汽轮机级的工作原理学习教案.pptx

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1、会计学1汽轮机级的工作汽轮机级的工作(gngzu)原理原理第一页，共126页。22 汽轮机级的工作汽轮机级的工作(gngzu)原原理理本章本章(bn zhn)要求要求1）掌握汽轮机通流部分中蒸汽的流动规律及能量转换过程，提高综合应用基础知识）掌握汽轮机通流部分中蒸汽的流动规律及能量转换过程，提高综合应用基础知识分析研究具体工程技术问题和科研课题的能力。分析研究具体工程技术问题和科研课题的能力。2）明确在级内能量转换过程中，各项损失的物理概念及减少损失的措施）明确在级内能量转换过程中，各项损失的物理概念及减少损失的措施(cush)和和计算方法。计算方法。3）明确级的速比、反动度、比焓降及叶型参数

2、对汽轮机热功转换能力（轮周功率）明确级的速比、反动度、比焓降及叶型参数对汽轮机热功转换能力（轮周功率）和轮周效率的重要影响，及对汽轮机整体结构的影响。和轮周效率的重要影响，及对汽轮机整体结构的影响。4）掌握用一元流理论进行级的热力设计的方法。）掌握用一元流理论进行级的热力设计的方法。第1页/共126页第二页，共126页。3级级级级由由由由一一一一列列列列喷喷喷喷嘴嘴嘴嘴叶叶叶叶栅栅栅栅（静静静静叶叶叶叶栅栅栅栅）和和和和其其其其后后后后的的的的一一一一列列列列动动动动叶叶叶叶栅栅栅栅构构构构成成成成(guchng)(guchng)的的的的汽汽汽汽轮机作功的最小单元。轮机作功的最小单元。轮机作功

3、的最小单元。轮机作功的最小单元。2.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级1.什么什么(shn me)是级是级?多级则能产生多级则能产生(chnshng)较大的功率，大型汽轮机均由多级串联组成。较大的功率，大型汽轮机均由多级串联组成。喷嘴喷嘴：由固定不动的静叶栅构成的蒸汽通道。由固定不动的静叶栅构成的蒸汽通道。转子转子：汽轮机的转动部分。汽轮机的转动部分。通流部分通流部分：汽轮机本体中作功汽流的通道称为汽轮机的通流部分，包括汽轮机本体中作功汽流的通道称为汽轮机的通流部分，包括各级喷嘴和动叶、主汽门、调节汽门等。各级喷嘴和动叶、主汽门、调节汽门等。第2页/共126页第三页，共126页。4级级

4、级级=喷喷喷喷嘴嘴嘴嘴(pnzu)(pnzu)叶叶叶叶栅栅栅栅+动动动动叶叶叶叶栅栅栅栅2.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级2.级的结构级的结构(jigu)编号编号(bin ho)和下标：和下标：0,1,2；n-nozzle喷嘴，喷嘴，b-blade动叶。动叶。特征截面：喷嘴叶栅前截面特征截面：喷嘴叶栅前截面 00 喷嘴叶栅和动叶栅之间的截面喷嘴叶栅和动叶栅之间的截面 1-1 动叶栅后截面动叶栅后截面 2-2第3页/共126页第四页，共126页。52.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级3.级内工作级内工作(gngzu)过程过程（1）功能：推动叶轮和轴转动，以带动发电机发电。）

5、功能：推动叶轮和轴转动，以带动发电机发电。（2）蒸汽的流动路线：进入喷嘴）蒸汽的流动路线：进入喷嘴离开喷嘴离开喷嘴进入进入动叶动叶离开动叶。离开动叶。（3）工质性质的变化：喷嘴中得到加速）工质性质的变化：喷嘴中得到加速(ji s)（p，c），在动叶中加速），在动叶中加速(ji s)继续（继续（p，c）。）。（4）能量转换：在喷嘴中将热能转换为动能，在动）能量转换：在喷嘴中将热能转换为动能，在动叶中将动能转换为机械能。叶中将动能转换为机械能。p0c0p1c1c2p2压力及速度曲线第4页/共126页第五页，共126页。63 3、级的工作过程、级的工作过程（1 1）蒸汽）蒸汽(zhn q)(zhn

6、q)在级内的流动过程在级内的流动过程 两次能量转两次能量转换换喷嘴：喷嘴：蒸汽在喷嘴通道内膨胀，把蒸蒸汽在喷嘴通道内膨胀，把蒸汽部分热能转换为出口蒸汽动能汽部分热能转换为出口蒸汽动能动叶：动叶：冲动力和反动力联合做功，冲动力和反动力联合做功，推动叶轮旋转，将高速汽流的动能转变为旋转机械能。（2 2）蒸汽）蒸汽(zhn q)(zhn q)在级内的压力、速度的变化趋势在级内的压力、速度的变化趋势蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽(zhn(zhn q)q)通过喷嘴和动叶后，其压力、速度的变化趋势通过喷嘴和动叶后，其压力、速度的变化趋势通过喷嘴和动叶后，其压力、速度的变化趋势通过喷嘴和动叶后，其压力、速度的变化趋势如图

