熱能工程基礎(chǔ)(5)

1、第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械5-1 葉輪機(jī)械能量轉(zhuǎn)換原理葉輪機(jī)械能量轉(zhuǎn)換原理一、葉輪機(jī)械工作原理一、葉輪機(jī)械工作原理 具有一定壓力和溫度的工質(zhì)（蒸汽或燃?xì)猓┫仍趪娮欤o葉柵）中膨脹加速，工質(zhì)壓力、溫度降低，流速增加，完成熱能到動(dòng)能的轉(zhuǎn)換。從噴嘴出來(lái)的高速氣流，以一定的方向進(jìn)入裝在葉輪上的動(dòng)葉柵，氣流速度受葉片作用改變大小及方向后排出。氣流對(duì)葉片產(chǎn)生一作用力，推動(dòng)葉輪作功，完成動(dòng)能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。 噴嘴（靜葉柵）和與其配合的動(dòng)葉柵構(gòu)成了渦輪機(jī)作功的基本單元，這個(gè)作功單元稱作渦輪級(jí)渦輪級(jí)或透平級(jí)透平級(jí)。由一個(gè)級(jí)構(gòu)成的渦輪機(jī)稱為單級(jí)渦輪機(jī)，由兩

2、個(gè)及以上的級(jí)所構(gòu)成的渦輪機(jī)稱為多級(jí)渦輪機(jī)。級(jí)是渦輪機(jī)械的級(jí)是渦輪機(jī)械的基本作功單元?；咀鞴卧?。 1、軸流式原動(dòng)機(jī)的工作原理、軸流式原動(dòng)機(jī)的工作原理 第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械 葉輪位于渦殼形的壓出室中。在外力矩的作用下，葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪中的流體獲得了機(jī)械能，壓力、溫度、速度均提高，在慣性的作用下擠入壓出室，使速度降低，壓力提高，然后從擴(kuò)散管排出。由于葉輪的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，流體將連續(xù)不斷地由葉輪吸入和排出。這樣實(shí)現(xiàn)了機(jī)械能向壓能或動(dòng)能的轉(zhuǎn)換。離心式葉輪機(jī)械也有單級(jí)和多級(jí)之分。 2、離心式工作機(jī)的工作原理、離心式工作機(jī)的工作原理第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械第五章第五章 葉

3、輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械二、流動(dòng)模型的簡(jiǎn)化二、流動(dòng)模型的簡(jiǎn)化不考慮工質(zhì)粘性工質(zhì)在葉柵內(nèi)的流動(dòng)為穩(wěn)定流動(dòng)工質(zhì)的流動(dòng)是平面二元流動(dòng)流動(dòng)是等熵或絕熱的定性分析時(shí)將工質(zhì)作為理想氣體第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)氣流的基本方程式 穩(wěn)定流動(dòng)：管道內(nèi)各點(diǎn)的狀態(tài)及流速、流量等都不隨時(shí)間變化。 假設(shè)：狀態(tài)及流速只沿流動(dòng)方向變化；流動(dòng)中能量轉(zhuǎn)換過程是可逆的。 分析氣體流動(dòng)過程所依據(jù)的主要方程式：連續(xù)性方程式；能量方程式；動(dòng)量方程式；狀態(tài)方程式。CvAcqfm由能量守恒關(guān)系，有：對(duì)其取對(duì)數(shù)再求微分，有：0dddvvccAAff上二式稱為穩(wěn)定流動(dòng)過程的連續(xù)性方程式。第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械

4、葉輪式動(dòng)力機(jī)械噴管利用氣體壓降使氣流加速的管道。即dcf0。 氣流流經(jīng)噴管的時(shí)間很短，因此，噴管中氣體的流動(dòng)可作為絕熱流動(dòng)過程處理。 按能量方程式，當(dāng)q = 0時(shí)，有：)(21212221ffcchh 即，dh0。氣體的焓降低而轉(zhuǎn)換為氣體的流動(dòng)動(dòng)能。 按動(dòng)量方程式，得到流速變化和壓力變化的關(guān)系：ffccpvdd 即，dp0。氣體壓力降低時(shí)流速增加。第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械 氣流掠過物體表面時(shí)，由于摩擦、撞擊等使氣體相對(duì)于物體的速度降低為零的現(xiàn)象稱為滯止滯止現(xiàn)象。 滯止發(fā)生時(shí)氣體的溫度及壓力都要升高，致使物體的溫度及受力狀況受到影響。 忽略滯止過程中的散熱，則可認(rèn)為過程為絕熱滯

