汽轮机原理总复习市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx

第第1页页v绪 论Introduction第第2页页2、按热力特征分、按热力特征分凝汽式汽轮机凝汽式汽轮机背压式汽轮机背压式汽轮机抽汽式汽轮机抽汽式汽轮机抽汽背压式汽轮机抽汽背压式汽轮机多压式汽轮机多压式汽轮机第第3页页1.低压汽轮机低压汽轮机 新蒸汽压力新蒸汽压力P0小于小于1.5MPa，新汽温度，新汽温度t0普普通小于通小于400,容量范围容量范围0.33MW2.中压汽轮机中压汽轮机 P0为为2.04.0MPa,t0=450,3MW12MW3.高压汽轮机高压汽轮机 P0为为6.010.0MPa,t0=540,25MW100MW4.超高压汽轮机超高压汽轮机 P0为为12.014.0MPa,t0=540,125300MW5.亚临界汽轮机亚临界汽轮机 P0为为16.018.0MPa,经典参数经典参数16.7MPa/538/538。300600MW 6.超临界汽轮机超临界汽轮机 新蒸汽压力大于新蒸汽压力大于22.2MPa，P0 350MW经典参数为经典参数为24.2MPa/538/566和和24.2/566/5665.5.按进汽参数分：按进汽参数分：水临界参数：水临界参数：22.115MPa，374.15第第4页页7.7.超超临界汽轮机超超临界汽轮机超临界是物理概念（超临界是物理概念（22.13MPa22.13MPa，374.15)374.15)超超临界是（超超临界是（9090年代提出）工程产品商业性概念，超超临界参数年代提出）工程产品商业性概念，超超临界参数实际上是超临界参数向更高压力和更高温度提升。实际上是超临界参数向更高压力和更高温度提升。对超临界机组定义：对超临界机组定义：日本：压力日本：压力 24.2MPa24.2MPa，温度，温度 593593,丹麦：压力丹麦：压力 27.5MPa,27.5MPa,我国电力百科全书认为压力我国电力百科全书认为压力 27MPa.27MPa.“863”“超超临界燃煤发电技术超超临界燃煤发电技术”课题设定为：压力课题设定为：压力 25MPa，温度，温度 580。当前我国运行：江苏玉环当前我国运行：江苏玉环4 41000MW1000MW，26.25MPa/600/60026.25MPa/600/600；外高桥；外高桥IIIIII期期2 21000MW,27MPa/600/6001000MW,27MPa/600/600第第5页页7.7.超超临界汽轮机超超临界汽轮机超临界是物理概念（超临界是物理概念（22.13MPa22.13MPa，374.15)374.15)超超临界是（超超临界是（9090年代提出）工程产品商业性概念，超超临界参数年代提出）工程产品商业性概念，超超临界参数实际上是超临界参数向更高压力和更高温度提升。实际上是超临界参数向更高压力和更高温度提升。对超临界机组定义：对超临界机组定义：日本：压力日本：压力 24.2MPa24.2MPa，温度，温度 593593,丹麦：压力丹麦：压力 27.5MPa,27.5MPa,我国电力百科全书认为压力我国电力百科全书认为压力 27MPa.27MPa.“863”“超超临界燃煤发电技术超超临界燃煤发电技术”课题设定为：压力课题设定为：压力 25MPa，温度，温度 580。当前我国运行：江苏玉环当前我国运行：江苏玉环4 41000MW1000MW，26.25MPa/600/60026.25MPa/600/600；外高桥；外高桥IIIIII期期2 21000MW,27MPa/600/6001000MW,27MPa/600/600第第6页页N300-16.7/537/537-N300-16.7/537/537-亚临界一次中间再热、凝汽式汽轮机，额定功率亚临界一次中间再热、凝汽式汽轮机，额定功率300MW300MW，主蒸，主蒸汽额定参数汽额定参数16.7MPa/53716.7MPa/537，再热，再热537537。CB25-8.83/1.47/0.49CB25-8.83/1.47/0.49抽汽背压式汽轮机，额定功率抽汽背压式汽轮机，额定功率25MW25MW，初压，初压8.83MPa8.83MPa，抽汽压力，抽汽压力1.47MPa1.47MPa，背压，背压0.49MPa0.49MPa。第第7页页第第8页页基本工作单元：基本工作单元：汽轮机级汽轮机级一、汽轮机级概念及工作原理一、汽轮机级概念及工作原理第一节第一节 汽轮机级分类汽轮机级分类将蒸汽热能将蒸汽热能转化成机械功转化成机械功1.1.汽轮机作用：汽轮机作用：通流部分通流部分-汽轮机本体汽轮机本体做功汽流通道做功汽流通道称为汽轮机通流部称为汽轮机通流部分，它包含主汽门，导管，调整汽门，进汽室，各级喷嘴和分，它包含主汽门，导管，调整汽门，进汽室，各级喷嘴和动叶及汽轮机排汽管。动叶及汽轮机排汽管。-由由一列喷嘴叶栅一列喷嘴叶栅和其后紧邻和其后紧邻一列动叶栅一列动叶栅组成基本做组成基本做功单元。功单元。第第9页页v蒸汽热能蒸汽热能动能动能机械能机械能电能电能v（锅炉）（锅炉）（喷嘴）（动叶）（喷嘴）（动叶）（发电机）（发电机）v喷嘴是静止部分：作用是将蒸汽热能转变成蒸汽动喷嘴是静止部分：作用是将蒸汽热能转变成蒸汽动能。能。v动叶栅是运动部分：作用是将蒸汽动能转变成轴旋动叶栅是运动部分：作用是将蒸汽动能转变成轴旋转机械能。转机械能。含有一定压力和温度蒸汽流经喷嘴，并在其中膨胀含有一定压力和温度蒸汽流经喷嘴，并在其中膨胀,蒸汽压力、蒸汽压力、温度不停降低，速度不停升高，使蒸汽热能转化为动能，喷嘴温度不停降低，速度不停升高，使蒸汽热能转化为动能，喷嘴出口高速汽流以一定方向进入装在叶轮上通道中，汽流给动叶出口高速汽流以一定方向进入装在叶轮上通道中，汽流给动叶片一作用力，推进叶轮旋转，即蒸汽在汽轮机中将热能转化为片一作用力，推进叶轮旋转，即蒸汽在汽轮机中将热能转化为了机械功。了机械功。蒸汽在汽轮机工作过程蒸汽在汽轮机工作过程 第第10页页蒸汽热力学能蒸汽热力学能喷嘴喷嘴(nozzle)(nozzle)降压增速降压增速汽流动能汽流动能动叶动叶(blade)(blade)转子旋转机械能转子旋转机械能级工作过程级工作过程汽流改变方向汽流改变方向(冲动原理冲动原理)汽流降压增速汽流降压增速(反动原理反动原理)机械能主要利用蒸汽经过动叶栅时，发生动量改变对机械能主要利用蒸汽经过动叶栅时，发生动量改变对该叶栅产生冲力，使动叶栅转动而取得。该叶栅产生冲力，使动叶栅转动而取得。机械能数量取决于：机械能数量取决于：1 1）质量流量）质量流量kg/h；2 2）速度改变）速度改变量。量。第第11页页基本概念基本概念v级滞止理想焓降：级滞止理想焓降：0点是级前点是级前蒸汽状态点，蒸汽状态点，0*点是汽流被等熵点是汽流被等熵滞止到初速等于零状态，滞止到初速等于零状态，p1、p2分别为喷嘴出口压力和动叶出口分别为喷嘴出口压力和动叶出口压力，蒸汽在级内从滞止状态压力，蒸汽在级内从滞止状态0*等熵膨胀到等熵膨胀到p2时焓降称为级滞止时焓降称为级滞止理想焓降理想焓降v级理想焓降：级理想焓降：蒸汽在级内从蒸汽在级内从0点点等熵膨胀到等熵膨胀到p2时焓降时焓降 称为级理称为级理想焓降。想焓降。