汽轮机原理（课堂PPT）

1,汽轮机原理Principleofsteamturbine,广东工业大学能源工程系GDUTDept.ofEnergyEngineering,上午3时17分,2,第二章汽轮机级的工作原理,2-1级的基本概念2-2蒸汽在级内的流动2-3级的轮轴效率和最佳速度比2-4叶栅尺寸的确定2-5叶栅气动特性及叶栅损失2-6级内各项损失和热效率,上午3时17分,3,本章主要内容,了解：级的热力设计；理解：汽轮机“级”的概念；掌握：蒸汽在汽轮机通流部分中的流动规律和能量转换过程；速度三角形法；级的轮周功率和最佳速度比的计算方程；熟练掌握：汽轮机级的轮周效率和最佳速度比的计算；轮周效率方程及轮周效率同速度比的关系；级内的各种损失、影响因素及提高汽轮机效率的主要途径。本章知识点为：蒸汽在级内流动的基本假设和基本方程式、蒸汽的滞止参数、喷嘴速度系数和临界压力比、反动度、速度三角形、轮周功率、级内各项损失、级效率、级的内功率和热力过程线。,上午3时17分,4,汽轮机的热力过程回顾,1.容积小,2.流量大,3.有保温层,q0,ws=wi=-h=h1-h20,轴功来自于焓降！,上午3时17分,5,2-1级的基本概念及蒸汽在级内的流动,级是汽轮机中最基本的工作单位；级由静叶栅（喷嘴栅）和动叶栅组成；本章着重阐述单级汽轮机的工作原理。,上午3时17分,6,一、汽轮机的级,汽轮机的级,上午3时17分,7,级内能量转换过程,具有一定压力、温度的蒸汽通过汽轮机的级时，首先在静叶栅通道中得到膨胀加速，将蒸汽的热能转化为高速汽流的动能，然后进入动叶通道，在其中改变方向或者既改变方向同时又膨胀加速，推动叶轮旋转，将高速汽流的动能转变为旋转机械能。,上午3时17分,8,上午3时17分,9,汽轮机下隔板,上午3时17分,10,上午3时17分,11,上午3时17分,12,二、级的反动度,蒸汽在级中做功的热力过程线,冲动力Fi：作用在汽道上的离心力,反动力Fr：与气流方向相反,12,上午3时17分,13,反动度：衡量动叶栅中蒸汽膨胀程度,二、级的反动度,蒸汽在级中做功的热力过程线,13,上午3时17分,14,冲动级和反动级分类,冲动级不同的形式：1.纯冲动级：通常把反动度m等于零的级称为纯冲动级。对于纯冲动级来说，p1=p2、hb=0、hn*=ht*，m=0，蒸汽流出动叶的速度C具有一定的动能，C未被利用而损失，称这种损失为余速损失，用hc2表示。,14,上午3时17分,15,冲动级和反动级分类,2.冲动级（带反动度的冲动级）为了提高级的效率，通常，冲动级也带有一定的反动度（m=0.050.30)，这种级称为带反动度的冲动级，它具有作功能力大、效率高的特点。,15,上午3时17分,16,3.反动级通常把反动度=0.5的级称为反动级。对于反动级来说，蒸汽在静叶和动叶通道的膨胀程度相同。反动级是在冲动力和反动力同时作用下作功。反动级的效率比冲动级高，但作功能力小。,冲动级和反动级,16,上午3时17分,17,4.复速级由一组静叶栅和安装在同一叶轮上的两列动叶栅及一组介于第一、二列动叶栅之间、固定在汽缸上的导向叶栅所组成的级，称为复速级，复速级也采用一定的反动度。复速级具有作功能力大的特点。,冲动级和反动级,17,上午3时17分,18,流过叶栅通道的蒸汽是具有粘性、非连续性和不稳定的三元流动的实际流体。为了研究方便，特作如下假设：1.蒸汽在叶栅通道的流动是稳定的：即在流动过程中，通道中任意点的蒸汽参数不随时间变化而改变。2.蒸汽在叶栅通道的流动是一元流动：即蒸汽在叶栅通道中流动时，其参数只沿流动方向变化，而在与流动方向相垂直的截面上不变化。3.蒸汽在叶栅通道的流动是绝热流动：即蒸汽在叶栅通道中流动时与外界没有热交换。,2-2蒸汽在级内的流动过程,基本假设,上午3时17分,19,基本方程式,1.