1、哈尔滨电力职业技术学院 汽轮机级的工作原理汽轮机级的工作原理教学目标：教学目标：能叙述汽轮机的基本工作原理能叙述汽轮机的基本工作原理能描述蒸汽在喷嘴中的流动特点能描述蒸汽在喷嘴中的流动特点 会画速度三角形会画速度三角形 能说出级内损失的内容能说出级内损失的内容 会计算轮周功率和级效率会计算轮周功率和级效率 会比较纯冲动级与反动级的作功能力与效率会比较纯冲动级与反动级的作功能力与效率 哈尔滨电力职业技术学院第一章第一章 汽轮机级的工作原理汽轮机级的工作原理重点：重点：汽轮机的基本工作原理汽轮机的基本工作原理蒸汽在喷嘴中的流动特点蒸汽在喷嘴中的流动特点 动叶片速度三角形动叶片速度三角形 级内损失、
2、级内热力过程级内损失、级内热力过程 轮周功率和级效率轮周功率和级效率 纯冲动级与反动级的作功能力与效率的比较纯冲动级与反动级的作功能力与效率的比较哈尔滨电力职业技术学院第一章第一章 汽轮机级的工作原理汽轮机级的工作原理本节内容：本节内容：第一节第一节 概述概述第二节第二节 汽轮机级的工作过程汽轮机级的工作过程第三节第三节 级的轮周功率与轮周效率级的轮周功率与轮周效率第四节第四节 汽轮机的级内损失和级效率汽轮机的级内损失和级效率哈尔滨电力职业技术学院1.1概述概述一、蒸汽的冲动作用原理和反动作用原理一、蒸汽的冲动作用原理和反动作用原理级级是汽轮机中最基本的工作单位是汽轮机中最基本的工作单位级级的
3、组成：在结构上它是由喷的组成：在结构上它是由喷管和其后的动叶栅所组成管和其后的动叶栅所组成汽轮机从结构上汽轮机从结构上分类分类单级汽轮机单级汽轮机多级汽轮机多级汽轮机哈尔滨电力职业技术学院1.1概述概述基本概念基本概念：按一定的距离和一定的角度安装在叶轮上按一定的距离和一定的角度安装在叶轮上形成动叶栅，并构成许多相同的蒸汽通道形成动叶栅，并构成许多相同的蒸汽通道动叶：动叶：喷管：静叶片构成的蒸汽通道喷管：静叶片构成的蒸汽通道静叶按一定的距离和一定的角静叶按一定的距离和一定的角度排列形成静叶栅（静叶栅固度排列形成静叶栅（静叶栅固定不动）定不动）静叶栅（喷嘴叶栅）：静叶栅（喷嘴叶栅）：转子：动叶栅
4、装在叶轮上，与叶轮以及转轴组成转子：动叶栅装在叶轮上，与叶轮以及转轴组成汽轮机的转动部分汽轮机的转动部分哈尔滨电力职业技术学院1.1概述概述当一运动的物体碰到另一个静当一运动的物体碰到另一个静止的或速度不同的物体时，就止的或速度不同的物体时，就会受到阻碍而改变其速度的大会受到阻碍而改变其速度的大小和方向，同时给阻碍它运动小和方向，同时给阻碍它运动的物体一个作用力的物体一个作用力结论结论：质量越：质量越大大，冲动力越，冲动力越大大；速；速度越度越大大，冲动力越，冲动力越大大冲动力冲动力：哈尔滨电力职业技术学院1.1概述概述反动力反动力：由于膨胀加速产生的作用力：由于膨胀加速产生的作用力蒸汽在动叶
5、通道中流动蒸汽在动叶通道中流动 给动叶栅一给动叶栅一个冲动力个冲动力在动叶栅中膨胀在动叶栅中膨胀给动叶给动叶栅一个反动力栅一个反动力两个力的合力两个力的合力F作用作用在动叶栅上在动叶栅上使动叶栅旋转而产生机使动叶栅旋转而产生机械功械功反动做功原理反动做功原理：哈尔滨电力职业技术学院二、反动度和级的类型二、反动度和级的类型1.1概述概述*tbmhhbh（一）（一）反动度反动度：用来衡量蒸汽在动叶栅中的膨胀程度：用来衡量蒸汽在动叶栅中的膨胀程度*th蒸汽在动叶栅中膨胀时的理想焓降蒸汽在动叶栅中膨胀时的理想焓降蒸汽在整个级中膨胀时的滞止理想焓降蒸汽在整个级中膨胀时的滞止理想焓降哈尔滨电力职业技术学院
6、1.1概述概述（二）汽轮机级的类型及特点（二）汽轮机级的类型及特点1、冲动级和反动级、冲动级和反动级（1 1）冲动级）冲动级:反动度反动度等于等于零的级零的级蒸汽蒸汽只在只在喷管叶栅中膨胀，在动喷管叶栅中膨胀，在动叶栅中叶栅中不不膨胀而只改变其流动方膨胀而只改变其流动方向，当不考虑损失时，动叶通道向，当不考虑损失时，动叶通道进出口压力进出口压力相等相等，相对速度也，相对速度也相相等等工作特点：工作特点：动叶叶型几乎为动叶叶型几乎为对称弯曲对称弯曲，即动，即动叶通道内各通流截面近似相同叶通道内各通流截面近似相同结构特点：结构特点：哈尔滨电力职业技术学院1.1概述概述（2）反动级）反动级反动级：反