5、止絕熱滯止過程。絕熱滯止?fàn)顟B(tài)下氣體的狀態(tài)參數(shù)稱為絕熱滯止參數(shù)或簡(jiǎn)稱為滯止參數(shù)。 由絕熱流動(dòng)的能量關(guān)系式)(212f12f221cchhfchchchh2121212f222f110可得到絕熱滯止焓h0的關(guān)系式為可見，絕熱滯止焓等于絕熱流動(dòng)中任一位置氣體的焓和流動(dòng)動(dòng)能的總和，因此也稱總焓總焓。 第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械三、級(jí)的作用原理與反動(dòng)度三、級(jí)的作用原理與反動(dòng)度1、級(jí)的作用原理、級(jí)的作用原理 通過通過沖動(dòng)作用原理沖動(dòng)作用原理與與反動(dòng)作用原理反動(dòng)作用原理實(shí)現(xiàn)。按照工質(zhì)在級(jí)的動(dòng)葉內(nèi)不同的膨脹程度，實(shí)現(xiàn)。按照工質(zhì)在級(jí)的動(dòng)葉內(nèi)不同的膨脹程度，又可分為又可分為沖動(dòng)級(jí)沖動(dòng)級(jí)和和反動(dòng)級(jí)反

6、動(dòng)級(jí)兩種。兩種。 以沖動(dòng)作用原理工作的級(jí)，工質(zhì)在動(dòng)葉流道中不膨脹加速，而只隨流道形狀改變其流動(dòng)方向，工質(zhì)因改變流動(dòng)方向?qū)?dòng)葉柵產(chǎn)生的作用力，即沖動(dòng)力沖動(dòng)力，推動(dòng)葉輪作出機(jī)械功，此作功原理稱為沖動(dòng)作用原理沖動(dòng)作用原理。此時(shí)工質(zhì)所作的機(jī)械功等于它在動(dòng)葉柵中動(dòng)能的變化量，依靠沖動(dòng)力推動(dòng)的靜、動(dòng)葉柵組成的級(jí)稱為沖動(dòng)級(jí)沖動(dòng)級(jí)。 在渦輪機(jī)中，當(dāng)工質(zhì)在動(dòng)葉流道內(nèi)膨脹加速時(shí)，工質(zhì)不僅改變流動(dòng)方向，并且因?yàn)榕蛎浭蛊渌俣纫灿休^大的增加，加速汽流流出汽道時(shí)，對(duì)動(dòng)葉柵將施加一個(gè)與工質(zhì)流出方向相反的反作用力，這個(gè)作用力叫做反動(dòng)力反動(dòng)力。此作功原理稱為反動(dòng)作用原理反動(dòng)作用原理。依靠反動(dòng)力推動(dòng)的級(jí)稱為反動(dòng)級(jí)反動(dòng)級(jí)。 第五章

7、第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械2、反動(dòng)度、反動(dòng)度為說(shuō)明工質(zhì)在動(dòng)葉氣道中膨脹的程度，常用級(jí)的焓降反動(dòng)度來(lái)表示，簡(jiǎn)稱反動(dòng)度。它等于氣流在動(dòng)葉氣道內(nèi)膨脹時(shí)的理想焓降與整個(gè)級(jí)的滯止理想焓降之比。即bnbtbmhhhhh*bh表示理想焓降 *th表示整個(gè)級(jí)的滯止理想焓降 *nh表示噴嘴的滯止理想焓降 m表示級(jí)的平均直徑（動(dòng)葉頂部和根部處葉輪直徑的平均值）截面上的反動(dòng)度。 第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械3、級(jí)的分類、級(jí)的分類（1）純沖動(dòng)級(jí)）純沖動(dòng)級(jí) 在純沖動(dòng)級(jí)中，熱能到動(dòng)能的轉(zhuǎn)換在噴嘴內(nèi)進(jìn)行，而在動(dòng)葉中只有動(dòng)能到機(jī)械功的轉(zhuǎn)換。工質(zhì)在動(dòng)葉中只改變流向而不膨脹。動(dòng)葉內(nèi)流通截面沿流道不變。作功

8、能力大，效率較低。0m21pp 0bh*nthh第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械（2）帶反動(dòng)度的沖動(dòng)級(jí)）帶反動(dòng)度的沖動(dòng)級(jí) 工質(zhì)的膨脹大部分發(fā)生在噴嘴葉柵中，只有小部分在動(dòng)葉柵中發(fā)生，故動(dòng)葉流道也收縮變窄。 20. 005. 0m第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械（3）反動(dòng)級(jí)）反動(dòng)級(jí) 在反動(dòng)級(jí)中，工質(zhì)的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能的過程一半發(fā)生在噴嘴葉柵中，一半發(fā)生在動(dòng)葉柵中。噴嘴氣道與動(dòng)葉氣道都為漸縮型，動(dòng)、靜葉片形狀相同，反向安裝。反動(dòng)級(jí)作功能力較低但效率最高，因此現(xiàn)代大型汽輪機(jī)中更普遍地采用了反動(dòng)級(jí)。5 . 0m*5 . 0tnbhhh21pp 第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)