7、如图如图如图1.31.3。特征截面或计算截面：特征截面或计算截面：喷嘴前：喷嘴前：0-00-0；喷嘴后（动叶前）：喷嘴后（动叶前）：1-11-1；动叶后：动叶后：2-22-2。图1.3 蒸汽级内压力，速度变化趋势110022第5页/共126页第六页，共126页。7连连 续续 方方 程程:第6页/共126页第七页，共126页。82.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级4.热力过程线热力过程线反应级的做功过程和工质的变化特性反应级的做功过程和工质的变化特性(txng)的的h-s曲线。曲线。（1）四个状态：）四个状态：1）滞止）滞止(zh zh)状态（状态（0*状态）。状态）。2）喷嘴进口状态

8、（）喷嘴进口状态（0状态）。状态）。3）喷嘴出口状态（动叶进口状态，）喷嘴出口状态（动叶进口状态，1状态）。状态）。4）动叶出口状态（）动叶出口状态（2状态）。状态）。第7页/共126页第八页，共126页。9（2）三类参数）三类参数(cnsh)：1）焓降）焓降物理意义：做功能力物理意义：做功能力 级的滞止理想比焓降级的滞止理想比焓降 ，级的理想比焓降，级的理想比焓降 喷嘴的滞止理想比焓降喷嘴的滞止理想比焓降 ，喷嘴的理想比焓，喷嘴的理想比焓降降 动叶的理想比焓降动叶的理想比焓降2.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级4.热力过程线热力过程线喷嘴前汽流速度 c0所具有的动能：滞止焓值：举例

9、：举例：滞止参数：滞止参数：滞止状态下的汽流热力参数，用上标滞止状态下的汽流热力参数，用上标“0”或或“*”来表示；来表示；第8页/共126页第九页，共126页。102）熵增过程）熵增过程物理意义：不可逆过程物理意义：不可逆过程3）损失）损失 a.喷嘴损失喷嘴损失 b.动叶损失动叶损失 在实际研究中常认为在实际研究中常认为=理想过程：理想过程：无不可逆损失的等熵过程；无不可逆损失的等熵过程；实际过程：实际过程：存在着不可逆摩擦损失，动能损失转变为热能。存在着不可逆摩擦损失，动能损失转变为热能。一、汽轮机的级一、汽轮机的级4.热力过程线热力过程线（2）三类）三类(sn li)参数：参数：第9页/

10、共126页第十页，共126页。112.1 概述概述(i sh)一、级的工作一、级的工作(gngzu)过程过程4.热力过程线热力过程线 余速损失喷嘴中的能量损失动叶中的能量损失第10页/共126页第十一页，共126页。12动叶理想动叶理想动叶理想动叶理想(l(l xixi ng)ng)比焓降：比焓降：比焓降：比焓降：滞止滞止(zh zh)(zh zh)比焓差：比焓差：喷嘴喷嘴(pnzu)(pnzu)理想比焓降：理想比焓降：喷嘴损失：喷嘴损失：喷嘴实际比焓降：喷嘴实际比焓降：图1.5 喷嘴及动叶的热力过程线2 2、喷嘴及动叶的热力过程喷嘴及动叶的热力过程喷嘴及动叶的热力过程喷嘴及动叶的热力过程 动

11、叶损失：动叶损失：动叶实际比焓降：动叶实际比焓降：余速损失：余速损失：第11页/共126页第十二页，共126页。13 级的理想级的理想(lxing)(lxing)比焓降：比焓降：级滞止级滞止(zh zh)(zh zh)理想比焓降：理想比焓降：图1.5 汽轮机的级的热力过程线2 2、喷嘴喷嘴喷嘴喷嘴(pnzu(pnzu)及动叶的热力及动叶的热力及动叶的热力及动叶的热力过程过程过程过程喷嘴滞止理想比焓降：喷嘴滞止理想比焓降：喷嘴滞止理想比焓降：喷嘴滞止理想比焓降：轮周损失：轮周损失：轮周有效比焓降：轮周有效比焓降：第12页/共126页第十三页，共126页。14 冲动力（冲动力（FiFi）：从喷嘴流

12、出的高速汽流冲击在汽轮机的动叶上，给动叶施）：从喷嘴流出的高速汽流冲击在汽轮机的动叶上，给动叶施加的力。加的力。反动力（反动力（Fr Fr）：蒸汽在动叶通道内膨胀）：蒸汽在动叶通道内膨胀(png zhng)(png zhng)加速，离开动叶通道时，加速，离开动叶通道时，给动叶一个与汽流运动方向相反的作用力。给动叶一个与汽流运动方向相反的作用力。级的受力：冲动力和反动力的合力级的受力：冲动力和反动力的合力F F作用在动叶栅上，其在轮周方向上的作用在动叶栅上，其在轮周方向上的分力分力FuFu使动叶栅旋转而产生机械功。使动叶栅旋转而产生机械功。1 1、汽轮机级的受力分析、汽轮机级的受力分析、汽轮机级

13、的受力分析、汽轮机级的受力分析(fnx)(fnx)ABCDEFiFrw1w2u蒸汽在动叶流道内膨胀时对动叶的作用力12P0,h0c01uc1c2二、级的反动二、级的反动(fndng)度度2.1 概述概述第13页/共126页第十四页，共126页。152.1 概述概述(i sh)（1）反动）反动(fndng)度的度的定义定义二、级的反动二、级的反动(fndng)度度2.反动度反动度反动度：反动度：动叶的理想比焓降占总体动叶的理想比焓降占总体 理想比焓降的份额。理想比焓降的份额。定义式：定义式：（2）特征截面）特征截面 1）由于环行叶栅的使用，沿着叶高的方向流动特性不同。）由于环行叶栅的使用，沿着叶