7、动度约反动级：反动度约等于等于0.5的级的级结构特点：动叶叶型与喷管叶型结构特点：动叶叶型与喷管叶型相同相同蒸汽在喷管和动叶通道中蒸汽在喷管和动叶通道中的膨胀程度的膨胀程度相等相等工作特点：工作特点：哈尔滨电力职业技术学院1.1概述概述2、压力级和速度级、压力级和速度级（1）压力级）压力级:蒸汽的动能转换为转子的机蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程在级内械能的过程在级内只进行一只进行一次次的级的级特点特点：压力级可以是冲动级，也可以是反动级：压力级可以是冲动级，也可以是反动级（2）速度级）速度级:蒸汽的动能转换为转子的机蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程在级内进行械能的过程在级内进行一次一次以
8、上以上的级的级特点特点：速度级可以是双列的和多列的：速度级可以是双列的和多列的哈尔滨电力职业技术学院 了解了解汽轮机级的类型和特点汽轮机级的类型和特点 熟悉熟悉汽轮机级的结构名词汽轮机级的结构名词 掌握掌握汽轮机的基本工作原理汽轮机的基本工作原理小结：小结：1.1概述概述哈尔滨电力职业技术学院1.2 汽轮机的工作过程汽轮机的工作过程220101h22ccqhw一一 、可压缩流体一元流动的基本方程、可压缩流体一元流动的基本方程基本方程式基本方程式：（1 1）状态方程）状态方程 pvpv=RT=RT（3 3）运动方程）运动方程cdccdc=-=-vdpvdp（2 2）连续性方程）连续性方程（4 4
9、）能量守恒方程）能量守恒方程1 12212AcG=vAcA cvv常数哈尔滨电力职业技术学院1.2 汽轮机的工作过程汽轮机的工作过程二、蒸汽在喷管中的膨胀过程二、蒸汽在喷管中的膨胀过程 图为蒸汽在喷管中的热力过图为蒸汽在喷管中的热力过程线程线，O O点点是喷管前蒸汽的状态是喷管前蒸汽的状态点，点，0*是喷管前的滞止状态点。是喷管前的滞止状态点。具有初速具有初速c c0 0、初压、初压p p0 0、初焓、初焓h h0 0的的蒸汽在喷管中膨胀到背压蒸汽在喷管中膨胀到背压p p1 1，在，在无损失的情况下，沿着等熵线无损失的情况下，沿着等熵线O1O1t t膨胀到膨胀到1 1t t点，喷管的焓降点，喷
10、管的焓降为为 ，在有损失的情况下，膨在有损失的情况下，膨胀的热力过程沿胀的热力过程沿O1O1线进行线进行，喷喷管出口实际状态点为管出口实际状态点为1 1。nh哈尔滨电力职业技术学院1.2 汽轮机的工作过程汽轮机的工作过程（一）喷管中的气流速度（一）喷管中的气流速度1 1、喷管出口气流的、喷管出口气流的理想速度理想速度蒸汽在喷管中的蒸汽在喷管中的能量转换规律能量转换规律为为22211200ttchch喷嘴出口的喷嘴出口的理想速度理想速度c c1t1t为：为：kknnttppvpkkhchchhc1*0100*20201011122222 2、临界速度临界速度和和临界压力临界压力crcrvvpkp
11、0012临界压力为：临界压力为：112kkocrcrkpp即为临界压力比，它是气流达到音速时的压力与滞止压力之比即为临界压力比，它是气流达到音速时的压力与滞止压力之比cr哈尔滨电力职业技术学院1.2 汽轮机的工作过程汽轮机的工作过程3 3、喷管出口气流的实际速度、喷管出口气流的实际速度喷嘴喷嘴实际出口速度实际出口速度为：为：tcc11喷嘴速度系数喷嘴速度系数动能损失动能损失为：为：*2212212112122nttnhccch哈尔滨电力职业技术学院1.2 汽轮机的工作过程汽轮机的工作过程（二）（二）喷嘴截面积的变化规律喷嘴截面积的变化规律cdcMaAdAcAGacMacdcdpdkpdpcon
12、stpk12哈尔滨电力职业技术学院1.2 汽轮机的工作过程汽轮机的工作过程（三）喷管中流量计算（三）喷管中流量计算 1 1、喷管的、喷管的理想流量理想流量对于等熵流动，通过喷管的对于等熵流动，通过喷管的理想流量理想流量GtGt 为为tttvcAGn112 2、喷管的、喷管的实际流量实际流量tntttttnnGGvvvvvcAvcAG11111111哈尔滨电力职业技术学院1.2 汽轮机的工作过程汽轮机的工作过程3 3、彭台门系数、彭台门系数在实际计算中，为方便起见，引入一个流量比的概念，它在实际计算中，为方便起见，引入一个流量比的概念，它是通过喷管的任一流量与同一初始状态下的临界流量之比，是通过
