叶轮机械原理（西安交大）-演示文稿（1）.ppt

1、西安交通大学 能源与动力工程学院 热动力工程系 王新军,热力叶轮机械原理 Principle of Thermal Turbomachinery,第一章 透平级工作原理 1.1 概论, 动叶栅： 安装在叶轮上并与主轴相连，在工作中是 转动的部分，称为转子。, 喷管叶栅：安装在隔板上并与汽缸相连，在工作中是 静止不动的部分，称为静止；,基 本 特 点,喷管：结构大体上是一样的； 动叶：结构大体也是一样的。,喷管叶栅 动叶栅 喷管叶栅 动叶栅 ,喷管叶栅：汽流膨胀加速， 热能转化为动能； 动叶栅：热能转化为动能 动能转化为机械功；,结 论： 一列喷管叶栅 + 一列动叶栅 = 汽轮机作功的基本单元（

2、汽轮机级）,汽轮机（透平）级：工作条件基本相同，结构大体类似， 按一定次序配置的工作单元。,通流部分：由若干个透平级串联而成的部分， 它是实现汽流流动和能量转换的部分。,汽轮机级 通流部分示意图,一、级的分类 按不同的分类方法，透平级可以分为以下几类。 按蒸汽的流动方向分： 轴流式级 辐流式级 向心式 离心式,轴流式透平级 向心式透平级 离心式透平级, 按蒸汽在静叶栅和动叶栅中的能量转换情况分：, 冲动级：蒸汽在通过透平级时，它所释放的热能全部在喷管中 转化为蒸汽的动能；在动叶栅中蒸汽不再膨胀加速， 而只是改变汽流的流动方向。,轴流式透平级：冲动级、反动级、带反动度的冲动级、复速级, 汽流改变

3、流动方向时对叶栅产生 一个离心力：冲击力 动叶栅只受到汽流的冲击作用， 推动动叶栅转动作功（冲动式） 特点： 动叶栅的流道是近似等截面的； 动叶片的截面形状也是对称的。, 反动级：蒸汽在通过透平级时，热能向动能的转化过程先后在 喷管叶栅和动叶栅中各完成一半。 即：蒸汽在喷管叶栅和动叶栅中都膨胀加速。, 汽流改变流动方向产生一个冲击力； 加速汽流产生一个反作用力； 透平级作功是在汽流冲击力和反作用力共同作用下完成的。 特点： 喷管叶栅与动叶栅的叶型相同； 喷管叶栅与动叶栅都是收缩的。, 带反动度的冲动级 蒸汽在通过透平级时，蒸汽热能向动能的转化过程，大部分是在 喷管中完成，小部分是在动叶栅中完成

4、。, 汽流对动叶施加一个离心力和一个反作用力； 在汽流冲击力和反作用力共同作用下，透平级完成对外作功。, 复速级（速度级） 蒸汽热能主要在喷管叶栅中转化为动能， 而从喷管叶栅出来的高速汽流要在同一个叶轮 上的两列动叶栅中进行功的转化。,a) 冲动级 b) 反动级 c) 带反动度的冲动级 d) 双列复速级 图1.4 四种透平级叶栅通道示意图,二、级的主要问题和研究方法 主要问题 从工作原理上讲，透平级的主要问题有三个方面： 1）蒸汽在汽轮机通流部分中的能量转换和通流能力问题； 2）蒸汽的流动效率问题； 3）变工况特性问题。, 研究方法 1）理论方法：采用一元流动分析法，研究透平级的能量转换、通

5、流能力和变工况特性（可以很好反映出：能量转换、 通流能力以及变工况的实质）。 2）实验方法：通过实验得到叶栅的能量损失，用来分析叶栅流动 效率问题。, 汽轮机主轴； 级通流部分的平均直径； 透平级的轴向距离； 蒸汽的压力、温度和速度。,三个计算截面（特征截面）： 0-0：级的进口计算截面 1-1：级间（轴向间隙）计算截面 2-2：级后计算截面,三、级的研究范围和内容 研究范围：, 研究内容： 分析一定的蒸汽流量，流过S距离时的热力状态、气动 参数的变化规律和作功情况。,一、一元流动模型和方程 基本假定：, 蒸汽在叶栅通道中的流动是定常流动,1.2 喷管和动叶通道中的流动过程与通流能力,流动非常

