汽轮机原理第一章 级的工作原理

级的工作原理级级：由一列静叶栅和一列动叶栅组成，完成蒸汽的热能转换成转子的机械能的最基本单元。级的能量转换：静叶动叶蒸汽的热能蒸汽的动能机械能•汽轮机级的动画•冲动演示按工作原理分：冲动式和反动式冲动力和冲动级：蒸汽在动叶汽道内，并不膨胀加速，只改变流动方向，这时对汽道产生的离心力叫做冲动力反动力和反动级：动叶汽道内，改变流动方向+继续膨胀、加速，。对动叶栅将施加一个与汽流流出方向相反的作用力，叫反动力。依靠反动力推动的级叫做反动级。冲动式汽轮机的工作原理冲动式汽轮机转子反动式汽轮机断面示意图反动度表示蒸汽在动叶中膨胀程度的一个参数焓降反动度压力反动度纯冲动级：Ω=0，动叶前后的压差为零反动级：Ω=0.5冲动级：Ω=0.05~0.2复速级：汽轮机的工作过程一元稳定绝热基本方程式连续性方程动量守恒方程能量守恒方程状态方程气动方程能量方程式22010122cchqhw气动方程压力波的传播方程dpakpkRTd状态方程式kp常数蒸汽在级中的膨胀过程目的：喷嘴：流量，损失，速度动叶：做功，损失，效率蒸汽在喷嘴中的膨胀过程222201010101222cccchhhh11pkkphcTRTkk2220100011010111000000001111001100001100000001010000111000000002[()]2()2222()(1)1122(1)(111ccchhchhhhppppppppppppppcpppp1100100002)(1)1npp喷嘴的实际出口速度001122(1)()tntcchhf＝叶高，叶型，压比，表面粗糙度喷嘴损失222211120(1)22(1)ttnnccchh蒸汽在喷嘴中各项参数沿汽道的变化规律临界状态汽流速度等于当地音速的状态称为临界状态临界状态下的参数称为临界参数21dcdAMcA临界参数临界速度临界压比临界流量临界速度2200110100112200000000:211221121cckkhhppkkakakpapkkk对于任一截面临界速度只和蒸汽滞止参数有关，和流动过程无关临界压比000011000000110011101011100010001221122211121kkppncnckknckkapkppkpkkpppkpkppkk临界压比只和k有关喷嘴截面积的变化规律喷嘴出口速度为亚音速：渐缩喷嘴喷嘴出口速度为超音速：缩放喷嘴21dAdcMAc蒸汽在斜切部分的膨胀喷嘴的流通能力流通能力与蒸汽参数、蒸汽性质、喷嘴出口面积和压比有关蒸汽参数和蒸汽性质确定后，流量只和滞止初参数有关理想流量如下：11000010000211122/1100000010000110021000022111122111121kkntnkkntnnntttkkknkknnnttkkknnnnAcApkkGpAkkpAppkkAkkppkAfk理想临界流量最大2100002100001/2210211100000002121221121kkknnnnnkkknnnnkkkkkknnnnnnpGkAkpkAkpkkAkkkpkAk1/221kkknn2121121021201kkknnkkkkknnnnckkkkkkk实际流量111111111100000.648nnttnttnntnnttnAcAcAcGGGpGA喷嘴流量的计算斜切部分斜切部分偏转角度喉部截面和喷嘴出口截面流量相等'111'1111111111111111111sin()sin()sinsinsin()sinnnnnnnnccnccnncccccAcltcGltcltcAcltcGcc例题已知：喷嘴进口蒸汽压力p0＝8.4MPa，温度490，速度c0＝50m/s，喷嘴后的蒸汽压力p1＝5.8MPa，喷嘴速度系数为0.97求：滞止焓、滞止压力喷嘴出口的理想速度和实际速度喷嘴损失求解020**001**013367.26kJ/kg,6.66318kJ/kg/50501.25kJ/kg2210003367.261.253368.51kJ/kg,8.433MPa5.8MPa3253.05kJ/kg115.46kJ/kg0nh=SKch=Sh=hhh按照蒸汽参数，查入口蒸汽焓入口动能＝滞止压力等熵查按照出口，查出口理想焓值喷嘴的滞止理想焓降喷嘴出口的理想速度*2*22115.461000480.54m/s0.97466m/s16.82kJ/kg1tn11tnnc=hc=chh喷嘴出口的实际速度喷嘴的损失蒸汽在动叶中流动和能量转