1、1 一，汽 轮 机 的 级 、级内能量转换过程 ：a)是汽轮机作功的最小单元;b)静叶栅 动叶栅 c)多组级的蒸汽流动通道组成了汽轮机的通流部分。d)汽轮机组的经济性和安全性由每一组单级的性能决定。e)三个特征截面:2：具有一定压力、温度的蒸汽通过汽轮机的级时，首先在静叶栅通道中得到膨胀加速，将蒸汽的热能转化为高速汽流的动能，然后进入动叶通道，在其中改变方向或者既改变方向同时又膨胀加速，推动叶轮旋转，将高速汽流的动能转变为旋转机械能。3 1 1）蒸汽品位：）蒸汽品位：具有足够高的压力、温度，进出口具有足够高的压力、温度，进出口有有压差压差 2 2）结构条件）结构条件：a)a)工作叶栅截面的变化
2、应满足连续工作叶栅截面的变化应满足连续性方程、叶片截面应为流线型，流道性方程、叶片截面应为流线型，流道几何形状几何形状合理、合理、壁面光滑等。壁面光滑等。b)b)动叶栅结构满足汽流产生冲动力和动叶栅结构满足汽流产生冲动力和反动力的要求，喷嘴喷出的高速蒸汽应顺利反动力的要求，喷嘴喷出的高速蒸汽应顺利平稳地平稳地进入动叶流道进入动叶流道。453 蒸汽在级中做功热力过程线a)级的理想比焓降htb)级的滞止理想比焓降ht*，表示了在理想情况下单位质量蒸汽流过一个级时做功能量的大小c)喷嘴的滞止理想比焓降hn*d)动叶的理想比焓降hb6级的反动度衡量级内动叶栅中蒸汽膨胀的度量10PP 一、级的工作过程一
3、、级的工作过程1.喷嘴：压力喷嘴：压力温度温度10tt 热能热能 动能动能2.动叶：进入动叶动叶：进入动叶冲动力冲动力iF离开动叶离开动叶反动力反动力rF7二、级 的 反 动 度衡量级内动叶栅中蒸汽膨胀的度量bnbtbmhhhhh*)1(tmnhh*tmbhh8 三三 ，级级 的的 分分 类类 按级的反动度大小分：冲动级和反动级n一）、冲动级一）、冲动级：通常把反动度等于零的级称为纯冲动级。对于纯冲动级来说，=、=0、=，蒸汽只在喷嘴中膨胀，动叶栅中不膨胀只改变汽流方向；动叶中流动附面层厚、损失大、效率低。冲动式汽轮机特点：a)动叶栅截面形状近似对称。b)转子轴向力小，轮盘式转子（质量轻）；动
4、叶漏气小，喷嘴汽封要求高。为了提高级的效率，通常，冲动级也带有一定的反动度（=0.05 0.20)，这种级称为带反动度的冲动级，它具有作功能力大、效率高的特点。1p2pbh*nh*th9二）二）通常把反动度 =0.5的级称为反动级。对于反动级来说，蒸汽在静叶和动叶通道的膨胀程度相同，即是 ，。反动级特点：a)是在冲动力和反动力同时作用下作功。b)反动级的效率比冲动级高，但作功能力小。C)喷嘴叶栅和动叶栅可采用相同的叶型，可降低汽轮机制造成本；d)转子轴向推力大，采用转鼓式转子,设置平衡活塞，热惯性大；*21*tnbhhh21pp 10 调节级：通过改变进汽面积控制其进汽量，调节汽轮机功率的级。
5、调节级总是部分进汽的。非调节级或压力级：进汽面积不能改变的级。可部分和全周进汽速度级：蒸汽的动能转为机械能的过程在一级内多列叶栅中进行的级。由一组静叶栅和安装在同一叶轮上的两列动叶栅及一组介于第一、二列动叶栅之间、固定在汽缸上的导向叶栅所组成的级，称为复速级。第一列动叶栅通道流出汽流，其流速还相当大，为了利用这一部分动能，在第一列动叶栅之后装上一列导向叶栅以改变汽流的方向，使之顺利进入第二列动叶栅通道继续作功。复速级也采用一定的反动度。复速级具有作功能力大的特点。1112当汽流通过动叶通道时，由于受到动叶通道形状的限制而弯曲被迫改变方向，因而产生离心力，离心力作用于叶片上，被称为冲动力。这时蒸
