1、四、叶栅的汽动特性四、叶栅的汽动特性在蒸汽热能转变为轮周功的过程中在蒸汽热能转变为轮周功的过程中:喷嘴损失喷嘴损失动叶损失动叶损失余速损失余速损失本节主要讨论本节主要讨论:流动损失，即讨论喷嘴损失和动叶损失产流动损失，即讨论喷嘴损失和动叶损失产生的物理原因及影响因素生的物理原因及影响因素大量试验表明大量试验表明:叶栅的能量损失叶栅的能量损失叶型损失叶型损失p p (汽流绕流平面叶栅时产汽流绕流平面叶栅时产生的能量损失生的能量损失)端部损失端部损失e e(汽流流过叶顶及叶根边汽流流过叶顶及叶根边界界区域时产生的能量损失区域时产生的能量损失)损失的主要机理损失的主要机理:通道内附面层厚度与发展通道
2、内附面层厚度与发展.叶栅的叶栅的几何参数和汽流参数对能量损失几何参数和汽流参数对能量损失的大小起着决定的大小起着决定性的作用性的作用一、叶栅的几何参数和汽流参数一、叶栅的几何参数和汽流参数 概念：由相同叶片构成的概念：由相同叶片构成的汽汽流通道的组合体。流通道的组合体。叶栅型式叶栅型式 分类分类按反动按反动度大小度大小冲动式叶栅：包括冲动式动叶栅和导向叶栅；冲动式叶栅：包括冲动式动叶栅和导向叶栅；反动式叶栅：包括喷嘴叶栅和反动度较大的动叶栅。反动式叶栅：包括喷嘴叶栅和反动度较大的动叶栅。环形叶栅，汽轮机级中都是这种叶栅环形叶栅，汽轮机级中都是这种叶栅直列叶栅直列叶栅展开在一个平面内的叶栅叫平面
3、叶栅展开在一个平面内的叶栅叫平面叶栅亚音速叶栅：亚音速叶栅：MaMa0.80.8跨音速叶栅：跨音速叶栅：0.8Ma1.20.8Ma1.2超音速叶栅：超音速叶栅：MaMa1.21.2根据叶栅中叶片排列形式来划分根据叶栅中叶片排列形式来划分按喷嘴出口、动叶按喷嘴出口、动叶进口的马赫数来划分进口的马赫数来划分 渐缩型：渐缩型：n ncrcr,or,0.45,or,0.45n n crcr采用采用缩放型：缩放型：n n 0.30.4,0.30.4,且出口马赫数且出口马赫数Ma1.5Ma1.5时采用时采用缩放叶栅不但加工比较困难，而且在变工况运行时效率缩放叶栅不但加工比较困难，而且在变工况运行时效率较低
4、，故应尽量避免采用较低，故应尽量避免采用结论结论喷嘴叶栅既可选渐缩型，也可选缩放型喷嘴叶栅既可选渐缩型，也可选缩放型动叶栅一般选渐缩型动叶栅一般选渐缩型叶栅的几叶栅的几何参数：何参数：几何相似的叶栅在同样的热力条件下流动相似，常用一些几何相似的叶栅在同样的热力条件下流动相似，常用一些无因次相对值表示叶栅几何参数：无因次相对值表示叶栅几何参数：相对节距相对节距 ；相对高度相对高度 ；径高比；径高比ttbllbdl汽流冲角汽流冲角：叶型几何进口角与汽流进口角之差，叶型几何进口角与汽流进口角之差，000111;gg 当叶型几何进口角大于汽流角时，称为正冲角，反之称为当叶型几何进口角大于汽流角时，称为
5、正冲角，反之称为负冲角。负冲角。正冲角造正冲角造成的能量成的能量损失更大。损失更大。12112ittpppcip1p1t1tc201101()2ttcpp常用叶栅吹风试验得到压力分布曲线来分析叶型损失。常用叶栅吹风试验得到压力分布曲线来分析叶型损失。压力分布曲线由叶栅通道内弧和背弧上的测点的压力系数压力分布曲线由叶栅通道内弧和背弧上的测点的压力系数描点连接而成。描点连接而成。压力系数：表示测点处压差占总压差的份额。压力系数：表示测点处压差占总压差的份额。叶栅上某点静压叶栅上某点静压叶栅后气流的静压、理想密度和理想速度叶栅后气流的静压、理想密度和理想速度伯努利方程伯努利方程二、叶型损失二、叶型损
