汽轮机级内能量转换过程
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汽轮机的工作原理讲解
做功能力：复速级>纯冲动级>带反动度的 冲动级>反动级
效率： 复速级<纯冲动级<带反动度的 冲动级<反动级
冲动式汽轮机一般级数较少，反动式汽轮 机级数较多，但反动式汽轮机运行更为稳 定，效率也较高。
3.调节级和非调节级
按通流面积是否随负荷大小而变，又可将汽轮 机的级分为调节级和非调节级。 (1)调节级：通流面积能随负荷改变而改变的级 称为调节级。如喷管调节汽轮机的第一级，这 种级在运行时，可通过改变其通流面积来控制 其进汽量，从而达到调节汽轮机负荷的目的。 一般中小型汽轮机用复速级作为调节级，而大 型汽轮机常用单列冲动级作为调节级。
分是反动力。
带反动度的冲动级的特点：
w1＜w2，P1＞P2, Δhn＞Δhb，Δht ≠Δhn 、Δhb ≠ 0 、 m = 0.05 0.20；
动叶叶型由入口到出口略有收缩； 蒸汽在动叶栅中即膨胀又改变流动方向；
它的作功能力比反动级大比纯冲动级源自、效率比 纯冲动级高。（2）反动级：
复 速 级：
采用最多的是同一叶轮上装有两列动叶片的双列速度 级，又称复速级。
由一组静叶栅和安装在同一叶轮上的两列动叶栅及一 组介于第一、二列动叶栅之间、固定在汽缸上的导向 叶栅所组成。
第一列动叶栅通道流出汽流，其流速还相当大，为了 利用这一部分动能，在第一列动叶栅之后装上一列导 向叶栅以改变汽流的方向，使之顺利进入第二列动叶 栅通道继续作功。
2）带反动度的冲动级
为了提高级的效率，通常，冲动级也带有一定的 反动度（ m = 0.05 0.20 ) ，这种级称为带反动 度的冲动级。
蒸汽的膨胀大部分在喷管中进行，只有一小部分 在动叶中进行
（ Δhb =5%~20%Δht* ）， 蒸汽作用在动叶栅上的力主要是冲动力，一小部
效率： 复速级<纯冲动级<带反动度的 冲动级<反动级
冲动式汽轮机一般级数较少，反动式汽轮 机级数较多，但反动式汽轮机运行更为稳 定，效率也较高。
3.调节级和非调节级
按通流面积是否随负荷大小而变，又可将汽轮 机的级分为调节级和非调节级。 (1)调节级：通流面积能随负荷改变而改变的级 称为调节级。如喷管调节汽轮机的第一级，这 种级在运行时，可通过改变其通流面积来控制 其进汽量，从而达到调节汽轮机负荷的目的。 一般中小型汽轮机用复速级作为调节级，而大 型汽轮机常用单列冲动级作为调节级。
分是反动力。
带反动度的冲动级的特点：
w1＜w2，P1＞P2, Δhn＞Δhb，Δht ≠Δhn 、Δhb ≠ 0 、 m = 0.05 0.20；
动叶叶型由入口到出口略有收缩； 蒸汽在动叶栅中即膨胀又改变流动方向；
它的作功能力比反动级大比纯冲动级源自、效率比 纯冲动级高。（2）反动级：
复 速 级：
采用最多的是同一叶轮上装有两列动叶片的双列速度 级，又称复速级。
由一组静叶栅和安装在同一叶轮上的两列动叶栅及一 组介于第一、二列动叶栅之间、固定在汽缸上的导向 叶栅所组成。
第一列动叶栅通道流出汽流，其流速还相当大，为了 利用这一部分动能，在第一列动叶栅之后装上一列导 向叶栅以改变汽流的方向，使之顺利进入第二列动叶 栅通道继续作功。
2）带反动度的冲动级
为了提高级的效率，通常，冲动级也带有一定的 反动度（ m = 0.05 0.20 ) ，这种级称为带反动 度的冲动级。
蒸汽的膨胀大部分在喷管中进行，只有一小部分 在动叶中进行
（ Δhb =5%~20%Δht* ）， 蒸汽作用在动叶栅上的力主要是冲动力，一小部
汽轮机原理第一章 级的工作原理
冲动式汽轮机的工作原理
冲动式汽轮机转子
反动式汽轮机断面示意图
反动度
表示蒸汽在动叶中膨 胀程度的一个参数 焓降反动度 压力反动度
纯冲动级：
Ω=0，动叶前后的压差为零
反动级： Ω=0.5 冲动级： Ω=0.05~0.2 复速级：