二、反动度和级类型二、反动度和级类型第第12页页二、反动度和级类型二、反动度和级类型 级平直径处（即级平直径处（即1/21/2叶高处）反动叶高处）反动度用度用m m表示表示 蒸汽在动叶通道内膨胀时理想焓蒸汽在动叶通道内膨胀时理想焓降降 h hb b，和在整个级滞止理想焓降和在整个级滞止理想焓降 h ht t*之比，即之比，即反动度：反动度：表示蒸汽在动叶通道内膨胀程度大小指标。表示蒸汽在动叶通道内膨胀程度大小指标。第第13页页第第14页页级类型及特点级类型及特点汽轮机级可分为冲动级和反动级两大类汽轮机级可分为冲动级和反动级两大类冲动级冲动级冲动级又分：冲动级又分：纯冲动级、带反动度冲动级速度级纯冲动级、带反动度冲动级速度级 1)纯冲动级：纯冲动级：反动度为零级称为纯冲动级反动度为零级称为纯冲动级 m0级，hb0,h*n=h*t,v工作特点：工作特点：是蒸汽只在喷嘴中膨胀，在动叶是蒸汽只在喷嘴中膨胀，在动叶通道中不膨胀通道中不膨胀v结构特点：结构特点：动叶叶型近似对称弯曲，作功效动叶叶型近似对称弯曲，作功效力大，但效率比带反动度冲动级低。力大，但效率比带反动度冲动级低。第第15页页v当代冲动式汽轮机中广泛采取含有一定当代冲动式汽轮机中广泛采取含有一定反动度冲动级，简称为冲动级反动度冲动级，简称为冲动级 m m0.050.050.200.20级，级，hbhb0,0,但但hbhbhnhn，做功效力和效率介于纯冲，做功效力和效率介于纯冲动级和反动级之间。动级和反动级之间。v工作特点工作特点:蒸汽膨胀主要喷嘴中进行，在蒸汽膨胀主要喷嘴中进行，在动叶通道中仅有小部分膨胀，产生反动动叶通道中仅有小部分膨胀，产生反动力较小，主要利用冲动力作功力较小，主要利用冲动力作功v结构特点：结构特点：作功效力比反动级大，效率作功效力比反动级大，效率又比纯冲动级高。又比纯冲动级高。带反动度冲动级带反动度冲动级第第16页页v定义：定义：蒸汽在级中理想焓降平均分配在蒸汽在级中理想焓降平均分配在喷嘴和动叶通道中级称为反动级喷嘴和动叶通道中级称为反动级v工作特点：工作特点：蒸汽在喷嘴和动叶通道中膨蒸汽在喷嘴和动叶通道中膨胀程度相等，作功力冲动力和反动力各胀程度相等，作功力冲动力和反动力各占二分之一占二分之一v结构特点：结构特点：动叶叶型与喷嘴叶型完全相动叶叶型与喷嘴叶型完全相同。反动级效率高于冲动级，但整级理同。反动级效率高于冲动级，但整级理想焓降较小。想焓降较小。反动级反动级第第17页页喷嘴中膨胀热力过程线喷嘴中膨胀热力过程线vP0,P1分别是喷嘴进出口压力分别是喷嘴进出口压力。v理想热力过程从理想热力过程从01t。v实际热力过程是实际热力过程是01。v0*点是点是0滞止参数点。滞止参数点。第二节第二节 蒸汽在喷嘴中流动过程蒸汽在喷嘴中流动过程一、蒸汽在喷嘴中膨胀过程一、蒸汽在喷嘴中膨胀过程第第18页页能量转换：能量转换：热力势能热力势能汽流动能汽流动能计算分析方法：计算分析方法：先算理想过程，然后用系数修正到实际过程先算理想过程，然后用系数修正到实际过程 喷嘴能量方程：喷嘴能量方程：理想过程理想过程第二节第二节 蒸汽在喷嘴中流动蒸汽在喷嘴中流动第第19页页实际过程实际过程蒸汽为粘性流体，流过叶栅通道时产生摩擦，造成动能损失，蒸汽为粘性流体，流过叶栅通道时产生摩擦，造成动能损失，使蒸汽出口速度由使蒸汽出口速度由c c1t1t减小为减小为c c1 1,即即喷嘴速度系数喷嘴速度系数工程中，通常采取对等熵绝热流动作修正方法来处理实际工程中，通常采取对等熵绝热流动作修正方法来处理实际流动，即用实际汽流速度与理想速度比值表示摩擦损失影响，其流动，即用实际汽流速度与理想速度比值表示摩擦损失影响，其比值称为速度系数。比值称为速度系数。