6、失p p 概念：指平面气流绕流叶栅时的能量损失。概念：指平面气流绕流叶栅时的能量损失。结论结论叶栅汽道内的叶栅汽道内的压力分布压力分布都是都是不均匀不均匀的；的；在垂直于汽流方向的任一截面上，叶栅在垂直于汽流方向的任一截面上，叶栅内弧的压力内弧的压力总是总是大于背弧大于背弧的压力；的压力；汽道内沿背弧和内弧的压力变化总趋势是由进口压力降汽道内沿背弧和内弧的压力变化总趋势是由进口压力降到出口压力，但到出口压力，但压降并不均压降并不均匀，进口段下降较快，而后放匀，进口段下降较快，而后放慢；慢；斜切部分背弧有一斜切部分背弧有一扩压段扩压段；冲动式叶栅进口也有；冲动式叶栅进口也有扩压段扩压段；扩压段的
7、出现，使附面层增厚，甚至产生气流脱离，使扩压段的出现，使附面层增厚，甚至产生气流脱离，使叶型损失增大。叶型损失增大。正冲角时叶栅正冲角时叶栅进口背弧进口背弧压力降落快，出现很大的压力降落快，出现很大的扩压段扩压段，流动损失大流动损失大1.边界层（附面层）摩擦损失边界层（附面层）摩擦损失 边界层摩擦损失的大小边界层摩擦损失的大小 i）叶型）叶型 ii）表面光洁度）表面光洁度 iii）叶型表面压力分布）叶型表面压力分布边界层叶型损失是指平面气流绕流叶栅时产生的能量损失，属于喷嘴叶型损失是指平面气流绕流叶栅时产生的能量损失，属于喷嘴和动叶的流动损失（也包括端部损失，但为了工程上的便利，和动叶的流动损
8、失（也包括端部损失，但为了工程上的便利，端部损失另外以叶高损失的形式来进行分析）。端部损失另外以叶高损失的形式来进行分析）。冲动式叶栅摩擦损失大于反动式冲动式叶栅摩擦损失大于反动式冲动级中采用一定的反动度，可冲动级中采用一定的反动度，可以增加汽流速度，减小摩擦损失以增加汽流速度，减小摩擦损失某段压力降落快，汽流加速某段压力降落快，汽流加速度快，附面层薄摩擦损失小；度快，附面层薄摩擦损失小；反之亦然反之亦然叶型损失的机理叶型损失的机理2.边界层脱离引起的涡流损失边界层脱离引起的涡流损失边界层加厚到一定程度，产生局部倒流，即涡流现象，使摩擦边界层加厚到一定程度，产生局部倒流，即涡流现象，使摩擦损失
9、急剧增大损失急剧增大边界层脱离点边界层脱离点无边界层脱离无边界层脱离边界层脱离边界层脱离如压力降落过快，出现扩压段，加速度降至零以致减速，附面如压力降落过快，出现扩压段，加速度降至零以致减速，附面层迅速增厚产生涡流，摩擦急剧增大。层迅速增厚产生涡流，摩擦急剧增大。冲动式叶栅进出口处、反动式叶栅出口处及叶片背弧的某些地方，冲动式叶栅进出口处、反动式叶栅出口处及叶片背弧的某些地方，有时出现超音速汽流，产生冲波，冲波后出现扩压段，附面层增有时出现超音速汽流，产生冲波，冲波后出现扩压段，附面层增厚甚至脱离，表现为叶型损失，勿需单算。厚甚至脱离，表现为叶型损失，勿需单算。3.尾迹损失尾迹损失 因出口边具
10、有一定厚度因出口边具有一定厚度出口边厚度出口边厚度，尾迹损失和尾迹损失和/a 成正比成正比（a 汽道喉部截面宽度）汽道喉部截面宽度）应尽量减小出口边厚度，减小尾迹损失。应尽量减小出口边厚度，减小尾迹损失。4.冲波损失冲波损失某些地方超音速流动某些地方超音速流动冲波冲波扩压段扩压段叶型边界层增厚叶型边界层增厚冲波损失最终表现为叶型损失冲波损失最终表现为叶型损失影响叶型损失影响叶型损失的主要因素的主要因素1.进汽角的影响：进汽角的影响：反动式叶栅：反动式叶栅：0 0在最佳值在最佳值90903030变化时，变化时，压力曲线变化不大，叶型损失系压力曲线变化不大，叶型损失系数数p p变化也不大。变化也不