13、喷管的任一流量与同一初始状态下的临界流量之比，即即=G/=G/GcrGcr,称之为称之为彭台门系数彭台门系数，其值为，其值为11121212kkkknkncrttcrkkGGGGnf在临界和超临界条件下在临界和超临界条件下，=1=1，与，与nnn无关无关哈尔滨电力职业技术学院1.2 汽轮机的工作过程汽轮机的工作过程（四）蒸汽在喷管斜切部分的流动（四）蒸汽在喷管斜切部分的流动 汽流在斜切部分膨胀时汽流在斜切部分膨胀时将使汽流出口速度大于音速，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。同时汽流的方向也将发生偏转。p p1d1d为极限压力：特征线与为极限压力：特征线与ACAC重合时的出口
14、压力。重合时的出口压力。如图所示，如图所示，ABAB为渐缩为渐缩喷嘴的出口截面，即喉口截喷嘴的出口截面，即喉口截面，面，ABC ABC 即为斜切部分。当即为斜切部分。当喷嘴出口压力喷嘴出口压力p p1 1大于临界压大于临界压力力p p1c1c时，蒸汽在斜切部分不时，蒸汽在斜切部分不发生膨胀。但当发生膨胀。但当p p1d1dpp1 1pp1c1c时时汽流将在斜切部分发生膨胀。汽流将在斜切部分发生膨胀。哈尔滨电力职业技术学院1.2 汽轮机的工作过程汽轮机的工作过程1211*011111111111sin1211112sinsin1sinkkkkddkknknkcrcrkppkkkccMacM扰动的
15、等压线扰动的等压线，即汽流膨胀的特征线，也称马赫锥母，即汽流膨胀的特征线，也称马赫锥母线。线。为马赫角为马赫角：特征线与汽流流动方向的夹角。：特征线与汽流流动方向的夹角。哈尔滨电力职业技术学院1.2 汽轮机的工作过程汽轮机的工作过程三、蒸汽在动叶中的流动三、蒸汽在动叶中的流动1 1、动叶进口速度三角形、动叶进口速度三角形 用图解法求出通道用图解法求出通道进口相进口相对速度的大小对速度的大小和和方向角方向角112211cos2ucucuccarctgc11111111cossinsinarcsin哈尔滨电力职业技术学院1.2 汽轮机的工作过程汽轮机的工作过程22211222ttwwhh2 2、动
16、叶栅出口的气流相对速度、动叶栅出口的气流相对速度若蒸汽在动叶栅中的流动为等熵若蒸汽在动叶栅中的流动为等熵过程，则此时的过程，则此时的能量方程式能量方程式为为所以，动叶栅出口的气流所以，动叶栅出口的气流相对速度相对速度为为2*2*212112()22ttmtbwh hwh wh 哈尔滨电力职业技术学院1.2 汽轮机的工作过程汽轮机的工作过程3 3、动叶出口速度三角形、动叶出口速度三角形2*2*22c1c111 动叶的圆周速度动叶的圆周速度u c c1 1、w w1 1、u u构成动叶栅的进口速度三角形，构成动叶栅的进口速度三角形，c c2 2、w w2 2、u u构构成动叶栅的出口速度三角形。则
17、各成动叶栅的出口速度三角形。则各个速度矢量之间的关系个速度矢量之间的关系式为式为：22222222222180sinarcsin180cos2cwuwuwc2122bh哈尔滨电力职业技术学院了解了解一元流动的基本方程一元流动的基本方程熟悉熟悉蒸汽在喷嘴中的流动蒸汽在喷嘴中的流动特点特点 掌握掌握速度三角形的画法速度三角形的画法小结：小结：1.2 汽轮机的工作过程汽轮机的工作过程哈尔滨电力职业技术学院1.3级的轮周功率与轮周效率 1.1.蒸汽作用在动叶片上的蒸汽作用在动叶片上的力力 蒸汽在弯曲的动叶通道内转向加速，是受蒸汽在弯曲的动叶通道内转向加速，是受 到动叶给汽流的反作用力和动叶通道两侧到动
18、叶给汽流的反作用力和动叶通道两侧 压差作用的结果压差作用的结果 一、蒸汽作用在动叶片上的力和轮周效率一、蒸汽作用在动叶片上的力和轮周效率 蒸汽对动叶片所作用的力蒸汽对动叶片所作用的力:)coscos(2211wwGFFuu哈尔滨电力职业技术学院1.31.3级的轮周功率与轮周效率蒸汽流过动叶通道的情况如图所示。蒸汽流过动叶通道的情况如图所示。假设在假设在 时间内有质量时间内有质量 为为的蒸汽以的蒸汽以速度速度 流流入入动叶通道，当流动为稳定动叶通道，当流动为稳定流动时流动时，则同样的蒸汽质量则同样的蒸汽质量 以速度以速度 流流出动叶通道出动叶通道m2t2m哈尔滨电力职业技术学院1.3级的轮周功率