喷嘴速度系数喷嘴速度系数蒸汽在叶栅通道中为绝热多变过程蒸汽在叶栅通道中为绝热多变过程 喷嘴效率喷嘴效率喷嘴损失喷嘴损失第第20页页二、蒸汽流过喷嘴流量二、蒸汽流过喷嘴流量经过喷嘴质量流量决定于流道出口面积、出口经过喷嘴质量流量决定于流道出口面积、出口流速和对于出口点蒸汽比容。流速和对于出口点蒸汽比容。焓降流量计算与焓降流速焓降流量计算与焓降流速方法相同，方法相同，先计算经过流道理想流量，然后由流量系数修正至实际流量。先计算经过流道理想流量，然后由流量系数修正至实际流量。对出口面积为对出口面积为 喷嘴，其流过理想质量流量为喷嘴，其流过理想质量流量为定义：定义：流量系数流量系数 实际流量实际流量第第21页页不论过热蒸汽还是湿蒸汽都可用下式计算：不论过热蒸汽还是湿蒸汽都可用下式计算：第第22页页彭台门系数彭台门系数(亦称流量比系数亦称流量比系数)定义：定义：喷嘴实际流量与喷嘴临界流量之比喷嘴实际流量与喷嘴临界流量之比意义：意义：在流道结构和初参数确定情况下，不一样背压所对应流道在流道结构和初参数确定情况下，不一样背压所对应流道通流量可用相对于最大流量通流量可用相对于最大流量(临界流量临界流量)无量纲参数无量纲参数彭台门彭台门系数系数来表示。来表示。1 1时为亚临界流动，时为亚临界流动，=1=1时为临时为临(超超)界流动界流动第第23页页计算表明：彭台门系数曲线段近似于椭圆曲线。故为计算方计算表明：彭台门系数曲线段近似于椭圆曲线。故为计算方便，惯用椭圆公式来近似。即便，惯用椭圆公式来近似。即喷嘴流量计算程序：喷嘴流量计算程序：流量计算时，先流量计算时，先由初参数求得最大流量由初参数求得最大流量，然后，然后由前后压比由前后压比 在计算、比较初参数相同、背压不等两种工况流量时，可先在计算、比较初参数相同、背压不等两种工况流量时，可先求出对应初参数下最大流量，再分别计算各自求出对应初参数下最大流量，再分别计算各自，求出两个不一，求出两个不一样背压工况流量。样背压工况流量。求得求得系数系数由由第第24页页在汽轮机级中，为了确保喷嘴出口对汽流良好导在汽轮机级中，为了确保喷嘴出口对汽流良好导向作用，必须在出口截面之外有一段斜切部分，向作用，必须在出口截面之外有一段斜切部分，这种喷嘴称为斜切喷嘴，如图所表示。这种喷嘴称为斜切喷嘴，如图所表示。三、蒸汽在喷嘴斜切部分内膨胀三、蒸汽在喷嘴斜切部分内膨胀第第25页页确保汽流顺利地进入动叶做功，并获超音速汽流。确保汽流顺利地进入动叶做功，并获超音速汽流。（）（）当喷咀出口断面上压力比大于或等于临界压力当喷咀出口断面上压力比大于或等于临界压力比时比时，即，即时，蒸汽仅在渐缩部分膨胀，时，蒸汽仅在渐缩部分膨胀，.斜切部分作用斜切部分作用.斜切部分膨胀特点斜切部分膨胀特点在斜切部分不膨胀，斜切部分仅起导流作用，此时在斜切部分不膨胀，斜切部分仅起导流作用，此时。（）（）当喷咀出口断面上压力小于临界压力比时当喷咀出口断面上压力小于临界压力比时，即，即时，蒸汽不但在渐缩部分膨胀，在斜切时，蒸汽不但在渐缩部分膨胀，在斜切也膨胀。蒸汽在渐缩部分达临界，在斜切部分继续膨胀，也膨胀。蒸汽在渐缩部分达临界，在斜切部分继续膨胀，出口获超音速汽流，且出口汽流方向发生偏转，出口获超音速汽流，且出口汽流方向发生偏转，此时此时第第26页页当初参数一定时，逐步降当初参数一定时，逐步降低背压，出口汽流速度和低背压，出口汽流速度和流量增大。在背压降至临流量增大。在背压降至临界压力时，其后流量不再界压力时，其后流量不再增大，但出口汽流角偏转增大，但出口汽流角偏转而增大；在背压降至极限而增大；在背压降至极限膨胀压力时，出口汽流速膨胀压力时，出口汽流速度和出口汽流角不再增大。度和出口汽流角不再增大。