汽轮机原理课件汇总(最新最全面).ppt

1、1汽轮机原理2017.32绪论1 火电厂基本概念（一）能量转换过程燃料化学能 蒸汽热能 机械能 电能（二）火电厂三大主机锅 炉：将燃料的化学能转变为蒸汽的热能汽轮机：将锅炉生产蒸汽热能转化为转子旋转机械能发电机：将旋转机械能转化为电能3B：锅炉S：锅炉过热器T：汽轮机C：冷凝器P：水泵STCPBTS12341243火力发电厂示意图年份装机容量（亿千瓦）历经年数18790（有电）1987110819952820003520044420055-5.114我国电力事业发展概况年份人均国民生产总值（元/人）人均装机容量（千瓦/人）人均发电量（千瓦时/人）人均净用电量（千瓦时/人）人均生活用电量（千瓦时

2、/人）19943654.60.1668774.1642.273.019954767.00.1793831.4694.482.919965539.30.1933881.9737.093.019976048.20.2057917.4763.2101.419986373.90.2222927.6773.0111.219996516.90.2373979.4814.7116.720007062.90.25231081.1915.2132.120017516.70.26531162.7995.2144.15历年人均指标年份发电设备年利用小时数发电厂用电率（%）线路损失率（%）发电标准煤耗g/(kw.h)

3、供电标准煤耗g/(kw.h)199452336.908.73381414199552166.788.77379412199650336.888.53377410199747656.808.20375408199845016.668.13373404199943936.508.10369399200045176.287.70363392200145886.247.553573856历年主要技术经济指标年份能源生产弹性系数电力生产弹性系数19940.550.8519950.830.8419960.210.7419970.170.581998-0.780.271999-1.620.922000-0.

4、011.3720011.281.157历年能源和电力弹性系数年份生产总量（万吨标准煤）消费总量（万吨标准煤）保证程度（%）19579 8619 644102.25197862 77053 144109.841991104 844103 783101.021992107 258109 17098.241996132 616138 94895.042000109 000128 00085.158我国能源供需变化情况煤炭石油天然气水电19947517.41.95.7199574.617.51.86.1199674.7181.85.5199771.520.41.76.2199869.621.52.26

5、.719996823.22.26.6200066.124.62.56.89我国能源消费结构（%）年份原煤原油天然气水电197870.323.72.93.1198069.423.83.03.8198572.820.92.04.3199074.219.02.04.8199575.316.01.98.2200066.621.83.48.2200168.020.23.48.410我国能源生产构成（%）112000年世界一次能源供给的构成122000年全球电力生产的能源构成大中型水电60.82 Mtce生物质能（传）290.80 Mtce小水电39.05 Mtce微水电0.10 Mtce生物质能（新）6

6、.77 Mtce太阳能6.88 Mtce地热0.65 Mtce风力发电0.56 Mtce13中国2003年可再生能源开发利用量14152 汽论机分类：16汽轮机冲动式汽轮机反动式汽轮机背压式汽轮机调节抽汽式汽轮机凝汽式汽轮机供热式汽轮机低压汽轮机中压汽轮机高压汽轮机超高压汽轮机亚临界压力汽轮机超临界压力汽轮机按作功原理分按功能分按参数高低分17按热力特性分类（即汽轮机型式）凝汽式、中间再热式背压式调整抽汽式供热TurbineTurbine热用户Turbine18按主蒸汽参数分类低压汽轮机：小于1.47 Mpa；中压汽轮机：1.96 3.92 Mpa；高压汽轮机：5.88 9.81 Mpa；超高

7、压汽轮机：为11.77 13.93Mpa；临界压力汽轮机：15.69 17.65Mpa；超临界压力汽轮机：大于22.15 Mpa；超超临界压力汽轮机：大于32 Mpa1971200020102030年增长率（%）煤274941122018262.2石油613374808263.0天然气443812165.5核电0633909.3水电42741773.5其它016136.8总和3431355186130482.719我国一次能源需求的情景预测（Mtce)1971200020102030煤98108117233503石油16465154天然气01974349核电01790242水电30222333

