汽轮机级内能量转换过程

第一章汽轮机级的工作原理结构上：级的概念：作用上：能量观点上：第一节蒸汽在级内的流动一、基本假设和基本方程：（一）基本假设：1、稳定流动2、一元流动3、绝热流动（二）基本方程：1、状态及过程方程：2、连续性方程：3、能量守恒方程：二、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程：（一）蒸汽的滞止状态：21**001121tcktkpvpv22100011212tccktkpvpv0100111kttkhhpvpvphcT1kRpKc（二）喷嘴出口汽流速度：等比熵过程出口理想速度1tc（三）喷嘴速度系数及动能损失：喷嘴速度系数的影响因素：喷嘴中的能量损失及能量损失系数：11tcc（四）喷嘴中的临界条件和喷嘴临界压力比：kRTpkddpadkpdppddpak得常数由等熵方程0根据能量守恒的结论得:112121222*022*0*02000*02200kakacpkkcpkkhchch*0*02*02*0212121211pkkakckackkcaccrcrcr有时，有当1*0*0*0*0*0*0*0121212kkcrcrkcrcrkcrcrcrcrcrkpppppkppkpkkc根据等熵流动有：得又由过热蒸汽K=1.3饱和蒸汽K=1.135546.0cr577.0cr（五）通过喷嘴的蒸汽流量：理想流量：实际流量：流量系数由实验曲线查取：ntGnGn(六)蒸汽在喷嘴斜切部分的膨胀：当汽流在喷嘴斜切部分发生膨胀时，流速要大于当地音速，而且汽流方向也会发生偏转，角度不再沿着原出汽角ą1。11111111111111121sin11sin1kckckknncckvckkvccvcv、及、分别为喷嘴喉部（临界条件处）及出口处的蒸汽速度和比容汽流方向偏转角度角度计算：三、蒸汽在动叶中的流动：（一）反动度：冲动级与反动级的区别：冲动级：=0.05~0.3反动级：=0.4~0.6mmmm（二）蒸汽在动叶中的热力过程：由于结构上的相似，导致蒸汽在动叶中的热力过程与喷嘴中的热力过程也相似。区别在于喷嘴是静止的，而动叶是转动的，如果以相对速度讨论，则动叶内就适用喷嘴的全部结论了。（三）动叶的通流能力：四、蒸汽在级内流动的基本公式：212111221*221*2*2*1whhwhwhhhctmbtmttmntmt第二节级的轮周效率和最佳速度比第二节级的轮周效率和最佳速度比一、速度三角形和轮周效率：（一）速度三角形在描述蒸汽流经动叶的过程中，使用速度三角形。1、动叶进口速度三角形：2、动叶出口速度三角形：（二）轮周功率：单位质量蒸汽流经一级所作轮周功Wu包括三部分：根据级的能量平衡计算轮周功：212212122122cwwc12蒸汽动能热能转换而增加的动能蒸汽带走的能量21022utnbcwchhhh二、轮周效率及其与速度比的关系（一）轮周效率：本级轮周功：本级理想可用能量：轮周效率的物理意义：（二）轮周效率与速度比的关系：1、纯冲动级的轮周效率与速度比的关系：uw0E1122212211112coscoscos2cos1cosutucccxx轮周效率与速度比关系的物理意义：纯冲动级轮周效率余速利用对最佳速度比的影响：21122112222111cos2cos1cos12cos11121coscosaauaaaaaaopxxccxxxxxKKK2、反动级的轮周效率和速度比的关系3、带反动度的冲动级：冲动级与反动级的速度三角的区别：3、影响轮周效率的其它因素：（1）喷嘴出汽角：（2）动叶出口角：（3）动叶进口角：三、速度级及其轮周功率、轮周效率：（一）速度级的作用及特点：（二）轮周功率、效率和最佳速比：1121（三）速度级的热力过程：第四节叶栅几何尺寸的确定一、叶栅的几何特性尺寸参数：平均直径、叶片高度、叶栅节距、叶栅宽度、叶型玄长、出口边厚度、进口边宽度；与汽道形状和汽流方向有关的角度：进、出口汽流角度，叶栅安装角、叶型进汽角、叶型出口角、汽流冲角二、叶栅及叶型参数的选择（一）、叶栅类型的选择（二）、汽流出口角α1和β2的选择（三）、叶片个数和高度的选择（四）、叶片宽度的选择三、反动度的选择四、喷嘴栅尺寸的确定：(一)喷嘴型式的确定:根据喷嘴前后压力比大小:(二)喷嘴栅尺寸与流量关系方程式:当汽流作亚音速流动时:1*0pnp,,nncnnc当时采用渐缩喷嘴当小于较多时采用缩放喷嘴nnmztedn1n1lsinlsinnnnmAnzAztedn1lsinnmAed11111111111sinsinsin,sinntnntnnnnntntnnnntnnntnnntGvAcAztlGvcztlcedlGvledc当汽流作音速或超音速流动时:*00.648*0sin1pGAncnvAnclncedm**000.648ncrGAnpn1lsinncrcrmAed11111sinsincrcrttcc222sin22bGvAwttbbGvtblbedwtbb五、动叶栅尺寸的确定：（一）动叶栅出口连续性方程：（二）盖度：bntrbntrbbllllBtgB圆柱形围带:圆锥形围带:为动叶的宽度为围带倾角对于短叶栅，不应大于１００～１２０对于长叶栅，不应大于２５０～３５０六、其他结构因素的确定：（一）级的动、静叶栅的面积比：对于直叶片级对于扭叶片级（二）级内间隙：对于复速级第五节叶栅气动特性及叶栅损失一、叶栅气动特性：二、叶栅损失：（一）、叶型损失：1、附面层中的磨檫损失：2、附面层分离引起的涡流损失：3、出口边的尾迹损失：4、冲波损失：（二）、端部损失：1、端部附面层磨檫损失：2、二次流损失：三、影响叶栅损失的因素：（一）、影响叶型损失的因素：1、相对节距的影响：2、安装角的影响：3、汽流角和冲角的影响：4、马赫数的影响：5、雷诺数的影响：6、叶型几何参数的影响：（二）、影响端部损失的因素：1、相对叶高的影响：2、叶型型式的影响：3、汽流进口角的影响：4、相对节距的影响：5、马赫数的影响：6、盖度的影响：四、环形叶栅的特性：（一）、汽流特性：（二）、损失特性：2000.7bblhEEd2210.70.7bbld式中为能量损失系数，五、减少叶栅损失的方法：（一）、采用后加载叶型：（二）、采用弯扭叶片：（三）、采用子午面型线喷嘴：（四）、降低叶片表面的粗糙度：（五）、减少端部二次流的方法：第七节级的二维和三维热力设计一、汽轮机级热力设计面临的问题：1、沿叶高圆周速度不同引起的损失：111tmr2）速度比：1）2、沿叶高节距不同引起的损失：3、轴向间隙中径向流动引起的损失：1）栅距不同：2）离心力场的存在：扭叶片级研究的主要问题：如何根据中径基元级的参数来确定沿叶高其他基元级的各项参数，以及不同直径上各基元级之间的关系基元级：在级的某一直径上截取一个微元叶高dr的级根据直叶片理论，只要合理选择Ωm、xa、α2、β2、及φ、ψ，在已知p0、t0、p2的情况下，就可计算中径基元级的速度三角二、级的蒸汽流动方程式：22cossin1lllllulcpccrrRcl蒸汽微元体完全径向平衡方程式：基元级示意图分速及分速之间的关系示意图微元体受力示意图微元体所受径向力有：1、径向静压差：2、Cu产生的离心力：3、Cl产生的离心力的径向分量：4、子午向加速度产生的惯性力的径向分量：prdrddzr2ucmr2coslllcmRsinlldcmd22cossin0llllulpcdccmmmrdrddzrRdrlllldcdcdcdlcddlddlmrdrddz22cossin1lllllulcpccrrRcl单位质量流体径向静压差为：三、简单径向平衡法：（一）、理想等环量流型：1、流型特点：21purdcdr1111dpcdc110uurdcdcr对上式积分，得1ucr常数2ucr常数流型特点：2、参数沿径向的变化规律：11tantanrrrr1121tantan1rrrrurrrrurc（1）喷嘴出汽角变化规律的：（2）动叶进汽角变化规律的：211rrrr2221111cossinrrrrrr22222222tantanzurzruuurrcccrcccr2221tantanrrrrrurrrurrrr（3）动叶出汽角变化规律的：（4）动叶出口方向角变化规律的：（5）反动度变化规律的：汽流速度与压力变化关系示意图各项参数变化规律3、等环量级的特点：（二）、等α1角流型：2112110crucddcrc211cosrc12cos1uc12cos1zc常数常数常数22cos11rrrr（三）、等密流流型：11zc常数，即110zrc22zc常数，即220zrc四、完全径向平衡法：（一）、问题的提出：（二）、完全径向平衡的设计方案：1、流线计算：2、径向平衡计算：3、逐次逼近计算：4、级后参数计算：222()itirijirrrrrjm(tan)(tan)(tan)(tan)ijirlijlirlitliritirrrrr（三）、可控涡流型：1、子午流线型对反动度的影响：2、可控涡流型的特点：五、叶栅的全三维设计：第五节级内各项损失和级效率一、级内损失：（一）喷嘴损失（二）叶高损失：（三）撞击损失：2nbchhh、动叶损失、余速损失：（四）扇形损失：（五）叶轮摩檫损失：（六）部分进汽损失：1、鼓风损失：2、斥汽损失：（七）湿汽损失：1、湿汽损失的形成：（1）过饱和损失：（3）制动损失：（2）摩檫阻力损失：鲍威尔曲线2、减小对动叶冲蚀的措施：（1）减少水分：（2）提高动叶抗冲蚀能力：（3）减小水珠冲蚀作用：（八）漏汽损失：反动级的通流示意：二、级效率和热力过程线：1、级内损失对级的最佳速度比的影响：2、级的内效率、内功率和热力过程线：2201**0122itnbclxeftiiiicchhhhhhhhhhhhhhhhEhh3.6iiiiDhppGh级的内功率计算：