19、与轮周效率)coscos(2211wwGuPu2 2、轮周功率轮周功率 单位时间内圆周力在动叶片上所做的功称为单位时间内圆周力在动叶片上所做的功称为轮周轮周功率功率，它等于圆周力与圆周速度的乘积，即：，它等于圆周力与圆周速度的乘积，即：1kg1kg蒸汽产生的有效功，称为蒸汽产生的有效功，称为级的做功能力级的做功能力，为：，为：212222212211221121coscoscoscoswwccwwuccuWu由上式可以看出由上式可以看出：单位蒸汽流量在一级内所做轮周功等于：单位蒸汽流量在一级内所做轮周功等于冲动力作功和反动力作功之和。冲动力作功和反动力作功之和。冲动力作功冲动力作功反动力作功反
20、动力作功哈尔滨电力职业技术学院1.3级的轮周功率与轮周效率 汽轮机的轮周率汽轮机的轮周率是指蒸汽在级内所作的轮周功是指蒸汽在级内所作的轮周功P Pulul与与蒸蒸汽在该级中所具有的理想能量汽在该级中所具有的理想能量E E0 0之比：之比：二、级的轮周效率二、级的轮周效率、级的轮周效率定义、级的轮周效率定义 公式：公式：0EPulu哈尔滨电力职业技术学院1.3级的轮周功率与轮周效率、用能量平衡的方式表示的轮周效率为、用能量平衡的方式表示的轮周效率为2)1(11cbnu0Ehnn0Ehbb022Ehcc 喷管损失系数喷管损失系数 动动叶损失系数叶损失系数 余速损失系数余速损失系数 哈尔滨电力职业技
21、术学院1.3级的轮周功率与轮周效率三、速度比及其与轮周效率的关系三、速度比及其与轮周效率的关系1 1、速度比的定义速度比的定义通常把轮周速度与喷管出口汽流速度之比称为通常把轮周速度与喷管出口汽流速度之比称为速度速度比比，简称速比，用，简称速比，用x x1 1表示，即：表示，即：11cux 哈尔滨电力职业技术学院1.3级的轮周功率与轮周效率)(coscoscos1(2111212xxu（一）纯冲动级的最佳速比（一）纯冲动级的最佳速比1 1、余速不被利用余速不被利用由上式可看出，由上式可看出，喷管速度系数喷管速度系数 和和动叶速度系数动叶速度系数 越大越大，轮轮周效率周效率就就越高越高，因此应尽量
22、改善叶栅的气动特性以提高速度，因此应尽量改善叶栅的气动特性以提高速度系数。适当减小也可以提高轮周效率。系数。适当减小也可以提高轮周效率。12最佳速比可以通过对式求极值的方法得到，最佳速比可以通过对式求极值的方法得到，即即：2cos11imopx哈尔滨电力职业技术学院1.3级的轮周功率与轮周效率2 2、考虑余速利用考虑余速利用 （1 1）余速利用提高了轮周效余速利用提高了轮周效率率 （2 2）中间级效率曲线在最大）中间级效率曲线在最大值附近变化平稳值附近变化平稳 （3 3）余速利用使最佳速比值）余速利用使最佳速比值增大增大哈尔滨电力职业技术学院1.3级的轮周功率与轮周效率)cos2(111111
23、12xxu（二）反动级的最佳速比（二）反动级的最佳速比反动级中，表明在喷管叶栅和动叶栅中汽流的流动情况基本反动级中，表明在喷管叶栅和动叶栅中汽流的流动情况基本上是一样的。因此在实用喷管和动叶采用相同的叶型。上是一样的。因此在实用喷管和动叶采用相同的叶型。反动级的轮周效率反动级的轮周效率为：为：公式公式：最佳速比最佳速比：12coscos)(2121reopax哈尔滨电力职业技术学院1.3级的轮周功率与轮周效率反动级的速度三角形也可看出反动级最佳速比的物理意义：反动级的速度三角形也可看出反动级最佳速比的物理意义：只有当只有当11coscu 时，时，才等于才等于 ，c c2 2才达到才达到最最小值
24、小值，此时：，此时：2090111cos)()(reopreopxcu哈尔滨电力职业技术学院1.3级的轮周功率与轮周效率（三）复速级的最佳速比（三）复速级的最佳速比1 1、复速级的热力过程复速级的热力过程 复速级复速级有纯冲动式带部分反动度的冲动式有纯冲动式带部分反动度的冲动式两种。为了改善叶片通道内的流动状况，复速两种。为了改善叶片通道内的流动状况，复速级是在动叶和导叶内采用适当的反动度。但因级是在动叶和导叶内采用适当的反动度。但因复速级一般都是部分进汽的，所以采用的反动复速级一般都是部分进汽的，所以采用的反动度不宜过大，采用了适当反动度之后，除了能度不宜过大，采用了适当反动度之后，除了能提
