【正文】 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)級的熱力過程 概述 22 ⑴ 沖動力（ Fi） ： 從噴嘴流出的高速汽流沖擊在汽輪機(jī)的動葉上，給動葉施加的力。（沖動式汽輪機(jī)） w2 w1 特征截面或計算截面： 噴嘴前： 00； 噴嘴后（動葉前）： 11； 動葉后： 22。 5 ? 通流部分 ：汽輪機(jī)本體中作功汽流的通道 稱為汽輪機(jī)的通流部分，包括主汽門、調(diào)節(jié)汽門、進(jìn)汽導(dǎo)管、進(jìn)汽室、各級噴嘴和動葉及汽輪機(jī)的排汽管。 12 （ 2）三類參數(shù)： 1）焓降 —— 物理意義：做功能力 ? 級的滯止理想比焓降 ?級的理想比焓降 ? 噴嘴的滯止理想比焓降 ?噴嘴的理想比焓降 ? 動葉的理想比焓降 概 述 一、汽輪機(jī)的級 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. 動葉損失 在實(shí)際研究中常認(rèn)為 bh? 39。 26 概述 三、級的分類 2. 沖動級 （ 1）純沖動級 1） Ω=0，蒸汽只在噴嘴中膨脹，而在動葉中不膨脹，只改變流動方向。 則噴嘴出口汽流理想速度為： 在進(jìn)行噴嘴流動計算時，噴嘴前的參數(shù) 000 , ctp已知，則 222110200*0 0 ttcchhhchh ?????? ?43 2. 噴嘴出口的汽流速度 （ 1） 噴嘴出口的汽流理想速度 （ 按等熵過程膨脹 ） 20211 2 c)hh(c tt ???二、蒸汽在噴嘴中的流動過程 蒸汽在級內(nèi)的流動過程 噴嘴出口汽流理想速度為： 理想氣體在等熵膨脹過程中的比焓差為 ????????????????????????????????kknkktvpkkppvpkkc1*0*01*01*0*01112112? 所以 —— 噴嘴的壓力比 當(dāng)蒸汽初態(tài)確定， )(1 nt fc ??)(1)(1 11*0*01*0100 ttt vpvpk kTTRk khh ???????001 / ppn ??44 （ 2） 噴嘴出口的汽流實(shí)際速度 實(shí)際流動是有損失的 ， 汽流實(shí)際速度小于汽流理想速度 。 56 可利用連續(xù)性方程求解，即通過最小截面的流量應(yīng)與出口截面的流量相等。 為了描述蒸汽在汽輪機(jī)級內(nèi)能量轉(zhuǎn)換的完善程度 ， 通常用各種不同的效率來加以說明 。即 ? ? 0c o sc o s1c o s212111211????????????????????????xxdxddxd u? ?2c o s 1imop1??x可求得最佳速度比： 汽輪機(jī)級的輪周效率和最佳速度比 ?（一）純沖動級的最佳速度比 87 b) 速度三角形法：對純沖動級， ?2 ? ?1 ， w2?w1， 則在相同的 ?1 和 c1下，改變 x1 ，就可作出如圖所示的速度三角形。 B— 葉柵寬度。 * 亞聲速葉柵 — Ma * 跨聲速葉柵 — Ma∈ [,] * 超聲速葉柵 — Ma 由于超聲速葉柵的工藝性能和變工況性能較差，且亞聲速葉柵可利用其斜切部分的繼續(xù)膨脹實(shí)現(xiàn)超聲速，仍可采用亞聲速葉柵。當(dāng) εnεcr時，應(yīng)采用漸縮斜切噴嘴；當(dāng) εnεcr時，仍采用漸縮斜切噴嘴，此時，蒸汽通過在斜切部分膨脹獲得超聲速汽流；當(dāng) εn，才采用縮放斜切噴嘴，這是因?yàn)榭s放噴嘴加工較困難，且工況效率低，故在汽輪機(jī)中應(yīng)盡量避免采用縮放斜切噴嘴。 這時 ， 必須采用部分進(jìn)汽 。 