第三节最佳速比.ppt

1、透平机械原理,Principles of Turbomachine,授课教师：赵志军,第三节 级的轮周效率与最佳速比,本节内容研究蒸汽在级中能量转换的效率。蒸汽的热能在级中转换成轮周功是随级的性质不同而在量上有所差异，于是对应的轮周效率也就不同，轮周效率最高时对应的速比是最佳速比，它是级的工作原理中的一个非常重要的特性，标志着汽轮机的级做功的初步完善程度，对它的物理意义必须理解透彻。 定义：蒸汽在级内所作的轮周功Pu1与蒸汽在该级中所具有的理想能量E0之比为u。,级的轮周效率,定义：蒸汽在级内所作的轮周功Pu1与蒸汽在该级中所具有的理想能量E0之比。,速比,速比：圆周速度与喷嘴出口汽流速度之比

2、。 最佳速比：轮周效率最高时的速比。 速比是确定轮周效率的重要参数，也是影响级的作功能力的因素，随转速或级焓降的变化，而在较大范围内变化。,二、最佳速比,（一）余速不被利用 纯冲动级：m=0，w1=w2t，1=2，ca=c1t，0=1=0 E0=ht=hn 1. 解析法,结论：影响u的因素有x1 、1、1 当x1 =0时，u=0，叶轮不动，u=0 当x1=cos1时，u= c1 cos1，1=2=900 F u=0，u =0,当0 x1cos1时，u的函数为连续函数，u0，则有一x1值，使u最大。,2. u1曲线 可直接用u =f（x1）画出。 或假设、1、c1、不变，当x1变化对各项损失的影

3、响为：,当x1增加，则u增加，w1降低，b降低 u 增加，则c2 降低，当c2降低到最小后，随u的增加， c2增加，则c2 随x 1 的增加而减少，后随x 1的增加而增大。 因此可将上述三项损失系数与的关系画在同一个坐标系中，并以1为基准，逐个叠加，最后得出一曲线。,纯冲动级 u-1 曲线,3. 几何法 在2=900时，c2最小 hc2最小，u最高 c1 cos1=2u x1op=u/ c1= （1/2）cos1 通常1=12160，则x1op =0.460.49 假想速比 ca：喷嘴出口理想速度，假想此时整级的理想滞止焓降全部发生在喷嘴中。,纯冲动级：m=0，则xa =x1,通常1=1120

4、0， =0.97 则 (xa)op =0.450.48,（二） 考虑余速利用 纯冲动级：c1 =ca，w2=w1，1 =*2 经推导可得出：,纯冲动级在不同的余速利用情况下轮周效率和速度比的关系曲线,比较1=0情况，可知 余速利用提高了轮周效率； 中间级效率曲线在最大值附近变化平稳； 余速利用使最佳速比值增大。 因余速动能被利用时，c2的大小不再影响u，所以xa对u的影响减弱了。,二、反动级的最佳速比,反动级：m=0.5，hn=hb=1/2ht ，喷嘴叶栅和动叶叶栅叶型相同 1=2，2=1，=，c1=w2，c2=w1 1. 若0=1=1 则,当u最大值时，分母为最小，则,2. 几何法 u最高时

5、，2=900 则c1 cos1=u x1op=u/ c1= cos1,3. 利用ca和c1的关系可以求得xa和x1的关系,4. 将u- x1的关系画在坐标图上 反动级的轮周效率曲线在最大值附近变化比较平稳，变工况性能好； 反动级的最佳速比比纯冲动级大，在u相同及在各自的最佳速比下，反动级能有效利用的焓降只是纯冲动级的一半。 在各自的最佳速比下反动级的轮周效率高于纯冲动级，这是因蒸汽在反动级中的动叶有膨胀，动叶损失少，另外反动级级间距离小，余速能够被下一级所利用，使级 的效率有所提高。 （反动级余速基本上能得到利用）,反动级 u-1 曲线,三、带有反动度的冲动级的轮周效率和最佳速度比,由于这种冲

6、动级的反动度大于零， 所以 若令10， 则其轮周效率可如下求得：,冲动级,最佳速比与反动度和余速利用系数的关系 最佳速比随反动度的增大而增大； 余速不利用（=0）比余速利用（0）的级增大幅度快得多。,四、复速级（速度级、蔻蒂斯级）的最佳速比,汽轮机设计时，要保证最佳速比，如纯冲动级 x1op=u/ c1= (cos1)/2=0.5 u=(nd)/60 不能太大，一般为200300m/s 一些小容量的汽轮机，要求调节级应承担很大的焓降，因此应从减少hc2着手，由此引出了复速级。,（一） 复速级的速度三角形 第一、第二列动叶分别有各自的速度三角形。 假设复速级为无损失的绝热过程且各列反动度为零，级

7、的余速不被下一级所利用，速度三角形如图所示,（二） 复速级的轮周功 为两列动叶轮周功之和：,（三）复速级的轮周效率和最佳速比 1. 解析法：,2. 几何法： 对于纯冲动级：m=0，无损失，则 w1=w2，c2=c1，1=2，w2=w1，1=2， 2=1，1=2 因此可将速度三角形画在一边，形成一个大三角形。 c1 cos1=4u x1op=u/ c1=（1/4） cos1,复速级的u-1曲线,当c0=0时,（四）复速级的热力过程 喷嘴焓降： 第一列动叶焓降： 导叶焓降： 第二列动叶焓降： 喷嘴出口汽流速度： 第一列动叶出口汽流速度： 导叶出口汽流速度： 第二列动叶出口汽流速度：,复速级的热力过

8、程,速度级与单列级的比较,假设：1、n、d b相同 （一）不同级的作功能力比较,反动级焓降比纯冲动级焓降小一倍。 复速级焓降是单列纯冲动级级焓降的四倍，是反动级的八倍。即复速级的理想做功能力相当于纯冲动级的四倍，反动级的八倍。,（二） 轮周效率的比较 在最佳速比时上述级的最高轮周效率，反动级的最高，复速级的最低。 只有在中、小型机组上才采用复速级； 在x1=0.28之间，复速级的才高于单列级，因此在x10.28时复速级才有被采用的价值。,五、影响轮周效率特性曲线的其他因素,最佳速比的基本特征,第三节 级的轮周效率与最佳速比小结,系统理解本节内容，可参考下列次序： 1纯冲动级的轮周效率和最佳速比 (1)不考虑余速利用； (2)考虑余速利用。 2带反动度的冲动级的轮周效率和最佳速比(只需概略理解) 3反动级的轮周效率和最佳速比 4复速级的轮周效率和最佳速比 5速度级与单列级的比较,学习本节的要点是： (1)按照轮周效率的定义，应从物理意义和数学表达式上去理解最佳速比的意义。 (2)对于纯冲动级、反动级、复速级最佳速比的表达式，必须牢记；轮周功率和轮周效率的普