吉林大學熱能與動力工程第3章 渦輪機及噴氣發(fā)動機1

1、第三章第三章 渦輪機及噴氣發(fā)動機渦輪機及噴氣發(fā)動機 3-1 概述概述 渦輪機：蒸汽輪機、燃氣輪機、水輪機等旋轉(zhuǎn)渦輪機：蒸汽輪機、燃氣輪機、水輪機等旋轉(zhuǎn)式葉片機械；式葉片機械； 噴氣式發(fā)動機：燃氣輪機作為飛機的動力噴氣式發(fā)動機：燃氣輪機作為飛機的動力1特點特點 連續(xù)工作的旋轉(zhuǎn)式機械；連續(xù)工作的旋轉(zhuǎn)式機械； 工質(zhì)的熱能首先轉(zhuǎn)換為其動能，然后在轉(zhuǎn)換工質(zhì)的熱能首先轉(zhuǎn)換為其動能，然后在轉(zhuǎn)換為機械能。為機械能。 內(nèi)燃機：直接內(nèi)燃機：直接QW； 所以，所以，1）功率大：連續(xù)回轉(zhuǎn)，大大提高進入的工）功率大：連續(xù)回轉(zhuǎn)，大大提高進入的工質(zhì)量；質(zhì)量； 2）高速性：葉片的旋轉(zhuǎn)速度與單位時間進）高速性：葉片的旋轉(zhuǎn)速度與

2、單位時間進入的工質(zhì)量有關(guān)，所以，葉片速度與工質(zhì)的流入的工質(zhì)量有關(guān)，所以，葉片速度與工質(zhì)的流動速度呈正比；動速度呈正比； 3）經(jīng)濟性高：熱力循環(huán)的熱效率與循環(huán)初）經(jīng)濟性高：熱力循環(huán)的熱效率與循環(huán)初始參數(shù)有關(guān)，始參數(shù)有關(guān)， 一般蒸汽機初壓為：一般蒸汽機初壓為：160245bar；初溫：；初溫：560570。 故用途廣故用途廣 2用途用途 1）蒸汽輪機：工質(zhì)為蒸汽，將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換為）蒸汽輪機：工質(zhì)為蒸汽，將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換為機械能；機械能；用途：用途：（1）中心電站、熱電站、核電站的主要動力機）中心電站、熱電站、核電站的主要動力機（2）給鼓風機、水泵、壓縮機提供驅(qū)動動力）給鼓風機、水泵、壓縮機提供驅(qū)

3、動動力（3）化工、冶金、輕工等生產(chǎn)領(lǐng)域，作為動力源而）化工、冶金、輕工等生產(chǎn)領(lǐng)域，作為動力源而廣泛應用；廣泛應用；（4）蒸汽輪機的排汽，用于生產(chǎn)或生活的供熱取暖）蒸汽輪機的排汽，用于生產(chǎn)或生活的供熱取暖 2）燃氣輪機：工質(zhì)為燃氣，將燃氣的熱能轉(zhuǎn)換為）燃氣輪機：工質(zhì)為燃氣，將燃氣的熱能轉(zhuǎn)換為機械能。機械能。用途：用途：（1）地面機械）地面機械發(fā)電、船舶、機車等的動力源發(fā)電、船舶、機車等的動力源（2）航空用飛機的動力）航空用飛機的動力（3）渦輪噴氣式發(fā)動機）渦輪噴氣式發(fā)動機用于高速飛機。因其用于高速飛機。因其噴射速度大。噴射速度大。 3燃氣輪機與蒸汽機的比較燃氣輪機與蒸汽機的比較 缺點：單機容量小

4、；效率低；缺點：單機容量??；效率低； 優(yōu)點：設(shè)備簡單、輕便；優(yōu)點：設(shè)備簡單、輕便； 用水量少；用水量少； 便于自動控制、起動快便于自動控制、起動快4發(fā)展規(guī)模發(fā)展規(guī)模美國：美國：1950年，每臺蒸汽機平均容年，每臺蒸汽機平均容量為量為4MW； 1962年，為年，為 13.5MW； 1972年，為年，為 52MW。 前蘇聯(lián)：前蘇聯(lián)：1960初，僅有初，僅有5臺臺16MW的蒸汽機；的蒸汽機； 1970年底，年底，15MW以上的蒸汽機，達以上的蒸汽機，達 235臺，其中，臺，其中，30MW的機組的機組69臺。臺。我國：我國：1955年制造第一臺蒸汽機，年制造第一臺蒸汽機，6000千瓦，千瓦， 到到70

5、年代末，已生產(chǎn)年代末，已生產(chǎn)1.2萬千瓦、萬千瓦、2.5萬千萬千瓦、瓦、5MW、10MW、20MW的蒸汽機。的蒸汽機。 目前運行中的最大機組容量為目前運行中的最大機組容量為1300MW。 發(fā)展機組容量的原因：發(fā)展機組容量的原因： 1） 減小電站單位容量的造價；相對減小電站單位容量的造價；相對20MW機機組電站單位造價，組電站單位造價，50MW機組電站的單位造價機組電站的單位造價可降低可降低15%；100MW的電站單位造價可降低的電站單位造價可降低25%； 2） 提高機組的效率提高機組的效率減小新建電站數(shù)目，加快電站建設(shè)速度。減小新建電站數(shù)目，加快電站建設(shè)速度。 二、構(gòu)造與分類二、構(gòu)造與分類1蒸

6、汽輪機蒸汽輪機 簡稱汽輪機，工質(zhì)為水蒸氣，旋轉(zhuǎn)式葉片機械；簡稱汽輪機，工質(zhì)為水蒸氣，旋轉(zhuǎn)式葉片機械；1） 結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點 由靜子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成；由靜子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成； 靜子：包括汽缸、隔板靜子：包括汽缸、隔板3、靜葉柵、靜葉柵1、 進排汽部分、端汽封以及軸承、進排汽部分、端汽封以及軸承、 軸承座等；軸承座等； 轉(zhuǎn)子：主軸轉(zhuǎn)子：主軸5、葉輪、葉輪4、動葉片、動葉片2、 聯(lián)軸器等。聯(lián)軸器等。 汽輪機的級：一列靜葉柵和一列動葉柵構(gòu)成汽輪汽輪機的級：一列靜葉柵和一列動葉柵構(gòu)成汽輪機的級。機的級。 單級汽輪機：指只有一個級的汽輪機；單級汽輪機：指只有一個級的汽輪機； 多級汽輪機：有若干級的汽輪

7、機多級汽輪機：有若干級的汽輪機由由一列靜葉柵和一列動葉柵一列靜葉柵和一列動葉柵組組成基本的工作單元；成基本的工作單元；靜葉柵：由若干噴管組成，各靜葉柵：由若干噴管組成，各 噴管流通截面變化；噴管流通截面變化；動葉柵：與葉輪安裝為一體的動葉柵：與葉輪安裝為一體的 葉片組。葉片組。 2） 基本工作原理基本工作原理 產(chǎn)生產(chǎn)生過熱過熱蒸汽：鍋爐蒸汽：鍋爐 送往噴管，送往噴管，噴管截面變化，蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變噴管截面變化，蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽転閯幽芨咚賴姵龈咚賴姵?；射入動葉柵葉片的通道，；射入動葉柵葉片的通道，推動葉輪旋轉(zhuǎn)，對外作功。推動葉輪旋轉(zhuǎn)，對外作功。 能量轉(zhuǎn)換：熱能能量轉(zhuǎn)換：熱能工質(zhì)的動能工質(zhì)的動能