在流量和出口汽流角计算在流量和出口汽流角计算时，尤其要注意判别是否时，尤其要注意判别是否到达临界。到达临界。第第27页页要计算蒸汽作用力和所做功，必须要知道动叶进出要计算蒸汽作用力和所做功，必须要知道动叶进出口汽流速度大小和方向。口汽流速度大小和方向。1.1.动叶进口速度三角形动叶进口速度三角形任务任务：已知或间接已知：已知或间接已知（一）动叶进出口速度三角形（一）动叶进出口速度三角形对当代汽轮机级对当代汽轮机级圆周速度圆周速度式中式中n n转速，转速，r/minr/min；d dm m级平均直径。级平均直径。第三节第三节 蒸汽在动叶中流动蒸汽在动叶中流动第第28页页第第29页页由余弦定理得由余弦定理得.动叶出口速度三角形动叶出口速度三角形任务任务：已知或间接已知：已知或间接已知第第30页页对冲动级对冲动级对反动级对反动级由余弦定理得由余弦定理得 为了便于分析问题，常将动叶进出口速度三为了便于分析问题，常将动叶进出口速度三角形画在同一个顶点上。角形画在同一个顶点上。第第31页页蒸汽在动叶中膨胀过程如图所表示。蒸汽在动叶中膨胀过程如图所表示。蒸汽在动叶栅中热力过程蒸汽在动叶栅中热力过程 在理想情况下，蒸汽从在理想情况下，蒸汽从动叶进口状态动叶进口状态(即喷嘴出口状即喷嘴出口状态态)p p1 1、h h1 1，等熵膨胀至动叶，等熵膨胀至动叶出口压力出口压力p p2 2。因为在流动过。因为在流动过程中存在能量损失，所以，程中存在能量损失，所以，蒸汽在动叶通道中实际膨胀蒸汽在动叶通道中实际膨胀过程是按熵增曲线进行。与过程是按熵增曲线进行。与喷嘴相同，此时动叶栅出口喷嘴相同，此时动叶栅出口汽流理想相对速度为汽流理想相对速度为 （二）蒸汽在动叶中膨胀（二）蒸汽在动叶中膨胀1.1.动叶出口汽流理想速度动叶出口汽流理想速度第第32页页动叶流量与喷嘴流量关系：动叶流量与喷嘴流量关系：动叶动叶根部不吸不漏，且忽略动叶顶部漏汽根部不吸不漏，且忽略动叶顶部漏汽，动叶流量等于动叶流量等于喷嘴流量喷嘴流量冲动级：冲动级：反动级：反动级：略大于略大于盖度盖度第第33页页总推导思绪：先依据动量定理求出动叶对蒸汽总推导思绪：先依据动量定理求出动叶对蒸汽作用力，再依据作用力与反作用力原理求出蒸汽对作用力，再依据作用力与反作用力原理求出蒸汽对动叶作用力。动叶作用力。列动量方程时，要注意方向问题。列动量方程时，要注意方向问题。（三）蒸汽作用在动叶上力（三）蒸汽作用在动叶上力第第34页页。上式中上式中G=G=kg/skg/s时，称为级做功效力，即时，称为级做功效力，即1.1.轮周功率轮周功率四、轮周功率和轮周效率四、轮周功率和轮周效率单位时间内圆周力单位时间内圆周力 在动叶片上所做功，它等于圆周力在动叶片上所做功，它等于圆周力与动叶圆周速度与动叶圆周速度u u乘积，称为轮周功率，其表示式为：乘积，称为轮周功率，其表示式为：轮周功意义：轮周功意义：由喷嘴带进动叶蒸汽动能与动叶取得蒸汽动能由喷嘴带进动叶蒸汽动能与动叶取得蒸汽动能之和，减去蒸汽离开动叶所带走动能。之和，减去蒸汽离开动叶所带走动能。第第35页页2 2、轮周效率、轮周效率1kg1kg蒸汽所作出轮周功蒸汽所作出轮周功WuWu与蒸汽在该级所消与蒸汽在该级所消耗理想能量耗理想能量E E0 0之比称为级轮周效率之比称为级轮周效率.余速利用系数余速利用系数-本级余速被下级所利用份额。本级余速被下级所利用份额。E E0 0计算式中：计算式中：轮周效率轮周效率u u 余速利用系数余速利用系数0 0 表示本级利用上一级余速动能份额表示本级利用上一级余速动能份额1 1 表示本级余速动能被下一级利用份额表示本级余速动能被下一级利用份额多级汽轮机中，本级多级汽轮机中，本级余速动能可被下一余速动能可被下一级部分或全部利用级部分或全部利用,表示其利用程表示其利用程度度本级喷嘴进口初动能本级喷嘴进口初动能hc0=0(hc2)abv,(hc2)abv上一级余速动能上一级余速动能;第第36页页同理本级余速损失中同理本级余速损失中1 1hchc2 2部分是下一级喷嘴进口部分是下一级喷嘴进口初速动能，这部分能量将算到下一级，初速动能，这部分能量将算到下一级，所以，假如不扣去所以，假如不扣去1 1hchc2 2，那么，那么1 1hchc2 2将既算在本级理想能量将既算在本级理想能量E E0 0内，又算内，又算在下级在下级E E0 0内，这就重复了。内，这就重复了。普通地，调整级和排汽级普通地，调整级和排汽级为零为零,抽汽级为抽汽级为0.00.00.50.5，中间级为中间级为1.01.0余速利用系数余速利用系数大小将影响到下一级滞止状态点。大小将影响到下一级滞止状态点。轮周效率轮周效率u u计算公式不一样形式计算公式不一样形式 定义式定义式第第37页页 速度式：速度式：式中：式中：c ca a为级假想理想速度，即假定级滞止理想焓降为级假想理想速度，即假定级滞止理想焓降全部在喷嘴中等比熵膨胀所取得理想速度。全部在喷嘴中等比熵膨胀所取得理想速度。能量平衡方式能量平衡方式 能损分析式：用来分析各种轮周损失所占百分比能损分析式：用来分析各种轮周损失所占百分比较为方便较为方便第第38页页 轮周效率取决于三项损失系数轮周效率取决于三项损失系数n n、b b和和c2c2，在喷嘴和动叶叶型选定后，在喷嘴和动叶叶型选定后，和和就就基本上确定了，影响轮周效率基本上确定了，影响轮周效率u u主要原因是主要原因是余速损失系数余速损失系数c2c2，所以，应降低动叶出口绝，所以，应降低动叶出口绝对速度对速度c c2 2，同时提升余速利用系数。，同时提升余速利用系数。第第39页页第四节第四节 速度比和轮周效率关系速度比和轮周效率关系第第40页页一、最正确速度比一、最正确速度比假想速比假想速比-即轮周速度与级假想速度之比即轮周速度与级假想速度之比,级假想速度级假想速度-假想假想 在喷嘴中等熵膨胀时得到出口速在喷嘴中等熵膨胀时得到出口速度度最正确速比最正确速比-对应最高轮周效率速比对应最高轮周效率速比.以假想动能形式表示整级以假想动能形式表示整级滞止理想比焓降滞止理想比焓降最正确假想速比最正确假想速比-对应最高轮周效率假想速比对应最高轮周效率假想速比.级速比级速比第第41页页1.1.纯冲动级最正确速比纯冲动级最正确速比2.2.反动级最正确速比反动级最正确速比4.4.复速级复速级第第42页页v可知，在轮周速度一定时，速比越大，级焓降就越可知，在轮周速度一定时，速比越大，级焓降就越小。由此表明：小。由此表明：在大致相等轮周速度下，反动级焓在大致相等轮周速度下，反动级焓降小于冲动级。这么，反动式机组整机级数显著多降小于冲动级。这么，反动式机组整机级数显著多于冲动式机组。于冲动式机组。v在相同圆周速度在相同圆周速度u u，喷嘴速度系数和喷嘴出口汽流角，喷嘴速度系数和喷嘴出口汽流角条件下，各自最正确速比下：条件下，各自最正确速比下：第第43页页1.轮周损失包含哪些轮周损失包含哪些2.速度比和最正确速比速度比和最正确速比3.假想速比假想速比4.汽轮机级汽轮机级5.级轮周效率级轮周效率6.滞止参数滞止参数7.临界压比临界压比第第44页页v 在进行汽轮机级热力计算时，流入汽轮机蒸汽在进行汽轮机级热力计算时，流入汽轮机蒸汽流量流量G、级前蒸汽参数、级前蒸汽参数P0和和t0以及级后蒸汽压力以及级后蒸汽压力P2,通常都是已知或选定。通常都是已知或选定。