第一章汽輪機(jī)級的工作原理

1、第一章第一章 汽輪機(jī)級的工作原理汽輪機(jī)級的工作原理華北電力大學(xué)，能源動力與機(jī)械工程學(xué)院華北電力大學(xué)，能源動力與機(jī)械工程學(xué)院巨星一、概述一、概述 級、反動度的概念及特點(diǎn)級、反動度的概念及特點(diǎn) 速度三角形、熱力過程線速度三角形、熱力過程線 三個基本方程式：三個基本方程式： 連續(xù)方程連續(xù)方程 能量方程能量方程 狀態(tài)狀態(tài)（過程）（過程）方程方程本本 節(jié)節(jié) 要要 點(diǎn)點(diǎn)一、汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)簡介一、汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)簡介 組成組成(1)(1)靜止部分靜止部分( (靜子靜子) )：包括汽缸、噴嘴室、隔板、隔板：包括汽缸、噴嘴室、隔板、隔板套套( (靜葉持環(huán)靜葉持環(huán)) )、靜葉柵、汽封、軸承、軸承座、機(jī)、靜葉柵、汽封、軸

2、承、軸承座、機(jī)座、滑銷系統(tǒng)及相關(guān)緊固件等；座、滑銷系統(tǒng)及相關(guān)緊固件等；(2)(2)轉(zhuǎn)動部分轉(zhuǎn)動部分( (轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子) )：包括主軸、葉輪：包括主軸、葉輪( (或轉(zhuǎn)鼓或轉(zhuǎn)鼓) )、動葉、動葉柵、圍帶、拉筋、聯(lián)軸器及相關(guān)緊固件等；柵、圍帶、拉筋、聯(lián)軸器及相關(guān)緊固件等；(3)(3)控制部分控制部分：由調(diào)節(jié)系統(tǒng)、保護(hù)裝置和油系統(tǒng)等。：由調(diào)節(jié)系統(tǒng)、保護(hù)裝置和油系統(tǒng)等。2. 2. 概念概念通流部分：通流部分：汽輪機(jī)汽輪機(jī)本體中做功氣流的本體中做功氣流的通道通道主汽門、調(diào)節(jié)汽門、主汽門、調(diào)節(jié)汽門、導(dǎo)管、進(jìn)汽室、各導(dǎo)管、進(jìn)汽室、各級噴嘴和動葉、汽級噴嘴和動葉、汽輪機(jī)排汽管輪機(jī)排汽管級級：由一列靜葉柵和一列動葉柵

3、組成，完成蒸汽的熱能：由一列靜葉柵和一列動葉柵組成，完成蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的機(jī)械能的轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的機(jī)械能的最基本工作單元最基本工作單元。1. 1. 動、靜葉柵幾何參數(shù)動、靜葉柵幾何參數(shù)葉柵節(jié)距葉柵節(jié)距t t葉柵通道進(jìn)口寬度葉柵通道進(jìn)口寬度a a葉型弦長葉型弦長b b出口寬度出口寬度a a1 1和和a a2 2葉柵寬度葉柵寬度B B出口邊厚度出口邊厚度前緣點(diǎn)前額線后緣點(diǎn)后額線中弧線幾何進(jìn)口角汽流進(jìn)口角幾何出口角汽流出口角葉片安裝角靜葉動葉二、級的工作過程平均直徑平均直徑d dm m葉片高度葉片高度l l葉片高度葉片高度l ldmt漸縮型噴嘴喉部漸縮型噴嘴喉部斜切部分斜切部分 在噴嘴中：降壓增速，

4、熱力勢能轉(zhuǎn)變?yōu)樵趪娮熘校航祲涸鏊?，熱力勢能轉(zhuǎn)變?yōu)槠鞯膭幽芷鞯膭幽? 在動葉中：動能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能在動葉中：動能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能（沖動級沖動級和反動級有別和反動級有別）。001122對于沖動式汽輪機(jī)，當(dāng)蒸汽通過噴嘴和動對于沖動式汽輪機(jī)，當(dāng)蒸汽通過噴嘴和動葉后，其壓力、速度的變化趨勢如右圖。葉后，其壓力、速度的變化趨勢如右圖。 特征截面或計算截面特征截面或計算截面 噴嘴前：噴嘴前：0-00-0； 噴嘴后（動葉前）：噴嘴后（動葉前）：1-11-1； 動葉后：動葉后：2-22-2。2222( (), )c wp t000(, )cp t 噴嘴1111( (), )c wp t 動葉2. 2. 蒸汽在級內(nèi)

5、的流動過程：流體力學(xué)蒸汽在級內(nèi)的流動過程：流體力學(xué) 從噴嘴流出的高速汽流沖擊在汽輪機(jī)的動葉上，汽流給動葉從噴嘴流出的高速汽流沖擊在汽輪機(jī)的動葉上，汽流給動葉施加了一個施加了一個沖動力沖動力Fi 。 蒸汽在動葉通道內(nèi)膨脹加速，離開動葉通道時，給動葉一蒸汽在動葉通道內(nèi)膨脹加速，離開動葉通道時，給動葉一個與汽流運(yùn)動方向相反的作用力，稱為個與汽流運(yùn)動方向相反的作用力，稱為反動力反動力Fr 。 一般情況下，蒸汽在動葉通道一般情況下，蒸汽在動葉通道內(nèi)流動時，一方面給動葉柵一內(nèi)流動時，一方面給動葉柵一個個沖動力沖動力F Fi i的作用，另一方面，的作用，另一方面，在動葉通道內(nèi)繼續(xù)膨脹，給動在動葉通道內(nèi)繼續(xù)膨

6、脹，給動葉柵一個葉柵一個反動力反動力F Fr r的作用，這的作用，這兩個力的方向都不與輪周方向兩個力的方向都不與輪周方向一致，兩個力的合力一致，兩個力的合力F F作用在作用在動葉柵上，其在輪周方向上的動葉柵上，其在輪周方向上的分力分力F Fu u使動葉柵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生。使動葉柵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生。 FzFz為軸向力為軸向力Fz動葉受力分析動葉受力分析動葉進(jìn)出口汽流速度三角形動葉進(jìn)出口汽流速度三角形 動葉進(jìn)口速度三角形動葉進(jìn)口速度三角形 動葉出口速度三角形動葉出口速度三角形22cwu 11wcu 1c11,p h22,p hu1w11u2c2w22汽流的絕對速度汽流的絕對速度60bd nu圓周速度圓周速度汽

7、流相對速度汽流相對速度 cuw 旋轉(zhuǎn)平面與旋轉(zhuǎn)平面與 的夾角的夾角 旋轉(zhuǎn)平面與旋轉(zhuǎn)平面與 的夾角的夾角w u1 1表示動葉進(jìn)口表示動葉進(jìn)口2 2表示動葉出口表示動葉出口速度三角形的參數(shù)關(guān)系速度三角形的參數(shù)關(guān)系22111111111111222222222222222cossinsinarcsinarccos2cossinsinarcsinarccoswcucucctgwcucwuw uwwtgcwu3. 3. 蒸汽在級內(nèi)的熱力膨脹過程：熱力學(xué)蒸汽在級內(nèi)的熱力膨脹過程：熱力學(xué)0p0t1.1.熱力過程線熱力過程線-蒸汽在動、靜葉柵蒸汽在動、靜葉柵中膨脹過程在中膨脹過程在h-sh-s圖上的表示。圖上