9、械（4）復(fù)速級(jí)）復(fù)速級(jí) 是沖動(dòng)級(jí)的一種，在葉輪上裝有兩列動(dòng)葉柵，并在第一列動(dòng)葉柵后裝有一列固定不動(dòng)的導(dǎo)向葉柵，工質(zhì)在噴嘴中膨脹加速，壓力降低而速度增加。工質(zhì)經(jīng)過第一列動(dòng)葉柵時(shí)，只將一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，出來(lái)的工質(zhì)流速還很高，由于這時(shí)氣流的方向與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，需安裝一列導(dǎo)向葉柵來(lái)改變氣流的方向，再到第二列動(dòng)葉柵作功。 常用于單級(jí)汽輪機(jī)或中小型汽輪機(jī)的第一級(jí)（作為調(diào)節(jié)級(jí)）。（d）復(fù)速級(jí)）復(fù)速級(jí)第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械（d）復(fù)速級(jí)）復(fù)速級(jí)第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械四、葉輪機(jī)械的幾何特性四、葉輪機(jī)械的幾何特性1、渦輪級(jí)葉柵參

10、數(shù)、渦輪級(jí)葉柵參數(shù)第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉柵葉柵:由許多相同葉片以同樣的間距和安裝角度排列在某一幾何面上而形成的柵型氣流通道。靜葉柵常稱為噴嘴葉柵，動(dòng)葉柵又稱為工作葉柵。 葉型葉型:葉片的橫截面形狀稱為葉型，其周線稱為型線。若葉片型線沿葉高不變，則稱為等截面葉片，若葉片型線沿葉高變化，則稱變截面扭葉片。 反動(dòng)式葉柵反動(dòng)式葉柵:葉柵前后有靜壓差，截面由進(jìn)口到出口顯著縮小，故工質(zhì)通過時(shí)除流動(dòng)方向改變外還有加速；噴嘴葉柵和反動(dòng)度較大的動(dòng)葉柵（反動(dòng)級(jí)動(dòng)葉柵）為反動(dòng)式葉柵。 沖動(dòng)式葉柵沖動(dòng)式葉柵:葉柵前后靜壓差近似相等，工質(zhì)通過時(shí)主要改變流向，基本上不加速。沖動(dòng)級(jí)的動(dòng)葉柵及復(fù)速級(jí)的導(dǎo)

11、向葉柵為沖動(dòng)式葉柵。實(shí)用中為了減少流動(dòng)損失，使汽道也略有收縮，即有一定反動(dòng)度。 葉柵出口氣流的馬赫數(shù)葉柵出口氣流的馬赫數(shù) ： Ma0.8時(shí)，稱為亞音速葉柵，漸縮型汽道； 0.8Ma1.2時(shí)稱為超音速葉柵，縮放型汽道。第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉片節(jié)距葉片節(jié)距葉柵寬度葉柵寬度葉型弦長(zhǎng)葉型弦長(zhǎng)出口邊厚出口邊厚出口寬度出口寬度葉柵安裝角葉柵安裝角出口氣流角出口氣流角幾何進(jìn)口角幾何進(jìn)口角幾何出口角幾何出口角進(jìn)口氣流角進(jìn)口氣流角高度、高度、平均直徑平均直徑第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉片節(jié)距葉片節(jié)距葉柵寬度葉柵寬度葉型弦長(zhǎng)葉型弦長(zhǎng)出口寬度出口寬度葉柵安裝角葉柵安裝角出口氣流

12、角出口氣流角幾何進(jìn)口角幾何進(jìn)口角幾何出口角幾何出口角進(jìn)口氣流角進(jìn)口氣流角進(jìn)口寬度進(jìn)口寬度高度、高度、平均直徑平均直徑第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉型幾何進(jìn)口角與氣流進(jìn)口角之差稱為沖角沖角，用 表示。 11g沖角為正，說(shuō)明幾何進(jìn)口角大于氣流進(jìn)口角，氣流沖擊在葉片內(nèi)弧上，反之為負(fù)沖角。正沖角引起的撞擊損失比負(fù)沖角損失大。因此，渦輪機(jī)設(shè)計(jì)一般采用接近零或稍偏向于負(fù)值的沖角，同時(shí)將進(jìn)氣邊做成圓弧形，以減弱葉片對(duì)進(jìn)氣角變化的敏感性。 第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械2、離心機(jī)械葉輪參數(shù)、離心機(jī)械葉輪參數(shù)離心式葉輪的葉片彎曲形式有三種：后彎式后彎式、徑向式徑向式和前彎式前彎式。 后

