1000MW汽轮机原理

第三章 汽轮机工作原理 蒸汽流经级做功时，有的级中蒸汽仅在喷嘴0＊p＊中膨胀，有的级中蒸汽不仅在喷嘴中膨胀，而且在动叶中膨胀，在实际应用中，常依据蒸汽在动叶中是否发生膨胀及膨胀程度的大小，来区分级的类型。 图3－4表示没有损失时，蒸汽在喷嘴和动叶中都发生膨胀的理想热力过程，蒸汽在喷嘴中的'h２c０２0Δhｔ＊１ΔhｔΔhｔp０p１1t2tp２＇ｔΔh２s0图3－4 级的理想热力过程理想焓降为?h1t，在动叶中的理想焓降为?h2t，级的理想焓降为?ht。 ?ht=?h1t+?h2t 式3－1

假想汽流被等熵地滞止到初速为零的状态时，蒸汽在级内等熵膨胀所具有的焓降称为级的滞止理想焓降，即?ht。蒸汽在动叶中的理想焓降与级的理想滞止焓降之比称为级的反动度，以?表示，

'?h2?? 式3－2

?ht*'*按反动度的不同，汽轮机的级分为： １）冲动级，级的反动度?=0。

蒸汽只在喷嘴中发生膨胀，在动叶中不发生膨胀，只改变速度和方向。动叶的进出口截面接近相等。

２）反动级，级的反动度?=0.5左右。

蒸汽在喷嘴、动叶中的膨胀程度接近相等。喷嘴与动叶的形状相似，流道均为收缩型。 ３）带反动度的冲动级，级的反动度?=0.15左右。

蒸汽在动叶中有一定的膨胀，但小于在喷嘴中的膨胀量，蒸汽对动叶的作用力以冲动力为主。

二、蒸汽在喷嘴中的流动

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第三章 汽轮机工作原理

汽轮机喷嘴是由相邻叶片构成的静止汽道。它把蒸汽的热能转变为动能。 １）喷嘴出口的理想速度

蒸汽在喷嘴中为理想流动时，喷嘴出口处的气流速度叫喷嘴出口理想速度。把能量方程 h0＋c0/2＋q＝h1＋c1/2＋P 式3－3 应用于喷嘴时，由于喷嘴固定不动，不对外做功，即P＝0，其次可以认为蒸汽在喷嘴中流动时与外界无热能交换，即为绝热过程，q＝0。故能量方程变为下列形式：

h0＋c0/2＝h1＋c1/2 式3－4

由式3－4可以求得喷嘴出口理想气流速度为： c1t?２）喷嘴出口实际速度

在实际流动过程中，由于蒸汽是具有一定粘性的实际气体，蒸汽流经喷嘴时，总是存在损失，从而使汽流获得的动能减小。因此，喷嘴出口的实际汽流速度c1要比理想速度clt小。一般用喷嘴的速度系数φ来考虑这个损失。这样喷嘴出口的实际速度为：

c1t?1.414h0?h1t?1.414?hn**22(h0?h1t)?c0 式3－5

2

2

2

2

式3－6

喷嘴中流动的能量损失(简称喷嘴损失)，可以表示为

Δhnξ=c1t／2－c 1／2＝（１－φ）Δhn 式3－7

３）喷嘴的流量

由连续方程式可导出喷嘴理想流量的计算式如下：

qm1t=A1×c1t/vt 式3－8 式中 c1t--喷嘴出口处的理想速度，m/s

v1t -喷嘴出口处理想比容，m3／kg A1---喷嘴出口处的截面积，m2

实际流动中，由于存在流动损失，不仅使喷嘴出口的汽流实际速度降低，也使通过喷嘴的实际流量qm1小于理想流量qmlt，通常用流量系数μn来表示实际流量比理想流量减小的程

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２

２

２

*

第三章 汽轮机工作原理

度，它等于通过喷嘴的实际流量与理想流量之比，即

μn=qm1/qmlt 式3－9

由于影响流量系数的关系较复杂，很难用理论计算准确确定，故流量系数往往用实验方法求得。

三、蒸汽在动叶中的流动

从喷嘴出来的高速汽流，进入动叶，推动叶轮旋转，所以动叶栅有一个切向速度，即圆周速度u。由于动叶栅是以圆周速度在转动，所以动叶栅进口蒸汽速度不是喷嘴出口速度，而是相对动叶栅速度w1。

由力学可知，进入动叶栅的相对速度w1应为绝对速度c1与圆周速度u的向量差，即： w1＝c1－u 式中 c1―喷嘴出口绝对速度，m/s

u―圆周速度，m/s，可按下式计算：

u＝πdbn/60

式3－11 式3－10

如图3－5所示c 、w和u之间关系的三角形叫速度三角形。运用速度三角形，可在已知喷嘴出口速度和圆周速度的条件下，求出蒸汽进入动叶的速度，或在已知动叶出口相对速度和圆周速度的条件下，求出动叶出口绝对速度。

四 、级的轮轴功率与轮周效率 对于一个具有反动度的冲动式汽轮机动叶栅，它不仅受到蒸汽冲动力F１的作用，而且受蒸汽在动叶片内膨胀加速所产生的反动力F２的作用，这两个力的合力F作用于动叶片上使叶轮旋转。在汽轮机计算中，通常把该力F分解成一个周向力Fu和一个轴向力Fz，如图 3－6所示。依据做功原理，Fz与运动方向相垂直，因而Fz不做功，只引起轴向推力；而周向力Fu与运动方向相同，是真正做功的力。

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c1zα1β1β2α2c1w1cw2c2zuuc+c1u2uw1u+w2u图3-5 动叶进出口三角形第三章 汽轮机工作原理 周向力Fu在动叶片上每秒钟所做的功叫级的轮周功率Pu，它等于周向力Fu与圆周速度之积 P1喷嘴P0Pu= Fuu 式3－12 人们把单位重量的蒸汽通过汽轮机某级所做轮周功wu与其在该级的理想焓降之比称为轮周效率，即 ηu＝wu/Δht 式3－13 轮周效率的大小直接反映了蒸汽在级中热能转换为机械能的程度。 五、最佳速比 圆周速度u与出口汽流速度c1之比称作速比，用符号x1表示，即 x1＝u／c1

式3－14

FzF=Fu+FzFuP3叶轮转动方向叶片图3－6 蒸汽对动叶片的作用力 速比对轮周效率有很大影响，对于每一级均有一个最佳x1使η最高。人们把轮周效率最高的速比称作最佳速比(x 1)OP ，通过推导可以得出：纯冲动级的最佳速比(x 1)OP冲＝0.5cosα1；反动级的最佳速比(x 1)OP反＝cosα1。

α1为喷嘴的安装位置角，即喷嘴出口蒸汽绝对速度的方向角。

若纯冲动级和反动级的平均直径相同，且均在最佳速比下工作，则它们的理想焓降之比为2: 1，即纯冲动级为反动级的２倍。也就是说，纯冲动级可耗用较大的焓降，做功能力大，常被作为调节级用；而反动级耗用焓降小，做功能力小，因而反动式汽轮机级数较多。 六、级内损失

级内损失：在级的能量转换过程中，只是直接影响蒸汽状态的各种损失称为级内损失。级内损失包括：喷嘴损失、动叶损失、余速损失、扇形损失、鼓风磨擦损失、湿汽损失及漏汽损失等。

１）喷嘴损失Δhn

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