8、的表示。h hs s滯止參數(shù)滯止參數(shù)-相對于葉柵通道速度為零的氣流相對于葉柵通道速度為零的氣流熱力參數(shù)熱力參數(shù)( (假想汽流絕熱等比熵滯止到速假想汽流絕熱等比熵滯止到速度為度為0 0的狀態(tài)）。用后上標(biāo)為的狀態(tài)）。用后上標(biāo)為”0”0”來表示。來表示。動葉進(jìn)口動葉進(jìn)口噴嘴進(jìn)口噴嘴進(jìn)口02012c00p000ch1pnh1nh20012cchnh12p22112w2112w0101pbh1th1h2thbh22hbh2ch2222cchuh0thth入口初速動能入口初速動能噴嘴損失噴嘴損失動葉損失動葉損失余速動能余速動能0h1h00h01h001001nthhhhnh-可逆的等熵過程可逆的等熵過程-

9、不可逆絕熱膨脹過程不可逆絕熱膨脹過程-，實際過程轉(zhuǎn)換效率低于理想過程。，實際過程轉(zhuǎn)換效率低于理想過程。部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽ú糠謩幽苻D(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽ǎ?熱能被蒸汽重新吸收熱能被蒸汽重新吸收-實際過程噴嘴和動葉出口汽流實際過程噴嘴和動葉出口汽流的熵與焓相對理想過程增加，其的熵與焓相對理想過程增加，其能量轉(zhuǎn)換效率低于理想過程。能量轉(zhuǎn)換效率低于理想過程。噴嘴理想比焓降噴嘴理想比焓降-動葉理想比焓降動葉理想比焓降- - bh噴嘴噴嘴( (或動葉或動葉) )效率效率 實際焓降與理想焓降之比實際焓降與理想焓降之比0p0th hs s000p000ch1pnh1nh12p22112w0101pbh1th1h2th

10、bh22h2chuh0thth20utnbchhhhh 00tncbhhhh 噴嘴損失、動葉損失、余速損失噴嘴損失、動葉損失、余速損失統(tǒng)稱為級的統(tǒng)稱為級的輪周損失輪周損失。級的滯止理想比焓降級的滯止理想比焓降1kg1kg蒸汽實際轉(zhuǎn)換為動葉柵上蒸汽實際轉(zhuǎn)換為動葉柵上機(jī)械功的有效焓降稱為機(jī)械功的有效焓降稱為輪周有效輪周有效比焓降比焓降2222cch11nthhh22bthhh0p0th hs s000p000ch1pnh1nh12p22112w0101pbh1th1h2thbh22h2chuh0thth表征蒸汽在動葉通道中的膨脹程度。定義表征蒸汽在動葉通道中的膨脹程度。定義為為動葉中的理想比焓降與

11、級的滯止理想比動葉中的理想比焓降與級的滯止理想比焓降之比焓降之比, ,級的平均直徑處的反動度用級的平均直徑處的反動度用mm來表示。即來表示。即00bbmtnbhhhhh 三、級的反動度討論說明 由于由于h-sh-s圖上等壓線沿比熵增方向發(fā)散圖上等壓線沿比熵增方向發(fā)散, ,故嚴(yán)格說故嚴(yán)格說, , 但由于噴嘴損失很小，因此一般常認(rèn)為但由于噴嘴損失很小，因此一般常認(rèn)為00nbthhh 00nbthhh 反動度反動度沿動葉高度是不相同的：對于較短的直葉片級，用平均反動度沿動葉高度是不相同的：對于較短的直葉片級，用平均反動度mm表示，可不計反動度沿動葉高度的變化；對于長葉片級，在計算不同表示，可不計反動

12、度沿動葉高度的變化；對于長葉片級，在計算不同截面時，必須用相應(yīng)截面的反動度。截面時，必須用相應(yīng)截面的反動度。四、級的類型和特點(diǎn)0bhmm, ,汽流在動葉通道汽流在動葉通道中不膨脹。中不膨脹。1.1.純沖動級純沖動級結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn): :熱力特點(diǎn)熱力特點(diǎn): :動葉葉型為對稱彎曲，即動葉葉型為對稱彎曲，即動葉內(nèi)各流通截面相同動葉內(nèi)各流通截面相同動葉進(jìn)出口處壓力動葉進(jìn)出口處壓力P P1 1=P=P2 2，汽流的相對速度汽流的相對速度w w1 1=w=w2 2；流動特點(diǎn)流動特點(diǎn): :性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)：做功能力大，但效率較低，做功能力大，但效率較低，損失大。故現(xiàn)已不采用。損失大。故現(xiàn)已不采用。依靠沖擊

13、力依靠沖擊力FiFi做功做功動葉受力：動葉受力：0.5tnbhhh 2.2.反動級反動級熱力特點(diǎn)熱力特點(diǎn): : 動靜葉中蒸汽膨脹程度動靜葉中蒸汽膨脹程度( (焓焓降降) )相等。相等。mm0.50.5，實際略小于，實際略小于0.50.5結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn): :流動特點(diǎn)流動特點(diǎn): : 壓降基本相同，壓降基本相同，c c1 1=w=w2 2。性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)： 做功能力最小，做功能力最小，流動效率最高。流動效率最高。動、靜葉通道的截面基本動、靜葉通道的截面基本相同（漸縮通道）；動靜相同（漸縮通道）；動靜葉型相同（鏡面映射）。葉型相同（鏡面映射）。同時依靠沖擊力同時依靠沖擊力FiFi和反擊力和反擊力

14、FrFr做功做功動葉受力：動葉受力：3.3.沖動級沖動級熱力特點(diǎn)熱力特點(diǎn): :nbhh 膨脹主要發(fā)生于噴嘴中膨脹主要發(fā)生于噴嘴中, ,為提高流動效率動葉中為提高流動效率動葉中也有少量膨脹，也有少量膨脹，一般一般0.050.050.300.30結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn): : 動葉通道的彎曲程度小于靜葉。動葉通道的彎曲程度小于靜葉。流動特點(diǎn)流動特點(diǎn): : 動葉中增速小于靜葉。動葉中增速小于靜葉。性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)：相同幾何尺寸下，做功能力比相同幾何尺寸下，做功能力比反動級大，流動效率較純沖動反動級大，流動效率較純沖動級高。級高。001122受力類型與反動級相同，大小受力類型與反動級相同，大小不同不同動葉受

15、力：動葉受力：4.4.復(fù)速級復(fù)速級壓力級壓力級速度級速度級壓力級可以是沖動級，也可以是反動級。壓力級可以是沖動級，也可以是反動級。大機(jī)組調(diào)節(jié)級多為沖動單列級大機(jī)組調(diào)節(jié)級多為沖動單列級中小機(jī)組調(diào)節(jié)級多為復(fù)速級，或稱雙列中小機(jī)組調(diào)節(jié)級多為復(fù)速級，或稱雙列速度級速度級雙列速度級雙列速度級/ /復(fù)速級復(fù)速級: :即由固定的噴嘴葉柵、即由固定的噴嘴葉柵、導(dǎo)向葉柵和安裝在同一葉輪上的兩列動葉導(dǎo)向葉柵和安裝在同一葉輪上的兩列動葉柵所組成的級。柵所組成的級。級級非調(diào)節(jié)級非調(diào)節(jié)級 全周進(jìn)汽全周進(jìn)汽調(diào)節(jié)級調(diào)節(jié)級 部分進(jìn)汽部分進(jìn)汽速度級通常在速度級通常在一級內(nèi)要求承擔(dān)很大焓降一級內(nèi)要求承擔(dān)很大焓降時采用時采用, ,

16、可以分?jǐn)偞罄硐腱式?，變工況特可以分?jǐn)偞罄硐腱式担児r特性好，做功能力大性好，做功能力大。復(fù)速級用于單級汽。復(fù)速級用于單級汽輪機(jī)或作為中、小型多級沖動式汽輪機(jī)輪機(jī)或作為中、小型多級沖動式汽輪機(jī)第一級（調(diào)節(jié)級，承擔(dān)調(diào)壓任務(wù)）。第一級（調(diào)節(jié)級，承擔(dān)調(diào)壓任務(wù)）。汽流在導(dǎo)葉和動葉通道中汽流在導(dǎo)葉和動葉通道中膨脹較小。膨脹較小。熱力特點(diǎn)熱力特點(diǎn): :結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn): :導(dǎo)葉和動葉為等截面通道；導(dǎo)葉和動葉為等截面通道；流動特點(diǎn)流動特點(diǎn): :導(dǎo)葉中汽流只轉(zhuǎn)向不加速導(dǎo)葉中汽流只轉(zhuǎn)向不加速. .性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)： 做功能力最大，流動效率最低。做功能力最大，流動效率最低。反動度反動度m m葉片類型葉片類型做功

17、能力（焓降）做功能力（焓降）效率效率純沖動級純沖動級0 0隔板葉輪型隔板葉輪型較高較高較低較低反動級反動級0.50.5轉(zhuǎn)鼓型轉(zhuǎn)鼓型最低最低最高最高沖動級沖動級0.050.050.30.3 隔板葉輪型隔板葉輪型較低較低較高較高復(fù)速級復(fù)速級隔板葉輪型隔板葉輪型最高最高最低最低五、級的簡化一元流模型和基本方程式1.1.簡化的一元流模型簡化的一元流模型基本假設(shè)：基本假設(shè)：流動是穩(wěn)定的流動是穩(wěn)定的流動是絕熱的流動是絕熱的流動是一元的流動是一元的工質(zhì)是理想氣體工質(zhì)是理想氣體001122實際：粘性可壓縮流體在彎曲通道實際：粘性可壓縮流體在彎曲通道內(nèi)的三元不穩(wěn)定流動內(nèi)的三元不穩(wěn)定流動2.2.基本方程式基本方程

18、式連續(xù)性方程連續(xù)性方程微分形式微分形式: : 0dAdcdvAcvGvAc能量方程能量方程微分形式微分形式運(yùn)動（動量）方程運(yùn)動（動量）方程: :cdcvdp 2200111122qhchcW 狀態(tài)方程或過程方程狀態(tài)方程或過程方程理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程pvRTR 通用氣體常數(shù)， R =461.5J/kgK等比熵過程方程等比熵過程方程pvconst定熵指數(shù) 過熱蒸汽：k=1.3；飽和蒸汽：k=1.135； 濕蒸汽：k=1.035+0.1x（x為過程初態(tài)干度）氣體介質(zhì)中的音速氣體介質(zhì)中的音速 akpvkRT 馬赫數(shù)馬赫數(shù)MaMacMaa1 1 1 超臨界狀態(tài)超臨界狀態(tài)氣體的焓氣體的焓11k

19、khpvRTkknpvconst多變過程方程：多變過程方程：式中：式中：n n 多變過程指數(shù)；多變過程指數(shù)；1.1.汽輪機(jī)級的概念、各種類型及的結(jié)構(gòu)及蒸汽在級內(nèi)汽輪機(jī)級的概念、各種類型及的結(jié)構(gòu)及蒸汽在級內(nèi)能量的轉(zhuǎn)換特點(diǎn)。能量的轉(zhuǎn)換特點(diǎn)。2.2.蒸汽在動、靜葉柵中熱力過程在蒸汽在動、靜葉柵中熱力過程在h-sh-s圖上的表示。圖上的表示。3.3.級的反動度含義及表達(dá)式。級的反動度含義及表達(dá)式。4. 4. 分析級工作過程（蒸汽在級內(nèi)流動過程）的假設(shè)與分析級工作過程（蒸汽在級內(nèi)流動過程）的假設(shè)與基本方程：連續(xù)、能量、過程（狀態(tài)）基本方程：連續(xù)、能量、過程（狀態(tài)）思考題思考題二、蒸汽在噴嘴和流道中的流動

20、過程二、蒸汽在噴嘴和流道中的流動過程本本 節(jié)節(jié) 要要 點(diǎn)點(diǎn) 噴嘴出口汽流的計算及其臨界狀態(tài)噴嘴出口汽流的計算及其臨界狀態(tài) 蒸汽在噴嘴斜切部分膨脹分析蒸汽在噴嘴斜切部分膨脹分析 動葉出口汽流計算動葉出口汽流計算必須清楚的小知識必須清楚的小知識u 噴嘴一般都采用帶斜切部分的漸縮噴嘴噴嘴一般都采用帶斜切部分的漸縮噴嘴u 噴嘴的分析計算方法可推廣應(yīng)用到動葉上噴嘴的分析計算方法可推廣應(yīng)用到動葉上一、蒸汽在噴嘴中的膨脹過程蒸汽壓力從蒸汽壓力從p p0 0膨脹（降低）至膨脹（降低）至p p1 1；溫度從；溫度從t t0 0降低至降低至t t1 1蒸汽速度從蒸汽速度從c c0 0加速至加速至c c1 1，方向

21、角，方向角1 12112002121ChCh(1)(1)蒸汽在噴嘴中：蒸汽在噴嘴中：a a。把熱能轉(zhuǎn)換成動能；。把熱能轉(zhuǎn)換成動能；b b。獲得一定的方向；。獲得一定的方向； (2)(2)噴嘴固定在汽缸上，是靜止的，不對外做功，噴嘴固定在汽缸上，是靜止的，不對外做功，W=0W=0。(3)(3)與外界無熱交換，與外界無熱交換，q = 0q = 0。 1.1.蒸汽在噴嘴（靜葉）中的膨脹過程的特點(diǎn)：蒸汽在噴嘴（靜葉）中的膨脹過程的特點(diǎn)： 0h能量轉(zhuǎn)換：能量轉(zhuǎn)換：熱力勢能熱力勢能汽流動能汽流動能計算分析方法：計算分析方法： 先算理想過程，然后用系先算理想過程，然后用系數(shù)修正到實際過程數(shù)修正到實際過程 噴

22、嘴能量方程：噴嘴能量方程：210102()ttchhc將流速表示成與初參數(shù)將流速表示成與初參數(shù) 和前后壓比和前后壓比 的形式。的形式。則有：則有：0000,pv010/npp000101()1ttkhhR TTk00001 1()1tkp vp vk2112tc2012c00h1th02nh0012()thh202nhc1.1.理想過程理想過程hnhn0000 1shp0t01tp1p0011000011000000221 ()(1)11kkkktnpkkcp vp vkpk2. 2. 噴嘴出口汽流速度噴嘴出口汽流速度npvconst0112tncch22222011111222ttnnccc

23、hh11tcc2.2.實際過程實際過程蒸汽為粘性流體，流過葉柵通道時產(chǎn)生摩擦，造成動能損失，蒸汽為粘性流體，流過葉柵通道時產(chǎn)生摩擦，造成動能損失，使蒸汽出口速度由使蒸汽出口速度由c c1t1t減小為減小為c c1 1, ,即即噴嘴速度系數(shù)噴嘴速度系數(shù)工程中，通常采用對等熵絕熱流動作修正的方法來處理實際工程中，通常采用對等熵絕熱流動作修正的方法來處理實際流動，即用實際汽流速度與理想速度的比值表示摩擦損失的影響，流動，即用實際汽流速度與理想速度的比值表示摩擦損失的影響，其比值稱為速度系數(shù)。其比值稱為速度系數(shù)。噴嘴速度系數(shù)噴嘴速度系數(shù)22tww動葉速度系數(shù)動葉速度系數(shù)蒸汽在葉柵通道中為絕熱多變過程蒸

24、汽在葉柵通道中為絕熱多變過程 21nk,1nk,多變指數(shù)多變指數(shù)n n隨損失的增大而減小。隨損失的增大而減小。噴嘴效率噴嘴效率噴嘴損失噴嘴損失;n2(1)knkk3. 3. 速度系數(shù)的影響因素速度系數(shù)的影響因素速度系數(shù)與葉柵通道表面的光滑程度及葉型等緊密相關(guān)。速度系數(shù)與葉柵通道表面的光滑程度及葉型等緊密相關(guān)。表面越光潔，摩擦就越??；葉型是否合理，決定了葉柵通道的流表面越光潔，摩擦就越?。蝗~型是否合理，決定了葉柵通道的流場和壓力場分布，附面層增厚、附面層脫離均會導(dǎo)致摩擦損失增場和壓力場分布，附面層增厚、附面層脫離均會導(dǎo)致摩擦損失增大、速度系數(shù)減小。大、速度系數(shù)減小。前者提高加工精度，后者研究空氣

25、動力特性、開發(fā)先進(jìn)葉型。蒸前者提高加工精度，后者研究空氣動力特性、開發(fā)先進(jìn)葉型。蒸汽的膨脹程度越大，有利于減薄附面層，提高速度系數(shù)。汽的膨脹程度越大，有利于減薄附面層，提高速度系數(shù)。在汽輪機(jī)中，在汽輪機(jī)中，噴嘴的速度系數(shù)噴嘴的速度系數(shù)在在0.920.920.980.98之間，一般取之間，一般取0.970.97；動葉的速度系數(shù)動葉的速度系數(shù)在在0.850.850.950.95之間，反動度大時可取上限。之間，反動度大時可取上限。速度系數(shù)與噴嘴或動葉效率速度系數(shù)與噴嘴或動葉效率由速度系數(shù)和噴嘴或動葉效率定義可知由速度系數(shù)和噴嘴或動葉效率定義可知b由熱力學(xué)推導(dǎo)得知，由熱力學(xué)推導(dǎo)得知，多變指數(shù)與速度系數(shù)

26、的關(guān)系為多變指數(shù)與速度系數(shù)的關(guān)系為ln100mm時，時，值基本上不再隨值基本上不再隨ln而變化；而變化；ln12-15mm時，時，值急劇下降；設(shè)計時選取值急劇下降；設(shè)計時選取ln15mm；nl噴嘴寬度噴嘴寬度Bn55mm噴嘴寬度噴嘴寬度Bn 80mm噴嘴寬度小時損失小，強(qiáng)度允許的條件下盡量選取寬度較噴嘴寬度小時損失小，強(qiáng)度允許的條件下盡量選取寬度較小的噴嘴小的噴嘴3. 3. 噴嘴流動中汽流的臨界狀態(tài)噴嘴流動中汽流的臨界狀態(tài)akpkRT汽流速度等于當(dāng)?shù)匾羲倨魉俣鹊扔诋?dāng)?shù)匾羲?時的狀態(tài)為時的狀態(tài)為臨界狀態(tài)臨界狀態(tài)，臨界狀態(tài)下的所有參數(shù)稱為臨界狀態(tài)下的所有參數(shù)稱為臨界參數(shù)臨界參數(shù)。對漸縮噴嘴的任一

27、截面列能量方程：對漸縮噴嘴的任一截面列能量方程：001110021ccckckpp vkh212c00h0201112kkRTRTckk002001112kkp vp vckk2002001112kap vckk1pkhc TR Tkakp對臨界截面：對臨界截面：1ccac200210011112ccckp vckk0020012111ckkp vckkakp01102()1kkcppch2112cc00h2012cncch臨界壓力臨界壓力p1c與滯止壓力與滯止壓力p00之比，之比，叫叫臨界壓比臨界壓比ncnc ncnpp001Y臨界狀態(tài)N 亞臨界狀態(tài)1.1.臨界速度臨界速度001110021

28、ccckckpp vk噴嘴的臨界速度僅與進(jìn)口參數(shù)有關(guān)噴嘴的臨界速度僅與進(jìn)口參數(shù)有關(guān)與流動中有無損失和損失的大小無關(guān)與流動中有無損失和損失的大小無關(guān)11002()1kckncpp01102()1kkcpp2.2.臨界壓力臨界壓力3.3.臨界壓比臨界壓比臨界壓比決定于蒸汽臨界壓比決定于蒸汽絕熱指數(shù)k 過過 熱熱 蒸蒸 汽汽 ：k=1.3， nc = 0.546 干飽和蒸汽：干飽和蒸汽：k=1.135， nc = 0.577噴嘴的等臨界速度線噴嘴的等臨界速度線4. 4. 噴嘴截面積的變化規(guī)律噴嘴截面積的變化規(guī)律當(dāng)當(dāng)Ma1，為超音速流動，為超音速流動， ，要使超音速汽流在汽道中膨脹、加，要使超音速汽流

29、在汽道中膨脹、加速、壓力下降，汽道的截面積應(yīng)逐漸增大，速、壓力下降，汽道的截面積應(yīng)逐漸增大，漸擴(kuò)型噴嘴漸擴(kuò)型噴嘴綜合以上的兩種情況：如果要使汽流不斷膨脹加速，在亞音速流動時，噴綜合以上的兩種情況：如果要使汽流不斷膨脹加速，在亞音速流動時，噴嘴截面必須逐漸收縮，而汽流速度達(dá)音速時，噴嘴截面必須逐漸增大，嘴截面必須逐漸收縮，而汽流速度達(dá)音速時，噴嘴截面必須逐漸增大， 縮縮放型噴嘴放型噴嘴根據(jù)空氣動力學(xué)公式：根據(jù)空氣動力學(xué)公式：cdcMAdAa12012aM如果想從亞音速汽流膨脹獲得超音速汽流，必須滿足：如果想從亞音速汽流膨脹獲得超音速汽流，必須滿足：熱力學(xué)條件：熱力學(xué)條件： (過熱蒸汽過熱蒸汽nc

30、 0.546，飽和蒸汽，飽和蒸汽nc 0.577)幾何條件：幾何條件：縮放噴嘴縮放噴嘴nnc012aM5. 5. 噴嘴的流通能力噴嘴的流通能力通過噴嘴或動葉通道的質(zhì)量流量決定于流道的出口面積、出口流速和對于出通過噴嘴或動葉通道的質(zhì)量流量決定于流道的出口面積、出口流速和對于出口點(diǎn)的蒸汽比容?？邳c(diǎn)的蒸汽比容。焓降流量焓降流量計算與計算與焓降流速焓降流速的方法相似，先計算通過流的方法相似，先計算通過流道的理想流量，然后由流量系數(shù)修正至實際流量。道的理想流量，然后由流量系數(shù)修正至實際流量。1.1.理想過程：理想過程：11ntnttA cG 對出口面積為對出口面積為 的噴嘴，其流過的理想質(zhì)量流量為的噴嘴

31、，其流過的理想質(zhì)量流量為nA102/0002()()1kkknnnpkAk1000021 ()1kknnkAp vk對上式取極值令對上式取極值令 得到：得到：/0ntnG通過最大流量時的壓比通過最大流量時的壓比121kknknc即為即為臨界壓比臨界壓比最大流量即為最大流量即為臨界流量臨界流量1100max002/1kkntnGAkpk000000000.6673/1.30.6356/1.135nnApvkApvk 過熱蒸汽濕蒸汽漸縮噴嘴的流量與壓比的關(guān)系曲線漸縮噴嘴的流量與壓比的關(guān)系曲線當(dāng)當(dāng) ，噴嘴前后壓力相等，噴嘴前后壓力相等， ；1n0ntG當(dāng)當(dāng) 繼續(xù)減小，繼續(xù)減小， 逐漸減小；逐漸減小；

32、nntG當(dāng)當(dāng) ， 。0n0ntG壓比壓比 減小，減小， 增加；增加；nntG當(dāng)當(dāng) ， 最大，為最大，為 ；ntGncnntcG11ntnttA cG102/0002()()1kkknnnpkAk但實驗證明：對漸縮噴嘴，當(dāng)?shù)珜嶒炞C明：對漸縮噴嘴，當(dāng) 時時，流量始終保持臨界流量不變。，流量始終保持臨界流量不變。ncn實際曲線是實際曲線是ABCABC，而不是，而不是OBCOBC。原因：當(dāng)原因：當(dāng) 時，出口氣流已達(dá)音速，此后繼續(xù)降低背壓時，出口氣流已達(dá)音速，此后繼續(xù)降低背壓 ，由臨界壓，由臨界壓力力 到到 的膨脹是在噴嘴后實現(xiàn)的，不可能改變噴嘴出口截面的臨界狀態(tài)，的膨脹是在噴嘴后實現(xiàn)的，不可能改變噴嘴

33、出口截面的臨界狀態(tài)，所以流量仍然保持臨界流量不變。所以流量仍然保持臨界流量不變。n nc cn n1p pc cp p1p pnnntGG定義：定義：噴嘴流量系數(shù)噴嘴流量系數(shù)實際流量實際流量nnntGG由實際流量計算式可知由實際流量計算式可知11111111ntnttnntnnttA cA cGGG2.2.實際過程：實際過程：11tn即得流量系數(shù)與速度系數(shù)的關(guān)系即得流量系數(shù)與速度系數(shù)的關(guān)系影響流量系數(shù)的因素很多，如影響流量系數(shù)的因素很多，如流動損失、蒸汽過熱度、濕度、流動損失、蒸汽過熱度、濕度、進(jìn)口壓力、壓比、反動度以及進(jìn)口壓力、壓比、反動度以及速度系數(shù)等，可能速度系數(shù)等，可能1、偏轉(zhuǎn)角偏轉(zhuǎn)角

34、 通過通過AC截面流量：截面流量： 2.2.偏轉(zhuǎn)角的近似計算（貝爾公式）偏轉(zhuǎn)角的近似計算（貝爾公式） ccnnccncncvctlvcAG11111sin111111sinnnnnltcA cGvv 1111111sinsincvcvcckknknkkkk111111111112sinsinnk11nncGG通過通過AB截面流量：截面流量：由于：由于： nnll 3.3.膨脹極限及極限壓力膨脹極限及極限壓力 蒸汽在斜切部分的膨脹程度取決于背壓。背壓越蒸汽在斜切部分的膨脹程度取決于背壓。背壓越低參加膨脹的斜切部分就越大。低參加膨脹的斜切部分就越大。極限情況，最后極限情況，最后一條特性線與一條特性

35、線與AC重合，噴嘴斜切部分膨脹能力就重合，噴嘴斜切部分膨脹能力就用完了。用完了。即斜切部分達(dá)到極限膨脹，此時的噴嘴即斜切部分達(dá)到極限膨脹，此時的噴嘴后壓力稱為后壓力稱為極限膨脹壓力極限膨脹壓力( )( )。若噴嘴后壓力繼若噴嘴后壓力繼續(xù)降低，汽流將在斜切部分之外膨脹，是一種紊續(xù)降低，汽流將在斜切部分之外膨脹，是一種紊亂的膨脹，將導(dǎo)致流動損失。亂的膨脹，將導(dǎo)致流動損失。1p10pNONO！dp噴嘴前壓力噴嘴前壓力 不變，汽流偏轉(zhuǎn)角不變，汽流偏轉(zhuǎn)角 隨背壓隨背壓 下降而增大，下降而增大，是否會無限制的增大呢？是否會無限制的增大呢？3.3.膨脹極限及極限壓力膨脹極限及極限壓力 漸縮噴嘴實用壓比一般0

36、.45以上漸縮噴嘴斜切部分的膨脹遠(yuǎn)小于極限膨脹，相應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角只有 多數(shù)情況下，微小的汽流偏轉(zhuǎn)角對級的整個工作影響不大，然而采用漸縮噴嘴代替縮放噴嘴，卻提高了流動效率，并帶來了設(shè)計和制造方面的便利，降低了成本0021在背壓降至極限膨脹壓力在背壓降至極限膨脹壓力時，出口汽流速度和出口時，出口汽流速度和出口汽流角不再增大。汽流角不再增大。當(dāng)初參數(shù)一定時，逐漸降低當(dāng)初參數(shù)一定時，逐漸降低背壓，出口汽流速度和流量背壓，出口汽流速度和流量增大；增大；在背壓降至臨界壓力時，其在背壓降至臨界壓力時，其后流量不再增大，但出口汽后流量不再增大，但出口汽流角偏轉(zhuǎn)而增大；流角偏轉(zhuǎn)而增大；蒸汽通過噴嘴流動分析小結(jié)蒸汽通

37、過噴嘴流動分析小結(jié)三、蒸汽在動葉通道中的通流能力hnhn0000 1p0t01tp1p00220chnhbhb0101 2p1t12tp2p10221whb噴嘴噴嘴動葉動葉出口理想速度：出口理想速度：020122nnthchc出口理想速度：出口理想速度：2002211222tbbmtwhwhhw 速度系數(shù)：速度系數(shù)： 11tcc速度系數(shù)：速度系數(shù)： 22tww出口實際速度：出口實際速度： 0112tncch出口實際速度：出口實際速度： 0222tbwwh能量損失：能量損失： 222011(1)22tnncchh能量損失：能量損失： 222022(1)22tbbwwhh動葉柵速度系數(shù)動葉柵速度系

38、數(shù) 與噴與噴嘴速度系數(shù)嘴速度系數(shù) 一樣與許一樣與許多因素有關(guān)。如：多因素有關(guān)。如： 葉型、葉型、葉高葉高 lb 、反動度、反動度 、表面光潔度，汽流相對表面光潔度，汽流相對速度速度 等。等。 mtw2速度系數(shù)速度系數(shù) 與反動度與反動度 和汽流相對速度和汽流相對速度 關(guān)關(guān)系曲線：系曲線：mtw2如葉高如葉高lb對損失的影對損失的影響，用葉高損失單獨(dú)響，用葉高損失單獨(dú)計算。計算。純沖動級：純沖動級： =0， ， ，速度三角形分析比較速度三角形分析比較（考慮動葉速度系數(shù)）（考慮動葉速度系數(shù)） 帶反動度的沖動級：一般帶反動度的沖動級：一般 較較 小小30100， 值可以比值可以比 大，也大，也可以小，

39、這主要取決于動葉中損失系數(shù)的大小和反動度的大小?？梢孕?，這主要取決于動葉中損失系數(shù)的大小和反動度的大小。212w1w反動級：反動級： ，靜葉和動葉的葉型式一樣的。，靜葉和動葉的葉型式一樣的。 ，出口速度，出口速度三角形和進(jìn)口速度三角形三角形和進(jìn)口速度三角形z軸對稱，軸對稱， ， ， 。5 . 0m21wc 12wc 12ww m12wwt12ww 12wwc1w1c2w2uu1122c1uuw1w2c21122純沖動級純沖動級反動級反動級帶反動度的沖動級帶反動度的沖動級 若動葉根部不吸汽、不漏汽，且忽略動葉頂部漏汽，則若動葉根部不吸汽、不漏汽，且忽略動葉頂部漏汽，則動葉的通流能力與噴嘴的通流能

40、力相等動葉的通流能力與噴嘴的通流能力相等。引入動葉流量系數(shù)：引入動葉流量系數(shù)：2121btntbnAwAcGGvv2222bbtbbtv GG vAww22btbbtGvGv動葉出口面積：動葉出口面積：三三、級的輪周功率和輪周效率級的輪周功率和輪周效率本本 節(jié)節(jié) 要要 點(diǎn)點(diǎn) 輪周功率輪周功率 輪周效率輪周效率 輪周效率與速比的關(guān)系輪周效率與速比的關(guān)系必須清楚的小知識必須清楚的小知識 動葉柵發(fā)出的輪周功體現(xiàn)了全級的能量轉(zhuǎn)換過程，動葉柵發(fā)出的輪周功體現(xiàn)了全級的能量轉(zhuǎn)換過程，衡量這個能量轉(zhuǎn)換過程完善程度的指標(biāo)是輪周效率。衡量這個能量轉(zhuǎn)換過程完善程度的指標(biāo)是輪周效率。 減小輪周損失，提高輪周效率，是提

41、高級乃至汽輪減小輪周損失，提高輪周效率，是提高級乃至汽輪機(jī)整體效益的基礎(chǔ)。機(jī)整體效益的基礎(chǔ)。F Fu uF Fz zF Fb b一、蒸汽作用在動葉柵的力和輪周功率1.1.蒸汽作用在動葉柵的力：蒸汽作用在動葉柵的力： 設(shè)設(shè) 時間內(nèi)流過動葉的蒸汽量時間內(nèi)流過動葉的蒸汽量為為 ，動量變化為：，動量變化為：絕對坐標(biāo)系：切向絕對坐標(biāo)系：切向 軸向軸向相對坐標(biāo)系：切向相對坐標(biāo)系：切向 軸向軸向2211(coscos)m cc2211(sinsin)m cc2211(coscos)m ww2211(sinsin)m wwmt作用在動葉上的汽流力作用在動葉上的汽流力產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)機(jī)械功的切向力產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)機(jī)械功的切向力

42、不產(chǎn)生機(jī)械功的軸向力不產(chǎn)生機(jī)械功的軸向力汽流對動葉的作用力汽流對動葉的作用力FuFu（輪周力、周向力）（輪周力、周向力）由動量定理求得由動量定理求得用速度三角形關(guān)系進(jìn)行計算用速度三角形關(guān)系進(jìn)行計算11221122(coscos)(coscos)ummFwwcctt圓周方向氣流對圓周方向氣流對動葉的作用力動葉的作用力F Fu u11221122(coscos)(coscos)uFG wwG cc軸向軸向12211221(sinsin)( sinsin)szmmFwwcctt12211221(sinsin)( sinsin)szFG wwG cc12()szzzFFApp作用在動葉上的軸向力應(yīng)是汽

43、流軸向力和壓差力的總和作用在動葉上的軸向力應(yīng)是汽流軸向力和壓差力的總和設(shè)動葉壓差作用有效面積為設(shè)動葉壓差作用有效面積為AzAz，則總的軸向力，則總的軸向力軸向力使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向產(chǎn)生移動，故采用軸向推力軸承對轉(zhuǎn)子軸向力使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向產(chǎn)生移動，故采用軸向推力軸承對轉(zhuǎn)子作軸向定位。為減少推力軸承載荷，采用合理的汽缸布置或設(shè)置作軸向定位。為減少推力軸承載荷，采用合理的汽缸布置或設(shè)置軸向力平衡裝置。軸向力平衡裝置。說明：圓周向力說明：圓周向力Fu與汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)方向一致，推動葉片作功，與汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)方向一致，推動葉片作功， 軸向力軸向力Fz不作功，產(chǎn)生軸向推力。不作功，產(chǎn)生軸向推力。2.2.輪周功率輪周功率

44、P Pu u： 1122112220(coscos)(coscos)/uuutnbcPWu wwu ccGhhhhhkJ kg 11221122(coscos)(coscos)uPGu wwGu cckWkWkJ/kgkJ/kg單位時間內(nèi)蒸汽推動葉輪旋轉(zhuǎn)所作出的機(jī)械功稱為輪周功率單位時間內(nèi)蒸汽推動葉輪旋轉(zhuǎn)所作出的機(jī)械功稱為輪周功率. . 1kg1kg蒸汽產(chǎn)生的輪周功蒸汽產(chǎn)生的輪周功WuWu等于級的輪周有效比焓降等于級的輪周有效比焓降hu.hu. 2222122112uWccww2112c2122c221212()wwuuWh 利用速度三角形的關(guān)系利用速度三角形的關(guān)系 ，得，得輪周功的意義輪周功

45、的意義：由噴嘴帶進(jìn)動葉的蒸汽動由噴嘴帶進(jìn)動葉的蒸汽動能能 與動葉內(nèi)熱能轉(zhuǎn)換的動能與動葉內(nèi)熱能轉(zhuǎn)換的動能 之和，減去蒸汽離開動葉所帶走的動能之和，減去蒸汽離開動葉所帶走的動能 。對于沖動級，由于動葉轉(zhuǎn)折較大，所以對于沖動級，由于動葉轉(zhuǎn)折較大，所以1 1和和2 2較小，做功能力較大；而對較小，做功能力較大；而對于反動級，由于動葉轉(zhuǎn)折較沖動級小，所以于反動級，由于動葉轉(zhuǎn)折較沖動級小，所以1 1和和2 2較大，做功能力較小較大，做功能力較小1122121cos2ucucw2222222cos2ucucw221c22122ww222c二、輪周效率u定義定義：1kg蒸汽所作出的輪周功蒸汽所作出的輪周功Wu

46、與蒸汽在該級所消耗的理想與蒸汽在該級所消耗的理想能量能量E0之比稱為級的輪周效率。之比稱為級的輪周效率。2000utnbcuWhhhhEEE0的計算的計算222002001122ttcccEhhh 式中：式中： 余速利用系數(shù)余速利用系數(shù) 0 表示本級利用上一級余速動能的份額表示本級利用上一級余速動能的份額 1 表示本級余速動能被下一級利用的份額表示本級余速動能被下一級利用的份額本級噴嘴進(jìn)口的初動能本級噴嘴進(jìn)口的初動能hc0= 0(hc2)abv, (hc2)abv上一級的余速動能上一級的余速動能;同理本級余速損失中同理本級余速損失中1 1hchc2 2部分是下一級噴嘴的進(jìn)口初速動能，這部分能量

47、部分是下一級噴嘴的進(jìn)口初速動能，這部分能量將算到下一級，將算到下一級，因此，如果不扣去因此，如果不扣去1 1hchc2 2，那么，那么1 1hchc2 2將既算在本級理想能量將既算在本級理想能量E E0 0內(nèi)，又算在下級內(nèi)，又算在下級的的E E0 0內(nèi)，這就重復(fù)了。內(nèi)，這就重復(fù)了。一般地，調(diào)節(jié)級和排汽級的一般地，調(diào)節(jié)級和排汽級的為為0,0,抽汽級為抽汽級為0.00.00.50.5，中間級為中間級為1.01.0余速利用系數(shù)余速利用系數(shù)的大小將影響到下一級的滯止?fàn)顟B(tài)點(diǎn)。的大小將影響到下一級的滯止?fàn)顟B(tài)點(diǎn)。輪周效率輪周效率u u計算公式的不同形式計算公式的不同形式 定義式定義式0uuwE 速度式：速度

48、式：1122221 22 (coscos)uau cccc02atch式中：式中：c ca a為級的假想理想速度，即假定級的滯止理想焓降全部為級的假想理想速度，即假定級的滯止理想焓降全部在噴嘴中等比熵膨脹所獲得的理想速度。在噴嘴中等比熵膨脹所獲得的理想速度。 能量平衡方式能量平衡方式200tnbcuhhhhE 能損分析式：用來分析各種輪周損失所占比例較為方便能損分析式：用來分析各種輪周損失所占比例較為方便22201101(1)cnbcunbcEhhhhE 式中：式中：n n 噴嘴損失系數(shù)，噴嘴損失系數(shù)， n n =h=hn n /E/E0 0 b b 動葉損失系數(shù)，動葉損失系數(shù)， b b =h

49、=hb b /E/E0 0 c2c2余速損失系數(shù)，余速損失系數(shù)， c2c2=h=hc2c2/E/E0 0結(jié)結(jié) 論論以速度形式表示的以速度形式表示的u u計算公式，一般用來分析級的輪周效率與計算公式，一般用來分析級的輪周效率與速比之間的關(guān)系；而以損失系數(shù)表示的速比之間的關(guān)系；而以損失系數(shù)表示的u u計算公式，用來分析各計算公式，用來分析各種輪周損失所占比例時較為方便；在進(jìn)行級的熱力計算時，可用種輪周損失所占比例時較為方便；在進(jìn)行級的熱力計算時，可用來互相校核。來互相校核。輪周效率取決于三項損失系數(shù)輪周效率取決于三項損失系數(shù)n、b和和c2， 在噴嘴和動葉葉型在噴嘴和動葉葉型選定后，選定后，和和就基

50、本上確定了，影響輪周效率就基本上確定了，影響輪周效率u的主要因素是余的主要因素是余速損失系數(shù)速損失系數(shù)c2，因此，應(yīng)減少動葉出口的絕對速度，因此，應(yīng)減少動葉出口的絕對速度c2，同時提高余，同時提高余速利用系數(shù)。速利用系數(shù)。三、輪周效率與速比的關(guān)系級的速比級的速比假想速比假想速比-即輪周速度與級假想速度之比即輪周速度與級假想速度之比, ,級假想速度級假想速度-假想假想 在噴嘴中等熵膨脹時得到的出口速度在噴嘴中等熵膨脹時得到的出口速度最佳速比最佳速比-對應(yīng)最高輪周效率的速比對應(yīng)最高輪周效率的速比. .11uxcaauxc0th202atch 02atch即即以假想動能的形式表示整級滯以假想動能的形

51、式表示整級滯止理想比焓降止理想比焓降最佳假想速比最佳假想速比-對應(yīng)最高輪周效率的假想速比對應(yīng)最高輪周效率的假想速比. .1opx0apx速比是汽輪機(jī)的重要指標(biāo)，直接影響汽輪機(jī)組的輪周效速比是汽輪機(jī)的重要指標(biāo)，直接影響汽輪機(jī)組的輪周效率和作功能力。率和作功能力。純沖動級最佳速比純沖動級最佳速比11cos21)(opx11cux 純沖動級中，動葉葉型決定純沖動級中，動葉葉型決定2112w ww wt t又由于又由于0得到得到12w ww w只有輪周速度只有輪周速度u u使使 時，時， 最小。此時，最小。此時，9022c cu uc c2cos11軸向排汽，效率最高軸向排汽，效率最高汽輪機(jī)中，一般汽

52、輪機(jī)中，一般16-12149.046.0)(1o op px x純沖動級純沖動級反動級中，反動級中， ，噴嘴動葉焓降相等，噴嘴動葉焓降相等，典型反動級最佳速比典型反動級最佳速比5 . 011cos)(opxbtnthh1211cux 噴嘴動葉幾何相似，噴嘴動葉幾何相似，21t tt tw wc c2121w wc c12w wc c速度三角形相似，當(dāng)速度三角形相似，當(dāng) 時時 最小，余速損失最小最小，余速損失最小902u uc c11cos2c c軸向排汽，效率最高軸向排汽，效率最高1cu1w11u2c2w22為便于分析，假定復(fù)速級各列動葉和導(dǎo)向葉片進(jìn)出汽角相等，為便于分析，假定復(fù)速級各列動葉和

53、導(dǎo)向葉片進(jìn)出汽角相等，速度系數(shù)速度系數(shù)典型復(fù)速級最佳速比典型復(fù)速級最佳速比11cos41)(opopx x2111cux 1g gb bu uc c4cos11軸向排汽，效率最高軸向排汽，效率最高122121w ww w21w ww w12c cc c四四、葉柵的汽動特性葉柵的汽動特性一、葉型損失1.邊界層（附面層）摩擦損失邊界層（附面層）摩擦損失 邊界層摩擦損失的大小邊界層摩擦損失的大小 i）葉型）葉型 ii）表面光潔度）表面光潔度 iii）葉型表面壓力分布）葉型表面壓力分布邊界層葉型損失是指平面氣流繞流葉柵時產(chǎn)生的能量損失，屬于噴嘴葉型損失是指平面氣流繞流葉柵時產(chǎn)生的能量損失，屬于噴嘴和動