连续方程式,2.能量方程式,3.状态及过程方程式,基本假设和基本方程式,上午3时17分,20,一蒸汽在喷嘴中的膨胀过程,对于过热蒸汽，可近似看做理想气体，则上式可写成：,喷嘴的作用是让蒸汽在其通道中流动时得到膨胀加速，将热能转变为动能。,喷嘴是固定不动的，在理想条件下蒸汽流过时，不对外作功，W=0；同时与外界无热交换，q=0。则根据能量方程式：,上午3时17分,21,喷嘴出口汽流速度,喷嘴出口的汽流理想速度（稳定绝热流动）：在进行喷嘴流动计算时，喷嘴前的参数p(初速）是已知的条件。按等熵过程膨胀，则喷嘴出口汽流理想速度为：,上午3时17分,22,喷嘴中蒸汽热力过程,P0,P1分别是喷嘴进出口压力；理想热力过程从01；实际热力过程是02。,h,s,h1,p1,1,2,h1t,hn,0,p0,h0,上午3时17分,23,蒸汽滞止参数,0*（p0*、v0、h0*）为蒸汽滞止状态点（理想状态，c=0）,hc0,P0*,0*,h0*,上午3时17分,24,蒸汽滞止参数,喷嘴压力比,上午3时17分,25,喷嘴速度系数及动能损失,喷嘴实际出口速度为：,喷嘴速度系数,实际流动是有损失的，汽流实际速度小于汽流理想速度。通常用喷嘴速度系数来考查两者之间的差别。,上午3时17分,26,影响速度系数的因素有：喷嘴高度、叶型、汽道形状、表面粗糙度、前后压力等。速度系数与叶高的关系曲线如下图：,喷嘴速度系数及动能损失,上午3时17分,27,动能损失（喷嘴损失）为：,喷嘴损失与喷嘴理想焓降之比称为喷嘴能量损失系数：,喷嘴速度系数及动能损失,上午3时17分,28,喷嘴中的临界条件和喷嘴临界压力比,汽流的音速：,在膨胀过程中，到某一截面会出现汽流速度等于当地音速。当汽流速度等于当地音速时，则称此时的流动状态为临界状态。这时的临界速度为：,上午3时17分,29,临界压力比,对于过热蒸汽（k=1.3)则nc=0.546;对于饱和蒸汽（k=1.135)则nc=0.577。,上午3时17分,30,通过喷嘴的蒸汽流量,喷嘴出口的理想流量（连续性方程）：,喷嘴前后压力比。,绝热过程状态方程：,喷嘴理想流量：,上午3时17分,31,喷嘴流量曲线,当喷嘴前的参数p0*、v0*和喷嘴出口截面积An一定时，通过喷嘴的流量只取决于喷嘴前后压力比n。它们的关系如图中ABC曲线所示。,当压力比从1逐渐缩小时，流量逐渐增加，当喷嘴前后压力比等于临界压力比，达最大值，如B所示。这时的流量称为临界流量，用Gnct表示。当喷嘴前后压力比小于临界压力比时，流量保持最大值不变，如AB所示。,上午3时17分,32,临界流量,式中，只与k值有关。对于过热蒸汽（k=1.3),=0.667；饱和蒸汽（k=1.135),=0.635。,临界流量为：,上午3时17分,33,通过喷嘴的实际流量的计算,通过喷嘴的实际流量为：,喷嘴流量系数,对于过热蒸汽，取n=0.97；对于饱和蒸汽，取n=1.02。,n为喷嘴的流量系数，其大小与喷嘴的几何参数、汽体参数及汽体物理性质等因素有关，另外还与喷嘴出口的实际密度与等熵密度之比有关。,上午3时17分,34,通过喷嘴的实际流量及流量系数,考虑了流量系数之后，通过喷嘴的实际流量为：,对于过热蒸汽：对于饱和蒸汽：,上午3时17分,35,彭台门系数,同一初始状态。其中，称为彭台门系数。对于亚临界流动，1,对于临界流动，=1。,上午3时17分,36,与n的关系绘成如图所示的曲线。计算时，先在图上查取（过热蒸汽）值，然后利用下式计算：,彭台门系数,上午3时17分,37,二、蒸汽在动叶栅中的流动过程,绝对速度c：蒸汽相对于喷嘴的速度；相对速度w：蒸汽相对于动叶的速度；圆周速度u：叶轮旋转的圆周速度。