8、葉輪的機械葉輪的機械能能鍋爐鍋爐一定一定p,T過熱過熱蒸汽蒸汽分類的方法分類的方法4 4種：種：按工作原理按工作原理：沖動式：沖動式蒸汽僅在噴嘴中膨脹；蒸汽僅在噴嘴中膨脹； 反動式反動式蒸汽在噴嘴和動葉柵中膨脹蒸汽在噴嘴和動葉柵中膨脹按熱力特性：按熱力特性： 凝氣式凝氣式排汽在真空狀態(tài)下進入冷凝器結(jié)成水；排汽在真空狀態(tài)下進入冷凝器結(jié)成水； 背壓式背壓式排汽壓力大于大氣壓，排汽供熱使用排汽壓力大于大氣壓，排汽供熱使用 抽汽式抽汽式調(diào)整抽汽供熱用；調(diào)整抽汽供熱用； 抽汽背壓式抽汽背壓式具有調(diào)整抽汽的背壓式；具有調(diào)整抽汽的背壓式； 乏汽式乏汽式用其他設(shè)備的副產(chǎn)蒸汽作為工質(zhì)；用其他設(shè)備的副產(chǎn)蒸汽作為工

9、質(zhì)；3）分類分類按氣流方向：軸流式按氣流方向：軸流式蒸汽軸向流動；蒸汽軸向流動； 徑流式徑流式蒸汽徑向流動；蒸汽徑向流動； 周流式周流式蒸汽周向流動；蒸汽周向流動；按用途：按用途： 電站用電站用 工業(yè)用動力源工業(yè)用動力源 船用船用 2燃氣輪機燃氣輪機1）結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點 主要由進氣道、壓氣機、燃燒室以及燃氣渦輪等主要由進氣道、壓氣機、燃燒室以及燃氣渦輪等組成。組成。燃氣渦輪：壓氣機燃氣渦輪：壓氣機+燃燒室燃燒室+燃氣渦輪燃氣渦輪=燃氣發(fā)生器燃氣發(fā)生器 2）工作原理）工作原理 工質(zhì)來源：燃氣內(nèi)部的燃燒產(chǎn)物工質(zhì)來源：燃氣內(nèi)部的燃燒產(chǎn)物 空氣連續(xù)不斷地吸入壓氣機，在壓氣機中被壓縮空氣連續(xù)不斷地吸入壓

10、氣機，在壓氣機中被壓縮增壓后，進入燃燒室中與噴入的油混合燃燒成高增壓后，進入燃燒室中與噴入的油混合燃燒成高溫高壓燃氣，再進入透平中膨脹作功。溫高壓燃氣，再進入透平中膨脹作功。 膨脹功膨脹功=壓氣機壓縮所消耗的功壓氣機壓縮所消耗的功+對外輸出功對外輸出功 （作為動力）（作為動力）3）分類分類按用途分兩大類：按用途分兩大類：作為地面機械用動力的作為地面機械用動力的地面燃氣輪機；主要地面燃氣輪機；主要產(chǎn)生產(chǎn)生軸功軸功圖圖3-3b)飛機用動力的飛機用動力的航空燃航空燃氣輪機；主要產(chǎn)生氣輪機；主要產(chǎn)生推力推力和拉力和拉力圖圖3-3a)。 地面燃氣輪機：要求提供軸功率，所以需要動力透平地面燃氣輪機：要求提

11、供軸功率，所以需要動力透平; 單軸式單軸式動力透平和燃氣透平固定在同一根軸上；動力透平和燃氣透平固定在同一根軸上； 分軸式分軸式動力透平具有單獨的旋轉(zhuǎn)軸：動力透平具有單獨的旋轉(zhuǎn)軸： 優(yōu)點：燃氣發(fā)生器轉(zhuǎn)子和動力透平可有不同轉(zhuǎn)速，優(yōu)點：燃氣發(fā)生器轉(zhuǎn)子和動力透平可有不同轉(zhuǎn)速，使各部分具有較高的工作效率和較寬的運行范圍。使各部分具有較高的工作效率和較寬的運行范圍。航空燃氣輪機分類：根據(jù)用燃氣發(fā)生器的可用功產(chǎn)航空燃氣輪機分類：根據(jù)用燃氣發(fā)生器的可用功產(chǎn)生推力的方法不同分為：生推力的方法不同分為： 渦輪噴氣發(fā)動機；渦輪噴氣發(fā)動機； 渦輪風扇發(fā)動機；渦輪風扇發(fā)動機； 渦輪螺旋槳發(fā)動機；渦輪螺旋槳發(fā)動機； 渦

12、輪軸發(fā)動機（直升飛機）渦輪軸發(fā)動機（直升飛機）航空燃氣輪機的共同要求：重量輕；用油少；工作航空燃氣輪機的共同要求：重量輕；用油少；工作可靠?？煽俊５诙?jié)第二節(jié) 熱力渦輪機級的基本理論熱力渦輪機級的基本理論 熱力渦輪機熱力渦輪機=汽輪機汽輪機+燃氣輪機燃氣輪機一、透平級的概念一、透平級的概念1級的定義：級的定義： 一列靜葉和一列動葉組成的最基本的一列靜葉和一列動葉組成的最基本的工作單元，稱為透平級。是透平機械能量轉(zhuǎn)換的單工作單元，稱為透平級。是透平機械能量轉(zhuǎn)換的單元。元。2級內(nèi)能量轉(zhuǎn)換原理：級內(nèi)能量轉(zhuǎn)換原理： 噴嘴：工質(zhì)在噴嘴中膨脹噴嘴：工質(zhì)在噴嘴中膨脹使其溫度、壓力下降使其溫度、壓力下降速度增

13、加速度增加將熱能轉(zhuǎn)換為動能，獲得高速汽流；將熱能轉(zhuǎn)換為動能，獲得高速汽流；動葉：噴嘴出口以很高的汽流噴入動葉，動葉：噴嘴出口以很高的汽流噴入動葉， 經(jīng)動葉汽道（葉片）改變流動方向，經(jīng)動葉汽道（葉片）改變流動方向， 此時，流體轉(zhuǎn)向時，對動葉產(chǎn)生作用力，此時，流體轉(zhuǎn)向時，對動葉產(chǎn)生作用力， 其圓周分力推動葉輪旋轉(zhuǎn)，對外輸出機械功；其圓周分力推動葉輪旋轉(zhuǎn)，對外輸出機械功； 而動葉對汽流的反作用，使汽流轉(zhuǎn)向。而動葉對汽流的反作用，使汽流轉(zhuǎn)向。 由此完成動能由此完成動能機械能機械能3反動度反動度： 當汽流在動葉汽道中不膨脹加速，只改變流動當汽流在動葉汽道中不膨脹加速，只改變流動方向時，汽流對汽道產(chǎn)生的作

14、用力（離心力），方向時，汽流對汽道產(chǎn)生的作用力（離心力），稱為，稱為，沖動力沖動力； 當汽流在汽道內(nèi)改變方向的同時，進行膨脹加當汽流在汽道內(nèi)改變方向的同時，進行膨脹加速時，則加速的汽流流出流道時，對動葉柵產(chǎn)生速時，則加速的汽流流出流道時，對動葉柵產(chǎn)生與汽流流出方向相反的反作用力，此力稱為與汽流流出方向相反的反作用力，此力稱為反動反動力力。表示動葉汽道內(nèi)的汽流膨脹程度；表示動葉汽道內(nèi)的汽流膨脹程度；定義：定義： ：動葉汽道內(nèi)膨脹時：動葉汽道內(nèi)膨脹時 的理想焓降；的理想焓降； ：整個級的滯止理想：整個級的滯止理想 焓降；焓降； ：噴嘴中的滯止理想：噴嘴中的滯止理想 焓降。（對噴嘴進出口）。焓降。（