25、高轮周效率之外，还会使最佳速比值增大提高轮周效率之外，还会使最佳速比值增大哈尔滨电力职业技术学院1.3级的轮周功率与轮周效率2 2、复速级的速度三角形复速级的速度三角形由于复速级有两列动叶栅，所由于复速级有两列动叶栅，所以有两对进出口速度三角形以有两对进出口速度三角形，如图如图所示所示 为了避免在导向叶栅的进口处为了避免在导向叶栅的进口处发生碰撞，导向叶栅的进口角发生碰撞，导向叶栅的进口角 必须必须等于等于第一列动叶的出汽角第一列动叶的出汽角同样，第二列动叶的进口角必同样，第二列动叶的进口角必须须等于等于其进汽角其进汽角 。哈尔滨电力职业技术学院1.3级的轮周功率与轮周效率)2cos(411u
26、cuPul3 3、复速级的轮周功复速级的轮周功复速级的复速级的轮周功轮周功是指单位质量蒸汽通过复速级时，是指单位质量蒸汽通过复速级时，在两列动叶上所产生的有效机械功之和。在两列动叶上所产生的有效机械功之和。公式：公式：4 4、复速级的轮周效率和最佳速比复速级的轮周效率和最佳速比根据轮周效率的定义，得：根据轮周效率的定义，得：)2(cos82/)2cos(411122111*xxcucuhPttulu哈尔滨电力职业技术学院1.3级的轮周功率与轮周效率根据速度三角形也可求出各列叶栅的能量损失，根据速度三角形也可求出各列叶栅的能量损失，并用能量方程求出复速级的轮周功和轮周效率。并用能量方程求出复速级
27、的轮周功和轮周效率。喷管损失系数喷管损失系数第一列动叶损失系数第一列动叶损失系数)1(2221tnch)1(2222tbwh)1(2221gbtgbch)1(22 2 2tbwh2222chc21cbgbbnu导叶损失系数导叶损失系数第二列动叶损失系数第二列动叶损失系数余速损失系数余速损失系数绝对内效率绝对内效率哈尔滨电力职业技术学院1.3级的轮周功率与轮周效率（四）速度级与单列级的比较（四）速度级与单列级的比较1 1、不同级的不同级的作功能力作功能力比较比较反动级的反动级的焓降焓降比纯冲动级小一倍，若全机的理想焓降相比纯冲动级小一倍，若全机的理想焓降相同，则反动式汽轮机的同，则反动式汽轮机的
28、级数级数要比冲动式汽轮机多一倍。要比冲动式汽轮机多一倍。在各自的最佳速比下在各自的最佳速比下，复速级和单列纯冲动级做功能力复速级和单列纯冲动级做功能力的比较为的比较为，复速级的复速级的焓降焓降是单列纯冲动级焓降的四倍是单列纯冲动级焓降的四倍 复速级的焓降最大复速级的焓降最大，相当，相当于于单列纯冲动级的四倍，反动单列纯冲动级的四倍，反动级的八倍，也就是说，复速级的做功能力近似相当与单列级的八倍，也就是说，复速级的做功能力近似相当与单列纯冲动级的四倍，反动级的八倍。纯冲动级的四倍，反动级的八倍。哈尔滨电力职业技术学院1.31.3级的轮周功率与轮周效率2 2、轮周效率轮周效率的比较的比较（1 1）
29、喷管的喷管的能量损失系数能量损失系数为一常数为一常数（2 2）在单列冲动级中在单列冲动级中,在在0.450.45至至0.50.5处余速损失达处余速损失达 到最小值，此时到最小值，此时轮周效率最高轮周效率最高。（3 3）在复速级中，由于第一列动叶出口速度在在复速级中，由于第一列动叶出口速度在第二列动叶中再次得到利用，余速损失减小第二列动叶中再次得到利用，余速损失减小,在在0.20.2至至0.280.28内内复速级的轮周效率达到最大复速级的轮周效率达到最大。因此只有在因此只有在小于小于0.280.28时复速级才有被采用的价值时复速级才有被采用的价值,经济上才有利。经济上才有利。（4 4）复速级的复
30、速级的轮周效率最高值轮周效率最高值低于单列级的最高低于单列级的最高值。值。（5 5）只有在一级中要求利用很大焓降时，才采用只有在一级中要求利用很大焓降时，才采用复速级。复速级。哈尔滨电力职业技术学院1.3级的轮周功率与轮周效率了解了解蒸汽作用在轮周上的力蒸汽作用在轮周上的力熟悉熟悉纯冲动级与反动级的作功纯冲动级与反动级的作功能力与效率的比较能力与效率的比较掌握掌握轮周功率和级效率的计算轮周功率和级效率的计算小结：小结：哈尔滨电力职业技术学院1.41.4汽轮机的级内损失和级效率一、级内损失一、级内损失定义：定义：在汽轮机通流部分中与流动、能量转换有直接联在汽轮机通流部分中与流动、能量转换有直接联