8、622其它021042总共14413872282481320我国电力生产的情景预测(TWh)213 汽轮机的主要技术发展采用大容量机组提高蒸汽初参数采用联合循环系统提高效率提高机组的运行水平4 汽轮机制造工业美国日本通用电气公司、西屋电气公司日立制作所、东芝电器会社、三菱重工株式会社瑞士中国BBC公司哈尔滨汽轮机厂、上海汽轮机厂、东方汽轮机厂、北京重型电机厂、青岛汽轮厂、武汉汽轮发电机厂、杭州汽轮机厂、南京汽轮发电机厂22第一章汽轮机级的工作原理第一节 概述一，汽 轮 机 的 级、级内能量转换过程1，汽轮机的级：静叶栅 动叶栅是汽轮机作功的最小单元。23242，级内能量转换过程：具有一定压力、

9、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。25263，冲动级：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。274，反动级：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

10、，两种力同时作功。通常称这种级为反动级。28hthn+hbhn(1 m)htm ht29二，反动度m=hb*hb*=*hb=纯冲动级来说，=、=0、=，蒸汽流出动叶的1p 2p bh *nh th三，冲动级和反动级30冲动级有三种不同的形式：1，纯冲动级：通常把反动度等于零的级称为纯冲动级。对于为了提高级的效率，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。*速度C,具有一定的动能 C未被利用而损失，称这种损失为余速损失，用 hc 2 表示。2，带反动度的冲动级3.复 速 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

11、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。4.反 动 级通常把反动度 =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hb =hn*=12 ht*。反动级是在冲动力和反动力同时作用下作功。反动级的效率比冲动级高，但作功能力小。31p1 p2 ，32第二节汽轮机级内能量转换过程一，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

12、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：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。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。33h0+2.能 量 方 程 式34基本方程式：说明：这些基本方程式在能源动力装置基础一书中讲过，不过多重复。1.连 续 方 程 式 G=c A=cA=const.v+Wc122+q=h1+c0223.状 态 及 过 程 方 程 式pv=RT4

13、.动 量 方 程 式pv k =const.cdc=-vdp cdp R1 dk=cdc5.气 动 方 程 式caM=kvpa=kp(C1 C2)=h0 h1=35二，蒸汽在静叶栅通道中的膨胀过程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1 2 1 22 2对于过热蒸汽，可近似看做理想气体，则上式可写成：122 2(p0 v0 p1v1)kk 1p 0 v 0 1 +c 236（一）喷 嘴 出 口 汽 流 速 度 计 算1，喷嘴出口的汽流理想速度在进行喷嘴流动计算时，喷嘴前

14、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1-7所示。根据式（2-9)，则喷嘴出口汽流理想速度为-蒸汽按等熵过程膨胀的终态焓（J/kq)。2(h 0 h1 t)+c 02c 1 t =0 p 1 p 0 2 kk 1或者式（2-10）为c 1 t =k 1k上二式中，c1t-蒸汽流出喷嘴出口的理想速度（m/s)；h1t=h0+C0 =h0+hc 0p0 v0 1 (p1 k)p037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：把相应的滞止参数式(1-17)和（1-20)，则1 22h0*c1t =2hn*k 12kk 1c1t =图1-7图1-7

15、中，hn=h0 h1tp0*、v0*、h0*分别代入图18压力、焓降、截面积、汽流速度、音速、比容沿流动的变化规律38hn=(C1t C1 =C1t(1 2)=(1 2)hn*2，喷嘴出口的汽流实际速度3，喷嘴损失(1-26 )(1-26 a )39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c1=c1t1 2 1 2 1 22 2 2蒸汽在喷嘴通道中流动时，动能的损失称为 喷嘴损失，用hn 表 示：=(1 2)n=hnhn*喷嘴损失与喷嘴理想焓降之比称为喷嘴能量损失系数，用 n 表示：aCa0

16、p0*、v0*知时，a0 一定值。40(二）喷 嘴 中 汽 流 的 临 界 状 态1，临界速度，当在式（2-12)中用滞止参数表示有关参数时，代入音速公式，则有为滞止状态下的音速。当在膨胀过程中，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等表示。汽流的音速为 a=kpv=kRT22=+*2k 12k 1上式中，0a*状态。这时的参数为临界参数，用 pcr、vcr、ccr若以 代入（2-16)则临界速度为：ccr =p0*v0*=kpcr vcra0*=2kk+12k+1pcr kpcr =p0(2，临界压力对于等熵膨胀过程来说，有，则上式为v0*v