6、复杂： 三元、粘性、可压缩、非定常流动 伴随有能量的转换 N-S方程描述, 在流动过程中，空间任何一点的蒸汽参数不随时间而变化； 汽轮机运行工况一定时，各点参数不再变化。符合假设条件。, 蒸汽在叶栅通道中的流动是绝热流动,结论：在上述假设条件下，叶栅通道中的蒸汽流动为 一元定常绝热流动。, 蒸汽在叶栅通道中的流动是一元流动, 研究汽流参数沿轴向的变化，认为在径向、周向是不变的； 对短叶片级而言，基本符合假设条件。, 忽略透平级与外界的热交换，基本符合实际情况。,基本方程：,1）状态方程：,积分形式： 或： 微分形式：,2）连续方程：,3）动量（运动）方程,取流管中相邻的两个截面1-1和2-2。

7、 在1-1截面：压力为 P，截面积为 A，受力为:AP 在2-2截面：压力为 ，截面积为 ， 受力为,1,1,2,2,S, 在流管表面 取压力的平均值： 受力面积： 受力：, 流动阻力： s,动量方程（以流动方向为正）为：,略去高次项： 对一元定常流动，有：,忽略侧面的 粘性阻力，有：,对于绝热的理想 （等熵）流动，有：,带入上式得：,4）能量方程,如果忽略摩擦力作功和势能的变化等因素：,系统的能量方程为：,绝热流动： 能量方程：,5）补充方程, 过程方程 等熵膨胀过程方程： k 绝热指数 （空气：k =1.4；过热蒸汽： k =1.3 ；湿蒸汽： k =1.035+0.1x ）, 气动方程

8、音速： ， 等熵过程： 马赫数： （M1：超音速）,a) 收缩喷管 b) 缩放喷管 图1.9 两种喷管类型,二、蒸汽在喷管中的流动过程,喷管的类型有两种： 收缩喷管 缩放喷管,喷管结构：1）两种喷管的汽流流道一般都是 弯曲的； 2）两种喷管都有一个 斜切部分。,喷管作用：1）实现蒸汽 热能向动能 的转换（能量转换）； 2）实现对汽流 流动方向 的控制。,喷管膨胀效果： 1）收缩喷管出口截面的 汽流速度 音速；,2）缩放喷管出口截面的 汽流速度 音速,不确定, 设计工况, 变工况,三、蒸汽在喷管中实现能量转换的条件,可以看出：动能 速度（ ） 流动过程：膨胀过程 理想无损失情况:等熵膨胀过程,蒸

9、汽在喷管中的流动: 目的： 条件：,实现蒸汽热能向动能的转换,力学条件；,几何条件, 力学条件,根据动量方程：, 几何条件,根据等熵过程方程：,得到：,代入动量方程：,得到：,代入连续方程：,得到：,亚音速（ ）流动：,速度（ ） 截面积（ ） 收缩喷管,音 速（ ）流动：,超音速（ ）流动：,速度（ ） 截面积 （ ） 临界面积,速度（ ） 截面积（ ） 渐扩喷管,亚音速 超音速：需要 缩放喷管（拉伐尔喷管）,1）喷管中的理想流动过程, 已知参数： 蒸汽流量: G 喷管进口蒸汽状态参数: p0、t0 喷管进口蒸汽动力参数: c0 喷管出口截面上的蒸汽压力: p1 。 根据已知参数，通过计算确

10、定以下 热力状态参数、 运动参数和几何参数。, 确定参数： 喷管出口截面的状态参数 t1 （或i1）； 喷管出口截面积 A1 和喉部（临界）面积 Acr； 喷管出口汽流速度 c1 和喉部（临界）速度 ccr。, 设计与计算过程, 计算出口状态参数 根据等熵过程方程： 得到： 根据出口（ ， ） 可以确定所有出口状态参数 （ ， ， ，）。, 计算喷管出口理想汽流速度 和临界速度 蒸汽在喷管中的流动过程是定常流动; 蒸汽没有对外作功： 与外界没有热量交换： 理想流动没有摩擦阻力： 等熵绝热流动过程。,其中： ， 分别是喷管进口焓值和滞止焓值； ， 分别是喷管等熵焓降和等熵滞止焓降； 喷管出口理想