汽轮机的工作过程
一元 稳定 绝热
2 k 1 1/ 2 0 2 k 1 2 2k p0 k k 1 1 1 k k k n n n n 0 k 1 0 k k
An
2 k 1 1/ 2 0 2k p0 k n n k 0 k 1 0
级的轮周效率
Pu1 轮周效率：轮周功和理想能量之比 u E 0
2 2 2 2 2 c0 c2 c2 ca c2 * E0 0 ht 1 ht 1 1 2 2 2 2 2
做功能力：单位质量蒸汽做功
w12 c12 u 2 2c 1u cos 1 c1 cos 1
2 2 w2 c2 u 2 2c 2 u cos 2 c2 cos 2
wu 2 2u
临界速度只和蒸汽滞止参数有关，和流动过程无关
临界压比
a 2k 0 0 2k 0 0 p00 kp11 p00 kp11 k 1 k 1
1
0 0 k p0 0 k
0 1 p1 p1 2 0 2 p1 2 p1 1 0 nc nc 0 0 k 1 1 p0 k 1 p0 p0 k 1
2 2 2
汽轮机级的概述,冲动,反冲动作用原理
一、汽轮机级的概述
“级”是汽轮机基本单元。
结构:静叶栅和对应的动叶栅组成一个级。
工作过程:将工质的能量转变为汽轮机机械能的一个能量转换过程。
通流部分:蒸汽流动做功的通道。
叶栅:结构相同的叶片按一定的距离和一定的角度安装而构成的气流通道的组合体。
叶型:单个叶片在某一高处的横截面形状。
其周线称为型线。
等截面叶片(直叶片):叶型和叶高不变。
变截面叶片(扭曲叶片):叶型沿叶高改变。
叶栅几何特性的主要参数:叶栅的平均直径、叶高、叶栅节距、叶宽、叶型弦长、出口边厚度、进口边宽度、出口边宽度。
二、蒸汽的冲动作用原理和反冲动作用原理
1.冲动作用原理
由力学可知,当一个运动物体碰到一个静止的或速度较低的物体时,就会受到阻碍而改变其速度的大小、方向,同时给阻碍它运动的物体一个作用力,这个力称为冲动力。
在汽轮机中,从喷嘴中流出的高速气流冲击在汽轮机的动叶上,受到动叶的阻碍而改变了其速度的大小和方向,同时气流给动叶施加一个冲动力。
根据能量守恒定律:运动物体动能的变化值就等于其做出的机械功。
利用冲动力做功的原理就是冲动作用原理。
2.反动作用原理
反动力:由于原来静止或运动速度较小的物体,在离开或通过另一物体时,骤然获得一个较大的加速度而产生的力。
这种由于膨胀加速度产生的作用力称为反动力。
随着反动力的产生,蒸汽在动叶栅中完成了两次能量转换,首先是蒸汽经动叶栅膨胀,将热能转换成蒸汽流动的动能,同时随着蒸汽的加速,又给动叶栅一个反动力,推动转子转动,完成动能到机械功的转换。
汽轮机原理 第二章 汽轮机级内能量转换过程
2.1 蒸汽在喷嘴中的流动过程
Gn Gnc
2 k 1 2 k k n n k 1
Gn Gnc
An An
2 k 1 2k 0 0 k p0 0 n n k k 1
2 k k 1
k 1 k 1
m 0.05 ~ 0.30
反动级： 反动度 m 0.5 的级称反动级 复速级： 由固定的喷嘴、导叶和安装在同一叶轮上的两列动叶组成的 级称为复速级
第一节 汽轮机级的基本概念 纯冲动级 反动度 m 0 级称纯冲动级
1.3 级的类型和特点
特点：
①只在喷嘴中膨胀，在动叶中不膨 胀，转换过程
第二章 汽轮机级内能量转换过程
•第一节 汽轮机级的基本概念 •第二节 蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程
•第三节 级的轮周功率和轮周效率
•第四节 叶栅的气动特性 •第五节 级内损失和级的相对内效率
•第六节 级的热力设计原理
•第七节 扭叶片级
第二章 汽轮机级内能量转换过程
度 c 上升， p 下降，在某一截面上汽流速度 c=a ， Ma=1 ，此状态叫临
界状态，此截面叫喉部。临界压力p1c，临界速度c1c。 临界压力p1c与滞止压力p00之比，叫临界压比ε
