【正文】 (])[( 12221 zzz ccmtPApp ??????周向 ： )( 21 uuu ccmtP ?????得到 ： 22112 )()( AppccGP zzz ?????)( 21 uuu ccGP ????其中 ： tmG /?熱力葉輪機械原理（ 1） XJTU 4） 動葉片受到汽流的作用力 軸向 ： 22121 )()( AppccGPP zzzz ???????（ 軸向推力 ） 周向 ： )(21 uuuu ccGPP ?????（ 推動葉輪轉(zhuǎn)動作功的力 ） 熱力葉輪機械原理（ 1） XJTU 5） 輪周功 （ 輪周功率 ） uW uN輪周功 輪周功率 ： 單位時間 內(nèi)汽流對動葉片作的有效功 。 噴管上的 A點是擾動源 ， 自 A點產(chǎn)生一組膨脹波； 擾動源 → 汽流從臨界壓力 降到噴管背壓 ， 汽流發(fā)生偏轉(zhuǎn) 。 根據(jù)已知參數(shù) ， 通過計算確定以下 熱力狀態(tài)參數(shù) 、 運動參數(shù) 和 幾何參數(shù) 。 → 汽流對動葉施加一個離心力和一個反作用力； → 在汽流 沖擊力 和 反作用力 共同作用下，透平級完成對外作功。 通流部分 ： 由若干個透平級 串聯(lián) 而成的部分， 它是實現(xiàn)汽流 流動 和能量 轉(zhuǎn)換 的部分 。 熱力葉輪機械原理（ 1） XJTU 一 、 一元流動 模型和方程 基本假定： ① 蒸汽在葉柵通道中的流動是 定常流動 噴管和動葉通道中的流動過程與通流能力 流動 非常 復(fù)雜 ： ◆ 三元 、 粘性 、 可壓縮 、 非定常流動 ◆ 伴隨有能量的轉(zhuǎn)換 ◆ NS方程描述 → 在流動過程中 ， 空間任何一點的蒸汽參數(shù)不隨時間而變化 ； → 汽輪機運行工況一定時 ， 各點參數(shù)不再變化 。 *011 pp?? k熱力葉輪機械原理（ 1） XJTU ● 對于縮放噴管 汽流參數(shù)在 喉部達到臨界 ， 有： 0?AdA過程方程 微分形式 ： 0??vdvkdp?連續(xù)方程 微分形式 ： 0???vdvcdcAdA能量方程 微分形式 ： 0?? vd pcd c0??crcrcrcrvdvkdp?crcrcrcrvdvcdc ?0?? crcrcrcr dpvdcc喉部 熱力葉輪機械原理（ 1） XJTU 喉部汽流的 臨界速度 ： *0*0*0*0 1212?pkkvpkkccr ????臨界壓比 ： 1*0)12( ???? kkcrcr kpp?（ 空氣： ；過熱蒸汽： ） ?cr? ?cr?臨界密度 ： kcrcr pp 100 )(?? ?③ 計算噴管出口截面積 和喉部 （ 臨界 ） 截面積 1A crA連續(xù)方程 ： 111 cGA?? crcrcr cGA??熱力葉輪機械原理（ 1） XJTU 2） 噴管中的 實際流動過程 → 實際蒸汽是 粘性流體 ， 蒸汽在噴管中的流動過程是 有阻力 的； → 蒸汽將 消耗 一部分能量來 克服流動阻力 ； → 因此 ， 噴管中的流動不再是等熵流動 ， 但還是 絕熱流動 。 動葉作用： 1） 實現(xiàn)汽流的能量轉(zhuǎn)換 （ 蒸汽熱能 → 動能 → 機械能 ） ； 2） 實現(xiàn)對汽流 流動方向 的控制 。 熱力葉輪機械原理（ 1） XJTU 分析 3：比值 u/c1 對輪周效率 ηu的 影響最大 ； )(c os)c osc os1(2111122u cucu ????? ??????影響大?。?二次拋物線關(guān)系 在 時： 01?cu 0?u?在 時： 11 c o s??cu0?u?（ ， 轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)動 ， 對外作功 ） 0?u 0?uW熱力葉輪機械原理（ 1） XJTU 速 （ 度 ） 比 ：級的圓周速度 u與噴管出口速度 c1的比值 。 2/222 chc ? 余速損失： 22221 uuG ?—— 科氏力所作的功 （ 汽流克服離心力 而額外作 /消耗的一部分能量 ） 熱力葉輪機械原理（ 1） XJTU ◆ 輻流級的作功能力 向心級： 022221 ?? uu→ 作功能力 最大 軸流級 ： 022221 ?? uu→ 作功能力 次之 離心級： 022221 ?? uu→ 作功能力 最小 熱力葉輪機械原理（ 1） XJTU 三 、 輻流式級的反動度和汽流相對速度 輻流式 透平級的流動過程和計算公式與 軸流式 相比 ，有 相同 /不相同 點 。nnh ?、? —— 分別是 導(dǎo)葉 能量損失和能量損失系數(shù)； 39。 → 當(dāng)噴嘴出口壓力 ， 斜切部分只起導(dǎo)流作用 crpp ?1→ 當(dāng)噴嘴出口壓力 ， 斜切部分發(fā)生膨脹 ， 特性線向下游擴展； crpp ?1→ 當(dāng)噴嘴出口壓力 ， 特性線與 AC邊重合； crppp ?? 極限1→ 當(dāng)噴嘴出口壓力 ， 汽流在斜切部分外發(fā)生 膨脹 ， 與斜切部分無關(guān) 。 kkpp1100?? ?kpp10101 ????????? ??1p1?1i 1t s② 計算 噴管出口理想汽流速度 和臨界速度 蒸汽在噴管中的流動過程是定常流動 。 ◆ 研究方法 1） 理論方法 ：采用一元流動分析法，研究透平級的能量轉(zhuǎn)換、通 流能力和變工況特性（可以很好反映出：能量轉(zhuǎn)換、 通流能力以及變工況的實質(zhì)）。熱力葉輪機械原理（ 1） XJTU 西安交通大學(xué) 能源與動力工程學(xué)院 熱動力工程系 王新軍 熱力葉輪機械原理 Principle of Thermal Turbomachinery 熱力葉輪機械原理（ 1） XJTU 第一章 透平級工作原理 概論 ◆ 動葉柵 ： 安裝在葉輪上并與主軸相連，在工作中是 轉(zhuǎn)動的部分，稱為轉(zhuǎn)子。 2） 實驗方法 ：通過實驗得到葉柵的能量損失 ， 用來分析葉柵流動 效率問題 。 蒸汽沒有對外作功： 與外界沒有熱量交換： 理想流動沒有摩擦阻力： 等熵絕熱流動過程 。 極限pp ?1熱力葉輪機械原理（ 1） XJTU ◆ 斜切部分的膨脹極限與極限壓力 → 極限膨脹情況：出口邊 AC成為最后一條膨脹特性線 （ 馬赫線 ） ； → 馬赫線與汽流流動方向所成的夾角為馬赫角： d11 ??? ??有： ddcaM 1111s i n ???ddddcrcrd caMcc111111111s i n)s i n( ???? ?????熱力葉輪機械原理（ 1） XJTU → 利用等熵過程關(guān)系式： kcrkdkcrdcrdpp 111111 )( ???? ????kkdddcrd kpkkpkca11*0*01112112????? ???得到： 1211*011 )(s i n)22( ?????kkkkdd kpp ??◆ 斜切部分的膨脹極限壓力： *01211 )(s i n pp k kcrd ?? ??熱力葉輪機械原理（ 1） XJTU 五 、 動葉通道中的流動過程和通流能力 在汽輪機中 ， 動葉的形狀與噴管 （ 靜葉 ） 的形狀相似 。bbh ?、? —— 分別是 動葉 2能量損失和能量損失系數(shù)； 2ccch ?、—— 分別是 余速 能量損失和能量損失系數(shù)； 熱力葉輪機械原理（ 1） XJTU ◆ 各項 焓降 和 損失 在 i s 圖上的表示方法 1) 級 的等熵滯止焓降 *sh2) 噴管 等熵滯止焓降 *1sh3) 動葉 等熵焓降 sh24) 級 的有效焓降 uh5) 噴管 實際焓降 1h6) 動葉 實際焓降 2h7) 噴管 能量損失 nh8) 動葉 能量損失 bh9) 余速 能量損失 2ch動葉 2等熵焓降 動葉 2實際焓降 動葉 2能量損失 導(dǎo)葉等熵焓降 導(dǎo)葉實際焓降 導(dǎo)葉能量損失 雙 列 復(fù) 速 級 熱力葉輪機械原理（ 1） XJTU ◆ 各項焓降和損失在 圖上的表示方法 si? 純沖動級 帶反動度 （ ） 的透平級 雙列復(fù)速級 圖 各項焓降和損失在 圖上的表示方法 0??si?熱力葉輪機械原理（ 1） XJTU 四 、 最佳速比 與最大輪周效率 的關(guān)系 optcu )(1max)( u?影響效率的 三個因素 ： 噴管損失 ： 動葉損 失 ： nhbh→ 取決于速度系數(shù) φ和 ψ ； → 反映汽流在葉柵中的流動效率； → 與葉柵幾何參數(shù)和氣動參數(shù)有關(guān)； → 后面章節(jié)單獨介紹 。 表現(xiàn)在： ① 噴管內(nèi)的流動過程與計算公式 ， 與軸流級的完全相同； ② 動葉通道內(nèi)的流動過程 、 汽流相對速度以及反動度的含義 與軸流級 略有不同 ， ◆ 多了一項離心絕熱焓降 ， ◆ 其它形式相同 。 **2scbnsu hhhhh ?????輪周效率： 熱力葉輪機械原理（ 1） XJTU 1) 純沖動級 （ Ω= 0） 能量方程： *1 )1(2 ss hc ??? *2 sh?scc 11 ??21*2 2 whw ss ??? 1w?sww 22 ??22121*1*22 ?cchh sss ???得到： 熱力葉輪機械原理（ 1） XJTU 22111122)c o s)(c o sc o s1(?????cuc ???)(c os)c osc os1(2111122cucu ????? ?????*2211 )c osc os(shccu ?? ??*2211*)c osc os(ssuu hGccGuhGN ??? ?? ＝輪周效率： 熱力葉輪機械原理（ 1） XJTU 分析 1：速度系數(shù) φ和 ψ對輪周效率有 很大影響 ； )(c os)c osc os1(2111122u cucu ????? ??????分析 2：噴管出口汽流角 動葉進口汽流角 動葉出口汽流角 對輪周效率 也有影響 ； 1?1?2?速度系數(shù) φ↑ / ψ ↑ — → 輪周效率 ↑ 變化不大 。 動葉通道 類型 ： → 收縮葉柵 → 縮放葉柵 動葉結(jié)構(gòu)： 1） 兩種動葉的汽流流道都是 彎曲 的； 2） 兩種動葉都有一個 斜切部分 。 0i *0ish1 *1shsc1c ons tcii ??? 2200*0能量方程： 應(yīng)用到噴管進口 （ 00截面 ） 和出口 （ 11截面 ） ： 20220221 2)(2 chciic sss ?????*11*0 2)(2 shii ???得到