31、系的损失称为汽轮机的级内损失级内损失主要有叶栅损系的损失称为汽轮机的级内损失级内损失主要有叶栅损失、余速损失、扇形损失、叶轮摩擦损失、部分进汽损失、余速损失、扇形损失、叶轮摩擦损失、部分进汽损失、漏汽损失、湿汽损失失、漏汽损失、湿汽损失（一）（一）叶栅的几何参数及叶栅损失叶栅的几何参数及叶栅损失定义定义：由相同叶片构成的汽流通道的组合称叶栅由相同叶片构成的汽流通道的组合称叶栅种类种类：叶栅叶栅动叶栅动叶栅 静叶栅静叶栅哈尔滨电力职业技术学院1.4汽轮机的级内损失和级效率叶叶栅栅冲动式叶冲动式叶栅栅 反动式叶反动式叶栅栅冲动式动叶栅冲动式动叶栅导向叶栅导向叶栅喷管叶栅喷管叶栅反动度较大的叶栅反动
32、度较大的叶栅哈尔滨电力职业技术学院1.4汽轮机的级内损失和级效率3 3、叶型、叶型 、型线、型线叶型叶型：叶片的横截面形状为叶型叶片的横截面形状为叶型叶型分为等截面叶片和变截面叶片叶型分为等截面叶片和变截面叶片型线型线：叶片的：叶片的周线称为型线周线称为型线4 4、叶型损失、叶型损失叶型损失叶型损失：蒸汽流过叶型表面时所产生的能量损失蒸汽流过叶型表面时所产生的能量损失，由，由附附面层中的摩擦损失、附面层分离时的涡流损失及尾迹损失面层中的摩擦损失、附面层分离时的涡流损失及尾迹损失组成组成 哈尔滨电力职业技术学院1.4汽轮机的机级内损失和级效率（1 1）附面层中的摩擦损失）附面层中的摩擦损失在附面
33、层中汽流存在着速度差，产生内摩擦力，形成损失在附面层中汽流存在着速度差，产生内摩擦力，形成损失（2 2）附面层分离时的涡流损失）附面层分离时的涡流损失汽流质点离开叶栅背弧，造成附面层的分离，产生了涡流损汽流质点离开叶栅背弧，造成附面层的分离，产生了涡流损失失（3 3）尾迹损失）尾迹损失尾迹中汽流的相互作用而产生的能量损失称为尾迹损失尾迹中汽流的相互作用而产生的能量损失称为尾迹损失出口边厚度越小，这种损失越小。出口边厚度越小，这种损失越小。叶栅通道喉部宽度增加，尾迹区减少。叶栅通道喉部宽度增加，尾迹区减少。哈尔滨电力职业技术学院1.4汽轮机的级内损失和级效率哈尔滨电力职业技术学院1.4汽轮机的级
34、内损失和级效率5 5、叶端损失、叶端损失叶端损失叶端损失是指蒸汽流过叶栅时，在其通道的顶部和根部也要是指蒸汽流过叶栅时，在其通道的顶部和根部也要形成附面层产生摩擦损失形成附面层产生摩擦损失 叶端损失由二次流损失和端部附面层的摩擦损失两部分组叶端损失由二次流损失和端部附面层的摩擦损失两部分组成成（二）余速损失（二）余速损失余速不能被利用的级余速不能被利用的级：末级；末级；调节级（汽轮机第一调节级（汽轮机第一级级）；）；后面有抽汽口的级；通流面积剧烈变化的级后面有抽汽口的级；通流面积剧烈变化的级。哈尔滨电力职业技术学院1.4汽轮机的级内损失和级效率0h（三）（三）扇形损失扇形损失1 1、扇形损失扇
35、形损失：如果在设计时不考虑气流参数和叶栅的几何参：如果在设计时不考虑气流参数和叶栅的几何参数沿叶高的变化而引起的附加损失。数沿叶高的变化而引起的附加损失。、计算公式、计算公式扇形损失的大小与直径高比的平方扇形损失的大小与直径高比的平方成反比成反比，其越小，扇形损，其越小，扇形损失越大。失越大。当其当其大于大于1212时，可采用等截面直叶片，设计和加工都比较方便，时，可采用等截面直叶片，设计和加工都比较方便，但存在着扇形损失；但存在着扇形损失；当其当其小于小于8 8时应采用扭叶片，这时加工较困难，但可避免扇时应采用扭叶片，这时加工较困难，但可避免扇形损失。形损失。bbld哈尔滨电力职业技术学院1
36、.4汽轮机的级内损失和级效率1)100(231dukpf（四）叶轮摩擦损失（四）叶轮摩擦损失1 1、产生原因产生原因(1)(1)隔板与水蒸汽的速度差产生摩擦。隔板与水蒸汽的速度差产生摩擦。(2)(2)由于离心力产生涡流由于离心力产生涡流.2 2、减少叶轮摩擦损失的、减少叶轮摩擦损失的措施措施：(1)(1)减小叶轮与隔板的轴向距离。减小叶轮与隔板的轴向距离。(2)(2)尽可能提高叶轮的表面光洁度。尽可能提高叶轮的表面光洁度。3 3、斯托陀拉的经验、斯托陀拉的经验公式计算公式计算：摩擦损失所消耗的功率摩擦损失所消耗的功率 k k 经验系数经验系数 u u 圆周速度圆周速度 d d 级的平均直径级的