14、高的方向流动特性不同。2）叶根截面（）叶根截面（root），），平均截面（平均截面（middle），），顶部截面（顶部截面（top），），3）通常用级的平均直径处的反动度通常用级的平均直径处的反动度mm来表示。来表示。第14页/共126页第十五页，共126页。16（3 3）关于级的反动）关于级的反动(fndng)(fndng)度的分析与讨度的分析与讨论论1 1）由于由于由于由于h-sh-s图上等压线沿比熵增方向发散，故严格说，图上等压线沿比熵增方向发散，故严格说，图上等压线沿比熵增方向发散，故严格说，图上等压线沿比熵增方向发散，故严格说，但由于喷嘴损失很小，因此在使用中常认为但由于喷嘴损失很小

15、，因此在使用中常认为但由于喷嘴损失很小，因此在使用中常认为但由于喷嘴损失很小，因此在使用中常认为2 2）mm越大，越大，越大，越大，hbhb越大，则蒸汽对动叶栅的反动越大，则蒸汽对动叶栅的反动越大，则蒸汽对动叶栅的反动越大，则蒸汽对动叶栅的反动(f(f ndng)ndng)力也越大；力也越大；力也越大；力也越大；3 3）反动反动反动反动(f(f ndng)ndng)度度度度沿动叶高度是不相同的沿动叶高度是不相同的沿动叶高度是不相同的沿动叶高度是不相同的 对于较短的直叶片级，用平均反动对于较短的直叶片级，用平均反动对于较短的直叶片级，用平均反动对于较短的直叶片级，用平均反动(f(f ndng)n

16、dng)度度度度mm表示，可不计反动表示，可不计反动表示，可不计反动表示，可不计反动(f(f ndng)ndng)度沿动叶高度的变化；度沿动叶高度的变化；度沿动叶高度的变化；度沿动叶高度的变化；对于长叶片级，在计算不同截面时，必须用相应截面的反动对于长叶片级，在计算不同截面时，必须用相应截面的反动对于长叶片级，在计算不同截面时，必须用相应截面的反动对于长叶片级，在计算不同截面时，必须用相应截面的反动(f(f ndng)ndng)度。度。度。度。第15页/共126页第十六页，共126页。172.1 概述概述(i sh)三、级的分类三、级的分类(fn li)1.分类依据：反动度分类依据：反动度直接

17、直接(zhji)影响叶片形状的设计、运行的影响叶片形状的设计、运行的安全性和经济性。安全性和经济性。冲动级冲动级靠冲动力做功的级，反动度小的级。靠冲动力做功的级，反动度小的级。级的分类级的分类 反动级反动级靠反动力做功的级，反动度大的级。靠反动力做功的级，反动度大的级。第16页/共126页第十七页，共126页。182.1 概述概述(i sh)三、级的分类三、级的分类(fn li)2.冲动冲动(chngdng)级级（1）纯冲动级）纯冲动级 1）=0，蒸汽只在喷嘴中膨胀，而在动叶中不膨胀，只改变流动方向。，蒸汽只在喷嘴中膨胀，而在动叶中不膨胀，只改变流动方向。2）p1=p2，hb=0,ht*=hn

18、*。3）效率较低，很少使用。）效率较低，很少使用。第17页/共126页第十八页，共126页。19d、P1P2，hn hb；蒸汽作用在动叶上的主要是冲动力，小部分是反动力；在最佳速比(s b)下，做功能力比反动级大，效率较纯冲动级高，在汽轮机中得到了广泛应用。三、级的分类三、级的分类(fn li)2.冲动冲动(chngdng)级级（2）带反动度的冲动级）带反动度的冲动级 1）(0,0.5)，一般而言，一般而言 0.05,0.20 2）结构特点：）结构特点：a.动叶栅截面形状近似对称；动叶栅截面形状近似对称；b.喷嘴前后压差大，为了减少泄漏常用隔板结构和隔板汽封；喷嘴前后压差大，为了减少泄漏常用隔

19、板结构和隔板汽封；c.动叶栅前后压差小，轴向受力不大，采用叶轮式。动叶栅前后压差小，轴向受力不大，采用叶轮式。第18页/共126页第十九页，共126页。202.1 概述概述(i sh)三、级的分类三、级的分类(fn li)3.反动反动(fndng)级级 1）=0.5 2）p1p2，hb=0.5ht*=hn*。3）效率比冲动级高，但是工作能力较小。）效率比冲动级高，但是工作能力较小。4）结构特点：）结构特点：a.喷嘴叶栅和动叶叶栅可采用相同的叶型；喷嘴叶栅和动叶叶栅可采用相同的叶型；b.动叶前后压差大，常用转鼓式结构，不用叶轮式；动叶前后压差大，常用转鼓式结构，不用叶轮式；c.热惯性大，还需设置