,（一）速度三角形,37,上午3时17分,38,通过动叶通道的能量方程式可得到动叶栅出口汽流相对理想速度为：,二、蒸汽在动叶中的热力过程,上午3时17分,39,二、蒸汽在动叶中的热力过程,动叶出口的实际相对速度为,动叶损失为：,能量损失系数：,动叶损失,39,上午3时17分,40,（一）速度三角形,动叶进出口速度三角形,40,上午3时17分,动叶进出口速度三角形,（一）速度三角形,41,上午3时17分,42,（一）速度三角形,余速损失,当蒸汽以速度c2离开本级时，蒸汽所带走的动能不能本级利用，称为该级余速损失。,在多级汽轮机中，前一级的余速损失常可以部分或全部被下一级所利用。用余速利用系数1表示被利用的部分，则为：,42,上午3时17分,43,（一）速度三角形,（1）相邻两个级的平均直径接近相等，蒸汽在半径方向上运动距离不大；,（2）喷嘴进口的方向与上一级蒸汽余速方向相符；,（3）相邻两级都是全周进汽；,（4）相邻两个级的蒸汽流量没有变化，即级间没有回热抽汽。,全满足，1=1；（3）不满足，1=0；（4）不满足时，1=0.5；（1）（2）条件难以判定，一般取1=0.3-0.8。,影响余速损失的几种情况,43,上午3时17分,44,（二）轮周功率,单位时间内蒸汽推动叶轮旋转所做的机械功，称为轮周功率。根据动量守恒，蒸汽对叶片周向功率为：,44,上午3时17分,45,（二）轮周功率,则轮周功率为：,1kg蒸汽产生的有效功，称为级的做功能力，为：,由上式可以看出：单位蒸汽流量在一级内所做轮周功等于冲动力作功和反动力作功之和。,冲动力作功,反动力作功,45,上午3时17分,46,思考题,名词解释1什么是汽轮机的级？汽轮机的级可分为哪几类？各有何特点？2.喷嘴速度系数、动叶速度系数、喷嘴流量系数、动叶流量系数意义及查图。名词解释1反动度2临界压比,上午3时17分,47,2-3级的轮周效率和最佳速度比,一、轮周效率二、最佳速度比三、速度级的轮周效率及最佳速度比,上午3时17分,48,一、轮周效率,根据能量平衡，从损失角度考虑级的轮周功为,单位蒸汽量流过某级所产生的轮周功与蒸汽在该级中理想可用能之比，称为该级的轮周效率。,根据能量平衡，级的理想可用能为,上午3时17分,49,速度比x1=u/c1反映了余速损失的大小,当量速度比xa=u/ca,其中当量速度,轮周效率与喷嘴能量损失、动叶能量损失和余速损失有关。能量损失与速度系数有关。叶栅确定以后，速度系数也就确定。,二、最佳速度比,上午3时17分,50,（一）纯冲动级最佳速度比,上午3时17分,51,（一）纯冲动级最佳速度比,由上式可见：对u的影响最大。提高和及降低1和2均可提高u。一旦喷嘴及动叶型线确定后，这些参数也就随之而定，唯有x1可以选择：（1）当x1=0时，u0。（2）当x1=cos1时，u0。（3）所以，当x1从零变化到cos1的过程中，必存在一个使u达最大值的速度比。即最佳速度比。,上午3时17分,52,最佳速度比：轮周效率最高时的速度比。用(x1)op表示。求解方法：函数求极值法和速度三角形法。1函数求极值法：将u的表达式对x1求导，并令其为零即可得最佳速度比的值。即,可求得最佳速度比：,（一）纯冲动级最佳速度比,上午3时17分,53,2速度三角形法：对纯冲动级，21，w2w1，则在相同的1和c1下，改变x1，就可作出如下的速度三角形。,上午3时17分,54,由图可知：当290时，c2最小，轮周效率最高，此时的速度比即为最佳速度比。由图可知：,最佳速度比的物理意义为：使动叶出口的绝对速度c2的方向角290，即轴向排汽，从而使c2值最小，轮周效率最高时的速度比。,上午3时17分,55,不随速度比的变化而变化。,随速度比的增大而减小，u不变c1变化或者c1不变，u变。,随速度比的增大先逐渐减小，达到最小值后又逐渐增大。,速度比x1与轮周效率的关系可绘制成如下图所示的曲线。它是一条抛物线。