6、汽在汽轮机的级所作的机械功等于蒸汽微团流进、流出动叶通道时其动能的变化量。而这种级称为冲动级。三、级 的 分 类13：当汽流通过动叶通道时，一方面要改变方向，同时还要膨胀加速，前者会对叶片产生一个冲动力，后 者会对叶片产生一个反作用力，即反动力。蒸汽通过这种级，两种力同时作功。通常称这种级为反动级。1415第二节第二节 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程一 ，基 本 假 设 和 基 本 方 程 式 流过叶栅通道的蒸汽是具有粘性、非连续性和不稳定的三元流动的实际流体。为了研究方便，特作如下假设假设：1.蒸汽在叶栅通道的流动是稳定的：即在流动过程中，通道中任意点的蒸汽参数不随时间变化而改变。
7、2.蒸汽在叶栅通道的流动是一元流动：即蒸汽在叶栅通道中流动时，其参数只沿流动方向变化，而在与流动方向相垂直的截面上不变化。3.蒸汽在叶栅通道的流动是绝热流动：即蒸汽在叶栅通道中流动时与外界没有热交换。16 基本方程式：.constvcAAcGWchqch22211200RTpv.constpvk0dp -vdpcdc 1cdccdcdkRcdpacM kvppka17（1）当汽流速度小于音速，即Ma0，则必须dA/dx1时，若要使汽流能继续加速，即dc/dx0，则必须dA/dx0，也就是说喷嘴截面积必须沿流动方向逐渐增加，即做成渐扩喷嘴。（3）当汽流速度在喷嘴某截面上刚好等于音速，即M=1，这
8、时，dA/dx=0。表明横截面A不变化，即A达到最少值。根据上述分析可知，简单的渐缩喷嘴是得不到超音速汽流的。为了达到超音速，除了喷嘴出口蒸汽压力必须小于临界压力外，还必须在喷嘴形状上加以保证，即作成缩放喷嘴（拉伐尔喷嘴）。汽流通过缩放喷嘴时，在喷嘴喉部达音速，然后在渐扩部分达超音速。cdcMaAdA)1(2(2-8)18（4）Ma1时，蒸汽的速度增加较比体积V慢，因而截面需增加，以保证G不变。dcdcMadAdA)1(2(2-8)19 压力、焓降、截面积、汽流速度、音速、比容沿流动的变化规律压力、焓降、截面积、汽流速度、音速、比容沿流动的变化规律20 1，临界速度，临界速度 汽流的音速为 ，
9、当在式中用滞止参数表示有关参数时，代入音速公式，则有 上式中，为滞止状态下的音速。当 知时，一定值。在膨胀过程中，到某一截面会出现汽流速度等于当地音速。当汽流速度等于当地音速时，则称此时的流动状态为临界状态。这时的参数为临界参数，用 等表示。则临界速度为：kRTkpva1212*022kaCka*0a*0*0vp、*0acrcrcrcvp、crcrcrcrcrpkpkkvkpvpkkakc*0*0*0*0*0121212（2-9）21 临界压力为：对于等熵膨胀过程来说，有 ，则上式为 上式表明，临界压力只与蒸汽指数k和初压有关。临界压力与初压之比称为临界压力比临界压力比，用 表示：(2-10
10、)对于过热蒸汽（k=1.3)则 =0.546;对于饱和蒸汽（k=1.135)则 =0.577.crcrvvpkp*0*0)12(kcrcrppvv1*0*0)(1*0)12(kkcrkppcr1*0)12(kkcrnkppcrcr22 喷嘴的作用是让蒸汽在其通道中流动时得到膨胀加速，将热能转变为动能。喷嘴是固定不动的，蒸汽流过时，不对外作功，W=0；同时与外界无热交换，q=0。则根据能量方程式，则 对于过热蒸汽，可近似看做理想气体，则上式可写成：2112002121ChCh)(1)(211100102221vpvpkkhhCC23 1 1，喷嘴出口的汽流理想速度，喷嘴出口的汽流理想速度C C1
11、t1t 在进行喷嘴流动计算时，喷嘴前的参数 p(初速）是已知的条件。按等熵过程膨胀，其过程曲线如图2-2所示。根据能量平衡，则喷嘴出口汽流理想速度为 或者式（2-12）为 上二式中，-蒸汽流出喷嘴出口的理想速度（m/s)；-蒸汽按等熵过程膨胀的终态焓（J/kg)。*202010122)(2nntthchchhc20101001112cppvpkkckkttc1th124图1-7中，称为喷嘴的理想焓降。为了方便，引用滞止参数，如图1-7所示，滞止焓值为：把相应的滞止参数 分别代入式(2-12)，则 00200*021chhChh1 12)(1 121*0*01*01*0*01kknkktpkkp
12、ppkkc图1-7tnhhh10*0*0*0hp、(2-13)25 实际流动是有损失的，汽流实际速度小于汽流理想速度。通常用喷嘴速度系数来考查两者之间的差别（通常取=0.97)。这样，喷嘴出口的汽流实际速度为*11nthcc（2-15）影响速度系数影响速度系数 的因的因素：素：1 1）喷嘴的高度）喷嘴的高度2 2）表面粗糙度）表面粗糙度3 3）叶片结构参数）叶片结构参数26 蒸汽在喷嘴通道中流动时，动能的损失称为 喷嘴损失，用 表 示：喷嘴损失与喷嘴理想焓降之比称为喷嘴能量损失系数，用 表示：*22212121)1()1(21)21(21nttnhCCChnh)1(2*nnnhhn27 1，喷
13、嘴的理想流量 计算 喷嘴的理想流量 可用下式计算:(2-18 )式中，-喷嘴出口处截面积，(m2);-喷嘴出口处理想汽流速度，(m/s);-喷 嘴 出 口 处 密度，（kg/m3)。若用（2-12)表示c1t ，又有 ,则上式为 称 为喷嘴前后压力比。ttntcAG11nAt 1tc1ktppvv1*01*01)(11)(1212*0*01kknknnpkkAG*10ppntGtG(2-20)282，喷嘴流量曲线，喷嘴流量曲线 对于式(2-20），当喷嘴前的参数 和喷嘴出口截面积 一定时，通过喷嘴的流量 只取决于喷嘴前后压力比。它们的关系如图1-11中ABC曲线所示。当压力比从1逐渐 图2-1
14、0缩小时，流量逐渐增加，当喷嘴前后压力比等于临界压力比（)，达最大值，如B所示。这时的流量称为临临界流量界流量，用 表示。当喷嘴前后压力比小于临界压力比时，流量保持最大值不变，如AB所示。其临界流量为：(2-21 )式中，只与k值有关。对于过热蒸汽（k=1.3),=0.667；饱和蒸汽（k=1.135),=0.635。crntG*0*0vp、tGnAcrtG*0*0*0*011)12(pApkkAGnkkncrt293，通过喷嘴的实际流量的计算，通过喷嘴的实际流量的计算 通过喷嘴的实际流量为：(2-23)式中，称为喷嘴流量系数。ttttnnGGcAcAG111111tn11303，通过喷嘴的实
15、际流量的计算，通过喷嘴的实际流量的计算 通过喷嘴的实际流量为：(2-23)式中，称为喷嘴流量系数。对于过热蒸汽，取 =0.97；对于饱和蒸汽，取 =1.02。考虑了流量系数之后，通过喷嘴的实际流量为：对于过热蒸汽：对于饱和蒸汽：ttttnnGGcAcAG111111tn11nn*0*0647.0pAGncr*0*0648.0pAGncr314 4，彭台门系数彭台门系数(喷嘴实际流量与同一初始状态下的临界喷嘴实际流量与同一初始状态下的临界流量之比）流量之比）(2-27)其中，称为彭台门系数。对于，1,对于，=1。*0*0648.0pAGn111/20000111/20000)12(12)12(12kkkknknkknkknknncrkkvpkkAvpkkAGG(2-26)