p1c 2 kk nc 0 ( ) 1 p0 k 1
nc
。
p0 c0
喉部 p1 p1c c1c Y 临界状态
一、蒸汽在喷嘴中的流动过程 蒸汽在喷嘴（静叶）中的流动过程的特点：
(1)蒸汽在喷嘴中把热能转换成动能，并获得一定的方向；
(2)喷嘴固定在汽缸上，是静止的，不对外做功，w=0。
第二节 蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程 （一）喷嘴出口汽流速度 由能量方程：
蒸汽轮船能量转化过程
蒸汽轮船能量转化过程
蒸汽轮船是一种利用蒸汽作为动力源的船舶,它通过一系列的能量转化过程将化学燃料的能量转化为推进船舶的机械能。
这个过程大致可以分为以下几个步骤:
1. 化学能转化为热能
在锅炉内,化学燃料(如煤、石油或天然气)与空气发生化学反应,释放出大量的热能。
2. 热能转化为内能
锅炉将燃烧产生的热能传递给水,使水加热并转化为高温高压蒸汽,蒸汽具有很高的内能。
3. 内能转化为动能
高温高压的蒸汽进入蒸汽机或涡轮机,在叶片的推力作用下,内能转化为蒸汽的动能。
4. 动能转化为机械能
蒸汽在推动叶轮转动的同时,将动能传递给轮机的转子,转子的旋转产生机械能。
5. 机械能转化为推进功
轮机的机械能通过传动系统传递到船舶的推进器上,推进器在水中旋转,将机械能转化为推进船舶前进所需的推进功。
在这个循环过程中,还伴随着一些必要的辅助过程,如给水系统、凝汽系统等。
通过这一系列精心设计的能量转化过程,蒸汽轮船可以高效地利用化学燃料的能量,实现推进和航行。
第二章 汽轮机级内能量转换过程
的滞止压力。 、 和
分别为级的滞
止焓降、喷嘴的滞止焓降、动叶的焓降。
h Δh’b Δhb
p2 2
hn* (1 m )ht* hb mht*
s
三 冲 动 级 和 反 动 级在第 7 页补上字母
（一） 冲 动 级 的 三 种 不 同 形 式
1，纯冲动级
通常把反动度 等于零的级称为纯冲动级。对于纯冲动级来
c 1口容若式，处用中喷，（截，嘴2面喷（-的1积嘴n2理ma，的)想/p表理1流(示m想kp量)0流q;G称量)tc计。为G11t，算喷tt 又可嘴有-用前--连后-续压喷v1方力1t嘴程比出v计 。1口0* 算(处pp:10*理),G1k想则t汽上流式A速n为度vc，11Gtt (1 m/(sA2)n--;-kv2-11kt81
cr =0.577 .Fra bibliotek（二）喷嘴出口汽流速度
喷嘴的作用是让蒸汽在其通道中流动时膨胀加速，将热能转变为动能。喷嘴是静止的，蒸汽流过时，不
对外作功，W = 0；同时与外界无热交换，q = 0。根据能量方程式
，则
h0
1 2
C02
h1
1 2
C12
(2-- 11)
对于过热蒸汽，可近似看做理想气体，则上式为：
等于蒸汽在动叶通道中膨胀时的焓降
和在整个级的理想焓降
之比，即
0* p0*
m
hb ht*
hb hn* hb
(1 - 1)
p0 0'
称为级的平均反动度，即平均直径上
Δhn*
的反动度。蒸汽通过级的热力过程曲线用
Δht*
p1
图 1-3 表示。其中， 、 、 分别为喷嘴
1
前、动叶前、后的蒸汽压力， 为喷嘴前
汽轮机原理-蒸汽在级内的流动过程
2.2 蒸汽在级内的流动过程
3. 喷嘴中汽流的临界状态
压力、焓降、截面积、汽流速度、音速、比容沿流动的变化规律
11
2.2 蒸汽在级内的流动过程
4. 喷嘴流量计算 （1）喷嘴的理想流量Gt 计算
喷嘴的理想流量 Gt 可用下式计算:
式中，An 为喷嘴出口处G截t 面 A积n ，vc11tt (m) ; c1t 为喷嘴出口处理想汽流
汽轮机原理 Principle of Steam Turbine
主讲老师：密腾阁
适用专业：能源与动力工程专业
2.2 汽轮机级内能量转换过程
一、级内模型的简化和基本方程式
1．模型常用简化假设