11、汽流速度。,能量方程：,应用到喷管进口（0-0截面）和出口（1-1截面）：,得到：, 对于理想气体（燃气）：,热力学关系式：,代入能量方程，有：,其中： 喷管压比； 气体绝热指数。, 对于缩放喷管,汽流参数在喉部达到临界，有：,喉部汽流的临界速度：,临界压比：,（ 空气： ；过热蒸汽： ）,临界密度：, 计算喷管出口截面积 和喉部（临界）截面积,连续方程：,2）喷管中的实际流动过程, 实际蒸汽是粘性流体，蒸汽在喷管中的流动过程是有阻力的； 蒸汽将消耗一部分能量来克服流动阻力； 因此，喷管中的流动不再是等熵流动，但还是绝热流动。, 理想等熵流动： 过程线为： 膨胀过程的终点为: 1s，相应的焓值

12、为: 等熵滞止焓降: 喷管出口理想汽流速度：, 实际绝热流动过程：蒸汽消耗部分能量克服流动阻力，将导致： 熵值增加，整个过程线向熵增方向偏移； 过程线为： 膨胀过程的终点为: 1，相应的焓值为: 绝热焓降：, 喷管出口汽流速度减小 能量方程： 喷管出口汽流速度： 引入一个速度系数： 含义：喷管实际出口汽流速度与理想出口汽流速度的比值 有：, 蒸汽在喷管中的流动将产生能量损失（喷管损失）, 喷管的实际出口面积要大于理想出口面积, 由于：, 所以：, 根据连续方程： （理想出口面积） （实际出口面积）,图1.11 蒸汽在焓-熵图上的膨胀过程线,3）喷管热力设计的计算步骤, 根据喷管进口参数: 利用

13、 图，查出进口 状态各参数： 进口滞止状态各参数： 利用状态方程、热力学关系式、过程方程， 计算出： ；, 根据出口压力 计算喷管压比： 与临界压比 进行比较；对收缩喷管： 如果 ，则喷管实际出口压力为： 如果 ，则喷管实际出口压力为：, 根据出口实际压力 ； 利用 图，查出理想出口点状态参数： 利用过程方程、热力学关系式，计算出：, 根据能量方程和速度系数，计算： 喷管出口理想汽流速度： 喷管出口实际汽流速度：, 计算喷管损失：, 根据喷管出口理想状态点焓值 和喷管损失 确定喷管出口实际状态参数：,对缩放喷管：, ：同上, 根据临界压比 和 确定喉部临界参数： , , , 根据连续方程： 确

14、定喉部面积：, 根据连续方程 确定出口面积：,4）喷管中汽流各参数的变化规律,图1.12 蒸汽各项参数沿流道的变化规律,四、喷管的通流能力及流量系数,喷管的通流能力：就是一个设计加工好的喷管，在一定的 参数下所能通过的蒸汽流量。,确定参数：喷管的流量,已知参数：1）喷管进口蒸汽状态参数（ ， ）； 2）喷管进口蒸汽动力参数（ ）； 3）喷管出口截面上的蒸汽压力（ ）； 4）喷管出口截面积（ ）。,1） 喷管理论通流能力,根据连续方程：,能量方程：,过程方程：,得到：,其中： 喷管压比,分析1：通过喷管的流量与喷管 进口参数（ 、 ）和压比（ ）有关；,分析2：在喷管进口参数 、 一定的条件下，

15、 有：,喷管流量：, 流量达到最大值（临界流量）：, 表明：函数 存在极大值；,图3.10 收缩喷嘴的流量曲线, 汽流速度达到音速；, 此种情况只能发生在：收缩喷管的出口截面 缩放喷管的喉部截面, 对应的压比（临界压比）：,得：,利用求极值方法，令：,分析3：当 时，,当 时，, （收缩喷管） （缩放喷管）,2） 喷管实际通流能力,其中： 是喷管流量系数。它与蒸汽性质、叶栅流道形状等有关。,对过热蒸汽： 湿蒸汽：,图1.12 蒸汽的流量系数曲线,根据连续方程：,显然：当 时， 当 时，,四、喷管斜切部分中的汽流膨胀和偏转,汽轮机中所采用的喷管（收缩喷管或缩放喷管），从几何结构上看，都有一个斜切