37、平均直径 v v 汽室中蒸汽机的平均比体积汽室中蒸汽机的平均比体积tp哈尔滨电力职业技术学院1.4汽轮机的级内损失和级效率(五五)部分进汽损失部分进汽损失、全周进汽和部分进汽、全周进汽和部分进汽全周进汽全周进汽：如果将喷管均匀布置在隔板（或蒸汽室）：如果将喷管均匀布置在隔板（或蒸汽室）的整个圆周上，使蒸汽沿整个圆周进汽，这种进汽方式称为的整个圆周上，使蒸汽沿整个圆周进汽，这种进汽方式称为全周进汽。全周进汽。部分进汽部分进汽：为了增高喷管的高度，则将喷管布置在部分圆周：为了增高喷管的高度，则将喷管布置在部分圆周上，使蒸汽沿部分圆弧进汽，这种进汽方式称为部分进汽。上，使蒸汽沿部分圆弧进汽，这种进汽
38、方式称为部分进汽。2 2、部分进汽度部分进汽度公式：公式：mnndtZe哈尔滨电力职业技术学院1.4汽轮机的级内损失和级效率、鼓风损失、鼓风损失 （）（）原因原因：在部分进汽的级中，只有在装有喷管的工：在部分进汽的级中，只有在装有喷管的工作弧段内有工质通过动叶通道，在不装喷管的非工作弧段作弧段内有工质通过动叶通道，在不装喷管的非工作弧段内无蒸汽通过，但在这段的轴向间隙中充满了停滞的蒸汽。内无蒸汽通过，但在这段的轴向间隙中充满了停滞的蒸汽。当动叶转到这段非工作弧段时，动叶两侧面就与这段弧内当动叶转到这段非工作弧段时，动叶两侧面就与这段弧内的停滞蒸汽发生摩擦，产生摩擦损失。同时像鼓风机那样，的停滞
39、蒸汽发生摩擦，产生摩擦损失。同时像鼓风机那样，将停滞的蒸汽从一侧鼓到另一测，消耗了一部分有用功，将停滞的蒸汽从一侧鼓到另一测，消耗了一部分有用功，产生鼓风损失。产生鼓风损失。（）鼓风损失（）鼓风损失发生在发生在不装喷管的弧段内。不装喷管的弧段内。哈尔滨电力职业技术学院1.4汽轮机的级内损失和级效率（）（）计算公式计算公式：30)5.01(1acewxEeeeBh 部分进气度部分进气度 弧长之比弧长之比 与级型有关的系数与级型有关的系数eceeB（）（）措施措施除选择合理的部分进汽度外，常采用除选择合理的部分进汽度外，常采用一种护罩装置，如图所示，把处在不一种护罩装置，如图所示，把处在不装喷管弧
40、段部分的动叶两侧用护罩将装喷管弧段部分的动叶两侧用护罩将叶片罩住。叶片罩住。哈尔滨电力职业技术学院1.4汽轮机的级内损失和级效率4 4、斥汽损失、斥汽损失（1 1）原因原因：当带有停滞蒸汽的动叶汽道转到进汽弧段时，从喷管出来的汽流为了当带有停滞蒸汽的动叶汽道转到进汽弧段时，从喷管出来的汽流为了吹走和加速这部分停滞蒸汽，必然要消耗一部分动能。吹走和加速这部分停滞蒸汽，必然要消耗一部分动能。由于叶轮高速旋转和压力差作用，在喷管组出口端点后的轴向间隙由于叶轮高速旋转和压力差作用，在喷管组出口端点后的轴向间隙处将产生很大的漏汽处将产生很大的漏汽在喷管组的进入端处将出现抽吸现象，将一部分停滞蒸汽吸入动叶
41、通道，在喷管组的进入端处将出现抽吸现象，将一部分停滞蒸汽吸入动叶通道，扰乱了主流形成了损失。扰乱了主流形成了损失。上述三方面损失统称为斥汽损失上述三方面损失统称为斥汽损失（2 2）斥）斥汽损失汽损失发生在发生在装有喷管的喷管弧段内装有喷管的喷管弧段内哈尔滨电力职业技术学院1.4汽轮机的级内损失和级效率3 3、计算公式计算公式annssxEdsech01ns 喷管的组数喷管的组数 喷管叶栅的平均直径喷管叶栅的平均直径 经验系数经验系数ncnd（3 3）措施措施：部分进气度不宜太小，但从减小叶高损失来说又不宜太大，故在选用部分进气度不宜太小，但从减小叶高损失来说又不宜太大，故在选用时应综合考虑，原
42、则是使这两项损失之和最小。时应综合考虑，原则是使这两项损失之和最小。设法减少喷管组数，以减少两组喷管之间的间隙，使其不大于喷管叶设法减少喷管组数，以减少两组喷管之间的间隙，使其不大于喷管叶栅的节距。栅的节距。喷管组在圆周上安排时，应设法避免因隔板中分面结构影响，而使喷喷管组在圆周上安排时，应设法避免因隔板中分面结构影响，而使喷组数增加。组数增加。哈尔滨电力职业技术学院1.4汽轮机的级内损失和级效率（六）漏汽损失（六）漏汽损失 原因原因：在汽轮机通流部分中，隔板和转轴之间、：在汽轮机通流部分中，隔板和转轴之间、动叶顶部与汽缸之间，在转鼓结构的反动级中静动叶顶部与汽缸之间，在转鼓结构的反动级中静叶