实际过程 粘性流体 三元流动 可压缩性
不绝热 不稳定过程
简化过程 理想流体 一元流动 有时假设为不可压缩流体
绝热 稳定过程
（3）喷嘴损失
蒸汽在喷嘴通道中流动时，动能的损失
称为喷嘴损失，用 hn表 示 ：
hn
1 2
(C12t
1 2
C12
1 2
C12t
(1
2
)
(1 2 )hn*
喷嘴损失与喷嘴理想焓降之比称为喷嘴能量损失系数，用 n 表示：
n
hn
hn*
(1 2 )
9
2.2 蒸汽在级内的流动过程
切部分的渐缩喷嘴，汽流在斜切部分可达到超声速。
c. 临界速度
ccr
k pcr
cr
2k p*0
k 1 0*
k
cr
pcr p0*
2 k 1 k 1
对过热蒸汽 k=1.3，
汽轮机级的工作原理
汽轮机级的工作原理
汽轮机级的工作原理是基于汽轮机的能量转换过程。
汽轮机级通常由一组连续的转子和静子（定子）组成。
以下是汽轮机级的工作原理的一般步骤：
1. 压缩阶段：在压缩阶段，某种工质（例如蒸汽）通过大型风扇或轴向压缩机进入汽轮机级。
风扇或压缩机的工作是将气体压缩至较高压力。
2. 燃烧阶段：在燃烧阶段，压缩后的气体进入燃烧室。
在燃烧室内，燃料（通常是液体燃料或天然气）被注入，并与气体混合。
然后，点燃混合物，产生高温高压的燃烧气体。
3. 扩张阶段：在扩张阶段，高温高压的燃烧气体进入高速旋转的涡轮。
涡轮通常由一系列的叶片组成，当气体通过时会转动。
涡轮的转动产生的动能将一部分能量传递给驱动装置，例如发电机或涡喷引擎。
同时，气体的压力和温度下降。
4. 排气阶段：在最后的排气阶段，气体通过涡轮之后进入排气系统。
在排气系统中，气体通过冷却和减压过程，最终被排放到大气中。
整个汽轮机级循环将不断循环进行，以产生持续的动力输出。
每个级别的性能参数，如压缩比、燃烧温度和涡轮效率等，都会影响整体效率和功率输出。
汽轮机级的设计需要考虑多个因素，如材料、燃料效率和热损失等，以确保高效率和可靠性。
汽轮机--简单提纲
第一章、 汽轮机级的工作原理 1、 级内能量转换特点 具有一定压力、温度的蒸汽通过汽轮机的级时，首先在静叶栅通道中得到膨胀加速，将 蒸汽的热能转化为高速汽流的动能，然后进入动叶通道，在其中改变方向或者既改变方 向同时又膨胀加速，推动叶轮旋转，将高速汽流的动能转变为旋转机械能。 2、 喷嘴截面积的变化规律： 1 dA 1 dc ( M 2 1) 喷嘴截面积与汽流速度 c 和马赫数 Ma 有关： A dx c dx （1）当汽流速度小于音速，即 M<1 时，若要使汽流能继续加速，即 dc/dx>0，则必须 dA/dx< 0,也就是说喷嘴截面积必须沿流动方向逐渐减小，即做成渐缩喷嘴。 （2）当汽流速度大于音速，即 M>1 时，若要使汽流能继续加速，即 dc/dx>0，则必须 dA/dx>0，也就是说喷嘴截面积必须沿流动方向逐渐增加，即做成渐扩喷嘴。 （3）当汽流速度在喷嘴某截面上刚好等于音速，即 M=1，这时，dA/dx =0。表明横截面 A 不变化，即 A 达到最少值。 3、 蒸汽在喷嘴斜切部分的膨胀 为了使喷嘴中流出的汽流顺 利进入动叶通道， 在喷嘴出口 处必须有一段斜切部分 ,如图 所示。 这样， 实际喷嘴由两部 分所组成： 一部分是渐缩部分 ABDE，AB 为最小截面处。另 一部分为斜切部分 ABC。 由于 斜切部分的存在， 它将给汽流 产生影响。 1）当喷嘴出口压力（背压） 大于或等于临界压力时，AB 截面上的流速小于或等于音 速，喉部压力等于背压 （ p1 p1b ） ，汽流通过喷嘴， 只在渐缩部分膨胀加速，而在斜切部分 ABC 处不膨胀加速。斜切部分只起导向作用。 从喷嘴流出的汽流与动叶运动方向成一角度(称为喷嘴出汽角 1 ） 。 2）当喷嘴出口压力（背压）小于临界压力时，汽流在 AB 截面上达临界状态，汽流在 斜切部分要继续膨胀加速，蒸汽压力由临界 p cr 压力下降为 p1 ，汽流速度由临 界速度到大于音速，并且汽流方向要发生扰动和偏转。 4、 喷嘴流量曲线：当喷嘴前的参数p0 ∗、v0 ∗ 和喷嘴出口截面积An 一定时，通过喷嘴的流量 只取决于喷嘴前后压力比。 它们的关系如图中 ABC 曲线所示。 当压力比从 1 逐渐缩小时， 流量逐渐增加，当喷嘴前后压力比等于临界压力比εn = εcr ，Gt 达最大值，如 B 所示。 这时的流量称为临界流量，用Gcrt 表示。当喷嘴前后压力比小于临界压力比时，流量保 持最大值不变，如 AB 所示。其临界流量为： Gcrt An k (