16、部分（如图）。,形状：斜切部分基本上 是一条直线； 作用：控制喷管出口的 汽流方向。,图1.13 喷管斜切部分,1）斜切部分对喷管内部的流动特性没有影响，前面的分析 结果仍然适用；,2）在压比 时：, 喷管出口汽流速度未达到临界速度，斜切部分对 汽体的流动没有影响；, 喷管出口截面的压力等于喷管的背压 ，汽体在 斜切部分中不膨胀；, 汽流速度等于喷管出口截面的速度；汽流出口方向 （角度）为：,3）在压比 时， 可以采用缩放喷管， 也可以采用收缩喷管；, 如果采用收缩喷管，汽流在喷管出口达到音速， 出口压力为临界压力 ；, 汽流在斜切部分发生膨胀。 喷管上的A点是扰动源，自A点产生一组膨胀波；,

17、 汽流从临界压力 降到喷管背压 ，汽流发生偏转。, 同样在斜切部分发生膨胀波，产生汽流偏转。,4）对缩放喷管，当运行背压 小于设计背压 时,5）喷嘴斜切部分汽流偏转角的近似计算, 假定流动是定常流动，根据连续方程,临界截面：,出口截面：,实际情况：,偏转角度近似为：, 偏转角近似计算公式（贝尔公式）：,5）喷管斜切部分的膨胀极限与极限压力, 汽流在喷嘴斜切部分可以起到缩放喷管加速的作用， 但汽流的膨胀是有限度的。, 当喷嘴出口压力 ，斜切部分只起导流作用, 当喷嘴出口压力 ，斜切部分发生膨胀， 特性线向下游扩展；, 当喷嘴出口压力 ，特性线与AC边重合；, 当喷嘴出口压力 ，汽流在斜切部分外发

18、生 膨胀，与斜切部分无关。, 斜切部分的膨胀极限与极限压力, 极限膨胀情况：出口边AC成为最后一条膨胀特性线 （马赫线）；, 马赫线与汽流流动方向所成的夹角为马赫角：,有：, 利用等熵过程关系式：,得到：, 斜切部分的膨胀极限压力：,五、动叶通道中的流动过程和通流能力,在汽轮机中，动叶的形状与喷管（静叶）的形状相似。因此，动叶栅可以看成是一个旋转的喷管。,动叶通道类型： 收缩叶栅 缩放叶栅,动叶结构：1）两种动叶的汽流流道都是 弯曲 的； 2）两种动叶都有一个 斜切部分。,动叶作用： 1）实现汽流的能量转换（蒸汽热能动能机械能）； 2）实现对汽流 流动方向 的控制。, 对纯冲动级：动叶前后没有

19、压差，即：,动叶栅作用：1）实现汽流动能机械能的转换； 2）实现对汽流流动方向的控制。, 对带反动度的冲动级/反动级： 动叶前后有一定的压差，即：,动叶栅作用：1）实现汽流热能动能的转换； 2）实现气流动能机械功的转换； 3）实现对汽流流动方向的控制。, 为了衡量汽流在动叶栅中的膨胀程度，引入反动度概念。,压差 对应的理论绝热焓降 动叶栅的等熵焓降：,反动度 ：动叶栅中的等熵焓降 占整个透平级 总等熵滞止焓降 的百分比。,即：,显然： 纯冲动级： 反动级： 带反动度的冲动级：,1）动叶栅通道内的流动过程, 绝对坐标：汽流以绝对速度 和方向 流向动叶栅通道；, 牵连坐标：动叶栅旋转，相应有一个圆