20、平衡活塞以平衡轴向推力；热惯性大，还需设置平衡活塞以平衡轴向推力；d.采用全周进汽。采用全周进汽。第19页/共126页第二十页，共126页。21图1.6 冲动(chngdng)式汽轮机示意图图1.7 反动(fndng)式汽轮机示意图第20页/共126页第二十一页，共126页。222.1 概述概述(i sh)压力及流速变化压力及流速变化(binhu)曲线曲线三、级的分类三、级的分类(fn li)第21页/共126页第二十二页，共126页。232.1 概述概述(i sh)四、级的其他四、级的其他(qt)分类方法分类方法 1调节级和非调节级调节级和非调节级 按级的通流面积是否随负荷大小而变来划分。按

21、级的通流面积是否随负荷大小而变来划分。1）调节级）调节级可以通过改变进汽面积控制其进汽量的级可以通过改变进汽面积控制其进汽量的级 中小汽轮机用复速级作调节级；大型汽轮机常用中小汽轮机用复速级作调节级；大型汽轮机常用(chn yn)单列冲动单列冲动级作调节级；总是做成部分进汽。级作调节级；总是做成部分进汽。2）非调节级）非调节级不通过改变进汽面积控制其进汽量的级。不通过改变进汽面积控制其进汽量的级。可以是全周进汽，也可以是部分进汽可以是全周进汽，也可以是部分进汽 第22页/共126页第二十三页，共126页。242单列级和速度级单列级和速度级 按蒸汽动能转变为转子机械能的过程来划分按蒸汽动能转变为

22、转子机械能的过程来划分 1）单列级）单列级动能转换动能转换(zhunhun)为机械能只在一列动叶栅中完成的级。为机械能只在一列动叶栅中完成的级。特点：特点：这种级在叶轮上只装一列动叶栅，故又称为单列级；这种级在叶轮上只装一列动叶栅，故又称为单列级；压力级可以是冲动级，也可以是反动级。压力级可以是冲动级，也可以是反动级。2）速度级）速度级动能转换动能转换(zhunhun)为机械能在一级多列动叶栅中完成的级为机械能在一级多列动叶栅中完成的级 a.有两列动叶栅的速度级成为双列级或复速级。有两列动叶栅的速度级成为双列级或复速级。b.复速级由一列喷嘴、一列导向叶栅核两列动叶栅组成；复速级由一列喷嘴、一列

23、导向叶栅核两列动叶栅组成；c.做功能力比单列级大。做功能力比单列级大。特点：特点：复速级都是冲动式的；复速级都是冲动式的；做功能力大（较单列级而言），通常在一级内要求承担很大焓降时采用；做功能力大（较单列级而言），通常在一级内要求承担很大焓降时采用；为提高复速级效率，其设计时带有一定的反动度。为提高复速级效率，其设计时带有一定的反动度。第23页/共126页第二十四页，共126页。252.1 概述概述(i sh)四、级的其他分类四、级的其他分类(fn li)方法方法 2单列级和速度单列级和速度(sd)级级 第24页/共126页第二十五页，共126页。26五、级的类型五、级的类型五、级的类型五、级

24、的类型(lixng)(lixng)和和和和特点小结特点小结特点小结特点小结反动度反动度结构特点结构特点做功能力做功能力（焓降）（焓降）效率效率纯冲动级纯冲动级m=0隔板叶轮型隔板叶轮型较高较高较低较低反动级反动级m=0.5转鼓型转鼓型最低最低最高最高冲动级冲动级m=0.050.3隔板叶轮型隔板叶轮型较低较低较高较高复速级复速级m=0.050.1隔板叶轮型隔板叶轮型最高最高最低最低第25页/共126页第二十六页，共126页。272.2 汽轮机级内能量汽轮机级内能量(nngling)转转换过程换过程一、级内模型的简化一、级内模型的简化(jinhu)和基本方程式和基本方程式 1模型模型(mxng)常

25、用简化假常用简化假设设实际过程实际过程简化过程简化过程粘性流体粘性流体理想流体理想流体三元流动三元流动一元流动一元流动可压缩性可压缩性有时假设为不可压缩流体有时假设为不可压缩流体不绝热不绝热绝热绝热不稳定过程不稳定过程稳定过程稳定过程第26页/共126页第二十七页，共126页。281 1）连连连连 续续续续 方方方方 程程程程 式式式式 2 2）能）能）能）能 量量量量 方方方方 程程程程 式式式式 （1 1）喷嘴：）喷嘴：）喷嘴：）喷嘴：q=0,W=0 (2)q=0,W=0 (2)动叶：求动叶：求动叶：求动叶：求W(3)W(3)级：求级：求级：求级：求W(4)W(4)整台汽轮机：求整台汽轮机

26、：求整台汽轮机：求整台汽轮机：求WW3 3）状）状）状）状 态态态态 及及及及 过过过过 程程程程 方方方方 程程程程 式式式式等比熵过程等比熵过程等比熵过程等比熵过程(guchng)(guchng)方程：方程：方程：方程：多变程方程多变程方程多变程方程多变程方程2.2 蒸汽蒸汽(zhn q)在级内的流动在级内的流动过程过程一、级内模型一、级内模型(mxng)的简化和基本方程式的简化和基本方程式 2.基本方程基本方程式中：k 为定熵指数；过热蒸汽：k=1.3；饱和蒸汽：k=1.035；湿蒸汽：k=1.035+0.1x（x为过程初态干度）n 多变过程指数；实际流动过程第27页/共126页第二十八

27、页，共126页。294 4）动）动）动）动 量量量量 方方方方 程程程程 式式式式 5 5）气）气）气）气 动动动动 方方方方 程程程程 式式式式 l音速音速(yn s)的计算公式：的计算公式：l马赫数马赫数M：M=1时为临界状态时为临界状态(ln ji zhun ti)第28页/共126页第二十九页，共126页。30二、蒸汽在喷嘴二、蒸汽在喷嘴二、蒸汽在喷嘴二、蒸汽在喷嘴(pnzu)(pnzu)中的流动过程中的流动过程中的流动过程中的流动过程2.2 蒸汽蒸汽(zhn q)在级内的流在级内的流动过程动过程1汽流参数与喷嘴形状的关系汽流参数与喷嘴形状的关系(gun x)以下导数项为对流动方向求导

28、即以下导数项为对流动方向求导即 ，略去，略去dx.（1）基本方程）基本方程连续性方程：连续性方程：则有：则有：由动量方程由动量方程第29页/共126页第三十页，共126页。31二、蒸汽在喷嘴中的流动二、蒸汽在喷嘴中的流动二、蒸汽在喷嘴中的流动二、蒸汽在喷嘴中的流动(lidng)(lidng)过程过程过程过程2.2 蒸汽在级内的流动蒸汽在级内的流动(lidng)过程过程1汽流参数与喷嘴形状汽流参数与喷嘴形状(xngzhun)的关系的关系 （2）流动过程分析）流动过程分析 1）依据式）依据式 a.截面变化截面变化=f(速度的变化，马赫数速度的变化，马赫数)。在喷嘴中要进行膨胀加速，所以在喷嘴中要进

29、行膨胀加速，所以b.Ma1时：由于要进行膨胀加速，所以时：由于要进行膨胀加速，所以 即需要采用渐扩喷嘴。即需要采用渐扩喷嘴。d.Ma=1时：由于要进行膨胀加速，所以时：由于要进行膨胀加速，所以 即喷嘴截面积达最小值。即喷嘴截面积达最小值。END 3第30页/共126页第三十一页，共126页。32二、蒸汽二、蒸汽二、蒸汽二、蒸汽(zhn q)(zhn q)在喷嘴中的流动过程在喷嘴中的流动过程在喷嘴中的流动过程在喷嘴中的流动过程2.2 蒸汽蒸汽(zhn q)在级内的流在级内的流动过程动过程1汽流参数与喷嘴形状汽流参数与喷嘴形状(xngzhun)的关系的关系（2）流动过程分析）流动过程分析2）超音速

30、的形成）超音速的形成a.缩放喷嘴缩放喷嘴b.在现代大型汽轮机中，绝大部分喷嘴为渐缩喷嘴，对于在出口带在现代大型汽轮机中，绝大部分喷嘴为渐缩喷嘴，对于在出口带斜切部分的渐缩喷嘴，汽流在斜切部分可达到超声速。斜切部分的渐缩喷嘴，汽流在斜切部分可达到超声速。c.临界速度临界速度对过热蒸汽对过热蒸汽 k=1.3，对干饱和蒸汽对干饱和蒸汽 k=1.135，对湿蒸汽对湿蒸汽 k=1.035+0.1x，第31页/共126页第三十二页，共126页。33 2.2.喷嘴出口的汽流速度喷嘴出口的汽流速度喷嘴出口的汽流速度喷嘴出口的汽流速度（1 1）喷嘴出口的汽流理想速度）喷嘴出口的汽流理想速度）喷嘴出口的汽流理想速

31、度）喷嘴出口的汽流理想速度 在在在在进进进进行行行行(jnxng)(jnxng)喷喷喷喷嘴嘴嘴嘴流流流流动动动动计计计计算算算算时时时时，喷喷喷喷嘴嘴嘴嘴前前前前的的的的参参参参数数数数是是是是已已已已知知知知的的的的条条条条件件件件。按按按按等等等等熵熵熵熵过过过过程程程程膨膨膨膨胀胀胀胀，其其其其过过过过程程程程曲曲曲曲线线线线如如如如图图图图所所所所示示示示。则则则则喷喷喷喷嘴嘴嘴嘴出出出出口口口口汽汽汽汽流流流流理理理理想想想想速速速速度为：度为：度为：度为：或者为：或者为：或者为：或者为：蒸汽流出喷嘴出口的理想速度（蒸汽流出喷嘴出口的理想速度（蒸汽流出喷嘴出口的理想速度（蒸汽流出喷嘴

32、出口的理想速度（m/s)m/s)；蒸汽按等熵过程膨胀的终态焓（蒸汽按等熵过程膨胀的终态焓（蒸汽按等熵过程膨胀的终态焓（蒸汽按等熵过程膨胀的终态焓（J/kg)J/kg)。二、蒸汽在喷嘴中的流动二、蒸汽在喷嘴中的流动二、蒸汽在喷嘴中的流动二、蒸汽在喷嘴中的流动(lidng)(lidng)过程过程过程过程2.2 蒸汽蒸汽(zhn q)在级内的流在级内的流动过程动过程第32页/共126页第三十三页，共126页。34二、蒸汽在喷嘴中的流动二、蒸汽在喷嘴中的流动二、蒸汽在喷嘴中的流动二、蒸汽在喷嘴中的流动(lidng)(lidng)过程过程过程过程2.2 蒸汽在级内的流动蒸汽在级内的流动(lidng)过程

33、过程 2.喷嘴(pnzu)出口的汽流速度（1）喷嘴(pnzu)出口的汽流理想速度第33页/共126页第三十四页，共126页。35（2 2）喷嘴出口的汽流实际速度喷嘴出口的汽流实际速度喷嘴出口的汽流实际速度喷嘴出口的汽流实际速度 实实实实际际际际流流流流动动动动是是是是有有有有损损损损失失失失的的的的，汽汽汽汽流流流流实实实实际际际际速速速速度度度度小小小小于于于于汽汽汽汽流流流流理理理理想想想想速速速速度度度度。通通通通常常常常用用用用喷喷喷喷嘴嘴嘴嘴速速速速度度度度系系系系数数数数来来来来考考考考查查查查两两两两者者者者之之之之间间间间的的的的差差差差别别别别(通通通通常常常常取取取取 =0

34、.97)0.97)。这样，喷嘴出口的汽流实际速度为：这样，喷嘴出口的汽流实际速度为：这样，喷嘴出口的汽流实际速度为：这样，喷嘴出口的汽流实际速度为：（3 3）喷嘴损失）喷嘴损失）喷嘴损失）喷嘴损失 蒸汽在喷嘴通道中流动时，动能的损失蒸汽在喷嘴通道中流动时，动能的损失蒸汽在喷嘴通道中流动时，动能的损失蒸汽在喷嘴通道中流动时，动能的损失称为称为称为称为(chn wi)(chn wi)喷嘴损失，用喷嘴损失，用喷嘴损失，用喷嘴损失，用 表表表表 示示示示 ：喷喷喷喷嘴嘴嘴嘴损损损损失失失失与与与与喷喷喷喷嘴嘴嘴嘴理理理理想想想想焓焓焓焓降降降降之之之之比比比比称称称称为为为为(chn(chn wi)w

35、i)喷喷喷喷嘴嘴嘴嘴能能能能量量量量损损损损失失失失系系系系数数数数，用用用用 表示：表示：表示：表示：2.2 蒸汽蒸汽(zhn q)在级内的流在级内的流动过程动过程第34页/共126页第三十五页，共126页。363.3.喷嘴喷嘴喷嘴喷嘴(pnzu)(pnzu)中汽流的临界状态中汽流的临界状态中汽流的临界状态中汽流的临界状态2.2 蒸汽蒸汽(zhn q)在级内的流在级内的流动过程动过程临界临界(ln ji)参数参数:1.临界速度临界速度2.临界压力临界压力对过热蒸汽对过热蒸汽 k=1.3，对干饱和蒸汽对干饱和蒸汽 k=1.135，对湿蒸汽，对湿蒸汽 k=1.035+0.1x第35页/共126页

36、第三十六页，共126页。37压力、焓降、截面积、汽流速度压力、焓降、截面积、汽流速度(sd)、音速、比容沿流动的变化规律、音速、比容沿流动的变化规律2.2 蒸汽蒸汽(zhn q)在级内的流在级内的流动过程动过程3.喷嘴喷嘴(pnzu)中汽流的临界状态中汽流的临界状态第36页/共126页第三十七页，共126页。384.4.喷嘴喷嘴喷嘴喷嘴(pnzu)(pnzu)流量计算流量计算流量计算流量计算（1 1）喷嘴的理想）喷嘴的理想(lxing)(lxing)流量流量 计算计算 喷嘴的理想喷嘴的理想(lxing)(lxing)流量流量 可用下式计算可用下式计算:式式中中，为为喷喷嘴嘴出出口口处处截截面面

37、积积，(m)(m);为为喷喷嘴嘴出出口口处处理理想想(lxing)(lxing)汽汽流流速度，速度，(m/s);(m/s);为喷嘴出口处比容（为喷嘴出口处比容（m/kg)m/kg)。又有又有 ,则上式为：则上式为：称称 为喷嘴前后压力比。为喷嘴前后压力比。2.2 蒸汽蒸汽(zhn q)在级内的流在级内的流动过程动过程与初速无关与初速无关第37页/共126页第三十八页，共126页。39（2 2）喷嘴流量曲线）喷嘴流量曲线）喷嘴流量曲线）喷嘴流量曲线 当喷嘴前的参数当喷嘴前的参数当喷嘴前的参数当喷嘴前的参数 和喷嘴出口截面积和喷嘴出口截面积和喷嘴出口截面积和喷嘴出口截面积一定一定一定一定(ydng

38、)(ydng)时，通过喷嘴的流量时，通过喷嘴的流量时，通过喷嘴的流量时，通过喷嘴的流量 只取决于喷嘴前后压力比。只取决于喷嘴前后压力比。只取决于喷嘴前后压力比。只取决于喷嘴前后压力比。4.4.喷嘴流量喷嘴流量喷嘴流量喷嘴流量(liling)(liling)计算计算计算计算2.2 蒸汽蒸汽(zhn q)在级内的在级内的流动过程流动过程 只与只与k值有关值有关第38页/共126页第三十九页，共126页。40 （3 3）通过喷嘴的实际流量的计算通过喷嘴的实际流量的计算通过喷嘴的实际流量的计算通过喷嘴的实际流量的计算 通过喷嘴的实际流量为：通过喷嘴的实际流量为：通过喷嘴的实际流量为：通过喷嘴的实际流量

39、为：式式式式中中中中，称称称称为为为为喷喷喷喷嘴嘴嘴嘴流流流流量量量量系系系系数数数数。对对对对于于于于过过过过热热热热蒸蒸蒸蒸汽汽汽汽，取取取取 =0.970.97；对对对对于于于于饱饱饱饱和和和和蒸蒸蒸蒸汽汽汽汽，取取取取 =1.02 =1.02。考虑了流量系数之后，通过喷嘴的实际流量为：考虑了流量系数之后，通过喷嘴的实际流量为：考虑了流量系数之后，通过喷嘴的实际流量为：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：对于过热蒸汽：对于过热蒸汽：对于过热蒸汽：对于饱和蒸汽：对于饱和蒸汽：对于饱和蒸汽：对于饱和蒸汽：另外还可以用单一另外还可以用单一另外还可以用单一另外还可以用单一(d

40、ny)(dny)的计算公式表示：的计算公式表示：的计算公式表示：的计算公式表示：称为彭台门系数。对于亚临界流动，称为彭台门系数。对于亚临界流动，称为彭台门系数。对于亚临界流动，称为彭台门系数。对于亚临界流动，1,1,对于临界流动，对于临界流动，对于临界流动，对于临界流动，=1=1。4.4.喷嘴喷嘴喷嘴喷嘴(pnzu(pnzu)流量计算流量计算流量计算流量计算2.2 蒸汽在级内的流动蒸汽在级内的流动(lidng)过程过程第39页/共126页第四十页，共126页。41 （3 3）通过喷嘴的实际流量通过喷嘴的实际流量通过喷嘴的实际流量通过喷嘴的实际流量(liling)(liling)的计算的计算的计

41、算的计算 4.4.喷嘴喷嘴喷嘴喷嘴(pnzu(pnzu)流量计算流量计算流量计算流量计算2.2 蒸汽蒸汽(zhn q)在级内的流在级内的流动过程动过程第40页/共126页第四十一页，共126页。425.5.蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽(zhn q)(zhn q)在喷嘴斜切部分的流动在喷嘴斜切部分的流动在喷嘴斜切部分的流动在喷嘴斜切部分的流动 为为为为了了了了使使使使喷喷喷喷嘴嘴嘴嘴中中中中流流流流出出出出的的的的汽汽汽汽流流流流顺顺顺顺利利利利进进进进入入入入动动动动叶叶叶叶通通通通道道道道，在在在在喷喷喷喷嘴嘴嘴嘴出出出出口口口口处处处处必必必必须须须须有有有有一一一一段段段段斜斜斜斜切切切切部部部部分

42、分分分(b(b fen),fen),如如如如图图图图所所所所示示示示。这这这这样样样样，实实实实际际际际喷喷喷喷嘴嘴嘴嘴由由由由两两两两部部部部分分分分(b(b fen)fen)所所所所组组组组成成成成：一一一一部部部部分分分分(b(b fen)fen)是是是是渐渐渐渐缩缩缩缩部部部部分分分分(b(b fen)ABDEfen)ABDE，ABAB为为为为最最最最小小小小截截截截面面面面处处处处。另另另另 一一一一 部部部部 分分分分(b(b fen)fen)为为为为 斜斜斜斜 切切切切 部部部部 分分分分(b(b fen)ABCfen)ABC。由于斜切部分的存在，它将给汽由于斜切部分的存在，它将

43、给汽流产生流产生(chnshng)影响。影响。2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程第41页/共126页第四十二页，共126页。431.当喷嘴出口压力（背压）大于或等于临界压力时，AB截面上的流速小于或等于音速，喉部压力等于背压（），汽流通过喷嘴，只在渐缩部分膨胀(png zhng)加速，而在斜切部分ABC处不膨胀(png zhng)加速。斜切部分只起导向作用。从喷嘴流出的汽流与动叶运动方向成一角度(称为喷嘴出汽角 ）。2.当喷嘴出口压力（背压）小于临界压力时，汽流在AB截面上达临界状态，汽流在斜切部分要继续膨胀(png zhng)加速，蒸汽压力由临界 压力下降为 ，汽流速度由临界速

44、度到大于音速，并且汽流方向要发生扰动和偏转。5.蒸汽蒸汽(zhn q)在喷嘴斜切部分的流动在喷嘴斜切部分的流动2.2 蒸汽在级内的流动蒸汽在级内的流动(lidng)过程过程END 4第42页/共126页第四十三页，共126页。44第43页/共126页第四十四页，共126页。45（1）偏转）偏转(pinzhun)角角1贝尔公式(gngsh)（2）极限）极限(jxin)膨胀膨胀第44页/共126页第四十五页，共126页。46第45页/共126页第四十六页，共126页。47喷嘴及动叶汽流流动喷嘴及动叶汽流流动喷嘴及动叶汽流流动喷嘴及动叶汽流流动(lidng)(lidng)特特特特性性性性 喷嘴及动叶