其中：,上午3时17分,56,理想速度比xa：,Xa与x1的关系为：,最佳假想速度比（冲动级）：,（一）纯冲动级最佳速度比,上午3时17分,57,（二）余速利用影响,余速的全部利用：提高了级的轮周效率；中间级效率曲线在最大值附近变化平稳；使最佳速度比增大;曲线不再对称。,上午3时17分,58,（二）反动级的速度比与轮周效率的关系,由于反动级的喷嘴叶型和动叶叶型相同，反动级的余速基本上都能得到利用，即011根据最佳速度比的物理意义可得反动级在最佳速度比下的速度三角形如图所示。由图可得最佳速度比为,上午3时17分,59,a,（二）反动级的速度比与轮周效率的关系,上午3时17分,60,三、复速级,u一般不大于300m/s，冲动级(x1)op=0.45-0.5，c1=750-600m/s，n=3000r/min,L=1.9m,上午3时17分,61,三、速度级（复速级）的最佳速度比,为便于分析，对速度级做如下假设：,（1）蒸汽只在喷嘴中膨胀（2）在级中没有能量损失（3）各动叶导叶进出口角度相等,上午3时17分,62,速度级（复速级）的最佳速度比,经过同样的分析可以得到：,最佳假想速度比为,上午3时17分,63,速度级（复速级）的热力过程,上午3时17分,64,习题,思考题：什么是最佳速度比？纯冲动级、反动级和复速级的最佳速度比的值是多少？习题：已知汽轮机某级前压力5.2MPa，温度470，级后蒸汽压力为4.4MPa，进口初速动能1.2kJ/kg，级的平均直径0.999m，级的速度比0.517，喷嘴出汽角10.80，动叶出汽角17.90，喷嘴速度系数和动叶速度系数为0.97，机组转速3000r/m，若排汽动能全部利用，试求级的有效焓降和轮周效率。,上午3时17分,65,1-4叶栅几何尺寸的确定,汽轮机热力设计的任务，除了确定级的效率、功率和蒸汽对叶片的作用力之外，还必须选定动静叶片的型线、有关几何尺寸大小。,上午3时17分,66,1-4叶栅尺寸的确定,前提条件：蒸汽流量G，参数p0、t0、p2；转速n，初速c0，级的平均直径dm，反动度m。,上午3时17分,67,一、叶栅几何特性,1、叶型、型线：叶片横断面的形状、周线分别称为叶型、型线；,2、等截面叶片和变截面叶片：叶型及面积沿叶高不变的叶片称为等截面叶片，反之为变截面叶片。,3、亚音速叶栅、近音速叶栅、超音速叶栅。,67,上午3时17分,68,dm平均直径；l叶高；t节距；B叶片宽度；b弦长；出口边厚度；a、a1、a2进出口宽度。,4，叶栅几何参数：,68,上午3时17分,69,5，无因次几何特性：相对节距；相对叶高；径高比。,6，汽流角度：、喷嘴、动叶进口汽流角；、喷嘴、动叶出口汽流角；、喷嘴、动叶叶型进口角；、喷嘴、动叶叶型出口角；、喷嘴、动叶叶型安装角。,69,上午3时17分,70,二、叶栅型式的选择,（一）叶栅型式的选择,nnc，选用渐缩喷嘴。,0.45n0.577，仍然可选用带斜切部分的喷嘴。,n0.3-0.4时，则必须选用缩放喷嘴。,上午3时17分,71,二、叶栅型式的选择,（二）汽流出口角1、2,高压部分：冲动级1=11-140，反动级1=14-200中低压部分：1=13-170,2=1-（3-5）0，1：蒸汽进入动叶不碰撞,71,上午3时17分,72,二、叶栅型式的选择,（三）叶片个数、高度、宽度的选择,叶片个数：根据气动特性曲线查相对截距，计算叶片个数取整数叶片高度：满足强度要求，窄叶片，减少端部损失叶片宽度：气动+强度要求,72,上午3时17分,73,三、反动度选择,三种情况：根部反动度大，漏汽；根部反动度小，吸汽；不吸不漏，此时根部反动度=0.03-0.05,73,上午3时17分,74,式中，G-级的蒸汽流量，（kg/s)；v1t-喷嘴出口处的蒸汽比容，m3/kgn-流量系数，对于过热蒸汽，n=0.97,对于饱和蒸汽，n=1.02;c1t-喷嘴出口汽流理想速度(m/s)。