20、周速度 ；, 相对坐标：汽流以相对速度 进入动叶， 以相对速度 离开动叶。, 从相对坐标看动叶栅通道内的流动过程，它是与喷管内 的流动过程完全一样；, 需要三个独立方程：连续方程、过程方程和能量方程；,相对坐标上的能量方程（1-1截面 2-2截面）：,对轴流式短叶片透平级内的理想流动，有：, 动叶栅出口截面,理想汽流速度：,实际汽流速度:,动叶流动损失:,动叶速度系数：, 图中的过程曲线表示：,图1.15 透平级中的蒸汽膨胀过程线,2）动叶栅通道中的通流能力,如果忽略透平级的内部漏汽，则通过动叶栅的蒸汽流量 等于喷管的蒸汽流量。,即：,一般情况下： ， 。 所以：,透平级的面积比：,六、级内流

21、动公式归纳,根据反动度的定义：, 动叶等熵焓降：, 喷管等熵滞止焓降：, 喷管出口汽流速度：, 喷管损失：,可以得到:, 动叶出口汽流速度：, 动叶损失：, 喷管出口面积：, 动叶出口面积：,1.4 透平级的轮周功及轮周效率,一、级的速度三角形,三列叶栅（静叶/动叶/静叶）中汽流的流动示意图,三列叶栅中汽流的流动示意图, 汽轮机在工作时，对一个级而言：, 汽流有一个绝对速度c1 绝对坐标, 动叶栅转动有一个圆周速度u1 牵连坐标, 汽流进入动叶有一个相对汽流速度w1 相对坐标,1）在动叶栅进口：, 都是矢量：, 满足矢量相加原则：, 组成一个三角形：,c1,u1,w1,动叶进口速度三角形,有大

22、小和方向,绝对汽流速度 c1 圆周速度 u1 相对汽流速度 w1,2）在动叶栅出口：,动叶出口速度三角形,w2,c2,u2,绝对汽流速度 c2 圆周速度 u2 相对汽流速度 w2, 都是矢量：,有大小和方向, 满足矢量相加原则：, 组成一个三角形：,图1.16 单列透平级的示意图,将动叶进、出口 绝对汽流速度（ 、 ）， 圆周速度（ 、 ）， 相对汽流速度（ 、 ）， 按一定的比例和矢量相加规则绘在一起，就 构成了级速度三角形。, 单列级的速度三角形画法,1）取一个水平基准线，方向为圆周速度的方向； 取一个垂直基准线，方向为轴向；,2）以交点为基准，画出动叶进口速度三角形；,3）以交点为基准，

23、画出动叶出口速度三角形；,图1.16 单列透平级的速度三角形示意图,反动式汽轮机级的流道示意图与速度三角形,图1.17 双列复速级的结构与流动示意图,双列复速级的速度三角形画法:,图1.18 双列复速级的速度三角形,二、级的轮周功（轮周功率）,1) 动叶栅的受力分析控制体,图1.19 动叶栅受力分析控制体,2）控制体内流体受力分析,控制体受到的合力：,轴向：,周向：,控制体内流体的动量变化：,轴向动量变化：,周向动量变化：,3）控制体内流体的动量方程,轴向：,周向：,得到：,其中：,4）动叶片受到汽流的作用力,5）轮周功 （轮周功率 ）,轮周功 轮周功率,：单位时间内汽流对动叶片作的有效功。,

24、 对等转速汽轮机，轮周功（轮周功率）为：, 对双列复速级，轮周功（轮周功率）为：, 利用速度三角形的函数关系式，有：,得到：, 代表进入动叶栅的蒸汽动能；, 代表蒸汽在动叶栅中继续膨胀， 从热能转化的能量；, 代表蒸汽离开动叶栅时所带走的能量。,余速损失：,6）轮周功（率）的变换形式1,7）轮周功（率）的变换形式2,双列复速级的轮周功率：,单列级的有效焓降：,单列级的轮周损失：,双列复速级的有效焓降：,双列复速级的轮周损失：,8）轮周效率,轮周效率：,单列级的轮周效率：,双列复速级的轮周效率：,其 中, 分别是喷管 能量损失和能量损失系数；, 分别是动叶1能量损失和能量损失系数；, 分别是导叶