17、cr)p0*2k+1根据(2-17),临界压力为：pcr =(1v0*vcr=(*)p0*k)k 12k+1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，用 cr 表示：*kk 1p0 k+1对于过热蒸汽（k=1.3)则 cr =0.546;对于饱和蒸汽（k=1.135)则 cr =0.577.41=(M 1)（三）喷 嘴 截 面 积 的 变 化 规 律（1）当 汽 流 速 度 小 于 音 速，即 M0，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。（

18、3）当汽流速度在喷嘴某截面上刚好等于音速，即M=1，这时，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。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。421 dcc dx1 dAA dx(1-3 10 )2Gt =Anp0*(G1=An2kk )k 1v0*（四）喷 嘴 流 量 计 算43计算(1-3 2)-喷嘴出口处理想汽流速度，(m/s);称c1t*v1t -喷 嘴 出 口 处 比 容，（m/k q)。1若用（2-1

19、2a)表示 ，又有 =*(1)k ,则上式为v1t v0 p02 k+1kn n n =p1 p0 为喷嘴前后压力比。1，喷嘴的理想流量 Gt喷嘴的理想流量 Gt 可用下式计算:c1tv1t式中，An -喷嘴出口处截面积，(m);p0*2，喷嘴流量曲线对于式(1-33），当喷嘴前的参数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1-11(1-3 6 )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。44缩小时，流量逐渐增加，当喷嘴前后压力比等于临界压力比（n =cr )，G

20、t 达最大值，如B所示。这时的流量称为临p0*、v0*和喷嘴出口截面积 An 一定时，通过喷嘴的流量Gt界流量，用 Gcrt 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：p0*v0*k(2k+1Gcrt =Ank+1)k 1 *=Anv0c1 c1t v1t n =称为喷嘴流量系数。对于过热蒸汽，取 n式中，对于过热蒸汽：Gcr =0.648 AnGcr =0.647 An453，通过喷嘴的实际流量的计算=动，=1。Gt =Gt=v1tv1通过喷嘴的实际流量为：G=An =Anv1 v1 v1t(1-39)v1tv10.97；对于饱和蒸汽，取 n =1

21、.02。考虑了流量系数之后，通过喷嘴的实际流量为：p0*v0*p0*v0*对于饱和蒸汽：另外还可以用单一的计算公式表示：p0*v0*其中，称为彭台们系数。对于亚临界流动，w1 。这样，汽流从动叶通道中流出的绝对速度的大小和方向可以从图解得到。c2、2 可用下式求得：c2 =W22 +u 2 2uW2 cos 2W2 sin 2W2 cos 2 u 2 =arcsin（二）蒸汽作用在动叶片上的力及轮周功50为求取蒸汽在动叶栅作功大小，必先求取蒸汽对动叶栅的作用力。1，蒸汽对动叶片的作用力蒸汽在动叶栅通道中要改变方向、或者还要膨胀加速，其对动叶片的作用力可用下式进行计算：圆周分力(1-64 )或者

22、轴向分力或者合力(1-64 a )(1-67 )(1-68 )-动叶通道轴向投影面积。Fu =G(W1 cos 1+W2 cos 2)Fu =G(C1 cos1+C2 cos 2)Fz =G(W1 sin 1 W2 sin 2)+Az(P1 P2)Fz =G(c1 sin 1 c2 sin 2)+Az(P1 P2)F0 =Fu2+Fz2以上各式中，G -单位时间内流过动叶栅的流量；AzWu1 =(c12 c22)+(w22 w12)512，轮周功和轮周功率(J/s)用G除以上二式，得到每1kq蒸汽所作出的轮周功。轮周功表示作功或者，结合速度三角形和余弦定理，轮周功还可以用下式表示：(J/kq)

23、蒸汽通过汽轮机的级在动叶片上所作的有效机械功称为轮周功。而单位时间内作出的轮周功称为轮周功率。轮周功率为圆周分力和圆周速度的乘积：N u =Fu*u=G*u(C1 cos1+C2 cos 2)或者，N u =Gu(w1 cos 1+w2 cos 2)能力，用 Wu1 表示：Wu1=u(c1 cos1+c2 cos 2)Wu1=u(w1 cos 1+w2 cos 2)12其中，hb*=hb +W12 =hb +hw1523，动叶栅出口汽流相对速度和绝对速度通过动叶通道的能量方程式可得到动叶栅出口汽流相对理想速度为：这样，,由于通过动叶栅的流动是有损失的，为了说明问题 引用动叶速度系数。这样，动叶

24、出口的实际相对速度为w2t =2(h1 h2t)+w12t 结合图1-17，焓降hb =h*称为动叶栅理想焓降，hb=h1 h2t。w2t =2 m ht*+w12 =2hb*12称为动叶栅的滞止焓降。w2 =w2t =2hb*hb =(W22t W22)=(1 2)hb*534，动叶损失动叶损失就是蒸汽通过动叶栅的能量损失，由于动叶损失的存在，则动叶损失为：(1-62)在计算时，通常取=0.850.95。使动叶出口的焓值由 h2t 升到h212动叶损失 hb 与hb 之比成为动叶栅的能量损失系数，即=1 2 b =hbhb*hc 2 =C2254叶，其具有的动能称为余速损失：在多级汽轮机中，

25、余速损失可以被下一级所利用，其利用程度可用余速利用系数表示，=01之间。5、余速损失由速度三角形可知，蒸汽在动叶栅中作功之后，最后以绝对速度c2 离开动12c022+ht (hn +hb +hc 2)hu =0考虑了喷嘴损失、动叶损失和余速损失之后，汽轮机的级在h-s图上的过程曲线如图1-21所示。图中，称为级的轮周有效焓降：(1-76)55作业与思考题：角形(标出速度、角的符号和数值）。3、分析喷嘴截面积的变化规律。4、分析蒸汽在喷嘴斜切部分的流动规律。?0cc2；级后蒸汽压力为 p 2 =1.5MPa。级的反动度 m =0.12 。喷嘴出汽角 1=11.1 0 ，动叶出汽角 2 =18.3

26、0 。若级的速度比 x1 =u c1=0.54，喷嘴速度系数 =0.97，进入喷嘴的初速度 =52.3m/s ，试计算动叶出口相对速度 及绝对速度 ，并绘制动叶进出口速度三角形(标出速度、角的符号和数值）。；级后蒸汽压力为 p4 =4.37MPa。进口初速动能 hc 0 =1.214 kJ/kg，级的平均直径 d m =998.5 mm，级的反动度为 m =0.0794。喷嘴出汽角 1=10.78 0 ，动叶出汽角 2=17.90 。喷嘴和动叶的速度系数分别为?=0.97、=0.935，机组转速n=3000r/m。试绘制动叶进出口速度三561-3 汽轮机级的轮周效率和最佳速度比蒸汽在级内所具有

27、的理想能量不能百分之百地转变为轮周功，存在着损失。为了描述蒸汽在汽轮机级内能量转换的完善程度，通常用各种不同的效率来加以说明。一，轮周效率与速度比2，级的理想能量：一般来说，级的理想能量是级的理想焓降、进入本级的动能和本级余速动能被下一级所利用部分的代数和，即Wu1E0huE0=u =具有的理想能量 E0 之比称为级的轮周效率,即1，轮周效率：蒸汽在汽轮机级内所作出轮周功 Wu1 与它在级内所c222c022=ht*1hc 2+ht 1E0=03，级的理想速度：为了研究方便，这里引入一个级的理想速与级的理想能量之比，称其为喷嘴、动叶和余速能量损失系数。57124，级的轮周效率：u =1 n b

28、 (1 1)c 22u(C1 cos1 C2 cos 2)或者式中，n、b、c 2 分别为喷嘴损失、动叶损失和余速损失5，速度比：从式（1-80)可以看到，为了提高 级的轮周效率，则要求减少喷嘴损失、动叶损失和余速损失。其中，前二项损失与相应的速度系数?、有关。如果选定了动静叶栅的叶型，则系数?、就确定了。这样，为了提高轮周效率，就得尽量减少余速损失。而余速损失，很显然零。这里从动叶进出口速度三角形上来分析。为了说明问题，把动叶进出口速度三角形画成图1-22的形式。其中，图b,动叶出口速度刚好为轴向表示。表示。它是汽轮机级的一个很重要的特性。速度比的取值直接影响汽轮机的效率和作功能力。对于不同

29、型式的级，其最佳速度比是不相同的。58c2 不可能为c2样，使c2 达到轴向排汽的速度比u/c1 称为最佳速度比，用(x1)opa级的速度比通常用字母 x1=u c1 或xa =u c排汽，其余速损失最少。只要u/c 1选用合理，就能达到轴向排汽的目的。而图a、b中的u/c 1都不可能使 c2 轴向排汽，也就不可能使余速损失最小。这通常，复速级的最佳速度比为：(x1)op =cos159二，轮 周 效 率 与 速 度 比 的 关 系（1）对于不考虑余速利用的纯冲动级：其最佳速度比是：对于反动度不为零的冲动级，0.48 0.52；当考虑余速利用的中间级，0.585左右。若取=0.94。或2 2一