,(一)渐缩喷嘴,（1）当喷嘴前后压力比等于或大于临界压力比时，与喷嘴出口汽流速度c1t相垂直的截面An为最小截面，如图所示，其面积为：,四、喷嘴叶栅尺寸的确定：,上午3时17分,75,上式中，G、dn已知，n查下表得到，1由所选用喷嘴型线来确定。而喷嘴型线又由喷嘴前后压力比来确定。,若整级喷嘴个数Zn，每个汽道喉部面积为：,则级的喷嘴出口总面积为：,上式中，tn为喷嘴节距，Zntn为安装有喷嘴的弧长。当级为全周进汽时，Zntn=dn（dm为级的平均直径）。当级为部分进汽(e1)时，Zntn=edn(e为部分进汽度）。当考虑了部分进汽之后，则喷嘴叶高为：,四、喷嘴叶栅尺寸的确定：,上午3时17分,76,(2)当喷嘴前后压力比为：0.45n0.577，这时，利用其斜切部分继续膨胀而得到超音速汽流。这时喷嘴出口汽流角要发生偏转。喷嘴喉部截面积和叶高分别为：,上式中,vcr-喷嘴喉部截面处的比容；ccr-喷嘴临界速度。,四、喷嘴叶栅尺寸的确定：,上午3时17分,77,其中，v2t-动叶栅出口理想比容；w2t-动叶栅出口相对速度；b-流量系数，对于过热蒸汽，b=0.930.95,对于饱和蒸汽，b=0.940.98；e-部分进汽度。动叶出汽角2由所选定的叶型确定。当动叶通过斜切部分获得超音速时，计算过程同喷嘴叶栅。,五、动叶栅几何参数的确定,动叶栅几何参数的计算方法和静叶栅相似。但动叶栅通道中的流动多为亚音速流动。动叶栅出口截面积和叶高可按下式计算：,上午3时17分,78,盖度的选择：,叶顶盖度：为了保证由喷嘴流出的汽流能够全部进入动叶；减小喷嘴和动叶间顶部间隙的漏汽量。,叶根盖度：这主要是考虑到喷嘴出口汽流的扩散，以及制造和安装中的误差，使得隔板中心和动叶的旋转中心不一定相等，有了一定盖度后可使汽流都能进入动叶通道。,盖度：在汽轮机级的设计中，动叶进口的高度总是大于喷嘴出口的高度，这两者之间的高度差称为盖度。在叶顶和叶根部分的差值分别称为叶顶盖度和叶根盖度。,五、动叶栅几何参数的确定,上午3时17分,79,五、动叶栅几何参数的确定,盖度的选择：,上午3时17分,80,1-5叶栅气动特性及叶栅损失,着力于：能量损失,一、叶型损失,方法：理论+实验,上午3时17分,81,二、叶栅损失,附面层中摩擦损失形成原因：损失的大小与叶型表面粗糙度和压力分布有关。汽流流经汽道时，在叶型表面形成附面层并随着气流方向逐渐增厚。预防措施：增加气流速度可以可以减小该损失，同时减小气流流经面积也是有利的，因此应减小叶栅中叶片数并增大相对栅距。,（一）叶型损失,上午3时17分,82,（一）叶型损失,2.附面层脱离引起的涡流损失附面层中气流动能因摩擦阻力而逐步被消耗，当动能在附面层沿弧线下降到零时，气流已无流动能力，只能被后面的气流推挤出原来的位置，其压力不能恢复，因而产生倒流，气流脱离壁面，形成漩涡。,上午3时17分,83,（一）叶型损失,上午3时17分,84,（一）叶型损失,3.尾迹损失由于叶栅出口边缘总有一定的厚度，所以沿叶型背弧和凹弧流来的气流，因附面层的影响，在叶片后缘点离开叶型时，必然产生脱离，其脱离点的位置与出口边上附面层的流态有关，附面层的脱离将使叶片出口边后的压力下降，在凸凹两面上附面层的相互作用下，叶片出口边后就会形成涡流区，称为尾迹。,上午3时17分,85,（二）端部损失,叶栅通道上下两个断面附面层中摩擦损失即端部损失，由于叶栅通道凹弧上的压力大于背弧上的压力，气流在端面附面层内流速小，它所产生的离心力不足以平衡凹凸两面的压差。于是气流在上下端面的附面层内产生自凹弧向背弧的横向流动，成为二次流。