25、 能量损失和能量损失系数；, 分别是动叶2能量损失和能量损失系数；, 分别是余速 能量损失和能量损失系数；, 各项焓降和损失在 i - s 图上的表示方法,1) 级的等熵滞止焓降,2) 喷管等熵滞止焓降,3) 动叶等熵焓降,4) 级的有效焓降,5) 喷管实际焓降,6) 动叶实际焓降,7) 喷管能量损失,8) 动叶能量损失,9) 余速能量损失, 各项焓降和损失在 图上的表示方法,纯冲动级 带反动度（ ）的透平级 双列复速级 图1.20 各项焓降和损失在 图上的表示方法,四、最佳速比 与最大轮周效率 的关系,影响效率的三个因素：,喷管损失 ： 动叶损失 ：, 取决于速度系数和；, 反映汽流在叶栅中

26、的流动效率；, 与叶栅几何参数和气动参数有关；, 后面章节单独介绍。,余速损失 ：, 排汽速度造成的损失。,轮周效率：,1) 纯冲动级（= 0）,能量方程：,得到：,轮周效率：,分析1：速度系数和对轮周效率有很大影响；,分析2：喷管出口汽流角 动叶进口汽流角 动叶出口汽流角 对轮周效率也有影响；,速度系数 / 轮周效率,变化不大。,分析3：比值 u/c1 对轮周效率u的影响最大；,影响大小：二次抛物线关系,在 时：,在 时：,（ ，转子不转动，对外作功 ）,速（度）比：级的圆周速度u与喷管出口速度c1的比值。,最佳速比 ：对应最大轮周效率 的速比。,说明：,在 范围内,必定存在一个 的极值点,

27、对应轮周效率最大为,概念：, 最大轮周效率 出现的条件：,在 、 、 和 、 一定的条件下：,得到：,最大轮周效率：, 最佳速比条件下的速度三角形：,图1.21 纯冲动级排汽速度 最小的条件,最佳速比下：,汽流轴向排汽，,排汽速度 最小，余速损失 最小,轮周效率最大，,2) 反动级（= 0.5）,在假定 条件下，可以推导出：,分析1：速度系数和对轮周效率有很大影响；,分析2：汽流角 、 、 对轮周效率也有影响；,分析3：轮周效率u 与速比 u/c1 成二次抛物线关系；,说明：,在 范围内,在 时：,在 时：,必定存在一个 的极值点,对应轮周效率最大为, 最大轮周效率 出现的条件：,得到：, 最

28、佳速比条件下的速度三角形：,3) 带反动度的冲动级（0 0.5）,分析得出:,经验公式:,4) 双列复速级,最佳速比:,五、轮周效率曲线与最佳速比的选择,图1.23 三种透平级轮周效率与速比的关系曲线,1）透平级的轮周效率与速比的关系曲线,从图可以看出：, 纯反动级的最佳速比：,冲动级的最佳速比：,双列复速级的最佳速比：,且：, 反动级的 纯冲动级 复速级,原因：喷管损失+ 喷管损失+ 喷管损失+ 动叶损失+ 动叶损失+ 动叶损失+ 余速损失最小 余速损失大 导叶损失+ 动叶损失+ 余速损失, 级内汽流速度低 喷管速度最大 四排叶栅, 流动损失小 流动损失大 流动损失最大, 轮周效率高 轮周效

29、率降低 轮周效率最低,图1.24 轮周效率、损失与 速比的关系曲线,2）损失系数以及轮周效率与速比的关系曲线, 喷管损失系数与速比无关, 动叶损失系数随速比的增大而减小, 速比对余速损失系数影响最大,在 区间内， 该函数是单调减函数。,3）速比的选择,冲动级（ ）：,反动级（ ）：,双列复速级：,图1.24 考虑余速利用后的轮周效率与速比关系曲线,1.5 辐流级的能量转换,一、辐流式级的结构与特点,汽体的运动方向主要是沿着半径方向。 汽体运动朝向工作叶轮中心 向心式 汽体运动离开工作叶轮中心 离心式,另外，还有一种辐流-轴流混合结构（燃气透平） 容斯特罗姆离心式级。 其结构如下图所示：,1）与