30、般来说，1=120 160，因此，（x1)=0.46 0.49.若取?=0.97,则（xa)=0.45 0.48.(xa)op =14=0.20.28之间。（2）对于复速级，其最佳速度比为：(xa)op(xa)op =（3）对于反动级，其最佳速度比为：(x1)op =cos1?=0.93,1=200,则(x1)op=cos11、已知汽轮机某级前压力 p0 =5.2MPa，温度 t 0 =470 C作业与思考题：；级后蒸汽0压力为 p 2 =4.4MPa。进口初速动能 hc 0 =1.2 kJ/kg，级的平均直径0动叶出汽角 2 =17.9 0 。喷嘴速度系数分别为?=0.97，机组转速n=30

31、00r/m。若排汽动能全部利用，试求级的有效焓降和轮周效率。2、已知单级汽轮机，级的平均直径 d m=106.7cm，转速n=3000r/s，喷嘴出汽角1 =18 0 ，级的速度比 x1 =u c1 =0.42，喷嘴速度系数分别为0Fu，轮周功率60级的流量G=7.26kg/s，试求蒸汽作用在动叶片上的切向力N u 和轮周效率u，并画出级的速度三角形。前提条件：蒸汽流量G，参数 p0、t0 、21-4 汽轮机级通流部分主要尺寸的确定；转速，初。np速 c0，级的平均直径 d m ，反动度 m n一，叶栅型式的选择：1，喷嘴叶栅型式的选择喷嘴叶栅型式的选择主要决定于需要得到多大的出口速度。即根据

32、喷嘴前后压力比 来确定：当需要得到小于或等于音速汽流时，即 n 0.546，可选用渐缩喷嘴。当喷嘴前后压力比还不大于0.30.4时，即0.3 n0.546，仍然可选用渐缩喷嘴，这时，可利用喷嘴斜切部分继续膨胀加速，以得到超音速汽流。当喷嘴前后压力比小于 n 0.3时，则必须选用缩放61p1*；再根据压力比 b =2，动叶栅型式的选择动叶栅型式的选择的方法和静叶栅相似。但动叶栅通道中的流动多为亚音速流动。根据动叶栅的各参数，根据速度三国产汽轮机常用动叶叶型见表1-2(p42)。62角形，计算 w1，查压力比相比，是否超临界。*的值和临界p1p 2-喷嘴出口处的蒸汽比容，m /kg63二，喷嘴叶栅

33、与动叶栅尺寸的确定：汽轮机热力设计的任务，除了确定级的效率、功率和蒸汽对叶片的作用力之外，还必须选定动静叶片的型线、有关几何尺寸大小。（一）渐缩喷嘴（1）当喷嘴前后压力比等于或大于临界压力比时，喷嘴出口汽流速度小于或等于临界速度。与喷嘴出133所示，其面积为：-流 量 系 数，对 于 过 热 蒸 汽，-喷嘴出口汽流理想速度(m/s)。Gv1t n C1tAn =v1t3口汽流速度c1t 相垂直的截面An 为最小截面，如图式中，G -级的蒸汽流量，（kg/s)；n =0.97 ,对 于 饱 和 蒸 汽，n n =1.02;c1t若整级喷嘴个数a l =ln tn sin 1则后压力比来确定。64

34、zn，每个汽道喉部面积为：n n级的喷嘴出口总面积为：An =zn tn ln sin 1上式中，tn 为喷嘴节距，Z n ln 为安装有喷嘴的弧长。当级为全周进汽时，Z n ln =d m （d m 为级的平均直径）。当级为部分进汽(e n 0.3 ，这时，仍然选用渐缩喷嘴,是利用其斜切部分继续膨胀而得到超音速汽流。这时喷嘴出口汽流角要发生偏转。喷嘴喉部截面积和叶高分别为：G0.648 p0*/v0*(An)min =(An)mined m sin 1ln =v1t Ccrvcr C1t喷嘴出口汽流偏转角由下式确定：sin(1+1)sin 1上式中，-喷嘴喉部截面处的比容；crCb w2t6

