汽轮机原理-第一章(3)

2019-01-19 14:50

(1-24)

式中:c1t、v1t、及c1、v1分别为喷嘴喉部(临界条件处)及出口处的蒸汽速度和比容。

需要说明的是,虽然采用斜切喷嘴可以获得超音速汽流,但只有喷嘴出口处压力p1大于膨胀极限压力p1d,即p1p1d时,采用斜切喷嘴得到超音速汽流才是合理有效的。否则,若p1p1d,则将引起汽流在喷嘴出口处突然膨胀,产生附加损失。 斜切喷嘴的这一膨胀特性使得它可以在一定范围内取代缩放喷嘴,放喷嘴所带来的工况变动时效率低,制造工艺复杂的缺陷。 三、蒸汽在动叶中的流动 (一)反动度

蒸汽在静止的喷嘴中从压力p0(当喷嘴进口蒸汽速度不为0时,则应为p0*)膨胀到出口压力p1,速度c1流向旋转的动叶栅。当蒸汽通过动叶时,它一般还要继续作一定膨胀,从喷嘴后的压力p1膨胀到动叶后的压力p2在有损失的情况下,对整个级来说,其理想比焓降Δht*该是喷嘴中的理想比焓降Δhn*和动叶中的理想比焓降Δhb*之和,如图1-6所示。

严格来讲,在h-s图中,比焓降Δhb并不等于Δhb',因为由于喷嘴中的损失,蒸汽在流出喷嘴后,温度比等比熵膨胀到喷嘴后稍高,这就使得Δhb比Δhb'稍有增大。如果喷嘴中的损失不大,可认为Δhb=Δhb',此时,级的理想比焓降可近似地由压力p0*和p2之间的等熵线来截取,即

Δht*=Δhn*+Δhb

(1-25)

图1-6确定级的反动度所用热力过程示意图

为了表明在一级中,蒸汽在动叶内膨胀程度的大小,我们引入反动度的概念。级的平均直径处的反动度Ωm是动叶内理想比焓降Δhb和级的理想比焓降Δht*之比,即

(1-26)

如果蒸汽的膨胀全部发生在喷嘴中,在动叶栅中不再膨胀,即Δhn*=Δht*,Δhb=0,Ωm=0,这种级称为纯冲动级。如果蒸汽的膨胀不仅发生在喷嘴中,而且在动叶中也有同等程度的膨胀,即Δhn*=Δhb=0.5Δht*,因此Ωm=0.5,这种级称为典型反动级。

目前习惯上将具有不大的反动度值,即Ωm=0.05~0.3的级,仍称为冲动级(或带有反动度的冲动级);而当反动度较大,即Ωm=0.4~0.6时,才称为反动级,更高的反动度在汽轮机中一般不予采用。 (二)蒸汽在动叶中的热力过程

动叶和喷嘴的断面和通道形状是十分相似的。若干个动叶或喷嘴环形排列,构成动叶栅或喷嘴栅。它们的区别主要表现在喷嘴栅是静止不动的,而动叶栅是以一定的速度在旋转。因此,喷嘴进出口的蒸汽速度是以绝对速度分别表示为c0和c1而动叶进出口的蒸汽速度是以相对速度分别表示为w1和w2。在上一小节中对喷嘴的讨论全部适用于动叶。

如图1-7所示,在理想情况下,蒸汽从动叶进口状态(即喷嘴出口状态)p1、h1,等比熵膨胀至动叶出口压力p2。由于在流动过程中存在能量损失,因此,蒸

汽在动叶通道中实际的膨胀过程是按熵增曲线进行的。与喷嘴相似,此时动叶栅出口汽流的理想相对速度为

(1-27)

式中

Δhb---动叶栅理想比焓降,Δhb*=h1-h2t,J/kg;

Δhb*---动叶栅滞止理想比焓降,Δhb*=Δhb+w12/2,J/kg。 动叶栅出口实际相对速度

(1-28)

式中,ψ为动叶速度系数,它与级的反动度Ωm和动叶出口汽流的理想速度w2t有关,可由图1-8查得。 蒸汽流经动叶的能量损失

(1-29)

蒸汽在动叶中的能量损失与蒸汽在动叶中的滞止理想比焓降之比称动叶的能量损失系数,即

(1-30)

(三)动叶的通流能力

如果忽略喷嘴和动叶间轴向间隙中上端和下端的漏汽,那么,通过动叶的蒸汽流量Gbt应该就是通过喷嘴的蒸汽流量Gnt,所以在设计时,要求动叶栅和喷嘴栅的通流能力相等,即

(1-31)

和喷嘴一样,通过动叶的实际流量可用流量系数来修正,有

式中:μb为动叶流量系数,可由图1-3查得,应注意μb≠μu。 四、蒸汽在级内流动的基本公式 根据反动度的定义,由式(1-26)得

根据式(1-25),并代人式(1-31b),可得

图1-7蒸汽在动叶栅中的热力过程

进一步则可写出

(1-31a)

(1-31b)

(1-32)

(1-33)

图1-8动叶速度系数ψ与Ωm和w2t的关系曲线

(1-34) (1-35) (1-36)

在很多情况下,用和这两个参数来表达蒸汽在级内的流动更为方便。汽轮机级的热力过程如图1-9所示。


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