换圆周速度：动叶进出口速度三角形60mdnu计算结果112211111111111122222222222222222121sinsin2cosarcsinarctancossinsin2cosarcsinarctancos11~17,(2~4wcuccwcucuwcucwu进口速度三角形出口速度三角形（设已知）对于冲动级：)20~30222*212122112222tbmtwwhhwhwhw动叶损失反动级的效率高所以应用广泛2222222ttb对于冲动级：对于反动级：2121btntbnbnAwAcGGAA2112,,ttwc2112,,ttwc余速损失22220022122122212cchccc余速损失：本级利用上级的余速动能：下级利用本级的余速动能：本级实际的余速损失：级的轮周功率和轮周效率轮周功率轮周功率：单位时间内蒸汽推动叶片旋转所做的机械功级的做功能力：单位质量蒸汽的轮周功率，和动叶的进出口角度有关系。对于冲动级，由于动叶转折较大，做功能力大'*'*22112211'*'*221111221122112211221122(coscos)(coscos)(coscos)(coscos)(coscos)(coscos)(coscos)(coscos)uuuuuuumtFmccFcctFGccFFGccFGccG做功能力：单位质量蒸汽做功22211222111111222222222222222222221122112222222222211221122coscos22coscos2coscos221222uwcuwcucucuwcuwcucucuwcuwcuwuccuuuwwccwwcc级的轮周效率轮周效率：轮周功和理想能量之比10uuPE22222*022200111*222222attatcccccEhhch假象速度10120011222*21P(1)(coscos)2unbcuutEhhhEEuccch2222111111111121112211122cos766.8365.762766.8365.76cos20441.2/sinsin766.8sin20arcsinarctanarcsin0.594436.47cos441.200.8441.2352.96/coscostuwcucumsccwcu切向力2222001122u01.2441.2352.96cos36.47766.4N766.4365.76280318W280.3KW766.8319000J/kg319KJ/kg2220.960.722uuttnutN=FucchhNGh轮周功率速度比圆周速度u与喷嘴出口速度c1的比值1**1111212aattuuuuxxcchh轮周效率与速度比的关系速度比：圆周速度和动叶进口速度的比值1112ubxcww0111221122221122221112112221111112211211111110;0;02(coscos)2(coscos)cos2coscos2cos(1)(1)coscoscoscoscosc2(1)2(1cosuttttuccuwwccwcwuuwcwccuwcuuuxxcucu212211221111111os)coscoscoscos2(1)2cos(1)coscoscuxxxc轮周效率的影响因素速度系数越高，效率越高角度速度比最佳速比使得轮周效率最高的速度比由于x1不容易测量，一般用假象速度xa表示。2atuch221111111112211111111111cos2cos(1)coscoscos2(1)0coscos0coscos02uxxxxxxxxxxxxx纯冲动级的最佳速比1111cos/210.97,11~170.45~0.48opamaopxxxx余速利用11221122222221212211122122222112222112112(coscos)2(coscos)(1)cos2(cos)(1)2(coscos)cos11110(cos),(1)cosuaaaaaaaauaopauccucccccccxxucccccccxKKKKx另余速利用系统的影响考虑余速利用1、余速利用可以提高级的轮周效率2、余速利用使得速度比xa在实用范围内对轮周效率的影响减弱可以偏离一点最佳速比，提高焓降，增加级的做功能力，并保持效率变化不大3、最佳速比有所提高4、失去了相对最高效率点的对称性反动级的最佳速比反动级的余速全部利用为了简化叶片的制造工艺，静叶和动叶采用同一叶型1221110.5,,mn