15、對噴嘴進出口）。bhnhbhthbhm*bh*th*nh4級的分類級的分類按蒸汽在級內(nèi)膨脹程度分為沖動級和反動級。按蒸汽在級內(nèi)膨脹程度分為沖動級和反動級。1 1）沖動級沖動級a a）純沖動級：純沖動級： 的級的級特點：汽流只在噴嘴中膨脹。動葉柵中不膨脹，只特點：汽流只在噴嘴中膨脹。動葉柵中不膨脹，只改變流動方向；改變流動方向； 動葉柵進出口壓力相等動葉柵進出口壓力相等,p1=p2,p1=p2， 作功能力大，效率低作功能力大，效率低b b）帶反動度的沖動級：）帶反動度的沖動級： ，應用廣泛。，應用廣泛。 特點：蒸汽大部分在噴嘴中膨脹特點：蒸汽大部分在噴嘴中膨脹 兼?zhèn)錄_動級作功能力大和反動級效率高

16、的特點。兼?zhèn)錄_動級作功能力大和反動級效率高的特點。0m0bh*tnhh21pp bhnh20. 005. 0mc）復速級：由一列）復速級：由一列靜葉柵靜葉柵，兩列，兩列動葉柵動葉柵，一列固，一列固定定導向葉柵導向葉柵組成。組成。 導向葉柵在兩列動葉柵之間，將前一列動葉柵導向葉柵在兩列動葉柵之間，將前一列動葉柵出口的汽流方向改變?yōu)榈诙袆尤~柵的進汽方向，出口的汽流方向改變?yōu)榈诙袆尤~柵的進汽方向，使工質(zhì)繼續(xù)作功；以充分利用工質(zhì)的能量。使工質(zhì)繼續(xù)作功；以充分利用工質(zhì)的能量。 為提高復速級的效率，可采用一定的反動度。為提高復速級的效率，可采用一定的反動度。2）反動級：）反動級： 的級。的級。 特點：

17、蒸汽的膨脹一半在噴嘴葉柵中進特點：蒸汽的膨脹一半在噴嘴葉柵中進行。另一半在動葉柵中進行；行。另一半在動葉柵中進行； ， ； 效率比沖動級高，但作功能力較小。效率比沖動級高，但作功能力較小。5 . 0m21pp *5 . 0*thnhbh二、級內(nèi)的工作過程二、級內(nèi)的工作過程（一）（一）基本方程基本方程汽輪機級的熱力計算，可用可壓縮流體一維流動方程。汽輪機級的熱力計算，可用可壓縮流體一維流動方程。即即1狀態(tài)方程：當蒸汽處于過熱狀態(tài)，遠離飽和線時，狀態(tài)方程：當蒸汽處于過熱狀態(tài)，遠離飽和線時， 對過熱蒸汽狀態(tài)：也可以表示為對過熱蒸汽狀態(tài)：也可以表示為 當蒸汽從過熱區(qū)膨脹過渡到濕蒸汽區(qū)時，采用水蒸氣當蒸

18、汽從過熱區(qū)膨脹過渡到濕蒸汽區(qū)時，采用水蒸氣表或表或hs圖；圖；RTpTpch constpkkh1對等熵過程對等熵過程： 過熱蒸汽：過熱蒸汽： 濕蒸汽：濕蒸汽： x x：膨脹初期蒸汽干度；：膨脹初期蒸汽干度； 空氣：空氣： ；燃氣：；燃氣：constkp3 . 1kxk1 . 0035. 14 . 1k35. 133. 1k2連續(xù)方程連續(xù)方程穩(wěn)定流動連續(xù)方程：（穩(wěn)定工況）流量穩(wěn)定流動連續(xù)方程：（穩(wěn)定工況）流量qm一定，一定，即即微分形式：微分形式： 表示一維流動時密度、速度、截面積之間的變化規(guī)表示一維流動時密度、速度、截面積之間的變化規(guī)律。律。constmqcA0dcdcAdA3。能量方程。能

19、量方程 熱一定律的應用，對穩(wěn)定流動，忽略勢能時，熱一定律的應用，對穩(wěn)定流動，忽略勢能時，對蒸汽進、出口狀態(tài)，有能量轉(zhuǎn)換關(guān)系對蒸汽進、出口狀態(tài)，有能量轉(zhuǎn)換關(guān)系： 對靜葉柵，絕熱，不作功，所以對靜葉柵，絕熱，不作功，所以 即沿流線總焓不變。即沿流線總焓不變。wchqch221122000*dh4運動方程運動方程 表示速度與壓力變化關(guān)系。表示速度與壓力變化關(guān)系。 對一維等熵流動，由能量方程和熱一定律對一維等熵流動，由能量方程和熱一定律 能量：能量： 熱一律（可逆）：熱一律（可逆）： 有有 由絕熱條件：由絕熱條件： ，代入后，積分得，代入后，積分得)2(21cddhdqdpdhdqcdcdpconst

20、kpkkpppkkctc101100122021 意義：已知進口截面狀態(tài)參數(shù)，及出口截面背壓，可求得出意義：已知進口截面狀態(tài)參數(shù)，及出口截面背壓，可求得出口截面汽流的理想速度?？诮孛嫫鞯睦硐胨俣?。 （二）（二） 工質(zhì)在噴嘴中的膨脹過程工質(zhì)在噴嘴中的膨脹過程1. 噴嘴中的汽流速度噴嘴中的汽流速度 1）噴嘴出口處的汽流理想速度）噴嘴出口處的汽流理想速度 噴嘴入口處蒸汽的狀態(tài)：噴嘴入口處蒸汽的狀態(tài)： ；噴嘴內(nèi)等熵膨脹，則噴嘴；噴嘴內(nèi)等熵膨脹，則噴嘴出口處汽流理想速度為，由能量方程出口處汽流理想速度為，由能量方程 ：噴嘴的理想焓降。用滯止焓表示時：噴嘴的理想焓降。用滯止焓表示時：0,0,0ctp20

21、2201021cnhcthhtcthhnh10*21*02201021nhthhcthhtc2） 噴嘴出口的汽流實際速度噴嘴出口的汽流實際速度 一般蒸汽有粘性，所以實際速度一般蒸汽有粘性，所以實際速度 ，即流動中有損失。，即流動中有損失。 損失程度常用損失程度常用速度系數(shù)速度系數(shù)j表示，即：表示，即： 速度系數(shù)速度系數(shù)j與動能損失與動能損失 之間的關(guān)系：之間的關(guān)系： 流動過程絕熱，故損失的動能流動過程絕熱，故損失的動能熱能加熱蒸汽本身，使蒸汽熱能加熱蒸汽本身，使蒸汽出口實際比焓大于理想比焓。熵增加。出口實際比焓大于理想比焓。熵增加。tcc11*211nhtccnh*)21 (221221nhc