汽轮机级的工作原理及过程等_图文
45
2. 轴向推力的平衡
平衡的方法除了在叶轮轮面上开平衡孔外 ，主要采用下列两种方法：
1．平衡活塞法； 2．相反流动布置法。
47
第四节 汽轮机本体
汽轮机本体包括静止和转动两大部分。 静止部分：汽缸、喷嘴、隔板、汽封、轴承和滑销
系统等；
转动部分：主轴、叶轮和叶片等组成的转子。 通流部分：汽轮机本体中作功汽流的通道称为汽轮
57
汽缸
58
59
汽轮机下缸及转子图
60
内缸的支撑
62
（三）滑销系统
设置原因：
汽轮机动、静部分直径留有一很小的间隙，一旦 此间隙消失，就会造成动静部分摩擦，汽轮机部 件受热膨胀时，会在各个方向产生变形，可能因 此导致动、静间隙消失。
汽轮机本体设置有系列滑销，以引导汽缸的膨胀
63
某300 MW汽轮机的滑销系统
调节级：中、小容量汽轮机的调节级喷嘴调节 汽轮机的第一级称为调节级，一般采用复速级 。大容量汽轮机多采用单列冲动级。
还把汽轮机的级分为速度级和压力级两种。
17
第二节 汽轮机的基本作功原理
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，有 助于理解和掌握全机的内在规律性。
汽轮机级的工作原理及过程等_图文.ppt
第一节 汽轮机概述
汽轮机以蒸汽为工质，将热能转 变为机械能，为发电机发电提供 机械能。
火力发电厂三大主要设备之一， 单机功率大、效率高、运行平稳 、使用寿命长
2
一、汽轮机的工作原理
“级”是汽轮机中最基本的工 2叶轮 作单元。在结构上它是由静
2. 轴向推力的平衡
平衡的方法除了在叶轮轮面上开平衡孔外 ，主要采用下列两种方法：
1．平衡活塞法； 2．相反流动布置法。
47
第四节 汽轮机本体
汽轮机本体包括静止和转动两大部分。 静止部分：汽缸、喷嘴、隔板、汽封、轴承和滑销
系统等；
转动部分：主轴、叶轮和叶片等组成的转子。 通流部分：汽轮机本体中作功汽流的通道称为汽轮
57
汽缸
58
59
汽轮机下缸及转子图
60
内缸的支撑
62
（三）滑销系统
设置原因：
汽轮机动、静部分直径留有一很小的间隙，一旦 此间隙消失，就会造成动静部分摩擦，汽轮机部 件受热膨胀时，会在各个方向产生变形，可能因 此导致动、静间隙消失。
汽轮机本体设置有系列滑销，以引导汽缸的膨胀
63
某300 MW汽轮机的滑销系统
调节级：中、小容量汽轮机的调节级喷嘴调节 汽轮机的第一级称为调节级，一般采用复速级 。大容量汽轮机多采用单列冲动级。
还把汽轮机的级分为速度级和压力级两种。
17
第二节 汽轮机的基本作功原理
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，有 助于理解和掌握全机的内在规律性。
汽轮机级的工作原理及过程等_图文.ppt
第一节 汽轮机概述
汽轮机以蒸汽为工质，将热能转 变为机械能，为发电机发电提供 机械能。
火力发电厂三大主要设备之一， 单机功率大、效率高、运行平稳 、使用寿命长
2
一、汽轮机的工作原理
“级”是汽轮机中最基本的工 2叶轮 作单元。在结构上它是由静
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24
基本方程式：
1 . 连 续 方 程 式 G c A cA const.