30、轴流式级相比，辐流式级的主要特点, 喷管与动叶栅的相互配置不同；, 由于实现多级结构困难，目前只能做成单级；,优点：可以利用较大的焓降，为保证最佳速比， 圆周速度较高，可达400 500m/s。,缺点：制造、加工复杂。, 动叶进、出口的半径 ，圆周速度 。,2）容斯特罗姆离心式辐流级的特点, 只有动叶，没有喷管或静叶； 相邻两排动叶分别安装在两个反向旋转的转盘上； 里面一排动叶除自己作功之外， 同时又对外面一排相邻动叶发挥喷管作用。,二、辐流式级的轮周功, 辐流级的速度三角形, 辐流级的轮周功,当蒸汽通过辐流级时，蒸汽对动叶产生一个力矩。,力矩大小为:, 动叶进、出口截面半径；, 汽流的周向分

31、速度；,当 和 在速度三角形中垂线的同一侧时，取“-”；,当 和 在速度三角形中垂线的同一侧时，取“+”。,如果级的旋转角速度为， 则单位时间内级所作的轮周功（轮周功率）为：,其中：,从速度三角形得：,有：,轮周功变为：, 代表进入动叶栅的蒸汽动能；, 代表蒸汽在动叶栅中继续膨胀， 从热能转化的能量；, 科氏力所作的功（汽流克服离心力 而额外作/消耗的一部分能量）, 辐流级的作功能力,向心级：, 作功能力最大,轴流级：, 作功能力次之,离心级：, 作功能力最小,三、辐流式级的反动度和汽流相对速度,辐流式透平级的流动过程和计算公式与轴流式相比，有相同/不相同点。表现在：, 喷管内的流动过程与计算

32、公式，与轴流级的完全相同；, 动叶通道内的流动过程、汽流相对速度以及反动度的含义 与轴流级略有不同， 多了一项离心绝热焓降， 其它形式相同。,1）辐流式级的反动度,轴流级：,动叶等熵焓降 全部用来加速汽流、 对外作功。表现形式为：,向心级：,动叶等熵焓降 的用途分为两部分：,一部分（ ）：,用来克服离心力场产生的压差。这个 压差对应的焓降称为离心力绝热焓降：,一部分（ ）：,用来膨胀加速汽流、对外作功。 表现在：,离心级：,动叶等熵焓降 的用途分为两部分：,一部分（ ）：,用来克服离心力场产生的压差。这个 压差对应的焓降称为离心力绝热焓降：,一部分（ ）：,用来膨胀加速汽流、对外作功。 表现在

33、：,显然：, 在向心级中， 没有使汽流加速， 相对较小， 最终使余速 和余速损失 相对减小， 从而增加了级的轮周功，作功能力最大， 且反动度 。, 在离心级中，汽流与动叶中的离心力场方向一致， 该离心力场（相应的离心力绝热焓降 ）也使 汽流额外膨胀加速。 因而， 相对较大，余速 和余速损失 相对 也较大，减小了级的轮周功，作功能力最小。 反动度可能 。,1.6 叶栅气流特性,实际流动导致汽流在叶栅通道内的流动有损失：, 损失的大小是通过速度系数 和 来描述的；, 和 是表示粘性力对理想流动的影响， 是一个总体影响的表征；, 没有深入说明流动损失产生的原因、影响损失的因素 以及损失产生的物理本质

34、。, 叶型 型线 叶型中线 叶型前缘点 叶型后缘点 叶型弦长 弯曲角 出口边厚度 等截面叶片 变截面叶片,1）叶栅的几何参数,一、叶栅的型式及几何参数, 叶片的截面形状。, 叶型周线（轮廓线）。, 叶型内各内切圆圆心的轨迹线。, 叶型中线的前端点。, 叶型中线的后端点。, 叶型前缘点与后缘点间的距离。, 叶型中线两端点处切线的夹角。, 叶型尾部出汽边的厚度。, 叶片型线沿叶高不变的叶片。, 叶片型线沿叶高变化的叶片。,叶栅：由相同叶片构成气流流道的组合体。,按叶片运动状态 静叶栅 动叶栅,按叶栅出口马赫数 亚音速叶栅 跨音速叶栅 超音速叶栅,按叶片排列方式 平面叶栅 环形叶栅,按汽流膨胀程度 膨胀式叶栅 冲动式叶栅, 叶栅平均直径： 叶片高度: 相对叶高: 叶栅节距: