文档介绍：第一章汽轮机级的工作原理
近代大功率汽轮机都是由若干个级构成的多级汽轮机。由于级的工作过程在一定程度上反映了整个汽轮机的工作过程,所以对汽轮机工作原理的讨论一般总是从汽轮机"级"开始的,这特有助于理解和掌握全机的内在规律性。"级"是汽轮机中最基本的工作单元。在结构上它是由静叶栅(喷嘴栅)和对应的动叶栅所组成。从能量观点上看,它是将工质(蒸汽)的能量转变为汽轮机机械能的一个能量转换过程。工质的热能在喷嘴栅中(也可以有部分在动叶栅中)首先转变为工质的动能,然后在动叶栅中再使这部分动能转变为机械能。
工质的热能之所以能转变为汽轮机的机械能,是由工质在汽轮机喷嘴栅和动叶栅中的热力过程所形成,因此,研究级的热力过程,也就是研究工质在喷嘴栅和动叶栅中的流动特点和做功原理,以及产生某些损失的原因,并从数量上引出它们相互之间的转换关系,这是本章的主要内容。
第一节蒸汽在级内的流动
一、基本假设和基本方程式
(一)基本假设
为了讨论问题的方便,除把蒸汽当作理想气体处理外,还假设:
(1)蒸汽在级内的流动是稳定流动,即蒸汽的所有参数在流动过程中与时间尤关。实际上,绝对的稳定流动是没有的,蒸汽流过一个级时,由于有动叶在喷嘴栅后转过,蒸汽参数总有一些波动。当汽轮机稳定工作时,由于蒸汽参数波动不大,可以相对地认为是稳定流动。
(2)蒸汽在级内的流动是一元流动,即级内蒸汽的任一参数只是沿一个坐标(流程)方向变化,而在垂直截面上没有任何变化。显然,这和实际情况也是不相符的,但当级内通道弯曲变化不激烈,即曲率牛径较大时,可以认为是一元流动。
(3)蒸汽在级内的流动是绝热流动,即蒸汽流动的过程中与外界无热交换。由于蒸汽流经一个级的时间很短暂,可近似认为正确。
考虑到即使用更复杂的理论来研究蒸汽在级内的流动,其结论与汽轮机真实的工作情况也不完全相符,而且推算也甚为麻烦,因此,上述的假设在用一些实验系数加以修正后,在工程实践中也证明是可行的。
(二)基本方程式
在汽乾机的热力计算中,往往需要应用可压缩流体一元流动方程式,这些基本方程式有:状态及过程方程式,连续性方程式和能量守恒方程式。

理想气体的状态方程式为
pv=RT
(1-1)
式中p-绝对压力,Pa;
v-气体比容,m3/kg;
T-热力学温度,K;
R-气体常数,对于蒸汽,R=/(kg·K)。
当蒸汽进行等熵膨胀时,膨胀过程可用下列方程式表示
pvk=常数
(1-2)
其微分形式为
(1-2a)
式中:k为绝热指数。对于过热蒸汽,k=;对于湿蒸汽,k=+,其中x是膨胀过程初态的蒸汽干度。

在稳定流动的情况下,每单位时间流过流管任一截面的蒸汽流量不变,用公式表示为
Gv=cA
(1-3)
式中G---蒸汽流量,kg/s;
A--流管内任一截面积,m3
c---垂直于截面的蒸汽速度,m/s
v---在截面上的蒸汽比容,m3/kg
对(1-3)取对数值并微分,可得连续性方程式的另一形式
(1-4)

根据能量守恒定律可知,加到汽流中的热量与气体压缩功的总和必等于机械功、摩擦功、内能、位能及动能增值的总和。而在汽轮机中,气体位能的变化以及与外界的热交换常可略去不计,同时蒸汽通过叶栅槽道时若只有能量形式的转换,对外界也不做功,则能量守恒方程可表达为
(1-2)
(1-5)
式中h0、h1---蒸汽进入和流出叶栅的焓值,J/kg;
c0、c1---蒸汽进入和流出叶栅的速度,m/s;
其微分形式为
cdc+vdp=0
(1-6)
对于在理想条件下的流动,没有流动损失,与外界没有热交换,也就是说在比等熵条件下,在叶栅出口处的流动速度为理想速度c1t,则
(1-7)
二、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程
(一)蒸汽的滞止参数
理想气体在等比熵过程中的比焓差可表示为
(1-8)
根据式(1-7)可得
(1-9)
当用下角0与1分别表示喷嘴进出口处的状态时,则式(1-9)表明,蒸汽在喷嘴出口处的动能是由喷嘴进口和出口的蒸汽参数决定的,并和喷嘴进口蒸汽的动能有关。当喷嘴进口蒸汽动能c02/2很小,并可忽略不计时,喷嘴出口的蒸汽流速仅是热力学参数的函数。若喷嘴进口蒸汽的动能不能忽略不计,那么我们可以假定这一动能是由于蒸汽从某一假想状态0*(其参数为p0*,、v0*、h0*等)等比熵膨胀到喷嘴进口状态0(其参数为p0、v0、h0等)时所产生的,在这一假想状态下,蒸汽的初速为零。换言之,参数p0*、v0*是以初速c0从p0v0等比熵滞止到速度为零时的状态,