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第一章 汽轮机级的工作原理 第一节 概 述 汽轮机本体中作功汽流的通道称为汽轮机的通流部分。它包括主汽门、调节汽门、导管、进汽室、各级喷嘴和动叶及汽轮机的排汽管。现代电站汽轮机均为多级汽轮机，由若干级组成。由一列喷嘴叶栅和其后紧邻的一列动叶栅构成的工作单元称为汽轮机的级。因为汽轮机的热功转换是在各 个级内进行的，所以研究级的工作原理是掌握整个汽轮 机工作原理的基础。 一、级的工作过程 图1.1.1为某一冲动式汽轮机级的示意图。喷嘴叶 片安装在隔板体上，动叶片安装在叶轮的外缘上。喷嘴前截面用0—0表示，喷嘴叶栅和动叶栅之间的截面用l—l表示，动叶后截面用2—2表示。这三个截面通常称为级的特征截面或计算截面。各截面上的汽流参数分 别注以下标0 ， 1和2，如、和，分别表示喷嘴前、喷嘴后和动叶后的蒸汽压力。 在喷嘴通道内，蒸汽由压力膨胀到，温度由下降到，汽流速度相应地由升到。可见，蒸汽从四嘴的进口到出口实现了由热能向动能的转换。 高速流动的蒸汽由喷嘴出口进入动叶时，给予动叶以冲动力。通常汽流在动叶槽道中继续膨胀，并转变方向，当汽流离开动叶槽道时，它给叶片以反动力 (见图1．1．2)，这两个力的合力，推动动叶带动叶轮和轴旋转，作出机械功。 动叶以转速n绕汽轮机轴旋转，用表示动叶平均直径处(即1/2叶高处，见图(1.1.1)的圆周速度，其大小为 （1.1.1） 其方向为动叶运动的圆周方向。由于动叶以圆周速度运动，所以，以表示的喷嘴出口汽流的绝对速度，是以相对速度进入动叶的。,与构成动叶进口速度三角形，如 图1．1．3（a）所示，即 = （1.1.2） 汽流以相对速度离开动叶，由于动叶以圆周速度运动，所以动叶出口汽流的绝对速度是。, 与构成动叶出口速度三角形，如图1．1．3(a)所示，即 = （1.1.3） 图中?表示叶轮旋转平面与相对汽流速度的夹角，?表示叶轮旋转平面与绝对汽流速度的夹角。下标1代表动叶进口，下标2代表 动叶出口。为实用方便，常将动叶栅进出口汽流速度三角形绘在一起，如图1.1.3（b）所示。 的方向角?1通常在11°17°范围内选取。的方向角为，对于冲动级，约比小2°~4°，的数值大约在20°30°之间。关于和的数值确定，将在本章第二节中讨论。当和确定后，就可通过速度三角形的关系求得和，即 (1.1.4) = (1.1.5) (1.1.6) (1.1.7) 和也可以通过按比例线段绘制速度三角形求得。 以上分析了蒸汽在级内的流动过程。下面从热力学的观点介绍蒸汽在级内的热力膨胀过程。h-s图上级的热力过程线如图1．1．4所示。 因为图中点0表示蒸汽在喷嘴前的状态、点0°表示汽流在喷嘴前的滞止状态，即假设喷嘴进口初速c。滞止为零的状态，故点 0°与点0的比焓差等于喷嘴前汽流速度c。所具有的动能．用，表示，则 （1.1.8） 图中点0°的蒸汽 压力po°表示喷嘴前的滞 止压力，点0的蒸汽压力 p。表示喷嘴前压力。如 果蒸汽在喷嘴内由p。至 的膨胀过程是等比熵的， 则这个过程在图中用线段 0lt‘表示，喷嘴的等比熵 比焓降用表示。但实际上， 具有粘性的蒸汽在喷嘴内的 膨胀过程是有损失的， 因此，在绝热的条件下， 蒸汽在膨胀过程中比熵 将增加，此时喷嘴出口 的汽流状态如点l所示， 实际的热力过程用线段 01表示。喷嘴出口汽流的实际比焓值与理想比焓值之差即是喷嘴中的能量损失，用表示。、和见图1．1．4。 在动叶通道内，蒸汽从压力膨胀到。若是等比嫡过程，则用线段12’表示．动叶中的等比熵比焓降用成示。动叶内的实际过程也是有损失的，比熵是增加的，其过程如线段12所示。动叶出口实际比焓值与理想比焓值之差即为动叶内的能量损失，用表示。 汽流离开动叶通道时具有一定的速度，这个速度对应的动能在该级内已不能转换为机械功，因面对该级来说是一种能量损失，称为余速损失．用表示。,和均见图1．1．4。余速损失可