35、6（三）动叶栅几何参数的确定动叶栅几何参数的计算方法和静叶栅相似。但动叶栅通道中的流动多为亚音速流动。动叶栅出口截面积和叶高可按下式计其中，动叶出汽角由所选定的叶型确定。国产汽轮机常用动叶叶型见表1-2。2算：A =Gv2t =ed l sin b b bAbedb sin 2lb=其中，v2t -动叶栅出口理想比容；w2t -动叶栅出口相对速度；b饱和 蒸汽，b =0.940.98；e-部分进汽度。=1114；1一些，一般，1 1813=。另外，在复速级中，要使通流部分光滑变)87();105();53(000 =67三，喷嘴叶栅与动叶栅几个主要参数 的 选 定通常，喷嘴出汽角复速级几何的参

36、数可按上述方法计算，但复速级的喷嘴出汽角比单列级大化。为此，复速级必须适当地采用反动度以满足通流部分光滑变化。复速级各列叶栅的出汽角可以在下列范围内选择 。（二）部分进汽度的选择：1，一般采用全周进汽（e=1）；小型机采用部分进汽（e1）；2，调节级采用部分进汽（e1），分47组。（三）盖度的选择：通常要求动叶进口高度略大于喷嘴出口高度。（一）喷嘴出汽角1 的选择02 1 1 1 2 168（四）冲动级内反动度的合理选用：3，当根部反动度=0.030.05 时可以达到以上目的，同时也可以使动叶前后压力差不至太大以至造成大的叶顶漏汽损失。纯冲动级具有作功能力大的特点，但其效率较低。当适当地选用反

37、动度之后，就可以达到提高效率的目的。这是因为，采用适当的反动度，可以提高动叶的速度系数，以减小动叶损失；也可以减小动叶根部轴向间隙中由于吸汽而产生的附加损失。1，当根部反动度较大时，则平均反动度会更大，会造成叶顶和平衡孔漏汽，因而产生损失；2，当根部反动度太小或者为负时，会造成叶片根部吸汽，或者使级后蒸汽通过平衡r 孔回到动叶前，造成损失；-m =1 (1 r)(d b lbd bt =1 (1 m)(db lbdb+lb69图136在进行汽轮机热力设计时，通常是按级的平均直径处的平均反动度进行计算的。但级的反动度沿叶高是变化的，这样，平均反动度为：叶根反动度为：(1-128)(1-129)式

38、中，动叶栅的平均直径、叶高。)d b、lb70确定某一级的反动度，除了合理选用动静叶栅之叶之 外，主 要 是 靠 通 过 一 定 的 动 静 叶 栅 出 口 面 积 比(f）来现的。即一定的反动度对应一定的动静叶栅出口面积比f）。面 积 比 随 着 反 动 度 的 增 加 而 减 小。汽 轮 机 中 反 动与动静叶栅出口面积比的对应范围为：1.直叶片级f=1.86-1.65 .f=1.7-1.4 .为：m =0.05 0.20,2.扭 叶 片 级 m =0.2-0.4 ,型实 m（度3.复 速 级复 速 级 的 反 动 度 在 m =0.030.08 范 围 内，则 其 面 积 比f n:f1

39、b:f gb:f 2b=1:(1.6 1.45):(2.6 2.35):(4 3.2).15 叶栅试验与叶栅损失这里，只简单介绍叶栅几何特性一，叶栅几何特性1，叶型、型线：叶片截面的形状、周线分别称为叶型、型线；2，等截面叶片和变截面叶片：叶型及面积沿叶高不变的叶片称为等截面叶片，反之为变截面叶片。3，亚音速叶栅、近音速叶栅、超音速叶栅。4，叶栅几何参数：（如图138）d m-平均直径；l 叶高；t 节距；B叶片宽度；b弦长；7172径高比。a a 出口边厚度；a 、1、2 进出口宽度。t=lb 相对叶高；dl=a s 、s 喷嘴、动叶叶型安装角。*6，汽流角度：a0 、1喷嘴、动叶进口汽流角

40、；a1 、2喷嘴、动叶出口汽流角；aog 、1g喷嘴、动叶叶型进口角；a1g 、2 g喷嘴、动叶叶型出口角；图138 16汽轮机级内损失和级效率前 面 提 到 的 喷 嘴 损 失hn 、动 叶 损 失hb、余 速 损 失hc 2 都是 级 内 损 失。除 此 之 外，级 内 损 失 还 包 括：叶 高 损失 hl、扇 形 损 失h、叶 轮 摩 擦 损 失 h f、部 分 进 汽 损失he 、漏 汽 损 失hleak、湿 汽 损 失hx 。当然，不是每一都同时具有这所有损失，而是根据具体情况分别分析计算其不同的损失。如只有在部分进汽的级才有部分进汽损失，工作在湿蒸汽区的级才有湿汽损失。73hl

41、=一，级内损失1，叶 高 损 失将喷嘴和动叶中与叶高有关的损失称为级的 叶高损失 或叫 端 部 损 失。当 叶 片 较 短（一 般 说 叶 高 l 1 2-1 5)时，叶高损失明显增加。这时，必须采用部分进汽。叶高损失常用下面半经验公式计算：a=1.2 (单 列 级，不 含 扇 形 损 失）；a=1.6 （单列级，含扇形损失)；a =2(双列级）；-不 包 括 叶 高 损 失 的 轮 周 有 效 焓 降，=l -叶 栅 高 度(m m)。74al式 中，a-经 验 系 数，huhu2，扇 形 损 失由于汽轮机的叶栅是安装在叶轮上的，呈环形。汽流参数和叶片几何参数（节距、进汽角）沿叶高是变化的。

42、在设计时，只有在平均直径处，设计条件才能得到满足。而其他截面上，由于偏离设计条件将会引起附加损失。这个附加损失称 为 扇形 损 失h ，用 下 式 计 算：h =E0 (k J/kg)(1-147)1（1-14 7)式 中，=d b /lb 称 为 径 高 比。可 以 看 到，扇 形 损 失 的 大 小 与 径1 2 12 时，级 应 该 采 用 等 截 面 直 叶 片。等 截 面 直 叶 片 的 设 计 和 加工 都 比 较 容 易，但 存 在 着 扇 形 损 失；当 1m 1r。如果仍以平均直图17090（2）沿叶高相对节距不同所引起的损失：叶 片 是 安 装 在 叶 轮 上的，呈 环 形

43、，当 径 高 比 很 小 时,节 距 沿 叶 高 变 化 很 大。而 每 一 种叶 栅 都 有 一 个 最 佳 的 相 对 节 距，其对应叶 栅 的 效 率 最 高。只 要 偏离这一最佳值，都会引起损失，造成效率下降。（3）轴向间隙中汽流径向流动所引起的损失：蒸汽从动、静叶栅通道中流出时，都有一定的圆周速度，因此，在动、静轴向间隙中必然产生离心力作用，而产生径向流动。径向流动就会造成损失。而且，叶片越长，径向流动造成的损失就越大。因此，对于长叶片级来说，就不能采用短叶片级的来进行设计。就必须把长叶片级设计成型线沿叶高变化的变截面叶片，即扭叶片。扭叶片加工困难，制造成本高。长叶片级的设计普遍采用

44、径向平衡法。这种设计方法的核心问题就是确定动、静叶栅轴向间隙汽流的平衡条件。建立径向平衡条件，建立径向平衡方程式，然后求解径向平衡方程式，由此得出汽流参数沿叶高的变化规律。径向平衡法有简单径向平衡法和完全径向平衡法。一，简 单 径 向 平 衡 法简单径向平衡法是假设动、静叶栅轴向间隙中汽流作 轴对称的圆柱面流动，其径向分速为零，子午线曲线半径无穷大。求得的简单径向平衡方程式为：喷嘴出口轴向间隙：(1-186)(1-186a)动叶出口轴向间隙：上 二 式 中，p-蒸 汽 压 力；r-级 的 半 径；v-蒸 汽 比 容。91dp1dr1 C12uv1 r=dp2dr1 C22uv2 r=二，完 全

45、 径 向 平 衡 法完 全 径 向 平 衡 法 认 为，在 动、静 叶 栅 轴 向 间 隙 中，圆 周 方 向的 流 面 是 一 个 轴 对 称 的 任 意 回 转 面。完 全 径 向 平 衡 方 程 式 为：(1-185)Cu2rsin?m C mC m mcos?mRm1 p r+C m2(=式 中，-蒸 汽 密 度；Cu、Cm-汽 流 圆 周 分 速、子 午 分 速；?m -子 午 分 速 对 Z 轴 的 倾 角；R -流 面 上 某 点 的 曲 率 半 径。用简单径向平衡法设计所得到的流型有：理想等环量流型、等 角流型、喷嘴出口等环量和动叶出口连续流流型、等密流流型。用完全径向平衡法导

