《透平机械原理》复习提要演示

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（四）蒸汽在喷嘴斜切部分的流动：
1. 一般的渐缩喷嘴是得不到超音速汽流的，但带斜切部分的喷嘴，则可能 得到超音速汽流：
1. 当 p1 pcr , 亚音速流动; 2. 当 p1 pcr , 达音速流动; 3. 当 p p , 超音速流动。 1 cr
21 汽轮机排汽余速损失
汽轮机排汽的速度损失
合理加大排汽面积，开 发长叶片，降低余速损 失。改进排汽通道设计， 使部分余速能量回收
22 外 部 轴封漏汽损失 漏泄 损失 23 阀杆漏汽损失 24 25 26 轴承耗功 机械 主油泵耗功 损失 其他动力损失
改进结构，增加密封齿 数，适当减小间隙，严 轴封及阀杆具有结构间隙 格质量控制 及压差造成的漏泄损失 阀杆设计采用自密封结 构，减少漏泄 径向轴承及推力轴承的摩 合理选用轴承的型式和 擦耗功 结构参数 带动主油泵的耗功 合理选用主油泵的容量 和压头，采用高效油泵
第二章 汽轮机级内能量转换过程
§2—1 概 述
一、一般概念：
1. 级、冲动力、反动力、反动度： 2. 级内能量转换过程： 3. 冲动级、纯冲动级、带反动度的冲动级、反动级、复速级，余速损失：
§2—2
一、蒸汽在喷嘴中的流动
（一）喷嘴出口速度：
1，理想速度：
* c1t 2hn
级的工作原理
2，实际速度： c1 c1t 0.97 3，临界速度、临界参数（临界压力、临界温度……） 4，滞止参数、马赫数、音速、喷嘴前后压力比； 4，喷嘴损失：
Pu Fu u Pu1 u(c1 cos 1 c2 cos 2 )
（三）级的热力过程曲线：
§2—3 轮周效率与最佳速度比
一、轮周效率定义：
1. 几个概念：轮周效率、理想能量、级的理想速度、速度比、最佳速度比。
2.
3.
轮周效率：
速度比：
u
2u (c1 cos 1 c2 cos 2 ) 2 2 ca 1c2
2 叶栅 损失 3
进口冲角损失
叶高损失
4
扇形损失
5 6 7 8
隔板漏汽损失
改进结构、增加密封齿 数
内部 隔板汽封、动叶顶部汽封 动叶顶部漏汽损 适当减小间隙、增加密 漏泄 及进汽插管均具有结构间 失 封齿数 损失 隙和压差，造成漏泄损失
进汽插管漏汽损 失 动叶出口余速损失 动叶出口速度损失 严格控制制造、装配质 量 使透平级的设计尽量做 到能利用上一级的余速
2, 扰动与偏转：
3，膨胀极限，极限压力、膨胀不足、膨胀过度。
二、蒸汽在动叶中的能量转换
（一）动叶进出口速度三角形： （二）蒸汽作用力、轮周功、论周功率：
F G (c cos c cos ) 1 1 2 2 u Fz G (c1 sin 1 c2 sin 2 ) Az ( p1 p2 ) Fb Fu2 Fz2
计算题
1. 某反动级理想焓降Δht=62.1kJ/kg，初始动 能Δhc0=1.8 kJ/kg, 蒸汽流量G=4.8kg/s，若喷嘴 损失Δhnζ=5.6kJ/kg, 动叶损失Δhbζ=3.4kJ/kg，余 速损失Δhc2=3.5kJ/kg，余速利用系数μ1=0.5， 计算该级的轮周功率和轮周效率。
§2—4
通流部分尺寸
一、叶栅型式选定：喷嘴、动叶
二、喷嘴主要尺寸：叶高、部分进汽度、面积；
三、动叶主要尺寸：叶高、面积。
四、反动度的合理选用：
2-5 叶栅气动特性
叶栅 —由叶型相同的叶片以相 同的间隙和角度在同一 回转面上排列而成的； 环形叶栅— 一列叶片排列为一整圈 ；
直列叶栅—径高比dm /l大于10；
1) 原动机械—汽轮机、燃气轮机、水轮机及风力机 透平机械 2) 被动机械—透平压缩机、鼓风机、通风机、风扇及泵
• （蒸）汽轮机与燃气轮机、热力透平机械、热力 发动机、热力涡轮机：将工质热能转换为机械功的 旋转式动力机械。 • 汽轮机（steam turbine）：是以水蒸汽为工质， 将热能转变为机械能的高速旋转式原动机。
