【正文】 室、各級(jí)噴嘴和動(dòng)葉及汽輪機(jī)的排汽管。1 汽輪機(jī)原理 Principle of Steam Turbine 重慶大學(xué)本科課程 授課教師：陳艷容 2 級(jí) —— 由一列噴嘴葉柵 （ 靜葉柵 ） 和其后的一列動(dòng)葉柵構(gòu)成的汽輪機(jī)基本做功單元 。 1—軸 2—葉輪 3—?jiǎng)尤~片 4—噴嘴 幾個(gè)基本概念 ? 噴嘴 ： 由固定不動(dòng)的靜葉柵構(gòu)成的蒸汽通道 。 （ 2）蒸汽的流動(dòng)路線：進(jìn)入噴嘴 → 離開噴嘴 → 進(jìn)入動(dòng)葉 → 離開動(dòng)葉。（沖動(dòng)式汽輪機(jī)） w2 w1 特征截面或計(jì)算截面： 噴嘴前： 00； 噴嘴后（動(dòng)葉前）： 11； 動(dòng)葉后： 22。 3）噴嘴出口狀態(tài)（動(dòng)葉進(jìn)口狀態(tài)， 1狀態(tài)）。bh?= bh?*0* ,0 tp2pnh?bh?13 （ 2）三類參數(shù)： 1）焓降 —— 物理意義：做功能力 ? 級(jí)的滯止理想比焓降 ?級(jí)的理想比焓降 ? 噴嘴的滯止理想比焓降 ?噴嘴的理想比焓降 ? 動(dòng)葉的理想比焓降 概 述 一、汽輪機(jī)的級(jí) 4. 熱力過程線 0th?th?*nh?nh?2）熵增過程 —— 物理意義：不可逆過程 3）損失 a. 噴嘴損失 b. 動(dòng)葉損失 在實(shí)際研究中常認(rèn)為 bh? 39。bh?nh?bh?15 （ 2）三類參數(shù)： 1）焓降 —— 物理意義：做功能力 ? 級(jí)的滯止理想比焓降 ?級(jí)的理想比焓降 ? 噴嘴的滯止理想比焓降 ?噴嘴的理想比焓降 ? 動(dòng)葉的理想比焓降 概 述 一、汽輪機(jī)的級(jí) 4. 熱力過程線 0th?th?*nh?nh?2）熵增過程 —— 物理意義：不可逆過程 3）損失 a. 噴嘴損失 b. 動(dòng)葉損失 在實(shí)際研究中常認(rèn)為 bh? 39。bh?18 余速損失 概述 一、級(jí)的工作過程 4. 熱力過程線 2）熵增過程 —— 物理意義：不可逆過程 3）損失 a. 噴嘴損失 b. 動(dòng)葉損失 噴嘴中的能量損失 210t1t2 動(dòng)葉中的能量損失 19 ? 動(dòng)葉理想比焓降： 0202cch? ?01nth h h? ? ?11nth h h? ??01nnh h h h?? ? ? ?12bth h h? ? ?? 滯止比焓差 ： ? 噴嘴理想比焓降： ? 噴嘴損失： ? 噴嘴實(shí)際比焓降： 噴嘴及動(dòng)葉的熱力過程線 22bth h h? ??12bbh h h h?? ? ? ?? 動(dòng)葉損失： ? 動(dòng)葉實(shí)際比焓降： 2222cch? ?? 余速損失： 概述 20 02t t n bh h h h h?? ? ? ? ? ? ?00t t ch h h?? ? ? ?? 級(jí)的理想比焓降： ? 級(jí)滯止理想比焓降： 汽輪機(jī)的級(jí)的熱力過程線 ? 噴嘴滯止理想比焓降： 2u n b ch h h h? ? ? ?? ? ?20u t n b ch h h h h? ? ?? ? ? ? ? ?00n n ch h h?? ? ? ?? 輪周損失： ? 輪周有效比焓降： 概述 21 0 nh?01 1pnh?bh?2 bh?th?0th?02uh?2ch?2p00h0ch?h s hs圖中汽輪機(jī)級(jí)的熱力過程 概述 22 ⑴ 沖動(dòng)力（ Fi） ： 從噴嘴流出的高速汽流沖擊在汽輪機(jī)的動(dòng)葉上，給動(dòng)葉施加的力。 2）葉根截面（ root）， 平均截面（ middle）， 頂部截面（ top）， 3） 25 概述 三、級(jí)的分類 1. 分類依據(jù)：反動(dòng)度 —— 直接影響葉片形狀的設(shè)計(jì)、運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。 2）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 動(dòng)葉為等截面通道 3）流動(dòng)特點(diǎn)： p1=p2 ，△ hb=0, △ ht*=△ hn*， w1=w2 4）效率較低，很少使用。 4）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： a. 噴嘴葉柵和動(dòng)葉葉柵可采用相同的葉型； b. 動(dòng)葉前后壓差大，常用轉(zhuǎn)鼓式結(jié)構(gòu)，不用葉輪式； c. 熱慣性大，還需設(shè)置平衡活塞以平衡軸向推力； d. 采用全周進(jìn)汽。 ⑵ 非調(diào)節(jié)級(jí)：通流面積不隨負(fù)荷變化而改變的級(jí)。 二、蒸汽在噴嘴中的流動(dòng)過程 蒸汽在級(jí)內(nèi)的流動(dòng)過程 1．汽流參數(shù)與噴嘴形狀的關(guān)系 0?cdc0?AdA0?AdA0?AdA)Ma(cdcAdA 12 ??END 3 a. 截面變化 =f (速度的變化，馬赫數(shù) )。 噴嘴出口的汽流實(shí)際速度為： tcc 11 ?? 蒸汽在級(jí)內(nèi)的流動(dòng)過程 ?—噴嘴速度系數(shù) (通常取 ?= ) ? 影響速度系數(shù)的因素：噴嘴高度、葉型、汽道形狀、表面粗糙度、前后壓力等。 48 3. 噴嘴流量計(jì)算 2） 噴嘴流量曲線 蒸汽在級(jí)內(nèi)的流動(dòng)過程 C B 1*100ntppG? ?????1()n c rcrt t c rppGG??????? 流 量 最 大 ：n?? OB AB tG? BC 49 tn11???? ?tn GG ?? ?n 為噴嘴的流量系數(shù)，其大小與噴嘴的幾何參數(shù)、汽體參數(shù)及汽體物理性質(zhì)等因素有關(guān)，另外還與噴嘴出口的實(shí)際密度與等熵密度之比有關(guān)。 蒸汽在級(jí)內(nèi)的流動(dòng)過程 54 ? 斜切部分對(duì)汽流的影響如下： a )當(dāng) ?n??cr 時(shí) AB截面上的流速小于或等于音速，壓力與噴嘴背壓相等，斜切部分不膨脹 ,只起導(dǎo)向作用。且汽流方向發(fā)生偏轉(zhuǎn) ,噴嘴汽流偏轉(zhuǎn)角 δ1。 最小截面： ? ? 1111 s i ns i n ?????ttcrcrcc??出口截面 : crcrnncrcrnctlcAG???1s i n??? ? ttnnttnctlcAG11111s i n ?????????在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，ln?ln180。 60ndu m?? uwc ??? ?? 蒸汽在級(jí)內(nèi)的流動(dòng)過程 1c1?1?1wu2?2cu2w2?61 三 . 蒸汽在動(dòng)葉柵中的流動(dòng)過程 1c 蒸汽在級(jí)內(nèi)的流動(dòng)過程 1. 動(dòng)葉進(jìn)口速度三角形 1?1?1wu 1）進(jìn)口速度三角形構(gòu)成 1c u1c1wu1c構(gòu)成進(jìn)口速度三角形 1? 1?1? 2）根據(jù)噴嘴參數(shù)計(jì)算絕對(duì)速度 1w和動(dòng)葉進(jìn)口氣流方向角 1?221 1 1 12 c o s ( )w c u c u ?? ? ?3）根據(jù)進(jìn)口速度三角形計(jì)算相對(duì)速度 1c1? 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)等取初值 tcc 11 ??62 三 . 蒸汽在動(dòng)葉柵中的流動(dòng)過程 蒸汽在級(jí)內(nèi)的流動(dòng)過程 2. 動(dòng)葉出口速度三角形 1）出口速度三角形構(gòu)成 1cu1c構(gòu)成進(jìn)口速度三角形 2c u 2w2? 2?1?2）根據(jù)動(dòng)葉參數(shù)計(jì)算相對(duì)速度 2w和出口方向角 2?3）根據(jù)出口口速度三角形計(jì)算絕對(duì)速度 2?2?2cu2w2?022 2 bt hww ??? ??21 6 o????2C222 2 2 22 c o s ( )c w u w u ?? ? ?222s in ( )2 a r c s in wc?? ?63 動(dòng)葉與噴嘴的不同之處是動(dòng)葉本身以圓周速度 u運(yùn)動(dòng) 把坐標(biāo)建立在動(dòng)葉上，把蒸汽參數(shù)以對(duì)動(dòng)葉的相對(duì)參數(shù)表示 理想相對(duì)速度 實(shí)際相對(duì)速度 ?