,上午3时17分,86,（二）端部损失,上午3时17分,87,1-6级内损失和效率,凡是级内与流动时能量转换有直接联系的损失，称之为级的内部损失。否则称为外部损失。,前面提到的喷嘴损失hn、动叶损失hb、余速损失hc2都是级内损失。除此之外，级内损失还包括：叶高损失hl、扇形损失h、叶轮摩擦损失hf、部分进汽损失he、漏汽损失h、湿汽损失hx,当然，不是每一都同时具有这所有损失，而是根据具体情况分别分析计算其不同的损失。如只有在部分进汽的级才有部分进汽损失，工作在湿蒸汽区的级才有湿汽损失。,上午3时17分,88,(一)喷嘴损失、动叶损失、余速损失,上午3时17分,89,式中，a经验系数，a=1.2(单列级，不含扇形损失）；a=1.6（单列级，含扇形损失)；a=2(双列级）；hu-不包括叶高损失的轮周有效焓降，ln-叶栅高度(mm)。,（二）叶高损失,将喷嘴和动叶中与叶高有关的损失称为级的叶高损失或叫端部损失。当叶片较短（一般说叶高l1012时，级应该采用等截面直叶片。等截面直叶片的设计和加工都比较容易，但存在着扇形损失；当10的级，则应采用扭叶片。,扇形损失大小与径高比有关，半经验公式为：,上午3时17分,96,（五）叶轮摩擦损失hf,同时，靠近叶轮轮面侧的蒸汽质点随叶轮一起转动时，受到离心力作用而产生径向运动。这样，靠近隔板处的蒸汽质点的旋转速度小，自然要向旋转中心处流动以保持蒸汽的连续性。于是，在叶轮两侧的汽室中就形成了涡流运动，如图所示。蒸汽的涡流运动要消耗一部分轮周功。,由于蒸汽粘性，叶轮在汽室中作高速旋转时，存在着叶轮轮面与蒸汽及蒸汽之间的相对运动而产生的摩擦。克服摩擦和带动蒸汽质点运动，就要耗功。,产生原因,上午3时17分,97,叶轮摩擦损失可用以下经验公式计算：,式中，Pf-叶轮因摩擦而消耗的功率，kW；-是一个与蒸汽性质、叶轮四周蒸汽的流动情况有关的系数。过热蒸汽，且=1.01.2；对于饱和蒸汽或湿蒸汽，且=1.31.5；A-考虑结构影响的系数，与S/d(S为汽室的间隙距离)有关，其值一般为0.51.5，计算时可取A=1；d-叶轮直径，m；u-圆周速度，m/s；v2-级后的蒸汽比容，m3/kg。,上午3时17分,98,（五）叶轮摩擦损失hf,一般情况下，可用下式计算：,能量形式：,损失系数：,对于反动式级，由于没有叶轮，Pf=0！,上午3时17分,99,（六）部分进汽损失he,采用部分进汽，就产生了部分进汽损失，由“鼓风”损失和“斥汽”损失两部分所组成的。,上午3时17分,100,1.鼓风损失,在部分进汽的级中，对于没有工作汽流通过的那部分工作叶片，在旋转时将带动周围的蒸汽一起转动，当叶片的进出口角度不相等时，就会像鼓风机一样，将蒸汽从叶轮的一侧鼓到另一侧，这种鼓风作用必定将消耗一部分有功功率，形成鼓风损失。,试验表明，鼓风损失大部分是由于摩擦引起的，e越小，损失越大。,上午3时17分,101,对于反动级，不采用部分进汽，因此也就没有鼓风损失。,1.鼓风损失,减小损失措施：对于采用较多部分进汽级的一些小机组，常使用一种“护套装置”，如图所示，以减少鼓风所消耗的功率。,单级汽轮机总是设计成部分进汽，甚至部分进汽度往往小于0.5，形成较大的鼓风损失。,上午3时17分,102,1.鼓风损失,鼓风损失计算：,式中Pw-鼓风损失，kW；e-部分进汽度；eh-为有护套的弧段长度占整个圆周长度的百分数；l-叶片高度，m；d-叶轮直径，m；v2-级后蒸汽比容，m3/kg。当叶片旁汽室容积较大时，采用较大的系数。,上午3时17分,103,2.斥汽损失,蒸汽带动动叶汽道中被夹带着一起旋转的呆滞汽体推出动叶栅并使之加速引起损失；在喷嘴弧段的出口端，小部分蒸汽被带入汽室内而产生涡流，这种蒸汽流动的不稳定也引起部分能量损失。这两部分能量损失之和称为斥汽损失，或弧端损失。部分进汽也是该项损失的根源。,上午3时17分,104,2.