46、出的流型有：三元流流型、可控涡流型。92补充：高效新叶型的开发与应用931、SCHLIST叶型（平衡叶型），后加载叶型；2、分流叶栅（宽窄组合叶栅）；3、三元流场设计：弯扭叶片，可控涡流技术；4、高效、高可靠性末级长叶片技术。在100MW、125MW和200MW汽轮机改造中，就是利用这些新型高效叶片技术对通流部分进行改造，再配合：（1）新型汽封（可调汽封，多齿汽封，椭圆汽封；（2）高效进汽室涡壳进汽（无叶喷嘴），高效排汽缸。这三种机改造实践表明：通过改造后，功率增加10%，机组内效率提高，热耗降低，煤耗下降。949596979899100101102第二章 多级汽轮机第一节多级汽轮机的工作过程

47、一，多级汽轮机的特点和工作过程1，多 级 汽 轮 机 的采用：为了提高汽轮机的功率，就必须增加汽轮机的进汽量G 和蒸汽的理想焓降。从经济和安全两个方面来考虑，只有一个级的汽轮机要能有效地利用很大的理想焓是不可能的。为了有效地利用蒸汽的理想焓降，唯一的办法就是采用多级汽轮机。多级汽轮机的一级只利用总焓降中的一部分。使每一级都能在最佳速度比附近工作，就能有效地利用蒸汽的理想焓降，提高机组效率。和单级汽轮机相比较，多级汽轮机具有 单机功率大 和 内效率高 的特点。1多 级 汽 轮 机 有 冲 动 式 和 反 动 式 两 种。国 产 10 0 MW、12 5 MW、200MW 汽轮机都是冲动式多级汽轮

48、机；国产 300MW 汽轮机则是反动式汽轮机。多级汽轮机通常采用喷嘴调节（控制进 汽 量），称 之为 调 节 级，其 余 的 级 称 为 压 力 级。中 小 型 汽 轮机，通常采用 双列级 作为调节级，大功率汽轮机多用 单列级 作为 调 节 级。多 级 汽 轮 机 的 通 流 部 分 如 图 2-1所 示。蒸汽进入汽轮机各级膨胀作功，压力和温度逐级降低，比容 不 断 增 加。因 此，通 流 部 分 尺 寸 是 逐 级 增 大 的，特 别 是 在 低压部分，平均直径增加很快。即叶片的高度越来越长。由于受到材料强度的限制，叶片不可能太长，故大型汽轮机都采用 多排汽口。如国 产 2 0 0 M W

49、汽 轮 机，设 计 为三排汽口和两排汽口；国产300MW 汽轮机采用两排汽口。232，多 级 汽 轮 机 的 工 作 过 程：蒸汽在多级汽轮机中汽状态点，就是下一级的进汽状态点。把各点连接起来，就是多级汽轮机的热力过程曲线。整个热力过程曲线由三部分所组成：进汽机构的节流过程，各级实际膨胀过程,排汽管道的节流过程。t膨 胀 作 功 过 程 和 在 级 中 的 膨 胀 作 功 过 程一 样。作功过程是重复的，但参数是变化的。3，多级汽轮机的热力过程曲线：其热力过程曲线如图2-2。调节级前的蒸汽状态点为A0(p0,t 0)，排汽压力用pc 表示。汽轮机总理想焓降为H。由于进汽机的节流损失和排汽机构的

50、压力损失，故调节级喷嘴前的实际状态点为 A0,而汽轮机末级动叶出口压力为 pc。考虑了这两项损失之后，则总的理想焓降为 Ht。H i 为整机的有效焓降。多级汽轮机前一级的排第二节多级汽轮机的重热现象一，重热现象在hs 图上，在过热区内，随着温度增加，等压线是呈扩散形；在湿蒸汽区，等压线是斜率为常数的直线。因此，在hs 图上的两条等压线之间的距离（焓降）是随着熵的增加而增加的。这样一来，前一级的损失造成的熵增，能使后一级的理想焓降增加。即前一级的损失，加热了蒸汽本身，使后一级的进汽温度升高，即在后一级得到了利用这就是多级汽轮机的重热现象。4nt1th =1th ，2th 2th ，3th 3th