45、汽流流动特性喷嘴及动叶汽流流动特性喷嘴及动叶汽流流动特性喷嘴及动叶汽流流动特性(txng)(txng)动叶以圆周速度动叶以圆周速度动叶以圆周速度动叶以圆周速度u u旋转；旋转；旋转；旋转；从喷嘴中以绝对速度从喷嘴中以绝对速度从喷嘴中以绝对速度从喷嘴中以绝对速度c1c1流出的汽流相对于动叶有一个相对运动（相应的相对流出的汽流相对于动叶有一个相对运动（相应的相对流出的汽流相对于动叶有一个相对运动（相应的相对流出的汽流相对于动叶有一个相对运动（相应的相对速度速度速度速度w1w1）；流入本级动叶；）；流入本级动叶；）；流入本级动叶；）；流入本级动叶；汽流以相对速度汽流以相对速度汽流以相对速度汽流以相对

46、速度w2w2离开动叶，由于动叶以圆周速度离开动叶，由于动叶以圆周速度离开动叶，由于动叶以圆周速度离开动叶，由于动叶以圆周速度u u旋转，故其出口绝对速旋转，故其出口绝对速旋转，故其出口绝对速旋转，故其出口绝对速度为度为度为度为c2c2；流入下级静叶（喷嘴）；流入下级静叶（喷嘴）；流入下级静叶（喷嘴）；流入下级静叶（喷嘴）；由由由由c c、w w、u u构成速度三角形。构成速度三角形。构成速度三角形。构成速度三角形。第46页/共126页第四十七页，共126页。48三三三三.蒸汽在动叶栅中的流动过程蒸汽在动叶栅中的流动过程蒸汽在动叶栅中的流动过程蒸汽在动叶栅中的流动过程 动动动动叶叶叶叶通通通通道

47、道道道的的的的形形形形状状状状与与与与喷喷喷喷嘴嘴嘴嘴相相相相似似似似，基基基基本本本本流流流流动动动动规规规规律律律律也也也也类类类类似似似似(li(li s)s)。对对对对动动动动叶叶叶叶的的的的研研研研究主要着重于蒸汽动能到叶轮机械能的转换问题。究主要着重于蒸汽动能到叶轮机械能的转换问题。究主要着重于蒸汽动能到叶轮机械能的转换问题。究主要着重于蒸汽动能到叶轮机械能的转换问题。2.2 蒸汽在级内的流动蒸汽在级内的流动(lidng)过程过程 1.动叶进出口速度(sd)三角形 第47页/共126页第四十八页，共126页。49三三三三.蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽(zhn q)(zhn q)在动叶栅中的流动

48、过程在动叶栅中的流动过程在动叶栅中的流动过程在动叶栅中的流动过程2.2 蒸汽在级内的流动蒸汽在级内的流动(lidng)过程过程 1.动叶进出口速度(sd)三角形 第48页/共126页第四十九页，共126页。50三三三三.蒸汽在动叶栅中的流动蒸汽在动叶栅中的流动蒸汽在动叶栅中的流动蒸汽在动叶栅中的流动(lidng)(lidng)过程过程过程过程2.2 蒸汽蒸汽(zhn q)在级内的在级内的流动过程流动过程 1.动叶进出口速度(sd)三角形 第49页/共126页第五十页，共126页。51三三三三.蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽(zhn q)(zhn q)在动叶栅中的流动过程在动叶栅中的流动过程在动叶栅中的流动过

49、程在动叶栅中的流动过程2.2 蒸汽在级内的流动蒸汽在级内的流动(lidng)过程过程 1.动叶进出口速度(sd)三角形 第50页/共126页第五十一页，共126页。522.2.动叶损失动叶损失动叶损失动叶损失 动动动动叶叶叶叶损损损损失失失失就就就就是是是是蒸蒸蒸蒸汽汽汽汽通通通通过过过过动动动动叶叶叶叶栅栅栅栅的的的的能能能能量量量量损损损损失失失失，由由由由于于于于动动动动叶叶叶叶损损损损失失失失的的的的存存存存在在在在，使使使使动动动动叶叶叶叶出出出出口口口口(ch ku)(ch ku)的焓值由的焓值由的焓值由的焓值由 ，则动叶损失为：，则动叶损失为：，则动叶损失为：，则动叶损失为：动叶

50、损失动叶损失动叶损失动叶损失 之比成为动叶栅的能量损失系数，即之比成为动叶栅的能量损失系数，即之比成为动叶栅的能量损失系数，即之比成为动叶栅的能量损失系数，即 在计算时，在计算时，在计算时，在计算时，通常取通常取通常取通常取=0.850.95=0.850.95。三三.蒸汽在动叶栅中的流动蒸汽在动叶栅中的流动(lidng)过程过程2.2 蒸汽蒸汽(zhn q)在级内的流在级内的流动过程动过程第51页/共126页第五十二页，共126页。533.余速损失余速损失由速度三角形可知，蒸汽在动叶栅中作功之后，最后以绝对速度由速度三角形可知，蒸汽在动叶栅中作功之后，最后以绝对速度 离开动离开动叶，其具有的动