——?jiǎng)尤~速度系數(shù) 汽流速度的計(jì)算 設(shè)蒸汽在動(dòng)葉通道內(nèi)為等比熵流動(dòng) ? ? ? ? 02021020211 2222 nnttt hchhhchhc ??????????0210212 222 btmbt hwhwhw ?????????022 2 bt hww ??? ??三、蒸汽在動(dòng)葉柵中的流動(dòng) 蒸汽在級(jí)內(nèi)的流動(dòng)過程 蒸汽在動(dòng)葉柵中的熱力過程 64 動(dòng)葉速度系數(shù)與動(dòng)葉高度、級(jí)的反動(dòng)度、葉型、動(dòng)葉片的表面粗糙度等因素有關(guān) 在計(jì)算時(shí)， ? 通常取 ? = ~。 通常：調(diào)節(jié)級(jí)和排汽級(jí) → ? =0 抽汽級(jí) → ? =0~ 中間級(jí) → ? =1 222 21 Chc ??三 . 蒸汽在動(dòng)葉柵中的流動(dòng)過程 蒸汽在級(jí)內(nèi)的流動(dòng)過程 5. 余速損失 蒸汽在動(dòng)葉柵中作功之后，最后以絕對(duì)速度 c2 離開動(dòng)葉，其具有的動(dòng)能稱為 余速損失 ： 1c1?1?1wu2?2cu2w2??的大小將影響到下一級(jí)的滯止?fàn)顟B(tài)點(diǎn) 68 考慮了噴嘴損失、動(dòng)葉損失和余速損失之后，汽輪機(jī)的級(jí)在 hs圖上的過程曲線如圖所示。 蒸汽在級(jí)內(nèi)的流動(dòng)過程 四 . 輪周功率 70 1 .蒸汽作用在動(dòng)葉片上的力：可由牛頓第三定律和動(dòng)量方程求得。 001EhEP uuu????一 . 輪周效率與速度比 1. 輪周效率 ：蒸汽在汽輪機(jī)級(jí)內(nèi)所作出輪周功 與它在級(jí)內(nèi)所具有的理想能量 之比稱為級(jí)的輪周效率 ,即 0E1uP21*2212000 22 ctt hhchcE ???? ??????? 汽輪機(jī)級(jí)的輪周效率和最佳速度比 2. 級(jí)的理想能量 ：一般來說，級(jí)的理想能量是級(jí)的理想焓降、進(jìn)入本級(jí)的動(dòng)能和本級(jí)余速動(dòng)能被下一級(jí)所利用部分的代數(shù)和，即： 級(jí)的滯止理想焓降減去被下一級(jí)利用的余速動(dòng)能 75 ：為了研究方便，引入一個(gè)級(jí)的理想速度 Ca 2**21abnt Chhh ?????? 汽輪機(jī)級(jí)的輪周效率和最佳速度比 2. 級(jí)的理想能量 : 一 . 輪周效率與速度比 21*2212000 22 ctt hhchcE ???? ???????余速利用系數(shù) ? ?0—— 本級(jí)利用上級(jí)余速動(dòng)能的份額 ?1—— 本級(jí)余速動(dòng)能被下一級(jí)利用的份額 *2 ta hC ??221 22120CCEa ??? 76 ： 22122211 )c o sc o s(20 CCCCuaEPuul???????? 汽輪機(jī)級(jí)的輪周效率和最佳速度比 ： 一 . 輪周效率與速度比 2**21abnt Chhh ?????? 22122120CCEa ???1）定義式 00 Eh uEPuul ????2） 汽流速度式 3）能量平衡方式 21 )1(1 cbnu ????? ?????4） 能損分析式 02*Ehhhh cbntu???? ?????END 3 77 ： ? ?22111 c o sc o s ?? ccuP u ??22122211 )c o sc o s(20 CCCCuaEPuul???????? 汽輪機(jī)級(jí)的輪周效率和最佳速度比 ： 一 . 輪周效率與速度比 2**21abnt Chhh ??????221 22120CCEa ????221 22120CCEa ????2） 汽流速度式 22122211 )c o sc o s(20 CCCCuaEPuul????????END 3 78 21*0 ct hhE ?????21 )1(1 cbnu ????? ?????02200 EhEhEh ccbbnn?????? ??? 、 汽輪機(jī)級(jí)的輪周效率和最佳速度比 式中， 分別為噴嘴損失、動(dòng)葉損失和余速損失與級(jí)的理想能量之比，稱為噴嘴、動(dòng)葉和余速 能量損失