第三章、汽轮机级的工作原理

2 2 c2 w2 u 2 2w2u cos 2
w2 sin 2 2 arcsin c2
当蒸汽以速度c2离开本级时，蒸汽所带走的动能不能本 级利用，称为该级余速损失。
hc 2
2 c2 2
在多级汽轮机中，前一级的余速损失常可以部分或全部 被下一级所利用。用余速利用系数μ1表示被利用的部分，则 为：
'2 2 c0 c2 1 2 2
( 1 0 ~ 1)
二、轮周功率和轮周功
轮周功率 单位时间内蒸汽推动叶轮旋转所做的机械功，称为轮周功率。 推导 根据动量守恒，叶片对蒸汽周向力为：

蒸汽对叶片 周向力：
轴向力： 合力：
m w2u w1u m ( w2 cos 2 w1 cos 1 ) t t Fu Fu G w2u w1u G w1 cos 1 w2 cos 2 G c1 cos 1 c2 cos 2 c1u c1 cos 1 w1 cos 1 u c2u c2 cos 2 w2 cos 2 u Fz Fz G c1z c2 z Az p1 p 2 G (c1 sin 1 c2 sin 2 ) Az ( p1 p 2 )
一、蒸汽在喷嘴中的膨胀
1、蒸汽滞止和喷嘴出口参数计算
h c p T k k p RT k 1 k 1
k 1 2 c12 c0 k p 0 p1 k h0 h1 1 2 k 1 0 p0
Gn Gnc 0.648
0 p0 0 v0
二、蒸汽在喷嘴斜切部分的膨胀
1、条件和现象
AB为渐缩喷嘴的出口截面，即孔口截面，ABC 即为斜切部分。 当喷嘴出口压力 p1大于临界压力 p1c时，蒸汽在斜切部分不发 生膨胀；
当p1d<p1<p1c时汽流将在斜切部分发生膨胀，汽流在斜切部分 膨胀时将使汽流出口速度大于音速，同时汽流的方向也将发 生偏转。
第七节 扭叶片级
第一节 级的概述



级的工作过程 级的反动度 级的类型 级的简化的一元流动模型和基本方程
一、级的工作过程
级：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。
1、蒸汽在级中的流动过程
（1）蒸汽在喷嘴中的流动 特点：压力下降，速度上升，轮周方向 速度分量提高。 （2）蒸汽在动叶中的流动 特点：汽流转向，产生轮周方向冲击力； 汽流膨胀，产生轮周方向反击力； 轮周力Fu作功。P=F· u
由于存在不可逆损失，则动叶 出口实际相对速度为： 动叶速度系数
w2 w2t
动叶速度系数与叶高lb、相对速度w2t和反动度有关。图1.2.12
这样蒸汽流经动叶时的能量损失：
2 2 w2 w 0 2 hb t (1 2 )hb 2
其能量损失系数是：

本节小结：
hb
喷嘴流量系数
n 称为喷嘴流量系数，它主要与蒸汽状态及蒸汽在
喷嘴中的膨胀程度有关。
（2）当喷嘴前后的压力比小于或等于临界压力比时，通过喷嘴 的流量将保持不变，即为临界流量：
Gntc
2 k 1 0 0 An k ( ) p0 0 k 1
k 1
实际临界流量： Gnc n Gntc
k 1 0 2 k c1 k p0 p1 0 h0 h1 1 0 0 2 k 1 0 p0
2、喷嘴出口汽流速度的计算
喷嘴出口的理想速度c1t为：
k 1 0 k 2k p0 p1 2 2 0 c1t 2h0 h1t c0 2hn c0 2hn 1 0 0 k 1 0 p0
（3）蒸汽在级内的流动是绝热流动
（1）状态方程—— pv=RT
基 本 方 程 式
（2）等熵过程方程——pvk=常数 （3）连续性方程—— Gv=Ac （4）能量守恒方程——
2 2 c0 c1 h0 h1 W 2 2
第二节 蒸汽在级内的流动

蒸汽在喷嘴中的膨胀 蒸汽在喷嘴斜切部分的膨胀 蒸汽在动叶中的流动过程和通流能力
汽轮机原理
董玉亮 华北电力大学能源动力与机械工程学院 0313dongyl@
第一章 汽轮机级的工作原理