v 在选定了汽轮机转速在选定了汽轮机转速n、气流初速度、气流初速度C0、级平、级平均直径均直径dm和级反动度后，就能够确定喷嘴后压力和级反动度后，就能够确定喷嘴后压力p1.依据这些已知和选定条件，就能进行喷嘴叶栅依据这些已知和选定条件，就能进行喷嘴叶栅和动叶栅主要尺寸计算。和动叶栅主要尺寸计算。第五节第五节 级流通部分尺寸确实定级流通部分尺寸确实定第第45页页一、叶栅几何参数和汽流参数一、叶栅几何参数和汽流参数 概念：由相同叶片组成概念：由相同叶片组成汽汽流通道组合体。流通道组合体。叶栅型式叶栅型式 分类分类按反动度大按反动度大小来划分小来划分环形叶栅，汽轮机级中都是环形叶栅，汽轮机级中都是这种叶栅这种叶栅直列叶栅直列叶栅展开在一个平面内叶栅叫平面叶栅展开在一个平面内叶栅叫平面叶栅亚音速叶栅：亚音速叶栅：MaMa0.80.8跨音速叶栅：跨音速叶栅：0.8Ma1.20.8Ma1.2超音速叶栅：超音速叶栅：MaMa1.21.2依据叶栅中叶片排列形式来划分依据叶栅中叶片排列形式来划分冲动式叶栅：包含冲动式动叶栅和导冲动式叶栅：包含冲动式动叶栅和导向叶栅；向叶栅；反动式叶栅：包含喷嘴叶栅和反动度较大动反动式叶栅：包含喷嘴叶栅和反动度较大动叶栅。叶栅。按喷嘴出口、动叶按喷嘴出口、动叶进口马赫数来划分进口马赫数来划分第第46页页在确定喷嘴尺寸时，首先应依据喷嘴前后压力比在确定喷嘴尺寸时，首先应依据喷嘴前后压力比n n=p p1 1/p p0 00 0大小是否超临界来确定喷嘴型式。大小是否超临界来确定喷嘴型式。当当n n大于或等于大于或等于ncnc时，无一例外地采取渐缩喷嘴。时，无一例外地采取渐缩喷嘴。当当n n小于小于ncnc较多时，比如较多时，比如n n0.30.3时，这时不得不采时，这时不得不采取缩放喷嘴；取缩放喷嘴；而当而当0.30.3 Pr（ncr）时，伴随背压）时，伴随背压P减小，如图减小，如图31所表示，流量所表示，流量G沿沿CB线逐步增加，可按下式计线逐步增加，可按下式计算（算（125）式）：）式）：（一）喷嘴初压P0*不变而背压P1改变时第第96页页（2）当PPr（ncr）时，流量到达临界值并保持不变，如图（3-1）中BA线即第第97页页 （）两种工况下，经过喷嘴流量均为临界（）两种工况下，经过喷嘴流量均为临界流量流量 式中，下标式中，下标“1”为工况变动后参数（以下均为工况变动后参数（以下均同）。同）。（二）喷嘴初压P0*和背压P1同时改变第第98页页结论：流量改变只与喷嘴前参数相关，与喷嘴后结论：流量改变只与喷嘴前参数相关，与喷嘴后参数无关。参数无关。若把蒸汽当成理想气体，利用其状态方程若把蒸汽当成理想气体，利用其状态方程P/=RT，则上式可写成，则上式可写成第第99页页（）两种工况下，经过喷嘴流量均小于临界（）两种工况下，经过喷嘴流量均小于临界流量流量若忽略温度改变，则有若忽略温度改变，则有结论：流量改变与喷嘴前滞止压力成正比。结论：流量改变与喷嘴前滞止压力成正比。第第100页页 在大多数情况下，工况变动不太大时，可近似认为喷喷嘴前蒸汽温度不变。于是上式可简化为 第第101页页（）某一工况下为临界流量，另一工况下小（）某一工况下为临界流量，另一工况下小于临界流量，或改变相反于临界流量，或改变相反比如，变工况前为临界，变工况后为亚临界时，比如，变工况前为临界，变工况后为亚临界时，则则所以所以第第102页页二、缩放喷嘴变工况特征u喷嘴初压不变，背压改变喷嘴初压不变，背压改变u喷嘴初终参数都改变喷嘴初终参数都改变图图34 缩放喷嘴变工况缩放喷嘴变工况 第第103页页第一节第一节 喷嘴变工况特征喷嘴变工况特征（1）缩放喷嘴变工况性能较差，只要偏离设计工况，）缩放喷嘴变工况性能较差，只要偏离设计工况，效率就下降；渐缩喷嘴只有在压比小于临界压比试，效率就下降；渐缩喷嘴只有在压比小于临界压比试，效率才下降。