热力叶轮机械原理第二章 单级蒸汽透平2
北航-叶轮机械原理- ch2(2)
lad
2 1
1
dp
k
k 1
RT1
p2 p1
k 1
k
1
多变压缩过程：过程中存在损失和热交换，引入多变指数
p / n 常数
n=k 时，绝热过程 n=1时，等温过程
多变压缩功
n1
lpol
2 1
1
dp
n
n
1
RT1
口截面气流绝对速度的切向分 量
叶轮机欧拉方程
气体作用在叶轮机上的力矩 M 与叶轮机作用在气体上的力 矩 M 大小相等，方向相反，即 M M
在力矩 M 作用下，气体作用于叶片的作功量为
Lu M dt m (v2ur2 v1ur1)dt dm (v2ur2 v1ur1)
转速n（r/min）
角速度
n / 30
叶片切线速度 u r nr / 30
航空发动机叶片的尖部总是处于超声速运行状态，
马赫数为
Mau 30
nrtip kRT *
1 k 1 Ma2 2
折合转速
ncor n
Tst T
热焓形式的能量方程
根据能量守恒定律，得热焓形式的能量方程：
化到状态2，过程积分
q i2 i1
2 dp
1
输入流体微团的热量包括外界输入的热量 qe 和运动流体摩擦而 自生的热量 qf，而后者是摩擦力作功的等量转换，即 qf＝lf ， 于是
2 dp
q qe l f i2 i1 1
机械能形式的能量方程
绝对坐标系下机械能形式的能量方程（广义伯努利方程）
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
热力叶轮机械原理第一章 透平级工作原理 2
k
带入上式得：
c1s
2k k 1
p0
0
1 (
p1 p0
)
k 1 k
c02
2k k 1
RT0
1
(
p1 p0
)
k 1 k
c02
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基本方程
4）能量方程
如果忽略摩擦力作功和势能的变化等因素：
系统的能量方程为： i1
v1
v2
出口截面积：
A1
G
1c1
喉部截面积：
Acr
G
crccr
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2）喷管中的实际流动过程
特点：
实际蒸汽是粘性流体，蒸汽在喷管中的 流动过程是有阻力的；
蒸汽将消耗一部分能量来克服流动阻力；
因此，喷管中的流动不再是等熵流动，但 还是绝热流动。
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临界压比： cr
pcr p0*
(
2
k
) k 1
k 1
（ 空气： cr 0.528 ；过热蒸汽： cr 0.546 ）
临界密度：cr
0 (
pcr p0
1
)k
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设计与计算过程
③ 计算喷管出口截面积 A1 和喉部（临界） 截面积 Acr
连续方程：
A1c1 A2c2 G const
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二、蒸汽在喷管中的流动过程
喷管膨胀效果： → 设计工况
1）收缩喷管出口截面的汽流速度 ≦ 音速； 2）缩放喷管出口截面的汽流速度 > 音速。
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。
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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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
透平机及工作原理
透平机及工作原理(总2页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--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.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。
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。
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。
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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
对应进汽弧段的动叶 栅，就有高速汽流进 入，汽流膨胀、作功。 该进汽部分的动叶栅 正常工作。
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摩擦损失、鼓风损失和弧端损失
鼓风损失产生机理
对应非进汽弧段的动叶栅，没有汽流进入， 但该部分叶栅通道内存在着“基本静止的 汽体”。这部分的动叶栅就像“风扇叶片” 一样起鼓风作用，使“基本静止的汽体” 通过动叶通道。
Nv
Gh
* s
摩擦鼓风损失：摩擦损失和鼓风损失合称
N f v
k3[ Adm2
B(1
e
0.5e*
)d
ml
1.5 2
]
(u) 100
3
k3 : 工质性质系数（过热蒸汽：k3 =1.0 ； 饱 和蒸汽：k3 =1.2~1.3）
其中： A、B ：经验系数（A = 1.0，B = 0.4） 单列级： 1 2
动损失系数也是与相对叶高有关，可以改
写成：
a
b l
a
be le
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级的相对内效率
双列复速级的各项损失：
其中：
a
b l
a
be le
代表无限高度叶栅的双列复速级的总流 动损失，它与叶高无关；
a
b l
代表有限高度叶栅相对无限高叶栅所带
来的附件损失；
喷管组两端的不稳定汽流
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摩擦损失、鼓风损失和弧端损失
