汽轮机原理(第一章)

４.喷嘴中的临界条件和临界状态
（１）临界条件。在喷嘴中，当蒸汽作等比熵膨胀到
一般 ＝0.9－ 20.9， 8 常0取 .9而 7, 将与叶高有单 关独 的计 损算 失
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图1－7 喷嘴速度系数随叶高的变化曲线，上面一条线代表喷嘴宽度 Bn=55mm,下面一条线代表喷嘴宽度Bn=80mm。
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３.喷嘴损失
hn
wk.baidu.com
c12t 2
c12 2
(12)c12t
2
(12)hn
hn在hs图上的表示如图 6所１示－。
❖ 反动力：当蒸汽在动叶栅汽道内随汽道形状改变流 动方向的同时继续膨胀加速，即汽流不仅改变方向 而且因膨胀使其速度也有较大的增加，则加速的汽 流出汽道时对动叶栅将施加一个与汽流流出方向相 反的反作用力。
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二、级的反动度
❖ 蒸汽的滞止状态和滞止参数
滞止状态：汽流被等熵滞止到初速为零的状态。 滞止参数：滞止状态下所对应的参数。 如图1－2所示。
复速级做功能力比单列冲动 级大，但效率低。
2.压力级 以利用级组中合理分配的压力
降（焓降）为主的级，又称单列级。 做功能力较小，但效率高。
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（三）按负荷变化时通流面积是否改变分 1.调节级
喷嘴调节的汽轮机的第一级，负荷变化时， 其通流面积是改变的。
调节级可以是复速级，也可以是单列级。 通常中、小型机组采用复速级为调节级，大机 组采用单列级作调节级。 2.非调节级
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。
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。
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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
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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。
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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。
负荷改变时，级的通流面积不变。
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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。
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（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。
1.喷嘴出口汽流理想速度
在上图中的0点和1t点应用能量方程得
h0
c02 2
h1t
c12t 2
c1t 2(h0 h1t ) c02 2hn c02
2hn
因为蒸汽在喷嘴流动过程中，q=0,w=O.
上式通常用于实际计算。
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另外，若将蒸汽看作理想气体，则有
c1t
2k p0
k10
1(pp01)kk1
图1－2 级的热力过程线
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❖级的反动度的定义
体现蒸汽在动叶中膨胀程度大小的量，定义为：
蒸汽在动叶中的理想焓降与级的滞止理想焓降之比，
即
m
hb ht
式中 Ωm——级的平均反动度，“m”指平均直径处； Δhb——蒸汽在动叶中的理想焓降； Δh*t——蒸汽在级中的滞止理想焓降。
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三、级的类型
（一）按反动度分 1.纯冲动级
第一章 汽轮机级的工作原理
第一节 汽轮机级的概述
级的概念：由一列喷嘴叶栅和紧邻其 后的一列动叶栅所组成的热能到机械能转 换的基本单元。
多级汽轮机是由在同一轴上的若干个 级串联组合而成。
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国产600MW汽轮机
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汽轮机隔板结构
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600MW汽轮机下汽缸隔板
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❖ 蒸汽的热能——动能——机械能——电能 ❖ （锅炉） （喷嘴）（动叶） （发电机） ❖ 喷嘴是静止的部分：作用是将蒸汽的热能转变成蒸
p 常数
n
式中 n－多变过程指数。
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第二节 汽轮机级的工作过程
一、蒸汽在喷嘴中的流动
（一）喷嘴出口汽流的计算
hn 蒸汽在喷嘴中的理想焓 降；
´
h
n
蒸汽在喷嘴中的滞止理
想焓降；
hc0 蒸汽在喷嘴进口的初速 动能。
hco
c
2 0
2
。
由上图知：
h
n
hn
h
c
＝
0
h
n
c
2 0
2
-
图1－6 蒸汽在喷嘴中的膨胀过程
此公式常用于理论分析。
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2.喷嘴出口汽流实际速度 引入喷嘴速度系数，则
c1 c1t
为喷嘴的速度大 系小 数主 ，要 其取决高 于度 喷， 嘴叶 的型、
表面粗糙度和等 前， 后其 压中 差与喷系 嘴最 高密 度切 关。
如图 1－7所示，当喷ln嘴 1高 5m度 m时， 值急骤下降，所
实际中应保证于 叶1高 5－2不 0mm 小 .
汽的动能。 ❖ 动叶栅是运动部分：作用是将蒸汽的动能转变成轴
旋转的机械能。 ❖ 机械能主要利用蒸汽通过动叶栅时，发生动量变化
对该叶栅产生冲力，使动叶栅转动而获得。
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一、蒸汽的冲动原理和反动原理
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❖ 冲动力：当蒸汽在动叶栅汽道内不膨胀加速而只随 汽道形状改变流动方向，汽流改变流动方向对汽道 所产生的离心力。
上式对有损失的流动和无损失的流动 均适用。
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4.状态方程
（1）理想气体状态方程
p RT
式中
p－气体绝对压力； ρ－气体密度； R－通用气体常数，R=461.76J/（kg.K)； T－ 热力学温标。
（2）蒸汽等熵膨胀过程方程
p
k
常数
-
式中 k－等熵指数，对于蒸汽而言：过热 蒸汽 k =1.3； 湿蒸汽 k=1.035+0.1x ( x为膨胀过程初态的蒸汽干度）。 对绝热有损失过程