22、tcnh 3) 影響影響j的因數(shù)：的因數(shù)： 噴嘴高度、葉型、汽道形狀、表面粗糙度、前后壓力噴嘴高度、葉型、汽道形狀、表面粗糙度、前后壓力等。等。 噴嘴高度影響最大，噴嘴高度影響最大， 一般取一般取 l075mm 時，時， 98. 096.02蒸汽在噴嘴斜切部分中的膨脹蒸汽在噴嘴斜切部分中的膨脹 由噴嘴結(jié)構(gòu)特點和流動特點，在噴嘴出口處形成由噴嘴結(jié)構(gòu)特點和流動特點，在噴嘴出口處形成汽流斜切部分，直接汽流斜切部分，直接影響出口速度及方向影響出口速度及方向；即影；即影響汽流進入動葉特性。響汽流進入動葉特性。 偏角偏角當出口截面上的當出口截面上的壓力比壓力比 臨界壓比臨界壓比時：時： 噴嘴喉部斷面噴嘴喉

23、部斷面AB上的上的流速流速聲速聲速； 此時出口斷面無膨脹波，噴嘴出汽角此時出口斷面無膨脹波，噴嘴出汽角 1為：為： 當噴嘴出口斷面上的當噴嘴出口斷面上的壓力比壓力比AD面合力；使汽流繞面合力；使汽流繞A點偏轉(zhuǎn)一個角度點偏轉(zhuǎn)一個角度 。 當已知噴嘴壓力比當已知噴嘴壓力比 、蒸汽等熵指數(shù)、蒸汽等熵指數(shù)k 、噴嘴出汽角噴嘴出汽角1，則由，則由 計算求得偏轉(zhuǎn)角計算求得偏轉(zhuǎn)角1nkknknkkkk1111111121sin11sin（三）工質(zhì)在動葉柵中的流動和速度三角形（三）工質(zhì)在動葉柵中的流動和速度三角形1速度三角形速度三角形動葉柵的圓周速度：動葉柵的圓周速度： ; dm:平均直徑；平均直徑；汽流對動

24、葉柵的相對速度：汽流對動葉柵的相對速度：w1 進入動葉柵的汽流絕對速度：進入動葉柵的汽流絕對速度：c1,則則 此矢量關(guān)系用圖表示，此矢量關(guān)系用圖表示，就是速度三角形就是速度三角形:60nmduucw11cuw2實際動葉柵相對速度實際動葉柵相對速度 動葉柵實際入口相對三個速度：動葉柵實際入口相對三個速度： 動葉柵進汽角：動葉柵進汽角： 同理，由動葉柵實際出口速度三角形：同理，由動葉柵實際出口速度三角形：出口絕對速度：出口絕對速度： 出汽角：出汽角： 葉柵出口角：葉柵出口角：1cos122211ucucw11sin1arcsin1wc)2180cos(222222uwuwc2)2180(2arcs

25、in2csianw22sin2arcsin*2wc3動葉柵出口汽流理想速度動葉柵出口汽流理想速度動葉柵出口汽流理想速度：不考慮動葉損失時，動葉柵出口汽流理想速度：不考慮動葉損失時， 由于動葉柵內(nèi)部流動損失，由于動葉柵內(nèi)部流動損失，一般，一般， ； 即即 *221*2212122bhwthmwthhtwtww22*222bhtww動葉柵速度損失系數(shù)動葉柵速度損失系數(shù)4動葉柵速度系數(shù)與能量損失之間的關(guān)系動葉柵速度系數(shù)與能量損失之間的關(guān)系 主要與葉型、反動度、表面粗糙度有關(guān)。主要與葉型、反動度、表面粗糙度有關(guān)。一般取一般取 =0.850.95。*)21 ()2222(21bhwtwbh第三節(jié)第三節(jié)

26、渦輪機級的損失和效率渦輪機級的損失和效率一、蒸汽作用在動葉上的力和輪軸功一、蒸汽作用在動葉上的力和輪軸功蒸汽流過動葉時，汽流作用在動葉上的力，分解為蒸汽流過動葉時，汽流作用在動葉上的力，分解為動葉片上的周向力和軸向力；即：動葉片上的周向力和軸向力；即： 輪軸功：單位時間汽流對動葉片所作的功，輪軸功：單位時間汽流對動葉片所作的功，即：即： 由沖量式：由沖量式：22zFuFbFuPuFPuu)coscos(2211ccmtFu)coscos(2211ccqFmu所以，所以， 此式表明，當此式表明，當qm=1kg/s=1kg/s時，表示時，表示1kg1kg蒸汽所產(chǎn)生蒸汽所產(chǎn)生的有效功，即級的作功能力

27、：的有效功，即級的作功能力： 因因 ； 所以，由速度三角形（圖所以，由速度三角形（圖3-103-10）)coscos(2211ccuquFPmuu)coscos(22111ccuPu1111coscoswuc222coswuc)coscos()coscos(*221122111wwuwwuPu表明級的作功能力表明級的作功能力 ，與進，與進/出汽角出汽角 （ ）有關(guān)）有關(guān);沖動級動葉片的沖動級動葉片的 、 值均較小，故作功能力較大值均較小，故作功能力較大;而反動級動葉片的而反動級動葉片的 和和 角均沖動級大，所以其作角均沖動級大，所以其作功能力較小。功能力較小。 由速度三角形：由速度三角形： 即

28、蒸汽在動葉柵中作功后，以絕對速度離開動葉。即蒸汽在動葉柵中作功后，以絕對速度離開動葉。1uP21,*21*21*2 21212222211wwccPu故動能故動能 未能利用而損失，稱為級的余速損失未能利用而損失，稱為級的余速損失即即為了節(jié)能利用余速，采用多級汽輪，一般余速利用為了節(jié)能利用余速，采用多級汽輪，一般余速利用系數(shù)系數(shù) 表示余速的利用程度。表示余速的利用程度。則，下一級利用的余速能量：則，下一級利用的余速能量： 設(shè)進入噴嘴的初速度設(shè)進入噴嘴的初速度c0 ，噴嘴的余速利用：，噴嘴的余速利用：222c2ch2222chc1022211ch220000chc級的輪周有效比焓：級的輪周有效比焓

29、： 進入級的可用能：進入級的可用能： 其中，噴嘴的損失：其中，噴嘴的損失： 動葉柵的損失：動葉柵的損失： 級的余速損失：級的余速損失： 22200cbntuhhhhchthc2200nhbh2ch二、級的輪周效率與最佳速度比二、級的輪周效率與最佳速度比 1） 輪周效率：級所發(fā)出的輪周功率和工質(zhì)在級中所具有的理輪周效率：級所發(fā)出的輪周功率和工質(zhì)在級中所具有的理想能量之比；即想能量之比；即 其中，其中， 從能量損失角度：級中的能量損失：從能量損失角度：級中的能量損失： 所以，所以， 用損失系數(shù)來表示。用損失系數(shù)來表示。01EPuu21*0cthhE2,cbnhhh0*2Ehhhhcbntu2)1

30、(11cbn速動能：下一級噴嘴的進口初21ch 損失系數(shù)損失系數(shù) ：取決于速度系數(shù)：取決于速度系數(shù) ； 而而 ：取決于葉型結(jié)構(gòu)，一定葉型：取決于葉型結(jié)構(gòu)，一定葉型 為常數(shù)；為常數(shù)； ：取決于：取決于c2 。 所以，所以，提高級輪周效率的途徑：降低提高級輪周效率的途徑：降低 c2 。 對一定的動葉入口速度對一定的動葉入口速度c1，通過輪周速度通過輪周速度u，來調(diào)整，來調(diào)整c2；當出汽角當出汽角 時，時，c2最小，最小， 最小。最小。 bn,2c 9022222chcuuc1c2w1=w21290uuc1c2w1=w21290uuc1c2w1=w21290圖圖3-143-142）影響因數(shù)及提高效率