13、彎式葉輪的效率最高效率最高，穩(wěn)定工況范圍最寬穩(wěn)定工況范圍最寬，但相同外徑和轉(zhuǎn)速下流量流量較小、揚(yáng)程最低較小、揚(yáng)程最低。前彎式的優(yōu)缺點(diǎn)與后彎式相反，徑向式介于兩者之間。實(shí)際應(yīng)用最多的是后彎式，前彎式葉輪用于一部分低壓通風(fēng)機(jī)中。 第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械離心機(jī)械葉輪的葉片形狀：空間扭曲型空間扭曲型和非扭曲型非扭曲型。圓弧曲率半徑圓弧曲率半徑圓心距圓心距葉片厚葉片厚輪轂直徑輪轂直徑 葉輪進(jìn)口葉輪進(jìn)口直徑直徑 葉片進(jìn)口葉片進(jìn)口直徑直徑 葉輪外徑葉輪外徑 葉輪出口葉輪出口寬度寬度 葉片進(jìn)口葉片進(jìn)口寬度寬度 幾何進(jìn)口角幾何進(jìn)口角 幾何出口角幾何出口角 葉片節(jié)距葉片節(jié)距 進(jìn)氣角進(jìn)氣角 出氣

14、角出氣角 第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械設(shè)計(jì)工況下沖角為零時(shí)，當(dāng)流量小于設(shè)計(jì)流量時(shí)形成正沖角， 011g 說(shuō)明幾何進(jìn)口角大于進(jìn)氣角，流體沖擊在葉片的工作面上，漩渦區(qū)發(fā)生在葉片背面，當(dāng)流量大于設(shè)計(jì)流量時(shí)形成負(fù)沖角，流體沖擊在吸力面上，將在葉片工作面進(jìn)口部分形成漩渦，產(chǎn)生更大的能量損失。因此，為避免在流量大于設(shè)計(jì)流量下出現(xiàn)過大的負(fù)沖角，離心機(jī)械在設(shè)計(jì)時(shí)常取3 8的正沖角。同時(shí)，由于正沖角時(shí)可以增大入口流道面積，因此對(duì)改善泵的抗汽蝕性能也有利。 第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械五、葉輪進(jìn)出口速度三角形五、葉輪進(jìn)出口速度三角形葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，流體相對(duì)于葉輪流道流速為w，流體隨葉輪旋轉(zhuǎn)

15、的牽連速度為u，它的絕對(duì)速度c為前兩者之和。即c = w + u第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械在討論渦輪的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系時(shí)，一般并不需要知道葉片通道中速度的變化情況，而只需了解葉片通道進(jìn)出口的速度變化即可。動(dòng)葉柵的圓周速度 60ndub （m/s）離心葉輪葉片通道進(jìn)出口圓周速度分別為6011nDu6022nDu （m/s）1對(duì)軸向渦輪， 為已知，通過噴嘴計(jì)算可求出c1，由三角形基本定理可得112211cos2ucucw1111sinarcsinwc對(duì)離心葉輪， 為已知，通過連續(xù)性方程可求得 ，則 1rc1111sinrcw 11121211c

16、os2uwuwc1111sinarcsincw第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械六、渦輪級(jí)損失六、渦輪級(jí)損失1、噴嘴損失、噴嘴損失 nh工質(zhì)流經(jīng)噴嘴時(shí)的動(dòng)能損失用噴嘴損失 表示： nh*22212121)1 (2)1 (2nttnhccchtc1理想速度 1c實(shí)際速度 噴嘴速度系數(shù) tcc11第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械2、動(dòng)葉柵損失、動(dòng)葉柵損失 bh與噴嘴相似，動(dòng)葉柵中的動(dòng)能損失用動(dòng)葉柵損失 表示： bh*22222222)1 (2)1 (2bttbhwwwhtw2理想相對(duì)速度 2w實(shí)際相對(duì)速度 動(dòng)葉速度系數(shù) tww22第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械3、余速

17、損失、余速損失 2ch2222chc 工質(zhì)在動(dòng)葉柵中作功后，以絕對(duì)速度 離開動(dòng)葉柵，這樣就有一部分動(dòng)能未能在動(dòng)葉中轉(zhuǎn)變成為機(jī)械能，對(duì)本級(jí)來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)損失，稱為余速損失。即 2c在多級(jí)汽輪機(jī)中，中間級(jí)的余速有可能被下級(jí)部分或全部利用，它本身也可在多級(jí)汽輪機(jī)中，中間級(jí)的余速有可能被下級(jí)部分或全部利用，它本身也可部分或全部利用上級(jí)的余速。通常以系數(shù)部分或全部利用上級(jí)的余速。通常以系數(shù) 來(lái)表示余速動(dòng)能利用的程度，來(lái)表示余速動(dòng)能利用的程度，稱為余速動(dòng)能利用系數(shù)。稱為余速動(dòng)能利用系數(shù)。 4、葉高損失、葉高損失 lh 噴嘴和動(dòng)葉汽道上下端壁附面層內(nèi)的摩擦和二次流所造成的損失，大小與葉高有密切的關(guān)系。第五章第五

18、章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械5、扇形損失、扇形損失 h 等截面直葉片級(jí)是以基元級(jí)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算的，而汽輪機(jī)葉柵為環(huán)型葉柵，其節(jié)距與速度沿葉高是變化的，從而產(chǎn)生流動(dòng)損失。 6、葉輪摩擦損失、葉輪摩擦損失 fh 由動(dòng)靜間隙中圓柱面上的速度梯度引起的摩擦損失，以及子午面內(nèi)的渦流運(yùn)動(dòng)引起的損失兩部分組成。7、部分進(jìn)汽損失、部分進(jìn)汽損失 eh 由鼓風(fēng)損失和斥汽損失兩部分組成。鼓風(fēng)損失發(fā)生在與不裝噴嘴的弧段對(duì)應(yīng)的動(dòng)葉通道內(nèi)，斥汽損失發(fā)生在裝有噴嘴的弧段內(nèi)。8、漏汽損失、漏汽損失 h 隔板（或靜葉柵）前后存在著較大的壓力差，而靜葉柵和轉(zhuǎn)軸之間又存在著間隙，因此必定有一部分工質(zhì)從靜葉柵前通過間隙漏到靜葉與本

19、級(jí)葉輪之間的汽室內(nèi)。由于這部分工質(zhì)不通過噴嘴，所以不參加作功，因而形成了隔板漏汽損失。還有葉頂漏汽損失。 第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械9、濕蒸汽級(jí)的濕汽損失、濕蒸汽級(jí)的濕汽損失 xh 濕蒸汽汽輪機(jī)的各級(jí)和普通汽輪機(jī)的最后幾級(jí)都在濕蒸汽區(qū)工作，不可避免地要產(chǎn)生濕汽損失。在濕蒸汽內(nèi)工作的級(jí)，由于一部分蒸汽隨著膨脹加速而凝結(jié)成了水珠，因此使作功的蒸汽量減少；另一方面因水珠的速度要比蒸汽的速度低很多，汽、液兩相流動(dòng)中，高速的蒸汽挾帶著低速的水珠流動(dòng)，從而消耗了汽流的一部分動(dòng)能。 注意：注意：以上各部分損失并不是所有級(jí)別中都同時(shí)存在。除噴嘴損失 、動(dòng)葉柵損失 、余速損失 、葉高損失 、漏汽

20、損失 在各種級(jí)內(nèi)都存在外，其余四項(xiàng)損失只有在某些條件下有可能存在。 nhbh2chlhh第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械七、渦輪級(jí)效率七、渦輪級(jí)效率 因級(jí)內(nèi)存在各種損失，故不可能使級(jí)內(nèi)的理想能量全部轉(zhuǎn)變成功。必然有一部分能量消耗在各種損失中，這部分損失重新轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃浚⒓訜峁べ|(zhì)本身，因此級(jí)內(nèi)損失使動(dòng)葉出口的排汽焓沿等壓線升高。 1kg工質(zhì)所具有的理想能量中最后轉(zhuǎn)變成輪軸內(nèi)功的那部分焓降稱為級(jí)的內(nèi)焓降（或有效焓降），以 表示： ihhhhti*第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械1、級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率、級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率 si級(jí)的內(nèi)焓降與級(jí)的理想能量之比稱為級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率相對(duì)內(nèi)效率，簡(jiǎn)稱

21、級(jí)效率級(jí)效率，其表達(dá)式為21*0cttisihhhhEh2、級(jí)的內(nèi)功率、級(jí)的內(nèi)功率 siP3600isihDP（kW） 第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械八、多級(jí)渦輪機(jī)八、多級(jí)渦輪機(jī)1、熱力過程、熱力過程 動(dòng)力過程中實(shí)際使用的大功率汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)都是多級(jí)的。在汽輪機(jī)中，蒸汽在依次連接的許多級(jí)中相繼作功，每一個(gè)級(jí)中只利用整個(gè)汽輪機(jī)理想比焓降中的一小部分。級(jí)數(shù)有時(shí)可達(dá)十幾級(jí)，甚至更多，并配置在不同的汽缸內(nèi)，根據(jù)流通時(shí)工作蒸汽壓力的高低不同而分別被稱為高壓缸高壓缸、中壓缸中壓缸、低壓缸低壓缸等。蒸汽順序通過各級(jí)作功，直到最后由末級(jí)動(dòng)葉排出。各級(jí)功率之和就是整個(gè)汽輪機(jī)的功率各級(jí)功率之和就是整

22、個(gè)汽輪機(jī)的功率。蒸汽在多級(jí)汽輪機(jī)中的工作熱力過程與級(jí)中的工作過程一樣，可以用h-s圖上的熱力過程線進(jìn)行表示。 第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械2、重?zé)嵯禂?shù)、重?zé)嵯禂?shù) 多級(jí)汽輪機(jī)的優(yōu)點(diǎn)之一就是上一級(jí)的能量損失可以在下一級(jí)中再得到部分有效利用。級(jí)的能量損失轉(zhuǎn)變成了熱能，從而提高了級(jí)后蒸汽的焓值，使級(jí)后蒸汽溫度升高，而使?jié)裾魵鈪^(qū)的干度得到提高。 若Q為多級(jí)汽輪機(jī)中從能量損失中回收的熱能， 為理想焓降值。tHtHQ則重?zé)嵯禂?shù)若汽輪機(jī)每級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率均為 ，則整個(gè)汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率 為 siir,)1 (,si

23、titiirHhHH第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械3、多級(jí)渦輪機(jī)的損失、多級(jí)渦輪機(jī)的損失 多級(jí)渦輪機(jī)中，除了級(jí)內(nèi)損失以外，還有整個(gè)汽輪機(jī)的損失，如進(jìn)、排汽機(jī)構(gòu)的節(jié)流損失節(jié)流損失，前、后端軸封漏氣損失漏氣損失及機(jī)械損失機(jī)械損失等。 可見，整機(jī)的內(nèi)效率整機(jī)的內(nèi)效率大于各級(jí)的平均內(nèi)效率各級(jí)的平均內(nèi)效率。但卻不能由此得出重?zé)嵯禂?shù)越大，多級(jí)汽輪機(jī)效率越高的結(jié)論。因?yàn)橹責(zé)嶂荒芑厥湛倱p失的一部分，并不能補(bǔ)償損失的全部，所以重?zé)嵯禂?shù)越大，整機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率越低。第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械九、汽輪機(jī)的工況及功率調(diào)節(jié)九、汽輪機(jī)的工況及功率調(diào)節(jié)1、設(shè)計(jì)工況與變工況、設(shè)計(jì)工況與變工況設(shè)計(jì)工況

24、：設(shè)計(jì)工況：汽輪機(jī)是按一定的熱力參數(shù)、轉(zhuǎn)速和功率等條件設(shè)計(jì)的，熱力設(shè)計(jì)所依據(jù)及求得的參數(shù)統(tǒng)稱為設(shè)計(jì)參數(shù)。汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)，如各參數(shù)都等于設(shè)計(jì)值，此時(shí)稱為設(shè)計(jì)工況設(shè)計(jì)工況。汽輪機(jī)在設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行具有最高的內(nèi)效率，設(shè)計(jì)工況又稱為經(jīng)濟(jì)工況。經(jīng)濟(jì)工況。 變工況：變工況：實(shí)際運(yùn)行中，由于各種原因，汽輪機(jī)不能始終在設(shè)計(jì)工況下工作。主要原因?yàn)椋和饨缲?fù)荷、蒸汽參數(shù)、轉(zhuǎn)速以及汽輪機(jī)本身結(jié)構(gòu)的變化等。任何偏離設(shè)計(jì)參數(shù)的運(yùn)行工況統(tǒng)稱為變工況變工況。 第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械2、功率調(diào)節(jié)、功率調(diào)節(jié) 汽輪機(jī)所帶的負(fù)荷總在不斷變化。為使汽輪機(jī)做功與外界不斷變化的負(fù)荷相適應(yīng)，必須隨時(shí)調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的功率。發(fā)電功率

25、方程式3600,0gmirteHDPir,mg汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率機(jī)械效率發(fā)電機(jī)效率第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械（1）噴嘴調(diào)節(jié)）噴嘴調(diào)節(jié)第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械（1）噴嘴調(diào)節(jié)）噴嘴調(diào)節(jié)采用噴嘴調(diào)節(jié)的汽輪機(jī)的第一級(jí)，其流通面積隨負(fù)荷變化。汽輪機(jī)前有一主汽閥，其后與噴嘴前有若干調(diào)節(jié)閥，噴嘴分成若干組分別由噴嘴前調(diào)節(jié)閥通過控制其開度來(lái)控制流量。任何工況下，只有部分開啟調(diào)節(jié)閥的蒸汽受到節(jié)流作用，因此噴嘴調(diào)節(jié)汽輪機(jī)在部分負(fù)荷時(shí)經(jīng)濟(jì)性較好。第一級(jí)通流面積在工況變動(dòng)時(shí)變化，為部分進(jìn)汽。 （2）節(jié)流調(diào)節(jié)）節(jié)流調(diào)節(jié) 節(jié)流調(diào)節(jié)只采用一個(gè)調(diào)節(jié)閥（大功率汽輪機(jī)采用幾個(gè)同時(shí)開啟的閥門），對(duì)進(jìn)

26、入汽輪機(jī)的全部蒸汽進(jìn)行調(diào)節(jié)。隨著負(fù)荷的增加，調(diào)節(jié)閥逐漸開啟，當(dāng)汽輪機(jī)發(fā)出最大功率時(shí)調(diào)節(jié)閥完全開啟。又稱質(zhì)量調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)方式在小于最大負(fù)荷時(shí)，調(diào)節(jié)閥是部分開啟的，蒸汽在調(diào)節(jié)閥中受節(jié)流作用，壓力降低，使汽輪機(jī)的理想焓降減小。第一級(jí)的通流面積在工況變動(dòng)時(shí)不變。缺點(diǎn)是部分負(fù)荷下節(jié)流損失使效率下降較多，經(jīng)濟(jì)性較差。應(yīng)用受限。只用于輔助性小功率汽輪機(jī)以及承擔(dān)基本負(fù)荷的大型凝汽式汽輪機(jī)。第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械（3）滑壓調(diào)節(jié)）滑壓調(diào)節(jié) 在保持鍋爐出口蒸汽溫度為設(shè)計(jì)值而改變其壓力的條件下，使蒸汽經(jīng)過全開或開度不變的調(diào)節(jié)閥后進(jìn)入沒有調(diào)節(jié)級(jí)的汽輪機(jī)。汽輪機(jī)的負(fù)荷將隨鍋爐出口壓力的升降而增減，以