பைடு நூலகம்
第一节 级的概述 第二节 蒸汽在级内的流动 第三节 级的轮周效率和最佳速度比 第四节 叶栅的气动特性
第五节 汽轮机级通流部分主要尺寸的确定
第六节 级内各项损失和级效率
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由矢量合成计算w1；
计算w2；
w1 c12 u 2 2c1u cos a1
2 c2 w2 u 2 2 w2u cos 2
矢量合成计算c2。
2、蒸汽在级中的热力过程
（1）蒸汽在喷嘴中的热力过程
h0 h0
0
00 0
p00 p0

p0、 p1分别是喷嘴进出口压力； 理想热力过程从0→1’ ； 实际热力过程是0→1； 00点是0的滞止参数点。
2、斜切部分偏转角的计算
p1d为极限压力：特征线与AC重合时的出口压力。
c M a sin 1 M
1 k 1
k 1 2 sin 1 1 1c c1c k 1 k 1 1 k 1 sin 1 1c1 nk 1 n k
（3）反动级
特点：蒸汽在喷嘴和动叶中的膨胀程度相同。
结构：喷嘴和动叶叶型相同。
m 0.5; hn hb 0.5ht

压力级和速度级
（1）压力级
蒸汽的动能转换为转子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机械能的过程在级内进行一 次以上的级。如双列速度级（复速级）
（ 2）在喷嘴出口面积和蒸汽性质确定后，临界流量只与蒸 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。
6、喷嘴实际流量的统一计算公式
定义：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 Gn与同一初状态下的临界流量Gnc之比值称为流量比，也称 为彭台门系数，记为β。
Gn Gnc
二、级的反动度

定义：动叶内理想比焓降Δhb与级滞止理想比焓降Δht0之比， 表示蒸汽在动叶内的膨胀程度。
m
hb ht0
Ωm=0 时称为纯冲动级 Ωm=0.5 时称为典型反动级

说明：表示级中热功转换膨胀中，动叶片占的比例；最大 为0.5，最小为0。
三、级的类型

冲动级与反动级 特点：Ωm=0 ，蒸汽只在喷嘴中膨胀，在动叶栅中不 膨胀，只改变其流动方向；做功能力大，效率低。
k 1.3; nc 0.546 k 1.135; nc 0.577
对于干饱和蒸汽：
5、喷嘴通流能力
（1）理想情况下，当喷嘴前后的压力比 n 大于临界压力比 时，由连续性方程 Gnt 1t An c1t 有： 理想流量： Gnt An 1t c1t An 1t
复速级单级汽轮机

调节级和非调节级
通流面积能随负荷改变的级，如喷嘴调节汽轮机 的第一级，调节抽汽汽轮机抽汽口后的旋转隔板。
（1）调节级
（2）非调节级
流面积不随负荷改变的级，可全周进汽，也可以 部分进汽。
调节级
四、级的简化的一元流动模型和基本方程
基本假设
（1）蒸汽在级内的流动是稳定流动
（2）蒸汽在级内的流动是一元流动
∆hc0
∆hn
1 h p1 h1
h1t
1’
c c h0 h1 2 2 c02 c12t h0 h1t 2 2
2 0
2 1
特点：热能减少，动能增加， 热能转化为动能。
s
（2）蒸汽在动叶中的热力过程
00
p00
p0 0
2 c12 c2 1 2 2 2 h1 h2 [(c1 c2 ) (w2 w12 )] 2 2 2
1c
p1c

0 2 k p0 0 k 1 0
结论1： 临界速度只与滞止参数和蒸汽性质有关，与流动过 程无关（流动）。
临界压比：
p1c 2 nc 0 p0 k 1 p1 n 0 p0
k k 1
结论2： 临界压比只与k有关，与喷嘴结构无关。
对于过热蒸汽：
2 k 1 2 ( nk n k ) k 1 k 1 2 ( ) k 1 k 1
n cr 1 1 cr

2
f n
结论： β只与 n和 k 有关； k确定后，亚临界 β只与
n 有关；临界β为1。
按上图曲线查得β后，按下式计算实际流量：
喷嘴实际出口速度为：
喷嘴速度系数
c1 c1t
Bn=55mm Bn=80mm
喷嘴压比：
p1 n 0 p0
动能损失为：
2 c12t c12 c hn 1 2 1t 1 2 hn0 2 2 2
喷嘴的能量损失系数 n ： 滞止理想比焓降 h00 之比。
一、速度三角形
1
c1
1
2
2
w2
u——动叶的 圆周速度
u
w1
c2
u
c1、w1、u构成动叶栅的进口速度三角形，c2、w2、u构成 动叶栅的出口速度三角形。则各个速度矢量之间的关系式为：
u
d m n
60 w12 c12 u 2 2c1u cos 1 c1 sin 1 1 arcsin w1