弧端损失概述
弧段损失产生的位置： 1）从非进汽弧段向进汽弧段的过渡区域；
2）从进汽段向非进汽段的过渡区域。
弧段损失的功率（半经验公式）: N en Ghs*en
弧段能量损失系数：
单列级： en
k3
B2l2
d ml1e sin 1
喷管组两端的不稳定汽流
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摩擦损失、鼓风损失和弧端损失
弧端损失产生机理
当动叶栅从进汽弧段转向非进汽弧段时， 由喷管组最后一个喷管通道出来的蒸汽， 受到动叶栅旋转的影响以及汽流的不稳定 性，也引起一部分能量损失。
这两种能量损 失合称为透平 级的弧端损失 (斥汽损失)。
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余速损失 Ghc2 结构损失：(1 0.975)Nu 0.025 Nu
0.025G(hs* hn hb hn hb hc2 )
摩擦损失/鼓风损失/弧端损失：N f / Nv / Nen
透平级的理想焓降（作功能力）：Gh
* s
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级的相对内效率
风区域减小）：
Nv
2.1k(1 e
0.5e*
)d
ml
1.5 2
(u) 100
3
103
对双列复速级（有护罩）：
Nv
2.1k
(1
e
0.5e*
)d
m
(l
1.5 2
l21.5
)( u ) 100
3
103
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摩擦损失、鼓风损失和弧端损失
鼓风损失概述
鼓风损失系数： v
a 是一个与叶栅损失有关比例常数，取值 范围0.025~0.03。当叶栅高度较大时， 取下限；叶栅高度较小时，取上限。
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级的相对内效率
双列复速级的各项损失：
（2）余速损失系数： c2
c22 / 2 hs*
（3）结构损失系数：0.025(1 c2 )
（4）摩擦损失系数： f
oi
0.8
① 两条曲线是比较接近的； 0.7
计算曲线 试验曲线
② 和 (oi )max (xa )opt 的最佳值
0.6
基本相符；
0.5
0.4
③ 试验本身也存在一定的 0.3
误差。
0.2
e 0.423 0.43
结论：
0.1
双 列 复 速 级 相 对 内 效 率 oi 0 0.1 0.2 0.3 0.4 xa
2
双列级： 1 2 1 2
4
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摩擦损失、鼓风损失和弧端损失
弧端损失产生机理
弧端损失也是部分进汽透平级所特有的一 种损失。
当透平级是部分进汽（e 1）时，动叶栅不
是连续工作。当动叶栅转到进汽弧段时，
汽流在动叶内膨
胀、作功；当动
叶栅转到非进汽
v
x
3 a
0.8
0.975u 0.7
u
0.6
oi
en en(xa )
en xa
0.5
0.4
dm 1.0m;e 0.5;
将轮周效率、摩擦损失系 0.3 l1 15mm;sin a1 0.2;
数、鼓风损失系数、弧端 0.2 损失系数与速比的曲线画 0.1
b2
b2'
热力叶轮机械原理
第二章 单级蒸汽透平
2.3摩擦损失、鼓风损失 和弧端损失
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1
摩擦损失、鼓风损失和弧端损失
叶轮摩擦损失原因
A-A 截面
A-A
汽缸壁面
静止
叶轮壁面
旋转
周向
① 蒸汽粘性、汽流速度沿轴
向梯度使叶轮表面的摩擦
阻力消耗部分轮周功。
叶轮摩擦损失示意图
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2
摩擦损失、鼓风损失和弧端损失
② 相对内效率最佳速比
2
(xa )opt 相对较小 ③ 三项损失与喷管出口总
3
0i
4
面积A1成反比
④ 对全周进气透平级，三 项损失对级相对内效率 和最佳速比影响降低
f v e
6
5
xa
三项损失对相对内效 率的影响
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级的相对内效率
3）对相对内效率 oi 的试验曲线
K1dm
X
3 a
el1 sin11
el1 const
（5）鼓风损失系数：v
K2
2xa3
sin 1
1 e e
（6）弧端损失系数：
en
K3
b2 0.6b2'
dme sin 1
u
n
xa 1
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级的相对内效率
双列复速级的各项损失：
总流动损失 可表示为部分进汽度 e 的函
u
n
k3
B2l2 0.6B2l2
dml1e sin 1
u
n
xa 1
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热力叶轮机械原理
第二章 单级蒸汽透平
2.4级效率（相对内效率）
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级的相对内效率
1）透平级相对内效率:
喷管损失 Ghn、动叶Ⅰ损失 Ghb、 轮周损失： 导叶损失 Ghn 、动叶Ⅱ损失 Ghb 、
弧段时，没有汽
流进入动叶栅作
功。
图2.11 喷管组两端的不稳定汽流
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摩擦损失、鼓风损失和弧端损失
弧端损失产生机理
对应非进汽弧段：动叶通道内充满了“呆 滞”的汽体。当动叶栅从非进汽弧段转向 进汽弧段时，从喷管出来的高速汽流为了 能够进入动叶通道，就必须推动和加速 “呆滞”在动叶通道中的汽体，消耗一部 分能量。
的计算结果是可靠的。
双列复速级 oi 曲线
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级的相对内效率
4）最佳部分进汽度 (e)opt