效率才下降。（2）渐缩喷嘴变工况前后均为临界时，喷嘴流量与）渐缩喷嘴变工况前后均为临界时，喷嘴流量与喷嘴前蒸汽（滞止）压力成正比，与喷嘴前（滞止）喷嘴前蒸汽（滞止）压力成正比，与喷嘴前（滞止）热力学温度平方根成反比。热力学温度平方根成反比。（3 3）渐缩喷嘴变工况前后均为亚临界时，喷嘴流量）渐缩喷嘴变工况前后均为亚临界时，喷嘴流量与喷嘴前蒸汽（滞止）压力与该工况下彭台门系数与喷嘴前蒸汽（滞止）压力与该工况下彭台门系数乘积成正比，与喷嘴前（滞止）热力学温度平方根乘积成正比，与喷嘴前（滞止）热力学温度平方根成反比。成反比。第第104页页一、一、级内压力与流量关系级内压力与流量关系1.级内为临界工况级内为临界工况 级临界工况：级临界工况：级内喷嘴叶栅或动叶栅二者之一流速级内喷嘴叶栅或动叶栅二者之一流速到达或超出临界速度，称该工况为级临界工况。到达或超出临界速度，称该工况为级临界工况。级喷级喷嘴或者动叶汽流速度刚到达临界速度时，级前后压力嘴或者动叶汽流速度刚到达临界速度时，级前后压力比称为级临界压力比。比称为级临界压力比。第二节第二节 级与级组变工况特征级与级组变工况特征分两种情况讨论分两种情况讨论:级内为临界工况、级内为亚临界工况级内为临界工况、级内为亚临界工况分两种情况讨论分两种情况讨论：喷嘴为临界喷嘴为临界和和动叶为临界。动叶为临界。第第105页页第二节第二节 级与级组变工况特征级与级组变工况特征有，有，即，即，经过级流量，与滞止初压或初压成正比，与经过级流量，与滞止初压或初压成正比，与滞止初温或初温平方根成反比。滞止初温或初温平方根成反比。忽略温度影响有：忽略温度影响有：结论结论：如变工况前后级均为临界工况，不论是喷嘴如变工况前后级均为临界工况，不论是喷嘴或动叶为临界，经过级流量，与滞止初压或初压成正或动叶为临界，经过级流量，与滞止初压或初压成正比，与滞止初温或初温平方根成反比。比，与滞止初温或初温平方根成反比。第第106页页略去温度影响，有略去温度影响，有第二节第二节 级与级组变工况特征级与级组变工况特征在得到上述关系式时，因为进行了一些假定，所以在得到上述关系式时，因为进行了一些假定，所以利用它们计算得到是近似值，但误差不大。比如，利用它们计算得到是近似值，但误差不大。比如，对对BP-25BP-25型背压式汽轮机进行全机变工况计算表明，型背压式汽轮机进行全机变工况计算表明，在流量比设计值小于在流量比设计值小于30%30%时，计算误差为时，计算误差为3.14%3.14%；偏离设计值越近，误差越小。偏离设计值越近，误差越小。结论结论：假如变工况前后级均为亚临界工况，经过级假如变工况前后级均为亚临界工况，经过级流量，与初压和背压平方差平方根成正比，与初温流量，与初压和背压平方差平方根成正比，与初温平方根成反比。平方根成反比。2.级内为亚临界工况级内为亚临界工况第第107页页第二节第二节 级与级组变工况特征级与级组变工况特征二、级组压力与流量关系二、级组压力与流量关系级组级组：流量相等而依次串联排列若干级称为一个级：流量相等而依次串联排列若干级称为一个级组。组。当级组内各级均为亚临界工况时，称级组为亚临界当级组内各级均为亚临界工况时，称级组为亚临界工况；当级组内最少有一列叶栅工况；当级组内最少有一列叶栅(如某一级喷嘴或动如某一级喷嘴或动叶叶)出口流速到达或超出临界速度时，称级组为临界出口流速到达或超出临界速度时，称级组为临界工况。工况。一样也分别对级组为临界与亚临界两种工况进行讨论。一样也分别对级组为临界与亚临界两种工况进行讨论。第第108页页