31、的途徑：）影響因數(shù)及提高效率的途徑：3) 最佳速度比最佳速度比：使：使c2最小的入口速度和圓周速度之比，最小的入口速度和圓周速度之比， 即即 直接影響汽輪機直接影響汽輪機輪周效率和作功能力輪周效率和作功能力的重要特性參數(shù)。的重要特性參數(shù)。 4）速度比與輪周效率的關(guān)系：不同情況而不同）速度比與輪周效率的關(guān)系：不同情況而不同1純沖動級的輪周效率和最佳速度比：純沖動級的輪周效率和最佳速度比：a）不考慮余速利用時：）不考慮余速利用時：圖圖3-15min112ccux1*21112coscos1)(cos2xxux1的變化范圍：的變化范圍：最佳速度比：使，最佳速度比：使， 即即 即，即， 11cos0

32、x01dxdu0)2(coscoscos12111*221xdxdu0coscos121*220)2(cos11x2cos)(11opx由于實際中，由于實際中，c1不易測得，所以常用不易測得，所以常用 代替。代替。此時，此時， *2tahc*111*222tnataahhxcccuhucuxbnbtbmhhhhh*mmbnhh)1 (*)1 ()1 (*mtbmmtnhhhh注：注：c1和和ca的區(qū)別的區(qū)別所以所以，對純沖動級對純沖動級 ：最佳速度比為：最佳速度比為：當當 時，時，b）考慮余速利用時：輪周效率的表達式復雜，）考慮余速利用時：輪周效率的表達式復雜， 計算結(jié)果，當計算結(jié)果，當 時，

33、時，對對 的沖動級，的沖動級， 的沖動級，的沖動級，即即 提高下一級余速動能的利用程度，可提高最佳速度比。提高下一級余速動能的利用程度，可提高最佳速度比。)1 (1maaxcux0m1xxa 2cos11opopaxx2011,97. 0148. 0045opax14,90. 0,96. 0111585. 0opax0147. 0opax2. 反動度對最佳速度比的影響：反動度對最佳速度比的影響：當當 的沖動級，的沖動級， =0.480.52； 3復速級復速級采用復速級的原因：采用復速級的原因： 若要減少整機的級數(shù)，必須增大一級內(nèi)能利用的比焓降；若要減少整機的級數(shù)，必須增大一級內(nèi)能利用的比焓降；

34、但隨級的比焓降增大，在一定但隨級的比焓降增大，在一定u下，下，x1減小，余速損失增減小，余速損失增大，使大，使hu降低；所以用復速級。降低；所以用復速級。20. 005. 0mopaxw2uc2w2uc2w1uc111112222c1uw1復速級的速度三角形圖復速級的速度三角形圖（圖（圖3-16）復速級的輪周效率：復速級的輪周效率： 最佳速度比：最佳速度比：4反動級：反動級： 反動級的反動級的 ，設(shè)靜葉和動葉的葉型相同，設(shè)靜葉和動葉的葉型相同， 則則 所以，所以， 最佳速度比：最佳速度比： 或或 )2cos(8)2(cos811112aauxxxx4cos4cos111opaopxx；或5 .

35、 0m,*21*2101221,cwcwc11cos)(opx11cos2cos)(2121opax當當 時，時， 特點：特點：反動級輪周效率在最大速度比附近變化平反動級輪周效率在最大速度比附近變化平 坦，所以，常用于變工況機組坦，所以，常用于變工況機組。16. 011,2021n,94. 01opx65. 0opax三、級內(nèi)損失和級的效率三、級內(nèi)損失和級的效率1汽輪機級內(nèi)損失汽輪機級內(nèi)損失汽輪機級內(nèi)損失：包括：汽輪機級內(nèi)損失：包括： 、 、 之外之外葉高損失葉高損失: 扇形損失扇形損失 : 葉輪摩擦損失葉輪摩擦損失: 部分進氣損失部分進氣損失: 漏汽損失漏汽損失: 濕汽損失濕汽損失: nhb

36、h2chLhhfhehhxh隨葉高的流動損失；葉片級軸向間隙中產(chǎn)隨葉高的流動損失；葉片級軸向間隙中產(chǎn)生的徑向流動損失生的徑向流動損失蒸汽微團間，蒸汽微團間，蒸汽與葉輪間的摩擦；蒸汽與葉輪間的摩擦；間隙處蒸汽旋轉(zhuǎn)速度不同間隙處蒸汽旋轉(zhuǎn)速度不同產(chǎn)生旋渦產(chǎn)生旋渦鼓風損失：鼓風損失：軸向間隙處不工作蒸汽從軸向間隙處不工作蒸汽從葉輪的一側(cè)鼓到另一側(cè)產(chǎn)生耗功損失葉輪的一側(cè)鼓到另一側(cè)產(chǎn)生耗功損失弧段斥汽損失：弧段斥汽損失：排斥并加速停滯汽道排斥并加速停滯汽道內(nèi)蒸汽的損失內(nèi)蒸汽的損失+漏損漏損+吸氣損失吸氣損失隔板汽封間隙處，動葉頂部、根部軸隔板汽封間隙處，動葉頂部、根部軸向間隙處發(fā)生的漏汽損失。向間隙處發(fā)生

37、的漏汽損失。濕蒸汽流動造成的能量損失濕蒸汽流動造成的能量損失:濕汽過熱濕汽過熱,摩擦，驅(qū)水滴等摩擦，驅(qū)水滴等噴嘴和動葉端部損失噴嘴和動葉端部損失2汽輪機級效率汽輪機級效率 當級的進汽量為當級的進汽量為D1；級的有效比焓降為；級的有效比焓降為hi時，時， 級的內(nèi)功率為：級的內(nèi)功率為：級的相對內(nèi)效率為：級的有效比焓降與級的理論比級的相對內(nèi)效率為：級的有效比焓降與級的理論比焓降之比。即：當余速被下一級部分利用時：焓降之比。即：當余速被下一級部分利用時： 36001iihDP221*1*0)1 (ctcxeflbntirihhhhhhhhhhhhEh6大損失 當余速未利用時，當余速未利用時， 表明級的

38、能量轉(zhuǎn)換的完善程度，是衡量汽輪機的表明級的能量轉(zhuǎn)換的完善程度，是衡量汽輪機的重要經(jīng)濟性指標。重要經(jīng)濟性指標。 *01, 0thE*02tcxeflbntirihhhhhhhhhhhEh第四節(jié)第四節(jié) 多級渦輪機多級渦輪機 一、多級渦輪機的熱力過程一、多級渦輪機的熱力過程1）必要性）必要性汽輪機工作條件：初壓：汽輪機工作條件：初壓：23.5Mpa左右；左右；背壓：真空度背壓：真空度0.0034Mpa下工作；下工作； 理想比焓降：達理想比焓降：達10001600kJ/kg； 從經(jīng)濟性角度：葉片平均直徑處圓周速度：從經(jīng)濟性角度：葉片平均直徑處圓周速度：1000m/s 汽流的馬赫數(shù)：汽流的馬赫數(shù)：Ma=

39、33.5。要保證在最佳速度比工作時，避免單級的要保證在最佳速度比工作時，避免單級的圓周速度圓周速度超過材料的極限強度超過材料的極限強度；采用多級汽輪機。；采用多級汽輪機。2） 多級汽輪機多級汽輪機 蒸汽在依次連接的多級中相繼作功；十多級每蒸汽在依次連接的多級中相繼作功；十多級每一級只利用整個汽輪機比焓降中的一小部分；一級只利用整個汽輪機比焓降中的一小部分； 高壓、中壓部分的級、葉片的圓周速度：高壓、中壓部分的級、葉片的圓周速度：120250m/s； 低壓缸末幾級圓周速度：低壓缸末幾級圓周速度：350450m/s； 對多數(shù)的級汽流的馬赫數(shù)：對多數(shù)的級汽流的馬赫數(shù)：Ma1； 級速比接近最佳速度比；