43、与转鼓之间都存在着间隙，并且各间隙前后的叶与转鼓之间都存在着间隙，并且各间隙前后的蒸汽都存在着压差，因此将会发生不同程度的漏蒸汽都存在着压差，因此将会发生不同程度的漏汽，造成损失，称为漏汽损失。汽，造成损失，称为漏汽损失。哈尔滨电力职业技术学院1.4汽轮机的级内损失和级效率 隔板漏汽损失隔板漏汽损失措施措施：（）在隔板与转轴处采用梳齿（）在隔板与转轴处采用梳齿型型汽封汽封 。（）在动叶根部设置轴向汽封，减少漏汽（）在动叶根部设置轴向汽封，减少漏汽 进入动叶。进入动叶。（）在叶轮上开平衡孔（）在叶轮上开平衡孔 。叶顶漏汽损失叶顶漏汽损失措施措施：（）（）可在围带上安装径向汽封和轴向汽封。可在围带
44、上安装径向汽封和轴向汽封。（）对无围带的动叶片，可将动叶顶部削薄以达到汽封（）对无围带的动叶片，可将动叶顶部削薄以达到汽封的作用的作用 。（）尽量设法减少扭叶片顶部的反动度（）尽量设法减少扭叶片顶部的反动度 。哈尔滨电力职业技术学院1.4汽轮机的级内损失和级效率（七）（七）湿气损失湿气损失1 1、湿气损失产生的、湿气损失产生的原因原因（1 1）一部分蒸汽凝结成水滴，使作功的蒸汽量减少。一部分蒸汽凝结成水滴，使作功的蒸汽量减少。（2 2）水滴本身不膨胀加速，主汽流要消耗一部分动能。）水滴本身不膨胀加速，主汽流要消耗一部分动能。（3 3）形成过冷蒸汽，使蒸汽的理想焓降减小形成过冷损失。）形成过冷蒸
45、汽，使蒸汽的理想焓降减小形成过冷损失。（4 4）水滴冲击动叶进口边背弧，阻止叶轮旋转，造成损失。）水滴冲击动叶进口边背弧，阻止叶轮旋转，造成损失。水珠撞击在喷管静叶片的背弧上，扰乱了主流造成损失。水珠撞击在喷管静叶片的背弧上，扰乱了主流造成损失。哈尔滨电力职业技术学院1.4汽轮机的级内损失和级效率2 2、湿气损失通常用下列经验、湿气损失通常用下列经验公式计算公式计算)1(imxhxhmxih 未计湿气损失的级有效焓降未计湿气损失的级有效焓降 、采取的、采取的措施措施（1 1）采用去湿装）采用去湿装 置减少湿蒸汽中置减少湿蒸汽中 水分。水分。（2 2）提高动叶的抗侵蚀能力。）提高动叶的抗侵蚀能力
46、。级的平均蒸汽干度级的平均蒸汽干度4 4、提高动叶抗冲蚀能力的提高动叶抗冲蚀能力的方法方法在叶片进汽边背弧上镶焊硬质合金、镀铬、局部淬硬、在叶片进汽边背弧上镶焊硬质合金、镀铬、局部淬硬、电火花硬化、氮化等电火花硬化、氮化等为了安全起见，一般规定汽轮机末级叶片后排汽的最大为了安全起见，一般规定汽轮机末级叶片后排汽的最大可见湿度不超过可见湿度不超过12121515。哈尔滨电力职业技术学院1.4汽轮机的级内损失和级效率二二.汽轮机的相对内效率和内功率汽轮机的相对内效率和内功率1 1、一般级的热力过程线如图所示、一般级的热力过程线如图所示0 0*点代表级前滞止状态点点代表级前滞止状态点1 1*代表动叶
47、进口的滞止状态点代表动叶进口的滞止状态点 4 4*点为下级进口的滞止状态点点为下级进口的滞止状态点 哈尔滨电力职业技术学院1.4汽轮机的级内损失和级效率2 2、有效焓降、有效焓降（1 1）h h 称为级的称为级的有效焓降有效焓降，它表示，它表示1 1千克蒸汽所具有的理千克蒸汽所具有的理想能量中最后在转轴上转变为有效功的那部分能量。想能量中最后在转轴上转变为有效功的那部分能量。（2 2）3 3、相对内效率、相对内效率4 4、级的内功率、级的内功率hhhhhhcbnti2*0irih3600iihDp哈尔滨电力职业技术学院1.4汽轮机的级内损失和级效率三、级内损失对最佳速比的影响三、级内损失对最佳速比的影响轮周效率并没有全面地反映出级内能量转换的效果，而级轮周效率并没有全面地反映出级内能量转换的效果，而级的的相对内效率相对内效率才是全面反映级内能量转换效果的才是全面反映级内能量转换效果的最终指标最终指标。因此只有保证获得最大相对内效率的速比，才是级的最佳因此只有保证获得最大相对内效率的速比，才是级的最佳速比速比哈尔滨电力职业技术学院1.4汽轮机的级内损失和级效率小结：小结：了解了解级内损失的计算级内损失的计算 熟悉熟悉级内损失的解决办法级内损失的解决办法掌握掌握级内损失的内容级内损失的内容