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为平衡转子的轴向推力， 高温部件冷却用 在高压缸或中压缸内采用 13 蒸汽损失 反流布置，造成回流引起 其他 的压力损失。冷却用汽、 损失 法兰螺栓加热用 14 加热用汽以及内缸等部件 蒸汽损失 严密性不佳引起的内漏少 内缸严密性不佳 做功造成的损失 15 内漏损失
通流部分回流损 失
尽量少采用回流结构
圆周速度为263m / s，二者相差一半）。图2-54
所示。由于圆周速度沿叶高增加，使汽流 进入动叶通道时的进汽角1 沿叶片高逐渐
增大，即1t 1m 1r 。如果仍以平均直
径处 速度三角形有关参数作为依据来进 行设计，并采用等截面直叶片。那么，
级的平均直径大，叶片长径高比很小。汽动参数沿叶高变化大。在这种情
况下，如果仍然按等截面直叶片进行设计，则级的实际轮周效率比计算值 要低得多。其原因就在于：
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1. 沿叶高圆周速度不同所引起的损失：
从叶根到叶顶，其相应的
圆周速度相差很大。（如300MW汽轮机的末级叶片，平均直径为2520 mm, 叶 高为851 mm, 径高比 =2.96，其叶顶的圆周速度为529.5m/s，而叶根的的
* t
u u ca 2h , x1 , xa c1 ca
二、轮周效率与最佳速度比的关系曲线：
1. 不同级的最佳速度比：
1 1, 纯冲动级: x1 op cos 1 ; 2 2, 反动级: x1 op cos 1 ; 3, 复速级 :
x1 op
1 cos 1 ; 4
如盘车大齿轮、联轴器幅 设置护罩，减少损失 轮的鼓风摩擦耗功
注：每台汽轮机不一定具有本表列出的全部损失。本表基本上汇总了不同 型式汽轮机的各种损失
§2—6
级内损失和级效率
一、级内损失：喷嘴损失、动叶损失、余速损失、叶高损失、扇形损失、
摩擦损失、部分进汽损失、漏汽损失、湿汽损失。9种。
二、级的内效率、内功率、有效焓降；
9，余速利用对最佳速比有何影响?反动度对最佳速比有何影 响?级内损失对最佳速比有何影响? 10．汽轮机级在流量、参数、速比一定时，对喷嘴或动叶高 度，可控制哪些因素使其尺寸发生改变? 11．什么情况下采用部分进汽?采用部分进汽后，将引起哪 些损失?如何减小这些损失? 12．汽轮机的级内存在那些损失？说明漏汽损失产生的原因 及减小的措施。 13．试说明湿气损失产生的原因，它对汽轮机工作有何危害 ?减小该损失采用哪些措施? 14．冲动级选取合理的反动度应考虑哪些因素?如何在结构 上保证反动度的实现? 15．何谓级的相对内效率？在h—s图上画出级后余速部分被 下一级利用时级的热力过程线。
2. 某冲动级级前压力p0=0.35MPa，级前 温度t0=169°C, 喷嘴后压力p1=0.25MPa, 级后 压 力 p2=0.56MPa, 喷 嘴 理 想 焓 降 Δhn =47.4kJ/kg, 喷嘴损失Δhnt=3.21kJ/kg, 动叶理想 焓降Δhb =13.4kJ/kg, 动叶损失Δhbt =1.34kJ/kg, 级的理想焓降Δht=60.8kJ/kg，初始动能Δhc0=0， 余 速 动 能 Δhc2=2.09kJ/kg, 其 他 各 种 损 失 ΣΔh=2.05 kJ/kg。计算： 1） 计算级的反动度Ωm
小结(级与级组的变工况特性） 1. 变工况前后级均为临界工况，通过级的流量，与 滞止初压或初压成正比，与滞止初温或初温的平方 根成反比。 2. 变工况前后级均为亚临界工况，通过级的流量与 初压和背压平方差的平方根成正比，与初温的平方 根成反比。 3. 变工况前后级组均为临界工况，通过级组的流量 与级组内各级前压力正比，与级前初温的平方根成 反比。 4. 级组为亚临界工况，初压不变时，流量与背压 为椭圆关系；背压不变时，流量与初压为双曲线 关系。（弗留格尔公式）
《透平机械原理》复习提要
第一章
一、汽轮机的发展方向：
1. 2. 3. 大容量、高参数、高效率、现代控制； 中间再热、联合循环； 提高运行水平，提高调峰能力。
绪
论
二、汽轮机分类：
1.