射汽抽汽效應(yīng) 111 汽輪機(jī)級通流部分主要尺寸的確定 四、噴嘴葉柵尺寸的確定 已知參數(shù)：級前蒸汽參數(shù) p0、 t0和 c0，級后壓力 p2和反動度（ p1可計算出）。 ldbllbtt /,// ??? ?， 分別為相對節(jié)距、相對高度、相對長度。 ① 1:1 ② 1:2 ③ 1:4 ④ 1:8 (2)當(dāng)圓周速度和噴嘴出汽角相同時，純沖動單列級的做功能力是單列反動級的（ ）倍； 相等時， 104 2. 葉型及葉型參數(shù) （ 1）葉型：葉片的橫斷面形狀，包括等截面葉型和變截面葉型。 汽輪機(jī)級的輪周效率和最佳速度比 ?（一）純沖動級的最佳速度比 一旦噴嘴及動葉型線確定后， ?、 ?、 ?1 和 ?2參數(shù)也就隨之而定，唯有 x1的變化而變化 86 ? 最佳速度比：輪周效率最高時的速度比。將汽流力分解為周向分力 Fu 和軸向分力 Fz 。 n111 tABs i nACABs i n ?? ???????? ＝ 蒸汽在級內(nèi)的流動過程 11 cpp?( 背 壓 時 )1 1 1()dcp p p??c ） 當(dāng) ?n= ?1d 時 極限情況 11()dpp?55 蒸汽在級內(nèi)的流動過程 當(dāng) ?n??cr 時， 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 當(dāng) ?n ?cr 時，喉部截面上的流速等于臨界速度，壓力為臨界壓力，蒸汽在斜切部分繼續(xù)膨脹，從而獲得超音速汽流。 （ 2）流動過程分析 1）依據(jù)式 b. Ma1時（亞音速流動）： 汽道的截面積隨著汽流加速而逐漸減小， 即 需要采用漸縮噴嘴。 汽輪機(jī)級的受力分析 A B C D E Fi Fr w1 w2 u 蒸汽在動葉流道內(nèi)膨脹時對動葉的作用力 噴嘴 動葉 P0 , h0 c0 α1 u c1 c2 汽輪機(jī)的級 動葉通道 F Fu 二、級的反動度 概述 23 概述 （ 1）反動度的定義 二、級的反動度 2. 反動度 蒸汽在動葉通道內(nèi)膨脹時的理想焓降 ?hb， 和在整個級的滯止理想焓降 ?ht* 之比，即 bnbbnbm hhhhhh????????????***tmb hh ????? ? ** 1 tmn hh ??????—— 噴嘴的滯止理想焓降 24 概述 （ 1）反動度的定義 二、級的反動度 2. 反動度 bnbtbhhhhh?????????**r?m?t?tmr ????? 定義式： （ 2）特征截面 1）由于環(huán)行葉柵的使用，沿著葉高的方向流動特性不同。 2）噴嘴進(jìn)口狀態(tài)（ 0狀態(tài)）。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 —— 由一列噴嘴葉柵 （ 靜葉柵 ） 和其后的一列動葉柵構(gòu)成的汽輪機(jī)基本做功單元 。 3）噴嘴出口狀態(tài)（動葉進(jìn)口狀態(tài)， 1狀態(tài)）。 2）葉根截面（ root）， 平均截面（ middle）， 頂部截面（ top）， 3） 25 概述 三、級的分類 1. 分類依據(jù)：反動度 —— 直接影響葉片形狀的設(shè)計、運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。 二、蒸汽在噴嘴中的流動過程 蒸汽在級內(nèi)的流動過程 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) )。且汽流方向發(fā)生偏轉(zhuǎn) ,噴嘴汽流偏轉(zhuǎn)角 δ1。 蒸汽在級內(nèi)的流動過程 四 . 輪周功率 70 1 .蒸汽作用在動葉片上的力：可由牛頓第三定律和動量方程求得。用 (x1)op表示。 （ 2）葉型參數(shù) 1）葉柵幾何特性參數(shù) dm— 平均直徑 :軸心到 1/2葉高處為半徑， 2倍為本級的直徑。 Δ a1 a 106 噴嘴葉柵 動葉柵 0?δ 正 沖 角 0?δ 正 沖 角)(),( 1010sgsgggff ???????＝表示，和用汽流沖角 δ— 葉型進(jìn)口角與汽流進(jìn)口角之差。 任務(wù)： 1）噴嘴形式的選擇。 葉高損失常用下面半經(jīng)驗(yàn)公式計算 ： 一 . 級內(nèi)損失 ul hlah ??? uh?)( 2* cbntu hhhhh ??? ?????? 汽輪機(jī)級內(nèi)損失和級效率 不包括葉高損失的輪周有效焓降 ， 式中， a 經(jīng) 驗(yàn) 系 數(shù) ， 。 在進(jìn)行噴嘴尺寸計算之前，應(yīng)根據(jù)噴嘴壓力比 εn選擇噴嘴型式。 汽輪機(jī)級通流部分主要尺寸的確定 葉柵的安裝角 葉柵進(jìn)口汽流角 107 1．葉柵類型的選擇 依據(jù)： Ma。 t— 葉柵節(jié)距。 a) 函數(shù)求極值法：將 ?u 的表達(dá)式對 x1求導(dǎo)，并令其為零即可得最佳速度比的值。則， ? ?2211 co sco s ?? ccGF u ??? ?2211 c o sc o s ?? wwGF u ??? ? ? ?212211 s i ns i n ppAwwGF zz ???? ??? ? ? ?212211 s i ns i n ppAccGF zz ???? ??或 或 蒸汽對動葉片的總作用力 Fb為： 22zub FFF ?? 蒸汽在級內(nèi)的流動過程 四 . 輪周功率 71 單位時間內(nèi)圓周力 Fu在動葉片上所做的功，它等于 圓周力 Fu與 動葉圓周速度 u的乘積，稱為輪周功率，其表達(dá)式為： ? ?2211 c o sc o s ?? ccGuuFP uu ???或 ? ?2211 co sco s ?? wwGuuFP uu ???1Kg蒸汽所作的輪周功率，稱為級的作功能力，其大小為： ? ?22111 c o sc o s ?? ccuGPP uu ???或 ? ?22111 c o sc o s ?? wwuGPP uu ??? 蒸汽在級內(nèi)的流動過程 四 . 輪周功率 72 蒸汽在級內(nèi)的流動過程 四 . 輪周功率 分析： ),( 21 ??fP u ? ? ?2211 c o sc o s ?? ccGuuFP uu ???? ?2211 co sco s ?? wwGuuFP uu ???沖動級：由于動葉轉(zhuǎn)折較大，所以 β1 和 β2較小，作功能力較大 反動級：由于動葉轉(zhuǎn)折較沖動級小，所以 β1 和 β2較大，作功能力較小 73 在葉片的進(jìn)出口速度三角形中應(yīng)用余弦定理， ? ? ? ?? ?212222212wwccGP u ????? ? ? ?? ?21222221121 wwccPu ???? 蒸汽在級內(nèi)的流動過程 四 . 輪周功率 1c1?1?1wu2?2cu2w2?2 2 21 1 1 12 2 22 2 2 22 c o s2 c o sw c u u cw c u u c??? ? ?? ? ?2121c)(21 2122 ?? ?2221c——蒸汽帶入動葉通道的能量 ——蒸汽帶出動葉通道的能量 ——蒸汽在動葉通道中因理想焓降 而造成的實(shí)際動能的增加 bh?即可得到輪周功率的另一種表達(dá)形式： 74 蒸汽在級內(nèi)所具有的理想能量不能百分之百地轉(zhuǎn)變?yōu)檩喼芄?，存在著損失 。 偏轉(zhuǎn)的原因：圖 117（ b） 。 42 2. 噴嘴出口的汽流速度 （ 1） 噴嘴出口的汽流理想速度 （ 按等熵過程膨脹 ） 20211 2 c)hh(c tt ???tc1th1二、蒸汽在噴嘴中的流動過程