11、大。0 0减小方向减小方向的影响大于增大方向的影响大于增大方向0 0减小到减小到4545时，背面进口段产时，背面进口段产生明显扩压段，生明显扩压段，p p显著增加。显著增加。说明减小汽流进口角（正冲角）说明减小汽流进口角（正冲角）造成的叶型损失比负冲角更严重。造成的叶型损失比负冲角更严重。冲动式叶栅：冲动式叶栅：与反动式叶栅相似，但对进汽角与反动式叶栅相似，但对进汽角变化更敏感。进汽角变化更敏感。进汽角1414时，叶型时，叶型背面进口段产生明显扩压段，附面背面进口段产生明显扩压段，附面层严重增厚脱离，层严重增厚脱离，p p增加增加当 增大时，C11 C1，u不变，0，为正冲角。汽流冲击在动叶内
12、弧段。定义：冲角定义：冲角 (叶型进汽角汽流进汽角叶型进汽角汽流进汽角)设计工况时，汽流进汽角与动叶进汽角一致，设计工况时，汽流进汽角与动叶进汽角一致，变工况时，级的焓降变化，汽流偏离设计方向，产生冲角。变工况时，级的焓降变化，汽流偏离设计方向，产生冲角。当 减小时，C11 C1，u不变，0，为负冲角。汽流冲击在动叶背弧段。11g.0nh111nh111试验表明：试验表明：变工况时产生的撞击损失与：变工况时产生的撞击损失与：冲角绝对值大小有关。冲角绝对值大小有关。，与冲角正、负有关。与冲角正、负有关。正冲角的撞击损失大于负冲角的撞击损失。正冲角的撞击损失大于负冲角的撞击损失。与反动度有关。与反
13、动度有关。反动式叶型受汽流进口角度影响较小；反动式叶型受汽流进口角度影响较小；冲动式叶型受汽流进口角度影响较大。冲动式叶型受汽流进口角度影响较大。近似计算公式为：近似计算公式为：目前使用的叶型均有反动度，进汽边为半径较大的圆弧形。目前使用的叶型均有反动度，进汽边为半径较大的圆弧形。这样对汽流的冲角的敏感性减弱，扩大最佳进汽角范围，在这样对汽流的冲角的敏感性减弱，扩大最佳进汽角范围，在实用的变工况范围内，冲角不大，可以不考虑撞击损失。实用的变工况范围内，冲角不大，可以不考虑撞击损失。1h11hh2sin2111wh 边界层占整个汽道的比重大，叶栅损失大；边界层占整个汽道的比重大，叶栅损失大；单位
14、单位流量摩擦增厚，出口边相对厚度流量摩擦增厚，出口边相对厚度 增大，尾迹增大，尾迹损失增大损失增大 边界层占整个汽道的比重小，但腹面对汽流约边界层占整个汽道的比重小，但腹面对汽流约束减弱束减弱,扩压范围和扩压程度增加，边界层易脱扩压范围和扩压程度增加，边界层易脱离，叶栅损失增大。离，叶栅损失增大。存在最佳节距存在最佳节距 使叶型损失最小使叶型损失最小 冲动式冲动式0.55-0.70 反动式反动式0.65-0.95 t opttat2.相对节距影响：相对节距影响：1.1.指出叶型的几何特征，包括宽度，高度，汽指出叶型的几何特征，包括宽度，高度，汽流角，安装角，背弧，内弧，喉部，正冲角，流角，安装角，背弧，内弧，喉部，正冲角，负冲角，叶片高度，平均直径。负冲角，叶片高度，平均直径。2.2.叶栅通道内的压力变化？原因？叶栅通道内的压力变化？原因？3.3.叶型损失包括？其产生机理是？影响因素是？叶型损失包括？其产生机理是？影响因素是？思考题思考题