v
2.能量方程式
h0
c02 2
q
h1
c12 2
W
3. 状态及过程方程式
pv RT
pvk const.
1，汽轮机的级：静叶栅 动叶栅 是汽轮机作功的最小单元。
6
2，级内能量转换过程： 具有一定压力、温度的蒸汽通过汽轮机的级 时，首先在静叶栅通道中得到膨胀加速，将 蒸汽的热能转化为高速汽流的动能，然后进 入动叶通道，在其中改变方向或者既改变方 向同时又膨胀加速，推动叶轮旋转，将高速 汽流的动能转变为旋转机械能。
的能量损失较大，列数越多，损失越大。所以为
了结构简单和运行的经济性，几乎不用三列及三 列以上的速度级。
1一轴；2一叶轮；3一第一列动 叶片；4一喷嘴；5一汽缸；6—
第二列动叶片；7一导向叶片
第二节 蒸汽在级内的流动过程
一 ，基本假设和基本方程式
流过叶栅通道的蒸汽是具有粘性、非连续性和不稳定的 三元流动的实际流体。为了研究方便，特作如下假设： 1 . 蒸汽在叶栅通道的流动是稳定的：即在流动过程中，通道 中任意点的蒸汽参数不随时间变化而改变。 2. 蒸汽在叶栅通道的流动是一元流动：即蒸汽在叶栅通道中流 动时，其参数只沿流动方向变化，而在与流动方向相垂直的 截面上不变化。 3. 蒸汽在叶栅通道的流动是绝热流动：即蒸汽在叶栅通道中流 动时与外界没有热交换。
① 压力级（单列级）：蒸汽的动能转换为转子 的机械能的过程在级内只进行一次的级。
② 速度级（复速级）：蒸汽的动能转换为转子 的机械能的过程在级内进行一次以上的级。 如双列、三列速度级。
3. 调节级和非调节级
① 调节级：通流面积能随负荷改变的级， 如喷嘴调节的第一级。
② 非调节级：通流面积能不随负荷改变 的级，可以全周进汽，也可以部分进 汽。
双列速度级的单级汽轮机
在速度级喷嘴中蒸汽的速度由C0增加至C1，蒸 汽经过第一列动叶栅后，其动能未被充分利用，
从足第够一 的列动动能叶再栅去流推出动的叶汽片流，速 但度 此时C2汽仍流相速当度大C，2有的 方向与叶片旋转的方向相反，因此让汽流经过一
列固定不动的导向叶片，以改变汽流的方向。在
导向叶片通道中，汽流速度的大小不变，汽流离
做功能力大、效率相对较低。
② 带反动度的冲动级：Ωm=0.05~0.2 特点：蒸汽的膨胀大部分在喷嘴叶栅中进行， 只有一小部分在动叶栅中进行，作功能力比 反动级大，效率比纯冲动级高。
冲动级：当汽流通过动叶通道时，由于受到 动叶通道形状的限制而弯曲被迫改变方向， 因而产生离心力，离心力作用于叶片上，被 称为冲动力。这时蒸汽在汽轮机的级所作的 机械功等于蒸汽微团流进、流出动叶通道时 其动能的变化量。而这种级称为冲动级。
反动力
单级冲动式汽轮机示意图 1-汽缸；2-叶轮；3-轴；4-喷嘴；5-动叶片；6-排汽口
三、汽轮机级的类型和特点
（一） 汽轮机级的反动度 1. 定义：蒸汽在动叶栅中膨胀时的理想焓降 Δhb和整个级的理想滞止焓降Δh*t之比。
Ωm增加，则Δhb增加，蒸汽对动叶的反动力 也越大。 平均反动度：动叶平均直径截面上的理想焓降。 2. 意义：衡量在动叶中膨胀的程度。
15
③ 反动级 Ωm=0.5 特点：蒸汽在喷嘴和动叶中的膨胀程度相同。 结构：喷嘴和动叶采用的叶型相同。