54、葉的流動損失（也包括端部損失，但為了工程上的便利，和動葉的流動損失（也包括端部損失，但為了工程上的便利，端部損失另外以葉高損失的形式來進(jìn)行分析）。端部損失另外以葉高損失的形式來進(jìn)行分析）。沖動式葉柵摩擦損失大于反動式?jīng)_動式葉柵摩擦損失大于反動式?jīng)_動級中采用一定的反動度，可沖動級中采用一定的反動度，可以增加汽流速度，減小摩擦損失以增加汽流速度，減小摩擦損失某段壓力降落快，汽流加速度快，某段壓力降落快，汽流加速度快，附面層薄摩擦損失??；反之亦然附面層薄摩擦損失小；反之亦然葉型損失的機(jī)理葉型損失的機(jī)理2.邊界層脫離引起的渦流損失邊界層脫離引起的渦流損失 邊界層加厚到一定程度，產(chǎn)生局部倒流邊界層加厚到

55、一定程度，產(chǎn)生局部倒流，即渦流現(xiàn)象，使摩擦損失急劇增大，即渦流現(xiàn)象，使摩擦損失急劇增大邊界層脫離點(diǎn)邊界層脫離點(diǎn)3.尾跡損失尾跡損失 無邊界層脫離無邊界層脫離邊界層脫離邊界層脫離出口邊厚度出口邊厚度，尾跡損失和尾跡損失和/a 成正比成正比（ a 汽道喉部截面寬度）汽道喉部截面寬度） 4.沖波損失沖波損失某些地方超音速流動某些地方超音速流動沖波沖波擴(kuò)壓段擴(kuò)壓段葉型邊界層增厚葉型邊界層增厚沖波損失最終表現(xiàn)為葉型損失沖波損失最終表現(xiàn)為葉型損失當(dāng) 增大時，C11 C1，u不變， 0，為正沖角。 汽流沖擊在動葉內(nèi)弧段。1.進(jìn)汽角的影響：進(jìn)汽角的影響：定義：沖角定義：沖角 (葉型進(jìn)汽角汽流進(jìn)汽角葉型進(jìn)汽角汽

56、流進(jìn)汽角)設(shè)計工況時，汽流進(jìn)汽角與動葉進(jìn)汽角一致，設(shè)計工況時，汽流進(jìn)汽角與動葉進(jìn)汽角一致，變工況時，級的焓降變化，汽流偏離設(shè)計方向，產(chǎn)生沖角。變工況時，級的焓降變化，汽流偏離設(shè)計方向，產(chǎn)生沖角。當(dāng) 減小時，C11 C1， u不變， 0，為負(fù)沖角。 汽流沖擊在動葉背弧段。111. 0nh111nh111葉型損失的影響因素葉型損失的影響因素試驗表明：試驗表明：變工況時產(chǎn)生的撞擊損失與：變工況時產(chǎn)生的撞擊損失與：沖角絕對值大小有關(guān)。沖角絕對值大小有關(guān)。 ， 與沖角正、負(fù)有關(guān)。與沖角正、負(fù)有關(guān)。 正沖角的撞擊損失大于負(fù)沖角的撞擊損失。正沖角的撞擊損失大于負(fù)沖角的撞擊損失。與反動度有關(guān)。與反動度有關(guān)。

57、反動式葉型受汽流進(jìn)口角度影響較??；反動式葉型受汽流進(jìn)口角度影響較?。?沖動式葉型受汽流進(jìn)口角度影響較大。沖動式葉型受汽流進(jìn)口角度影響較大。近似計算公式為：近似計算公式為： 目前使用的葉型均有反動度，進(jìn)汽邊為半徑較大的圓弧形。這樣對汽流目前使用的葉型均有反動度，進(jìn)汽邊為半徑較大的圓弧形。這樣對汽流的沖角的敏感性減弱，擴(kuò)大最佳進(jìn)汽角范圍，在實用的變工況范圍內(nèi)，的沖角的敏感性減弱，擴(kuò)大最佳進(jìn)汽角范圍，在實用的變工況范圍內(nèi)，沖角不大，可以不考慮撞擊損失。沖角不大，可以不考慮撞擊損失。1h11hh2sin2111wh2.相對節(jié)距影響：相對節(jié)距影響： 邊界層占整個汽道的比重大，葉柵損失大；邊界層占整個汽道

58、的比重大，葉柵損失大；單位流量單位流量摩擦增厚，出口邊相對厚度摩擦增厚，出口邊相對厚度 增大，尾跡損失增大增大，尾跡損失增大 邊界層占整個汽道的比重小，但腹面對汽流約束減弱邊界層占整個汽道的比重小，但腹面對汽流約束減弱,擴(kuò)壓范圍和擴(kuò)壓程度增加，邊界層易脫離，葉柵損失擴(kuò)壓范圍和擴(kuò)壓程度增加，邊界層易脫離，葉柵損失增大。增大。 tt optta存在最佳節(jié)距存在最佳節(jié)距 使葉型損失最小使葉型損失最小 二、端部損失（葉高損失）端部損失的機(jī)理端部損失的機(jī)理一般認(rèn)為一般認(rèn)為 15mm；否則，端部損失占整個葉型損失的比重就大，；否則，端部損失占整個葉型損失的比重就大，速度系數(shù)速度系數(shù) 就低。就低。 nl端部

59、損失是指氣流流過葉頂及葉根邊界區(qū)域時產(chǎn)生的能量端部損失是指氣流流過葉頂及葉根邊界區(qū)域時產(chǎn)生的能量損失。損失。端部附面層中的摩擦損失端部附面層中的摩擦損失補(bǔ)償流動損失：二次流補(bǔ)償流動損失：二次流對渦損失：比例最大對渦損失：比例最大端部損失的影響因素端部損失的影響因素 葉型、相對節(jié)距、安裝角、進(jìn)氣角等葉型、相對節(jié)距、安裝角、進(jìn)氣角等 相對高度相對高度 主要因素主要因素bll/強(qiáng)度許可條件下，盡量采用窄葉片，以利于增大相對高度。強(qiáng)度許可條件下，盡量采用窄葉片，以利于增大相對高度。相對高度相對高度=相對極限高度，上下端渦旋剛好匯合相對極限高度，上下端渦旋剛好匯合相對高度相對高度0.30.40.30.4

60、的條件下工作時，壓力分布曲線、的條件下工作時，壓力分布曲線、損失系數(shù)和汽流出口角都將隨損失系數(shù)和汽流出口角都將隨MaMa的改變而變化。這就是汽體的的改變而變化。這就是汽體的可壓縮性對葉柵特性的影響?？蓧嚎s性對葉柵特性的影響。存在葉型損失系數(shù)最小的存在葉型損失系數(shù)最小的最佳馬赫數(shù)。最佳馬赫數(shù)。當(dāng)當(dāng)Ma (Ma)op時，時，背弧產(chǎn)生局部超音速氣流背弧產(chǎn)生局部超音速氣流 沖波損失沖波損失葉型損失葉型損失五五、級內(nèi)損失和級的相對內(nèi)效率級內(nèi)損失和級的相對內(nèi)效率一、級內(nèi)損失輪周輪周損失損失相相對對內(nèi)內(nèi)效效率率hu輪輪周周效效率率hi級內(nèi)損失的類型級內(nèi)損失的類型1.噴嘴損失噴嘴損失hn2.動葉損失動葉損失h