2.
凝汽式汽轮机，
供热式汽轮机：背压汽轮机、调节抽汽式汽轮机。
术语
(term)
• 动力机械：原动机和工作机 • 透平机械（叶轮机械、涡轮机械）：回转式动力 机械。
2）若本级余速动能被下一级利用的系数 m 1=0.97，计算级的相对内效率ηri。
§2—7
级的二维和三维设计
前面讨论级的气动特性和几何参数时，都是以一元流动模型为理论依
据，以级的平均直径截面上的参数作为代表来进行研究和计算的。按这种 计算方法设计的叶片，称为等截面直叶片，即叶片的几何参数沿叶高不变。 显然，这种设计方法计算方便，叶片加工简单。 但是，对于汽轮机低压部分的级来说，蒸汽比容变化快，容积流量大，
尽量少采用法兰、螺栓 加热结构或合理减少加 热汽量 高温部件的冷却与该部 件的寿命管理综合分析 内缸等部件的严密性要 保证，作到无内漏，严 格控制装配质量 进、排汽通道的型线要 16 蒸汽进口损失 优化设计，开展必要的 试验研究和验证校核 管系设计要优化，降低 17 主调门节流损失 进汽 压损 进、排汽通道的流动损失 排汽 主调门设计要减少汽流 管道的压力损失 阀门 损失，调节汽阀的配置 18 再热管道压损 阀门中汽流的流动损失及 管道 立足于主要运行工况下 未开足引起的节流损失 损失 节流损失小 19 20 联通管压损 排汽蜗壳损失 采用合理的结构 排汽蜗壳型式要优化设 计
hn
1 2 1 * c1t c12 1 2 c12t 1 2 hn 2 2
（二）喷嘴截面积变化规律：
1.M 1, 亚音速； dA dc 分析： M 2 1 2.M 1, 超音速; A c 3.M=1,临界发生在最小截面.
压力、焓降、截面积、汽流速度、音 速、比容沿流动的变化规律
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（三）流量计算
1，理想流量： Gt An c1t 1t An
c1t v1t
2，流量曲线：渐缩喷嘴流量曲线： 3，理想临界流量； 4，实际流量；
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5，喷嘴出口截面积计算：
hi i Βιβλιοθήκη Baidu * ht
三、完整的级的热力过程曲线：
思考题 1．喷嘴速度系数与哪些因素有关? 2．为什么在强度允许范围内，应尽量采用较窄的叶栅? 3．蒸汽在喷嘴的斜切部分膨胀时，为什么要产生汽流偏 转? 4．平面叶栅中的叶型损失有那些? 5．轮周功率的表达式有哪几种? 6．试分析μ1=1、μ1=0两种情况下轮周效率的表达式有何不 同? 7．何谓速比?纯冲动级、反动级、复速级的最佳速比表达 式各为什么? 8．在相同直径、转速、出汽角α1的条件下，纯冲动级、反 动级、复速级的焓降之比等于多少?
和动叶栅组成的透平级 ；
基元级 — 在沿叶高的某一直径处 叶高为无穷小的静叶栅
平面叶栅— 将基元级的环形叶栅展 布在一平面上。
汽轮机各种损失的组成及降损措施 序 号 1 损失分类及组成 损失说明 降损对策
采用新型高效叶型， 静 、 动 叶 叶 型 汽流在静叶、动叶栅中 降低叶型损失及冲角 损失 的流动损失 损失 采用可控涡技术设计 通流部分并发展应用 汽流进口角偏离叶栅最 全 三 元 技 术 设 计 ， 通 佳进汽角时的流动损失 流 部 分 ， 包 括 马 刀 型 （弓形）叶片的采用， 降低叶栅总损失 高压部分采用较小出 静、动叶栅端部（顶部 汽角的高效叶型，降 及根部）的二次流损失 低叶高损失 沿叶高汽流参数、圆周 完善与发展计算方法 速度和叶栅栅距的变化， 与程序，开展必要的 使汽流流动与叶栅设计 试验研究和验证校核 不一致引起的损失
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部分进汽损失
不进汽部分的动叶存在鼓 大机组的机构设计中， 风耗功以及为排斥滞留在 采取措施使进汽喷嘴组 该部分的静止蒸汽存在斥 的进汽度接近全周进汽 汽耗功 叶轮在蒸汽中高速旋转克 叶轮摩擦面适当 服摩擦而消耗的功 在湿蒸汽区工作的损失
10 叶轮摩擦损失 11 湿汽损失
采用有效的去湿措施及 合理降低排汽湿度