第1章1--概述.

第一章汽轮机级的工作原理1.概述2.蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动3.级的轮轴功率和轮轴效率4.叶栅的气动特性5.级内损失和级的相对内效率6.级的热力设计原理7.级的热力计算示例8.扭叶片级1.概述通流部分----汽轮机本体做功汽流通道称为汽轮机的通流部分，它包括主汽门，导管，调节汽门，进汽室，各级喷嘴和动叶及汽轮机的排汽管。汽轮机的级----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汽轮机的级1.概述1汽轮机的级1.概述1汽轮机的级1.概述1汽轮机的级2222((),,)cwpt转子的旋转机械能2级的工作过程000(,,)cpt喷嘴1111((),,)cwpt动叶蒸汽热力学能喷嘴(nozzle)降压增速汽流的动能动叶(blade)汽流改变速度和方向(冲动原理)汽流降压增速(反动原理)特征截面或计算截面：喷嘴前：0-0；喷嘴后（动叶前）：1-1；动叶后：2-2。注意：参数下角标与截面号相同。1.概述⑴从喷嘴流出的高速汽流冲击在汽轮机的动叶上，改变了其速度的大小和方向，同时汽流给动叶施加了一个冲动力。⑵蒸汽在动叶通道内膨胀加速，离开动叶通道时，给动叶一个与汽流运动方向相反的作用力，这个力即为反动力。⑶冲动力Fi、反动力Fr的的方向都不与轮周方向一致，两个力的合力F作用在动叶栅上，其在轮周方向上的分力Fu使动叶栅旋转而产生。机械功。1.概述2级的工作过程蒸汽膨胀增速的条件有合理的汽流通道结构蒸汽需具有一定的可用热能且有压差存在动、静叶栅几何参数叶栅节距t叶栅通道进口宽度a叶型弦长b出口宽度a1和a2叶栅宽度B出口边厚度△前缘点前额线后缘点后额线中弧线几何进口角汽流进口角几何出口角汽流出口角叶片安装角1.概述3级的几何参数叶片高度l1.概述3级的几何参数动叶进出口汽流速度三角形汽流的绝对速度圆周速度u=πdbn/60动叶进口速度三角形相对速度动叶出口速度三角形22cwu11wcucuww旋转平面与的夹角旋转平面与的夹角cu1c11,ph22,phu1w11u2c2w22(a)1.概述4汽轮机级内蒸汽流动22111111111111222222222222222cossinsinarcsinarccos2cossinsinarcsinarccoswcucucctgwcucwuwuwwtgcwuFt=Δv∙m1.概述11,ph22,ph4汽轮机级内蒸汽流动动叶进出口汽流速度三角形水蒸气焓熵图热力学中表示物质系统能量的一个状态函数。数值上等于系统的内能U加上压强p和体积V的乘积，即H=U+pV。1.概述热力过程11kkhpvRTkk4汽轮机级内蒸汽流动0p0t热力过程线----蒸汽在动、静叶栅中膨胀过程在h-s图上的表示。hs滞止参数----相对于叶栅通道速度为零的气流热力参数(假想汽流绝热等比熵滞止到速度为0的状态）。用后上标为”0”来表示。动叶进口喷嘴进口00h2012C+=00h00p000ch1pnh'1nh20012cCh入口初速动能nh喷嘴损失12p'201h1h2112w2112w0101pbh1th1h2thbh22h动叶损失bh2ch2222cch余速动能uh0thth1.概述4汽轮机级内蒸汽流动001001nthhhhnh理想过程----可逆的等熵过程。实际过程----不可逆绝热膨胀过程，转换效率低于理想过程。喷嘴理想比焓降--动叶理想比焓降--bh喷嘴(或动叶)效率----实际焓降与理想焓降之比1.概述20utnbchhhhh00tncbhhhh喷嘴损失、动叶损失、余速损失统称为级的轮周损失。1kg蒸汽在级的理想过程中输出给动叶栅的机械功称为级的滞止理想比焓降1kg蒸汽实际转换为动叶栅上机械功的有效焓降称为轮周有效比焓降4汽轮机级内蒸汽流动表征蒸汽在动叶通道中的膨胀程度。定义为动叶中的理想焓降与级的等熵绝热焓降之比,级的平均直径(1/2叶高)处的反动度用Ωm来表示。00bbmtnbhhhhh0bmthh00(1)nmthh反动度Ωm1由于h-s图上等压线沿比熵增方向发散,故严格说,但由于喷嘴损失很小，因此在使用中常认为00nbthhh00nbthhh2反动度Ω沿动叶高度是不相同的对于较短的直叶片级，用平均反动度Ωm表示，可不计反动度沿动叶高度的变化；对于长叶片级，在计算不同截面时，必须用相应截面的反动度。1.概述5级的反动度6级的类型和特点-纯冲动级1.纯冲动级热力特点：Ωm＝０,汽流在动叶通道中不膨胀。动叶受力特点：冲动力，无膨胀加速的反动力结构特点：动叶叶型几乎对称弯曲，动叶内流通截面近似相同；流动特点：动叶进出口处压力P1=P2,汽流相对速度w1=w2性能特点：做功能力大，但效率较低，现已不采用。1.概述0bh热力特点：动静叶中蒸汽膨胀程度(焓降)相等动叶受力特点：受冲动力和膨胀加速的反动力结构特点：动、静叶通道的截面基本相同；叶型相同。流动特点：动、静叶中增速相等。性能特点：做功能力小，流动效率高，动叶顶部漏汽大。2.反动级1.概述6级的类型和特点-反动级0.5tnbhhh3.冲动级热力特点：膨胀主要发生于喷嘴中,为提高流动效率,动叶中也有少量膨胀，一般Ω＝0.05～0.30动叶受力特点：受冲动力和受膨胀加速的反动力结构特点：动叶通道的弯曲程度小于静叶；流动特点：动叶中增速小于静叶.性能特点：相同几何尺寸下，做功能力比反动级大，流动效率较纯冲动级高。1.概述6级的类型和特点-冲动级4.复速级⑴压力级：蒸汽动能转变为转子机械能的过程在级内只进行一次的级。特点：这种级在叶轮上只装一列动叶栅，故又称为单列级；压力级可以是冲动级，也可以是反动级。⑵速度级(复速级)：蒸汽动能转变为转子机械能的过程在级内进行一次以上的级。说明：目前常用的是进行两次转换的级，故又称为双列速度级或复速级，即由固定的喷嘴叶栅、导向叶栅和安装在同一叶轮上的两列动叶栅所组成的级1.概述6级的类型和特点-复速级热力特点:Ωm＝０,汽流在导叶和动叶通道中不膨胀。动叶受力特点：无膨胀加速的反动力结构特点:导叶和动叶为等截面通道；流动特点:导叶中汽流只转向不加速，动叶中也不增速.速度级通常在一级内要求承担很大焓降时采用。如单级汽轮机或作为中、小型多级冲动式汽轮机和多级反动式汽轮机的第一级（调节级）。性能特点：做功能力最大，流动效率最低。1.概述6级的类型和特点-复速级纯冲动级反动级冲动级复速级6级的类型和特点1.概述1.概述冲动式转子反动式转子6级的类型和特点级的类型和特点反动度叶片类型做功能力（焓降）效率纯冲动级Ωm=0隔板叶轮型较高较低反动级转鼓型(?)最低最高冲动级Ωm=0.05～0.3隔板叶轮型较低较高复速级隔板叶轮型最高最低0.5nbhh1.概述6级的类型和特点7级的简化一元流模型和基本方程式A.流动过程分析研究蒸汽膨胀的流动过程，核心问题是确定喷嘴出口的汽流速度或流量与喷嘴前后蒸汽参数及通道截面的关系。因此，流速或流量、蒸汽参数和通流截面为流动分析的三个要素。方法与流体力学及工程热力学中喷管流动的分析方法相同，叶栅通道的进口参数通常用相对于叶栅速度为零的滞止参数。1.概述B.简化的一元流模型C.基本方程式①连续性方程G=Ac/v=A1c1/v1微分形式0dAdcdvAcv1.概述7级的简化一元流模型和基本方程式基本假设：①流动是稳定的②流动是绝热的③流动是一元的④工质是理想气体2200111122qhchcW②能量方程q—每kg质量蒸汽流过系统时从外界吸收的热量，J/kg；绝热时为零。W—每kg质量蒸汽流过系统时对外界做出的机械功，J/kg。能量方程的微分形式：运动（动量）方程cdcvdp说明：式中负号说明流动过程中，压力和速度是相反方向变化的。1.概述7级的简化一元流模型和基本方程式021212cdcvdpcpvuch2压缩理想流体：绝热、不可常数常数1.概述7级的简化一元流模型和基本方程式式中：k—为定熵指数；过热蒸汽：k=1.3；饱和蒸汽：k=1.135；湿蒸汽：k=1.035+0.1x（x为过程初态干度）③状态方程或过程方程蒸汽在某一截面上的各种状态参数之间的关系由状态方程式来确定，对于理想气体：pv=RT等比熵过程方程：kpvconstnpvconst多变过程方程：式中：n—多变过程指数；气体介质中的音速akpvkRT马赫数cMaa1亚临界状态=1临界状态1超临界状态气体的焓11kkhpvRTkk1.概述7级的简化一元流模型和基本方程式1.概述总结