•反动级：当汽流通过动叶通道时，一方面要 改变方向，同时还要膨胀加速，前者会对叶片 产生一个冲动力，后 者 会对叶片产生一个反作 用力，即反动力。 蒸汽通过这种级，两种 力同时作功。通常称这 种级为反动级。
7
二、蒸汽的冲动作用原理和反动作 用原理
（一） 冲动作用原理 冲动力：改变其速度的大小和方向则产生一冲动
力或汽流改变流动方向对汽道产生一离心力， 此力为冲动力。 此力的大小取决于单位时间内通过动叶通道的 蒸汽质量及其速度的变化。 （二） 反动作用原理 反动力：因汽流膨胀产生一相反力（汽体压力变 化），如火箭、喷气式发动机。 此力的大小取决于汽体压力的变化。 作用在动叶片上的力有：冲动力
第二章 汽轮机级内能量转换过程
第一节 汽轮机级的基本概念
一 、汽 轮 机 的 级
由静叶栅和动叶栅组成 是汽轮机作功的最小单元。
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汽轮机的结构简介
级：由一列静叶栅和一列动叶栅组成，完成蒸汽的 热能转换成转子的机械能的最基本单元。
汽轮机： 单级：喷嘴（静叶、静叶片、静叶栅、喷管） 动叶（动叶片、动叶栅、工作叶片） 多级：静子，由汽缸、隔板、静叶、轴承等组 成。 转子，由主轴、叶轮、叶片、联轴器、 盘车等组成。 辅机
开导向叶片时的方向正好对着第二列动叶片的进
口。这样第一列动叶栅出口的余速动能就可以在
第二列动叶栅中继续转变为机械功。这种双列速
度级的功率可比单列冲动级大许多。如果蒸汽离
开第二列动叶栅时的速度仍比较大，那么还可以
装设第二列导向叶片和第三列动叶片，这就是三
列速度级。由于蒸汽在速度级中的速度很大，并
且需要经过几列动叶片和导向叶片，因此速度级
反动度
m
hb ht*
hb hn* hb
hn* (1 m )ht*
hb mht*
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（二） 汽轮机级的类型（轴流式和辅流式）
轴流式有以下几种：
1. 冲动级、带反动度的冲动级和反动级 ① 冲动级
纯冲动级：Ωm=0 特点：蒸汽只在喷嘴叶栅中膨胀，在动叶栅中
不膨胀而只改变其流动方向。
结构：动叶叶型对称弯曲。
1-静叶持环；2-动叶；压力和 速度变化示意图
反动级中蒸汽压 力和速度变化示意图
蒸汽压力和速度变化示意图 1-喷嘴；2-动叶3-隔板；4-叶轮；5-轴；
(c0, p0,t0) 喷嘴(c1(w1), p1,t1) 动叶(c2(w2), p2,t2)
三、冲动式多级汽轮机
图1-9 冲动式多级汽轮机通流部分示意图 1-转子；2-隔板；3-喷嘴；4-动叶片；5-汽缸；6-蒸汽室；7-排汽管；8-
轴封；9—隔板封
四、反动式多级汽轮机
1-鼓型转子；2-动叶片；3-静叶片4-平衡活塞；5-汽缸；6-蒸汽室；7-连接管 图1-10 反动式汽轮机通流部分示意图
2. 压力级和速度级
基本方程式：
1 . 连 续 方 程 式 G c A cA const.
v
2.能量方程式
h0
c02 2
q
h1
c12 2
W
3. 状态及过程方程式
pv RT
pvk const.