27、適應(yīng)外界負(fù)荷變化的需要。相對(duì)于滑壓調(diào)節(jié)，其余調(diào)節(jié)方式統(tǒng)稱為定壓調(diào)節(jié)。復(fù)合滑壓調(diào)節(jié)（噴嘴滑壓調(diào)節(jié)方式），高負(fù)荷區(qū)采用定壓噴嘴調(diào)節(jié)，較低負(fù)荷區(qū)采用滑壓調(diào)節(jié)。此法是目前大容量調(diào)峰機(jī)組最常用的方式。 第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械5-2 泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī)一、概述一、概述1、泵與風(fēng)機(jī)的分類、泵與風(fēng)機(jī)的分類第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械（1）葉片式）葉片式 利用旋轉(zhuǎn)葉輪產(chǎn)生離心力或升力來(lái)輸送液體并提高其壓力的一種機(jī)械。按其獲得能量方式，又可分為離心式、軸流式和旋渦式。（2）容積式）容積式 按其結(jié)構(gòu)與機(jī)理可分為活塞式和回轉(zhuǎn)式?；钊绞抢没钊诟左w內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使缸內(nèi)容積變化，從而吸

28、入或排出流體，并能提高其能量。回轉(zhuǎn)式是利用一對(duì)或幾個(gè)特殊形狀的回轉(zhuǎn)體（如齒輪、螺桿、刮板等）在殼內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而完成流體的輸送，并能提高其壓力。（3）噴射式）噴射式 利用工作流體的能量使被輸送的流體增加能量，達(dá)到輸送流體的目的。第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械2、泵與風(fēng)機(jī)的主要參數(shù)、泵與風(fēng)機(jī)的主要參數(shù) 性能用其特性參數(shù)表示，包括額定工況下的流量流量、揚(yáng)程揚(yáng)程或風(fēng)壓風(fēng)壓、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速、功率功率和效率效率。 （1）流量）流量體積流量 ：泵或風(fēng)機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)所輸送的流體體積，m3/h或m3/s ； Vq 質(zhì)量流量 ：泵或風(fēng)機(jī)單位時(shí)間內(nèi)所輸送的流體質(zhì)量，t/h、t/s或kg/s 。 mq體積流量與

29、質(zhì)量流量之間的關(guān)系為 Vmqq（2）揚(yáng)程（風(fēng)壓）揚(yáng)程（風(fēng)壓） 流體在泵或風(fēng)機(jī)內(nèi)所增加的能量，即單位質(zhì)量的流體經(jīng)過泵所獲得的能量增加值除以重力加速度（或單位體積的流體經(jīng)過風(fēng)機(jī)所獲得的能量增加值），稱為泵的揚(yáng)程泵的揚(yáng)程H（m）（或風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓p（Pa）。第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械（3）轉(zhuǎn)速）轉(zhuǎn)速 泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n（r/min）（4）功率與效率）功率與效率 原動(dòng)機(jī)傳給泵與風(fēng)機(jī)的功率稱為軸功率軸功率PB（kW），單位時(shí)間內(nèi)流體經(jīng)過泵與風(fēng)機(jī)所獲得的能量稱為有效功率有效功率Pe（kW），即泵 1000/HgqPVe風(fēng)機(jī) 1000/VePqP 有效功率與軸功率之比稱為泵與風(fēng)機(jī)的效率泵

30、與風(fēng)機(jī)的效率，即BePP第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械二、泵二、泵1、離心泵的工作原理、離心泵的工作原理第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械2、離心泵的特性曲線、離心泵的特性曲線 泵的特性曲線是指在一定轉(zhuǎn)速下，泵的揚(yáng)程與流量揚(yáng)程與流量、效率與流量效率與流量、功率與流量功率與流量等三條關(guān)系曲線。對(duì)水泵還有一條汽蝕余量與流量汽蝕余量與流量曲線。第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械三、風(fēng)機(jī)三、風(fēng)機(jī)1、離心風(fēng)機(jī)、離心風(fēng)機(jī) 離心風(fēng)機(jī)的工作原理與離心泵相似，氣體在葉輪中的運(yùn)動(dòng)速度和能量可參考離心泵。單位體積氣體通過風(fēng)機(jī)后所獲得的能量就是風(fēng)機(jī)的出口全風(fēng)壓。（1）風(fēng)機(jī)的能量損失）風(fēng)機(jī)的