40、級速比接近最佳速度比； 汽輪機的輸出功率汽輪機的輸出功率=各級功率之和。各級功率之和。 3）多級汽輪機熱力過程）多級汽輪機熱力過程 ：進汽節(jié)流過程：進汽節(jié)流過程 ：各級實際膨脹過程：各級實際膨脹過程 ：排汽節(jié)流過程：排汽節(jié)流過程 調(diào)節(jié)閥前狀態(tài)：調(diào)節(jié)閥前狀態(tài)：A0（po，to）；）； 第一級噴嘴前的狀態(tài)：第一級噴嘴前的狀態(tài)： （ ）調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失后）調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失后 排氣背壓排氣背壓冷凝器壓力冷凝器壓力 ； 點點 末級動葉排汽時排汽管壓力損失，所以，末級動葉排汽時排汽管壓力損失，所以， ； 點點 汽輪機總理想焓降汽輪機總理想焓降 ： 級內(nèi)理想焓降級內(nèi)理想焓降 ： 有效焓降有效焓降00 AA2

41、0 BA22 BB0A00,tpcp2Bccpp2BtH00 BAuHtH00 BA 4）多級的特點：）多級的特點：a）單級焓降小單級焓降小，提高單機功率，保證在最佳速比附，提高單機功率，保證在最佳速比附近工作，提高機組效率；近工作，提高機組效率；b）噴嘴出口速度小噴嘴出口速度小，可減小級的平均直徑，可減小級的平均直徑提高提高葉片高度，減小葉頂端損失，或增大部分進汽度，葉片高度，減小葉頂端損失，或增大部分進汽度，減小部分進汽損失；減小部分進汽損失；c）級的焓降較小級的焓降較小，可用漸縮噴嘴，提高噴嘴效率；，可用漸縮噴嘴，提高噴嘴效率；d）蒸汽在汽輪機中的工作過程為）蒸汽在汽輪機中的工作過程為絕

42、熱過程絕熱過程，上一，上一級損失轉(zhuǎn)為熱能，使進入本級時溫度升高，故增級損失轉(zhuǎn)為熱能，使進入本級時溫度升高，故增大級的理想焓降大級的理想焓降 二、重熱系數(shù)二、重熱系數(shù)表示多級汽輪機能量損失中，回收熱能的程度。表示多級汽輪機能量損失中，回收熱能的程度。 Q：級的能量損失中回收的熱能：級的能量損失中回收的熱能; 級內(nèi)的能量損失轉(zhuǎn)變成熱能，加級內(nèi)的能量損失轉(zhuǎn)變成熱能，加熱工質(zhì)，提高級后蒸汽的焓值。熱工質(zhì)，提高級后蒸汽的焓值。對對n級汽輪機：級汽輪機： 各級理想比焓降之和各級理想比焓降之和=各級等熵理想比焓降之和各級等熵理想比焓降之和+各級回收熱能之和各級回收熱能之和, 即即 tHQnjtnjjtsnj

43、tQHqhhjj111)1 ()1 (tttHHQH 設(shè)設(shè) 各級的相對內(nèi)效率相等，為各級的相對內(nèi)效率相等，為 ， 則則 各級實際比焓降為：各級實際比焓降為： 總的級的實際比焓降總的級的實際比焓降: 整個汽輪機的相對內(nèi)效率：整個汽輪機的相對內(nèi)效率： rijjtriihhiniinjihhhhj 211trinjtritnttriHhhhhj )1 ()(121)1 (1,ritnjitiTriHhHHj 整機內(nèi)效率大于各級的平均內(nèi)效率；但整機內(nèi)效率大于各級的平均內(nèi)效率；但 越大，越大， 越小。越小。 因為，重熱只能回收總損失的一部分，不能補因為，重熱只能回收總損失的一部分，不能補償損失的全部。償

44、損失的全部。 重熱系數(shù)的半經(jīng)驗公式：重熱系數(shù)的半經(jīng)驗公式： 在過熱區(qū)：在過熱區(qū)：K=0.2；飽和區(qū)：；飽和區(qū)：K=0.12； 部 分 在 過 熱 區(qū) ， 部 分 在 飽 和 區(qū) 工 作 時部 分 在 過 熱 區(qū) ， 部 分 在 飽 和 區(qū) 工 作 時K=0.140.18。Z：級數(shù)：級數(shù) Tri,ZZHKtri17 .418)1 (三、多級渦輪機的損失三、多級渦輪機的損失多級渦輪機除級內(nèi)損失以外，還有多級渦輪機除級內(nèi)損失以外，還有1） 前后端軸封前后端軸封漏汽損失漏汽損失漏汽原因：旋轉(zhuǎn)件和固定件之間留有間隙，間隙兩端存在壓漏汽原因：旋轉(zhuǎn)件和固定件之間留有間隙，間隙兩端存在壓差而漏汽。差而漏汽。

45、漏汽不流經(jīng)主流道，不參加作功漏汽不流經(jīng)主流道，不參加作功漏汽損失漏汽損失 防止措施：齒形軸封。密封原理防止措施：齒形軸封。密封原理降低壓差（壓降）降低壓差（壓降） 結(jié)構(gòu)：高低齒與軸上凸肩相錯對應，而者之間留有徑向結(jié)構(gòu)：高低齒與軸上凸肩相錯對應，而者之間留有徑向環(huán)形齒隙；每兩個齒間形成環(huán)形汽室。環(huán)形齒隙；每兩個齒間形成環(huán)形汽室。汽室內(nèi)的蒸汽流動：蒸汽通過環(huán)形齒隙時，通道面積減小，汽室內(nèi)的蒸汽流動：蒸汽通過環(huán)形齒隙時，通道面積減小，速度增大，壓力降低；速度增大，壓力降低； 流入齒后，汽室體積流入齒后，汽室體積突然擴大，汽流產(chǎn)生渦突然擴大，汽流產(chǎn)生渦流和碰撞，其動能全部流和碰撞，其動能全部轉(zhuǎn)換為熱能

46、；使蒸汽焓轉(zhuǎn)換為熱能；使蒸汽焓值得到回復。值得到回復。 每個齒隙只承擔軸每個齒隙只承擔軸封總壓降的一部分。封總壓降的一部分。 2）進氣節(jié)流損失）進氣節(jié)流損失 進氣節(jié)流損失指蒸汽從初狀態(tài)引入第一級噴嘴之前，進氣節(jié)流損失指蒸汽從初狀態(tài)引入第一級噴嘴之前，流經(jīng)主汽閥、調(diào)節(jié)閥、管道以及蒸汽室時因壓力損失造流經(jīng)主汽閥、調(diào)節(jié)閥、管道以及蒸汽室時因壓力損失造成的焓降損失。成的焓降損失。 設(shè)第一級噴嘴前壓力為設(shè)第一級噴嘴前壓力為 ，則，則節(jié)流引起的壓力損失節(jié)流引起的壓力損失為：為： 高低壓缸之間用連通管連接時，因高低壓缸之間用連通管連接時，因摩擦而造成摩擦而造成的壓力損的壓力損失為失為 ：連通管壓力：連通管壓

