级功率和效率

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1、第一章级的工作原理第四节级的功率和效率研究级效率的作用：汽轮机的级效率是用来衡量级内热力过程完善程度的一项重要指标，反映了级内损失的相对大小。级效率分为轮周效率和相对内效率。一、级的轮周功率与轮周效率：仅考虑喷嘴、动叶和余速这三项损失后，级的输出功率为轮周功率，相应的级效率为轮周效率。1、蒸汽作用在动叶上的周向力和轴向力：如右图：蒸汽作用在动叶片上的力可分解为沿圆周速度方向的分力Fu（周向力）和沿汽轮机轴线方向的分力Fz（轴向力）。周向力对动叶做功，力越大，汽轮机的功率越大；轴向力不做功，并产生轴向推力，为减少推力轴承负担，要求它越小越好。2

2、、轮周功率和轮周功单位时间内周向力在动叶上所作的功称为轮周功率Pu。单位质量蒸汽其周向力在动叶片上所作的功称为轮周功ω。轮周功用热量的形式来表达时，称为轮周焓降:Δhu=ω=Δht-Δhn-Δhb-Δhc2。3、轮周效率和速比1)一千克蒸汽在级中所作的轮周功与该级的理想焓降之比称为轮周效率ηu。轮周效率取决于喷嘴损失、动叶损失和余速损失的大小。2）速比x1速比是圆周速度与喷嘴出口速度之比。速比对级得轮周效率有影响。3）最佳速比X1op轮周效率最高时的速比称为最佳速比。不同类型的级最佳速比是不同的，理论上各种级的最佳速比为：纯冲动级的轮周效率与

3、速比的关系（见右图）：Ⅰ.喷嘴损失系数ξn不随x1变化而变化；Ⅱ.动叶损失系数ξb随着x1的增大而逐渐减小；Ⅲ.余速损失系数ξc2随x1的变化幅度最大，对轮轴效率的影响也最大。随着x1的增大先是逐渐减小，当达到最小值时又逐渐增大。Ⅳ.将喷嘴损失、动叶损失和余速损失叠加到一起后，就得到了轮周效率曲线随变化的曲线，从右图可见，轮周效率随着x1先是逐渐增大，达到最大值后又逐渐减小，存在着一个轮周效率最高时的速比值，即最佳速比，对于纯冲动级，其最佳速比在0.4-0.5，此时α1约在11°-22°。纯冲动级和反动级比较①在各自最佳速比下，当和u相等时，

4、反动级的理想焓降为纯冲动级得一半；②在各自最佳速比下，反动级的轮周效率高于纯冲动级；③在各自的最佳速比附近变化时，反动级轮周效率曲线变化平缓，变工况性能好。二、级的内功率与相对内效率1、级的内功率级的内功率是考虑到级内的所有损失后，汽轮机的级所输出的功率。如右图所示，Δhi为级的有效焓降，是在级的滞止理想焓降的基础上考虑到喷嘴损失、动叶损失、湿气损失、鼓风摩擦损失和余速损失等所有损失后，能够转变成内功率的焓降。ΣΔh是除了喷嘴损失、动叶损失和余速损失以外的所有损失。2、级的相对内效率：是考虑了级内全部损失后得到的级得效率。3、级的轮周效率与相

5、对内效率比较：1)级的轮周效率考虑到喷嘴、动叶和余速三项损失，轮周效率最高时的速比为X1op。2)级的相对内效率考虑到喷嘴损失、动叶损失、余速损失、漏汽损失、鼓风摩擦损失、湿汽损失等级内的所有损失，级得相对内效率最高时的最佳速比为X’1op3)总结：①级的相对内效率ηi小于级的轮周效率ηu；②级的相对内效率最高时的最佳速比X’1op值小于级的轮周效率最高时的最佳速比X1op值。第一章级的工作原理第五节长叶片级一、长叶片级概述：1、径高比：径高比可以用来衡量叶片的相对高度，当θ<8-10时，称为长叶片。叶片的高度增加，叶片不同高度处旋转的圆周速

6、度不同，叶片不同高度处进口汽流速度和汽流参数都要发生变化。在多级汽轮机的高压各级中，由于蒸汽容积流量较小，径高比较大，属短叶片，一般采用等截面直叶片。其蒸汽的状态参数和流动参数沿叶高的变化也很小，采用一元流动理论来分析，就能获得比较满意的工程效果。但对于汽轮机低压各级，由于蒸汽容积流量较大，径高比较小，叶片较长，若仍然以一元流动理论为基础，以平均直径处的参数为依据，设计成等截面直叶片，将产生附加损失，是效率降低。1、沿叶高圆周速度不同引起的附加损失：如左图，当叶片较长时，从叶根到叶顶，其圆周速度是逐渐增大的，即ur

7、，圆周速度的差别就越大。我们假定从喷嘴出来的汽流速度c1和汽流方向α1沿叶高是相同的。1）由于urω1m>ω1t,β1r<β1m<β1t。当喷嘴出来的蒸汽进入动叶通道时，在动叶顶部，汽流将撞击在动叶片的背弧上，在动叶根部，汽流将撞击在动叶的内弧上，从而造成额外的能量损失。2）最佳速比：对于等截面叶片，最佳速比是按平均直径处的参数来确定的，但由于长叶片的叶顶和叶根处圆周速度不同，因此，在叶根和叶顶处的速比都将偏离最佳值，从而使得效率降低。3）动叶出口速度三角形：由于ω1r>ω1m>ω1t，则ω2r>ω2m>ω2t。根据

8、叶顶和叶根处动叶通道出口速度三角形可以确定动叶出口的绝对速度c2，由于叶根和叶顶处的圆周速度不同，所以动叶出口的c2的大小和方向沿叶高发生很大的变化，即汽流在动叶出