31、能量損失 風(fēng)機(jī)在工作中會(huì)發(fā)生液體的摩擦、撞擊和泄漏，風(fēng)機(jī)本身的傳動(dòng)部分也有摩擦損失。風(fēng)機(jī)的能量損失可分為為機(jī)械損失機(jī)械損失、容積損失容積損失和和流動(dòng)損失流動(dòng)損失三部分。（2）風(fēng)機(jī)的實(shí)際性能曲線）風(fēng)機(jī)的實(shí)際性能曲線 離心風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓、功率和效率對(duì)應(yīng)于風(fēng)量的變化規(guī)律，可用曲線來(lái)表示，而形成風(fēng)機(jī)的性能曲線，主要有全風(fēng)壓與風(fēng)量之間的關(guān)系曲線全風(fēng)壓與風(fēng)量之間的關(guān)系曲線、軸功率與風(fēng)量之間軸功率與風(fēng)量之間的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線、總效率與風(fēng)量之間的關(guān)系曲線總效率與風(fēng)量之間的關(guān)系曲線、靜壓與風(fēng)量之間的關(guān)系曲線靜壓與風(fēng)量之間的關(guān)系曲線、靜壓效靜壓效率與風(fēng)量之間的關(guān)系曲線率與風(fēng)量之間的關(guān)系曲線。 第五章第五章 葉輪式動(dòng)

32、力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械2、軸流風(fēng)機(jī)、軸流風(fēng)機(jī) 由進(jìn)口集流器集流器、葉輪葉輪、導(dǎo)葉導(dǎo)葉和擴(kuò)壓筒擴(kuò)壓筒組成。進(jìn)口集流器和擴(kuò)壓管組成了軸流風(fēng)機(jī)的外殼。當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，氣流從進(jìn)口集流器進(jìn)入，通過葉輪使氣體獲得能量，然后進(jìn)入導(dǎo)葉，導(dǎo)葉把氣體旋轉(zhuǎn)部分的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓，氣體最后通過擴(kuò)壓筒將一部分軸向流動(dòng)動(dòng)能也轉(zhuǎn)化為靜壓，從擴(kuò)壓筒流入管路。軸流風(fēng)機(jī)是一種大流量、低風(fēng)壓的風(fēng)機(jī)。第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械性能曲線特點(diǎn)：性能曲線特點(diǎn)：1、風(fēng)壓性能曲線H-qv的右側(cè)很陡，而左側(cè)呈馬鞍形，c點(diǎn)左側(cè)稱為不穩(wěn)定工況區(qū)不穩(wěn)定工況區(qū)；2、當(dāng)風(fēng)量減小時(shí)，功率P反而增大；在qv=0時(shí)，功率達(dá)到最大值；3、最高效率點(diǎn)最高

33、效率點(diǎn)的位置相當(dāng)接近不穩(wěn)定不穩(wěn)定工況區(qū)的起始點(diǎn)。第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械3、羅茨風(fēng)機(jī)、羅茨風(fēng)機(jī) 羅茨風(fēng)機(jī)屬于容積風(fēng)機(jī)，它依靠殼內(nèi)兩個(gè)外形為漸開線的“8”字形轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的工作室容積變化來(lái)輸送氣體的。兩個(gè)轉(zhuǎn)子將機(jī)殼分為A、B、C三室，隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，與進(jìn)風(fēng)管相通的A室擴(kuò)大而吸入氣體，同時(shí)上邊的轉(zhuǎn)子將B室逐漸縮小而將壓縮的氣體由右側(cè)的排氣口排出，同樣，C室中的氣體也被下邊的轉(zhuǎn)子所驅(qū)趕由排氣口排出。可見，上下兩個(gè)轉(zhuǎn)子等速反向旋轉(zhuǎn)一周，風(fēng)機(jī)有4個(gè)吸氣和排氣過程。兩個(gè)轉(zhuǎn)子以及轉(zhuǎn)子與機(jī)殼間均應(yīng)保持一定間隙，以免相對(duì)運(yùn)動(dòng)中發(fā)生摩擦，同時(shí)，為減少泄漏量，間隙要盡量小一些。 羅茨風(fēng)機(jī)的最大特點(diǎn)是隨著管路阻力的變化，風(fēng)壓能升高或降低，而流量基本保持不變，因此適用于要求風(fēng)量穩(wěn)定的場(chǎng)合。 第五章第五章 葉輪式動(dòng)力機(jī)械葉輪式動(dòng)力機(jī)械四、泵與風(fēng)機(jī)的運(yùn)行四、泵與風(fēng)機(jī)的運(yùn)行1、管路特性曲線、管路特性曲線指管路中通過的流量與所需要消耗的能頭之間的關(guān)系曲線。泵與風(fēng)機(jī)的管路特性曲線方程為 2VsteqHHeH泵與風(fēng)機(jī)在