47、力 tttHHH 0p0000)05. 003. 0(ppppsssspppp)03. 002. 0(sp3）排汽管壓力損失）排汽管壓力損失 設(shè)冷凝器的靜壓為設(shè)冷凝器的靜壓為 ， 汽輪末級出口后的靜壓為汽輪末級出口后的靜壓為 ，排汽管壓力損失主要包括排汽管壓力損失主要包括流動摩擦損失和渦流而產(chǎn)生流動摩擦損失和渦流而產(chǎn)生的壓降；即：的壓降；即： ：排汽管阻力系數(shù)（：排汽管阻力系數(shù)（0.050.1），）， :排汽管中的汽流速度（排汽管中的汽流速度（80100m/s） cpcpexccexcccpcppp21004）機械損失）機械損失 汽輪機運行時克服徑向軸承、推力軸承的摩擦阻汽輪機運行時克服徑向軸

48、承、推力軸承的摩擦阻力；力；帶動調(diào)速器、主油泵等所消耗的功率帶動調(diào)速器、主油泵等所消耗的功率 機械機械損失；損失；汽輪機內(nèi)功率為汽輪機內(nèi)功率為 ， 則，軸端功率為：則，軸端功率為： 汽輪機的機械效率：汽輪機的機械效率：axPiPaxiaxPPPiaxiaxaxPPPP15）汽輪機裝置的效率）汽輪機裝置的效率 郎肯循環(huán)郎肯循環(huán)：水等壓加熱變?yōu)樗魵獾倪^程：水等壓加熱變?yōu)樗魵獾倪^程d-a；（第五章）；（第五章） 水蒸氣在汽輪機內(nèi)絕熱膨脹過程水蒸氣在汽輪機內(nèi)絕熱膨脹過程a-b； 排出的水蒸氣在冷凝器內(nèi)定壓凝結(jié)為飽和水的過程排出的水蒸氣在冷凝器內(nèi)定壓凝結(jié)為飽和水的過程b-c； 水在水泵內(nèi)絕熱壓縮過程

49、水在水泵內(nèi)絕熱壓縮過程c-d等構(gòu)成等構(gòu)成 循環(huán)效率：循環(huán)效率： ：水蒸氣初比焓，：水蒸氣初比焓， ：凝結(jié)水比焓。：凝結(jié)水比焓。 a）汽輪發(fā)電機組的絕對電效率：）汽輪發(fā)電機組的絕對電效率： 相對電效率：相對電效率： ctthhH00hchgaxritfwgaxritelahhH0,gaxritelelrHDP0, f e d T s a b c 汽輪機內(nèi)效率：汽輪機內(nèi)效率：汽輪發(fā)電機組的絕對電效率：汽輪發(fā)電機組的絕對電效率：相對電效率：相對電效率：汽輪機機械效率：汽輪機機械效率：)1 (1,ritnjitiTriHhHHjgaxritfwgaxritelahhH0,gaxritelelrHDP0

50、,iaxiaxaxPPPP1 其中，其中， ：發(fā)電機效率；：發(fā)電機效率； ：發(fā)電機線端功率；：發(fā)電機線端功率； ：流量（：流量（kg/h） ：末級高壓加熱器出口的給水比焓（采用回：末級高壓加熱器出口的給水比焓（采用回熱系統(tǒng)時）。熱系統(tǒng)時）。 b）汽耗率）汽耗率d：每發(fā)：每發(fā)1kwh電所消耗的蒸汽量；電所消耗的蒸汽量； 只用于同類型機組的經(jīng)濟性比較。只用于同類型機組的經(jīng)濟性比較。 c）熱耗率：每發(fā)）熱耗率：每發(fā)1kwh 電所消耗的熱量。電所消耗的熱量。 可用于評價不同參數(shù)的汽輪機組的經(jīng)濟性?？捎糜谠u價不同參數(shù)的汽輪機組的經(jīng)濟性。 gelP0DfwhelrtelHPDd,03600elaq,360

51、0四、汽輪機的配汽方式四、汽輪機的配汽方式 配汽方式配汽方式=汽輪機負荷調(diào)節(jié)方式，由外界負荷變化調(diào)節(jié)輸出功。汽輪機負荷調(diào)節(jié)方式，由外界負荷變化調(diào)節(jié)輸出功。 兩種基本配汽方式：噴嘴配汽和節(jié)流配汽兩種基本配汽方式：噴嘴配汽和節(jié)流配汽1 噴嘴配汽方式噴嘴配汽方式配汽方法：設(shè)多個調(diào)節(jié)閥；第一級為部分進汽，并配置若干個配汽方法：設(shè)多個調(diào)節(jié)閥；第一級為部分進汽，并配置若干個噴嘴組；噴嘴組； 調(diào)節(jié)閥數(shù)目調(diào)節(jié)閥數(shù)目=噴嘴組數(shù)目；噴嘴組數(shù)目； 每個調(diào)節(jié)閥只控制一個噴嘴組的進汽；每個調(diào)節(jié)閥只控制一個噴嘴組的進汽； 通過不同調(diào)節(jié)閥的開關(guān)控制，改變工作噴嘴數(shù)目，控制進入通過不同調(diào)節(jié)閥的開關(guān)控制，改變工作噴嘴數(shù)目，控制

52、進入汽輪機的流量，實現(xiàn)負荷調(diào)節(jié)。汽輪機的流量，實現(xiàn)負荷調(diào)節(jié)。因這種汽輪機的第一級能改變流通面積，所以稱為因這種汽輪機的第一級能改變流通面積，所以稱為調(diào)節(jié)級調(diào)節(jié)級。 配汽方式的特點：配汽方式的特點：1)各閥依次開啟（關(guān)閉），各閥依次開啟（關(guān)閉），任意工況下，僅一個閥為部分開啟任意工況下，僅一個閥為部分開啟，其余各閥均全開（全關(guān)）其余各閥均全開（全關(guān)）只有流過部分開啟閥的小部分蒸只有流過部分開啟閥的小部分蒸汽受到汽受到節(jié)流節(jié)流，改善機組低負荷的熱經(jīng)濟性。，改善機組低負荷的熱經(jīng)濟性。2）全開閥門無節(jié)流，部分開閥門受到節(jié)流，所以）全開閥門無節(jié)流，部分開閥門受到節(jié)流，所以調(diào)節(jié)級內(nèi)調(diào)節(jié)級內(nèi)有有兩股初參數(shù)不

53、同的工作蒸汽，而兩股初參數(shù)不同的工作蒸汽，而級后壓力相同級后壓力相同。相當于節(jié)相當于節(jié)流部分，效率降低流部分，效率降低。3）汽輪機負荷變化時，調(diào)節(jié)級前后的壓力和焓降隨之變化。）汽輪機負荷變化時，調(diào)節(jié)級前后的壓力和焓降隨之變化。第第1組閥門全開時壓差最大，焓降也最大，而部分進汽最小組閥門全開時壓差最大，焓降也最大，而部分進汽最小調(diào)節(jié)級調(diào)節(jié)級葉片應力狀態(tài)最差葉片應力狀態(tài)最差；調(diào)節(jié)級后溫度變化幅度較大，；調(diào)節(jié)級后溫度變化幅度較大，且沿且沿圓周分布不均勻圓周分布不均勻，熱負荷大，所以，熱負荷大，所以，噴嘴配汽對負荷噴嘴配汽對負荷變化的適應性較差變化的適應性較差4）隨功率所需蒸汽量）隨功率所需蒸汽量 時

