒸汽的压力就
降低一些； 每个孔口前后都存在压差。
全部孔口两侧压差之和 = 整个汽封前后的总压差：
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pi p0 pz
取:
v vi1 vi 2
p pi1 pi 2
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汽封装置
曲径式汽封的漏汽量
假定3：孔口中是等温膨胀过程，理想汽体 状态方程来描述：
pv RT const
有: pv p0v0 或: v p0v0 p pz
p1
δ
p0 ,t0
漏汽量公式变为:
G A
曲径式汽封压力变化曲线
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汽封装置
曲径式汽封中的流动过程
② 当蒸汽通过一个环形孔口时：
环形汽室
压力和焓值就降低，汽 环
流获得一定速度；
形
孔
汽室空间相对很大，在 口 pz
汽室中形成强烈旋涡；
汽封环
p1
δ
p0 ,t0
汽封d2 套d1 筒
涡流将汽流动能变成热能回到汽流中；
汽室中汽流温度升高，焓值恢复到孔口 前的数值。
i
s
pz
pz