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第四章 涡轮机 涡轮机又称透平机,它是汽轮机、燃气轮机、透平膨胀机、水轮机等旋转叶轮动力机械的总称,是输出动力的原动机。 其中, 汽轮机在火电厂、核电厂用作拖动发电机发电的原动机,现代大型火力发电机组给水泵的动力,也用汽轮机。 水轮机通常用作水电厂的动力。 燃气轮机用作燃气电厂的动力,也作为航空飞机、轮船的动力机械。 透平膨胀机用作能量回收和低温制冷领域之中。 3,动叶出口的实际相对速度 w2 动叶中的热力过程曲线 如右图4—8 动叶栅的能量损失系数定义为 通常取?=0.85-0.95。 6,余速损失: 蒸汽在动叶栅中作功之后,最后以绝对速度C离开动叶,其具有的动能称为余速损失: 在多级汽轮机中,余速可以被下一级所利用,其利用程度用余速利用系数? = 0~1表示。 7,级的过程曲线 考虑了喷嘴损失、动叶损失和余速损失之后,汽轮机的级在h--s图上的过程曲线如图4–11所示。 8,级的轮周有效焓降: 为了提高轮周效率,则应减少喷嘴损失、动叶损失和余速损失。如果选定了动、静叶栅的叶型,系数?、? 就确定了。则只能减少余速损失( 使C2 最小)。由速度三角形(图4–10)可以知道,图b中速度C2刚好为轴向排汽,其余速损失最少。因此,只要u/ C1选用合理,就能做到轴向排汽。 (图4–10) 不同速度比下纯冲动级的速度三角形 (图b) 为轴向排汽 而图a、b中的u/ C1都不可能使C2轴向排汽,就不可能使余速损失最少。而能使C2达到轴向排汽的速度比u/ C1称为最佳速度比,用 表示。级的速度比通常用 X 表示。 不同级的最佳速度比: 纯冲动级 (4–35) 复速级 (4–36) 反动级 (4–37) 四、级内损失和级效率 (一)级内损失 前面提到的喷嘴损失、动叶损失、余速损失都是级内损失。除此之外,还存在着其他方面的损失。当然,不是每一个级都同时具有这所有损失,而是根据具体情况而定。下面简单地介绍这些损失及产生原因。 1,叶高损失: 将喷嘴和动叶中与叶高有关的损失称为级的叶高损失、或叫端部损失,通常用?hl表示。它是由汽道上下端面附面层内的摩擦损失和端部的二次流涡流所引起的。试验证明,叶高损失与高度有密切关系,当叶片较长时,二次涡流对主汽的影响较少,故叶高损失小。相反,当叶片较短(叶高l12--15mm)时,叶高损失明显增加。这时,必须采用部分进汽,以增加叶高,减小叶高损失。 由于汽轮机的叶栅是呈环形。汽流参数和叶片几何参数(节距、进汽角)沿叶高是变化的。叶片越长,诸参数变化越大。在进行汽轮机设计时,通常以级的平均直径处的各种参数作为依据的。对于叶高不太长的级,其计算结果的误差不大。但对于叶片较长的级,其计算结果的误差就会很大,不能满足设计要求。这是因为,只有在平均直径处,设计条件才能得到满足。而其他截面上,由于偏离设计条件将会引起附加损失。这个附加损失称为扇形损失,通常用?h?表示。为了减少扇形损失,对于径高比?10的级,应采用扭叶片。 由于粘性,因此,叶轮在汽室中作高速旋转时,就必然存在着叶轮轮面与蒸汽及蒸汽之间的相对运动而产生的摩擦。要克服摩擦就要耗功。蒸汽会产生向外的径向运动。在叶轮两侧的汽室中就形成了涡流运动,如图4–11所示。涡流要耗功。这样就造成了叶轮摩擦损失,通常用?hf表示。在汽轮机的高压部分的级中,由于比容较小,故叶轮摩擦损失大,低压部分的级,叶轮摩擦损失很小,甚至可忽略不计。 图 4–13 部分进汽时蒸汽 流动示意图 为了保证叶高L12~15mm,设计时,就得采用部分进汽以减小叶高损失。但采用部分进汽,又产生了部分进汽损失。部分进汽损失是由‘鼓风’损失和‘斥汽’损失所组成的。‘鼓风’损失发生在没有喷嘴叶片的弧段内。斥汽损失发生在安装有喷嘴叶片的弧段内。另外,如图4--13由于叶轮作高速旋转,这样,在喷嘴出口端的A点存在着漏汽;而在B点又存在着抽吸作用,将一部分蒸汽吸入动叶道,干扰主流。这样就形成了斥汽损失。 隔板漏汽损失(?hp)。 汽轮机动静之间有间隙。由于压差的作用,蒸汽就
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