54、，隨著后一個閥門開啟，級后壓力增時，隨著后一個閥門開啟，級后壓力增大，在非臨界狀態(tài)，通過全閥門的蒸汽量反而會降低。大，在非臨界狀態(tài)，通過全閥門的蒸汽量反而會降低。2節(jié)流配汽節(jié)流配汽 根據(jù)汽輪機負荷大小，利用調(diào)節(jié)閥直接對進入蒸根據(jù)汽輪機負荷大小，利用調(diào)節(jié)閥直接對進入蒸汽節(jié)流，以控制進入汽輪機的蒸汽量。汽節(jié)流，以控制進入汽輪機的蒸汽量。 特點：結(jié)構(gòu)簡單，成本低。特點：結(jié)構(gòu)簡單，成本低。無調(diào)節(jié)級無調(diào)節(jié)級，除小功率，除小功率外，汽輪機外，汽輪機第一級均設(shè)計為全周進汽第一級均設(shè)計為全周進汽，改善第一，改善第一級動葉強度和第一級后溫度分布不均勻性。級動葉強度和第一級后溫度分布不均勻性。 缺點：除最大負荷工

55、況外，調(diào)節(jié)閥均在部分開啟缺點：除最大負荷工況外，調(diào)節(jié)閥均在部分開啟狀態(tài)，所以狀態(tài)，所以蒸汽節(jié)流，理想焓降減少，低負荷時蒸汽節(jié)流，理想焓降減少，低負荷時熱經(jīng)濟性較差熱經(jīng)濟性較差。 常用于大功率高參數(shù)機組。最大負荷時經(jīng)濟性與常用于大功率高參數(shù)機組。最大負荷時經(jīng)濟性與噴嘴配汽式相近。噴嘴配汽式相近。 五、汽輪機的工況圖五、汽輪機的工況圖 汽輪機工況圖：指汽輪機組的功率與汽耗量間的關(guān)系曲線。汽輪機工況圖：指汽輪機組的功率與汽耗量間的關(guān)系曲線。 節(jié)流調(diào)節(jié)的凝汽式汽輪機的工況：節(jié)流調(diào)節(jié)的凝汽式汽輪機的工況： 汽耗特性方程：汽耗特性方程： ：發(fā)電機組空載汽耗，：發(fā)電機組空載汽耗， dl ：汽耗率，即增加單位

56、功率所需增加的汽耗量：汽耗率，即增加單位功率所需增加的汽耗量d ellnlPdDDnlD4個調(diào)節(jié)汽門系統(tǒng)個調(diào)節(jié)汽門系統(tǒng):a點點三個汽門全三個汽門全開，截流損失最小，開，截流損失最小，效率最高效率最高d點點四個汽門全四個汽門全開開全負荷全負荷第五節(jié)第五節(jié) 火箭及噴氣發(fā)動機火箭及噴氣發(fā)動機一、火箭推進概述一、火箭推進概述1火箭的運動與推進原理火箭的運動與推進原理直接反作用裝置直接反作用裝置：如火箭等噴氣式發(fā)動機，：如火箭等噴氣式發(fā)動機， 特點：發(fā)動機和推進器合為一體，特點：發(fā)動機和推進器合為一體， 將各種形式的能量轉(zhuǎn)換成射流的動能；將各種形式的能量轉(zhuǎn)換成射流的動能； 射流產(chǎn)生的反作用力直接作用在發(fā)

57、動機上。射流產(chǎn)生的反作用力直接作用在發(fā)動機上。 間接反作用式裝置間接反作用式裝置：如螺旋槳飛機，：如螺旋槳飛機， 特點：發(fā)動機和推進器分開特點：發(fā)動機和推進器分開; 發(fā)動機作為動力源，工質(zhì)為燃料燃燒的產(chǎn)物，發(fā)動機作為動力源，工質(zhì)為燃料燃燒的產(chǎn)物， 推進器作為產(chǎn)生運動部件，工質(zhì)為空氣；推進器作為產(chǎn)生運動部件，工質(zhì)為空氣； 推動飛機前進的反作用力作用在推進器上。推動飛機前進的反作用力作用在推進器上。直接反作用噴氣式發(fā)動機：有空氣噴氣發(fā)動機和火箭發(fā)動機直接反作用噴氣式發(fā)動機：有空氣噴氣發(fā)動機和火箭發(fā)動機1）空氣噴氣發(fā)動機：由進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪和）空氣噴氣發(fā)動機：由進氣道、壓氣機、燃燒室、渦

58、輪和噴管等組成；噴管等組成；特點：利用周圍的空氣通過燃燒產(chǎn)生噴氣射流。特點：利用周圍的空氣通過燃燒產(chǎn)生噴氣射流。 圖圖3-27 其理想循環(huán)：進汽道和壓氣機中的定熵壓縮過程；其理想循環(huán)：進汽道和壓氣機中的定熵壓縮過程； 燃燒室中的等壓加熱過程；燃燒室中的等壓加熱過程； 渦輪和噴管中的定熵膨脹過程；渦輪和噴管中的定熵膨脹過程； 對外等壓放熱過程。對外等壓放熱過程。 只能在只能在大氣層大氣層中推進，在真空層中只能靠慣性飛行。中推進，在真空層中只能靠慣性飛行。 2）火箭發(fā)動機：發(fā)動機和推進器合為一體）火箭發(fā)動機：發(fā)動機和推進器合為一體 特點：不用周圍空氣，只用自身攜帶的物質(zhì)，產(chǎn)生特點：不用周圍空氣，只

59、用自身攜帶的物質(zhì)，產(chǎn)生射流；射流； 所以，在大氣層或在大氣層外都能推進。所以，在大氣層或在大氣層外都能推進。3）火箭反作用運動和推力的產(chǎn)生原理）火箭反作用運動和推力的產(chǎn)生原理火箭燃燒產(chǎn)物是從火箭本身噴出，故在推進過程中火箭燃燒產(chǎn)物是從火箭本身噴出，故在推進過程中火箭是火箭是變質(zhì)量系統(tǒng)變質(zhì)量系統(tǒng)；設(shè)，系統(tǒng)包括噴出的質(zhì)量設(shè)，系統(tǒng)包括噴出的質(zhì)量定質(zhì)量系統(tǒng)，定質(zhì)量系統(tǒng)， 由動量定律：系統(tǒng)動量變化由動量定律：系統(tǒng)動量變化=沖量變化沖量變化t 時刻：系統(tǒng)質(zhì)量為時刻：系統(tǒng)質(zhì)量為M，速度，速度u；t+dt 時刻：時刻： 系統(tǒng)質(zhì)量分為系統(tǒng)質(zhì)量分為火箭質(zhì)量：火箭質(zhì)量： ， 速度：速度： 排出的質(zhì)量：排出的質(zhì)量：

60、速度：速度：其中，其中， ：每秒噴出的燃燒產(chǎn)物質(zhì)量，：每秒噴出的燃燒產(chǎn)物質(zhì)量， ：燃燒產(chǎn)物相對火箭的后噴速度：燃燒產(chǎn)物相對火箭的后噴速度 dtmMtdtdtddtmtedtdtddtdMmte數(shù)學模型：數(shù)學模型：由動量定律：由動量定律： ：火箭所受外力的矢量和，包括表面靜壓力、氣動阻力、：火箭所受外力的矢量和，包括表面靜壓力、氣動阻力、重力等重力等 將上式展開，略去二階微量，整理后得，將上式展開，略去二階微量，整理后得， a）火箭運動方程）火箭運動方程：說明：相對說明：相對定質(zhì)量物體運動方程定質(zhì)量物體運動方程相比，多了相比，多了 項項 ，數(shù)值上，數(shù)值上等于從等于從火箭噴出的燃燒產(chǎn)物的動量變化率