斥汽损失,斥汽损失可按下式计算：,式中hs-斥汽损失，kJ/kg；s-损失系数；Bb-动叶宽度，m；lb-动叶高度，m；Ab-喷嘴出口面积，m2；xa-级的假想速度比；m-喷嘴组进出口弧端的对数，若该级为全周进汽，则m=0，斥汽损失也为零。,上午3时17分,105,（七）湿汽损失,蒸汽在汽轮机最后几级时便进入湿蒸汽区，这里将产生湿汽损失。产生湿汽损失的原因在于：,（1）过饱和损失,上午3时17分,106,（七）湿汽损失,（2）摩擦阻力损失,（3）制动损失,上午3时17分,107,（七）湿汽损失,湿气损失的计算：,式中hx-湿汽损失，kJ/kg；hi-不考虑湿汽损失的级的有效焓降，kJ/kg；xm-级的平均干度，xm=(x0+x2)/2。,从上式可知，湿汽损失的大小与蒸汽的湿度(1-xm)成正比。湿度越大，湿汽损失也越大。为减小湿汽损失就必须设法降低蒸汽的湿度！,上午3时17分,108,（七）湿汽损失,减小对动叶冲蚀的措施：,(1)减少湿蒸汽中的水分。,上午3时17分,109,（七）湿汽损失,(2)提高动叶的抗冲蚀能力。,减小对动叶冲蚀的措施：,(3)减小水珠的冲蚀作用。,上午3时17分,110,（八）漏汽损失hs,在前面讨论蒸汽在汽轮机的级内流动时，我们认为蒸汽都全部通过喷嘴和动叶的通道，但实际情况并非如此，在级内存在着漏汽。由于冲动级和反动级的结构不同，级内漏汽的大小和影响也不同，因此对这两种级的漏汽情况分别进行讨论。,上午3时17分,111,（八）漏汽损失hs,隔板和轮轴之间存在间隙，产生漏汽不通过喷嘴，没有参与作功，成为一种能量损失。同时，这部分漏汽会干扰主汽流，这就是隔板漏汽损失。,冲动级,另一方面，动叶顶部与静子之间存在着轴向间隙和径向间隙。从喷嘴流出的蒸汽就会有一些不进入动叶汽道，而是通过动叶与隔板、动叶与汽缸的轴向和径向间隙泄漏至级后。这部分漏汽也没有参与作功，形成动叶顶部漏汽损失。,上午3时17分,112,（八）漏汽损失hs,在叶轮盘上开设平衡孔，以便让隔板漏汽从平衡孔漏出，而不干扰主流。,漏汽损失是由于压力差和间隙的存在而引起的。减少漏汽损失、减小漏汽量，就应该减小间隙面积和蒸汽压力差。通常采用齿形轴封来解决这一问题。,解决措施：,上午3时17分,113,式中zp-轴封齿数；p-轴封流量系数，一般取从=0.70.8；Ap-轴封间隙面积，m2；p-轴封间隙，m；dp-轴封齿的平均直径，m；hn*-喷嘴滞止理想比焓降，kJ/kg；v1t-喷嘴出口理想比容，m3/kg。,（八）漏汽损失hs,漏汽量的计算,上午3时17分,114,（八）漏汽损失hs,1kg蒸汽产生的隔板漏汽损失hp为,式中hi-不包括漏汽损失时的级的有效比焓降，kJ/kg；G-通过该级的蒸汽流量，kg/s；An-喷嘴出口面积，m2。,上午3时17分,115,（八）漏汽损失hs,叶顶漏汽量Gt为,式中t-动叶顶部间隙的流量系数，一般取t/n=0.6，n为喷嘴流量系数；t-动叶顶部的反动度；t-动叶顶部的漏汽间隙，m。,上午3时17分,116,（八）漏汽损失hs,动叶顶部的漏汽损失则为,该级总的漏汽损失为,上午3时17分,117,（八）漏汽损失hs,反动级,由于动叶前后的压差比较大，同时内径轴封直径比冲动级隔板轴封的直径要大，轴封齿数相对较少，因此，反动级的漏汽损失比冲动级大。,t为动叶顶部的径向间隙；ln为动叶高度。,上午3时17分,118,三、级效率和热力过程线,1.级内损失对级的最佳速度比的影响,考虑级内其他各项损失的影响后，级的效率和速度比的关系将发生变化，其规律是效率的最大值降低，对应的最佳速度比值减小。,上午3时17分,119,三、级效率和热力过程线,2.级的内效率、内功率和热力过程线,上午3时17分,120,级的热力过程线,三、级效率和热力过程线,上午3时17分,121,思考题和计算题,1汽轮机的级内损失一般包括哪几项？造成这些损失的原因是什么，如何减小或者克服这些损失？,作业：某级蒸汽的理想焓降为ht=76kJ/kg，蒸汽进入喷嘴的初速度为c0=70m/s，喷嘴出口方向角1=18，反动度为m=0.2，动叶出汽角2=16，动叶的平均直径为dm=1080mm，转速n=3000r/min，喷嘴的速度系数=0.95，动叶的速度系数=0.94，求动叶出口汽流的绝对速度c2，动叶出口汽流的方向角2，绘出动叶进出口蒸汽的速度三角形。,上午3时17分,122,本章习题,1.临界压比2.级的反动度3.汽轮机级内有哪些损失？,上午3时17分,123,选择题,1电厂常用汽轮机属于下列那种类型？A.离心式B.轴流式C.辐流式D.周流式2.火力发电厂汽轮机的主要任务是：A.将热能转化成电能B.将热能转化成机械能C.将电能转化成机械能D.将机械能转化成电能3.具有一定压力和温度的蒸汽在喷嘴中膨胀时A.压力下降，速度下降B.压力上升，速度下降C.压力下降，速度上升D.压力上升，速度上升,上午3时17分,124,1.级的反动度是：A.蒸汽在动叶通道内膨胀时的理想焓降与蒸汽在整个级的滞止理想焓降之比。B.蒸汽在动叶通道内膨胀时的理想焓降与蒸汽在整个级的理想焓降之比。C.蒸汽在动叶通道内膨胀时的实际焓降与蒸汽在整个级的滞止理想焓降之比。D.蒸汽在动叶通道内膨胀时的实际焓降与蒸汽在整个级的理想焓降之比。2.通常当级的焓降很大、喷嘴出口速度很高时采用：A.纯冲动级B.带反动度的冲动级C.复速级D.反动级3.汽轮机的级中做功能力最大的级为：A.纯冲动级B.带反动度的冲动级C.复速级D.反动级4.反动级动叶入口压力为P1，出口压力为P2，则P1和P2有_关系。A.P1P2B.P1P2C.P1P2D.P1=0.5P2,上午3时17分,125,5.当喷嘴的压力比n大于临界压力比cr时，则喷嘴的出口蒸汽流速C1A.C1CcrD.C1Ccr6.当渐缩喷嘴出口压力p1小于临界压力pcr时，蒸汽在喷嘴斜切部分发生膨胀，下列哪个说法是正确的？A.只要降低p1，即可获得更大的超音速汽流B.可以获得超音速汽流，但蒸汽在喷嘴中的膨胀是有限的C.蒸汽在减缩喷嘴出口的汽流流速等于临界速度CcrD.蒸汽在减缩喷嘴出口的汽流流速小于临界速度Ccr7.蒸汽在喷嘴斜切部分膨胀的条件是A.喷嘴后压力小于临界压力B.喷嘴后压力等于临界压力C.喷嘴后压力大于临界压力D.喷嘴后压力大于喷嘴前压力,上午3时17分,126,8.关于喷嘴临界流量，在喷嘴出口面积一定的情况下，请判断下列说法哪个正确：A喷嘴临界流量只与喷嘴初参数有关B喷嘴临界流量只与喷嘴终参数有关C喷嘴临界流量与喷嘴压力比有关D.喷嘴临界流量既与喷嘴初参数有关，也与喷嘴终参数有关9.蒸汽流动过程中，能够推动叶轮旋转对外做功的有效力是_。A.轴向力B.径向力C.周向力D.蒸汽压差10.在其他条件不变的情况下，余速利用系数增加，级的轮周效率uA.增大B.降低C.不变D.无法确定,上午3时17分,127,11.下列哪个措施可以减小叶高损失A.加长叶片B.缩短叶片C.加厚叶片D.减薄叶片12.下列哪种措施可以减小级的叶高损失？A.级反动度选用较大值B.增加叶栅中的叶片数C.减小叶片高度D.采用部分进汽13.部分进汽度越小，则：鼓风损失越小，斥汽损失越小鼓风损失越小，斥汽损失越大C.鼓风损失越大，斥汽损失越大D.鼓风损失越大，斥汽损失越小14.汽轮机级采用部分进汽度的原因是A.叶片太长B.叶片太短C.存在鼓风损失D.存在斥汽损失,上午3时17分,128,17.下列哪种措施可以减小级的扇形损失A.采用部分进汽B.采用去湿槽C.采用扭叶片D.采用复速级18.扭曲叶片适用于汽轮机的下列哪种级？A.径高比比较小的级B.径高比比较