1，汽轮机的级：静叶栅 动叶栅 是汽轮机作功的最小单元。
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2，级内能量转换过程： 具有一定压力、温度的蒸汽通过汽轮机的级 时，首先在静叶栅通道中得到膨胀加速，将 蒸汽的热能转化为高速汽流的动能，然后进 入动叶通道，在其中改变方向或者既改变方 向同时又膨胀加速，推动叶轮旋转，将高速 汽流的动能转变为旋转机械能。
的能量损失较大，列数越多，损失越大。所以为
了结构简单和运行的经济性，几乎不用三列及三 列以上的速度级。
1一轴；2一叶轮；3一第一列动 叶片；4一喷嘴；5一汽缸；6—
第二列动叶片；7一导向叶片
第二节 蒸汽在级内的流动过程
一 ，基本假设和基本方程式
流过叶栅通道的蒸汽是具有粘性、非连续性和不稳定的 三元流动的实际流体。为了研究方便，特作如下假设： 1 . 蒸汽在叶栅通道的流动是稳定的：即在流动过程中，通道 中任意点的蒸汽参数不随时间变化而改变。 2. 蒸汽在叶栅通道的流动是一元流动：即蒸汽在叶栅通道中流 动时，其参数只沿流动方向变化，而在与流动方向相垂直的 截面上不变化。 3. 蒸汽在叶栅通道的流动是绝热流动：即蒸汽在叶栅通道中流 动时与外界没有热交换。
① 压力级（单列级）：蒸汽的动能转换为转子 的机械能的过程在级内只进行一次的级。
② 速度级（复速级）：蒸汽的动能转换为转子 的机械能的过程在级内进行一次以上的级。 如双列、三列速度级。
3. 调节级和非调节级
① 调节级：通流面积能随负荷改变的级， 如喷嘴调节的第一级。
② 非调节级：通流面积能不随负荷改变 的级，可以全周进汽，也可以部分进 汽。
双列速度级的单级汽轮机
在速度级喷嘴中蒸汽的速度由C0增加至C1，蒸 汽经过第一列动叶栅后，其动能未被充分利用，
从足第够一 的列动动能叶再栅去流推出动的叶汽片流，速 但度 此时C2汽仍流相速当度大C，2有的 方向与叶片旋转的方向相反，因此让汽流经过一
列固定不动的导向叶片，以改变汽流的方向。在
导向叶片通道中，汽流速度的大小不变，汽流离
做功能力大、效率相对较低。
② 带反动度的冲动级：Ωm=0.05~0.2 特点：蒸汽的膨胀大部分在喷嘴叶栅中进行， 只有一小部分在动叶栅中进行，作功能力比 反动级大，效率比纯冲动级高。
冲动级：当汽流通过动叶通道时，由于受到 动叶通道形状的限制而弯曲被迫改变方向， 因而产生离心力，离心力作用于叶片上，被 称为冲动力。这时蒸汽在汽轮机的级所作的 机械功等于蒸汽微团流进、流出动叶通道时 其动能的变化量。而这种级称为冲动级。
反动力
单级冲动式汽轮机示意图 1-汽缸；2-叶轮；3-轴；4-喷嘴；5-动叶片；6-排汽口
三、汽轮机级的类型和特点
（一） 汽轮机级的反动度 1. 定义：蒸汽在动叶栅中膨胀时的理想焓降 Δhb和整个级的理想滞止焓降Δh*t之比。
Ωm增加，则Δhb增加，蒸汽对动叶的反动力 也越大。 平均反动度：动叶平均直径截面上的理想焓降。 2. 意义：衡量在动叶中膨胀的程度。
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③ 反动级 Ωm=0.5 特点：蒸汽在喷嘴和动叶中的膨胀程度相同。 结构：喷嘴和动叶采用的叶型相同。
•反动级：当汽流通过动叶通道时，一方面要 改变方向，同时还要膨胀加速，前者会对叶片 产生一个冲动力，后 者 会对叶片产生一个反作 用力，即反动力。 蒸汽通过这种级，两种 力同时作功。通常称这 种级为反动级。
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二、蒸汽的冲动作用原理和反动作 用原理
（一） 冲动作用原理 冲动力：改变其速度的大小和方向则产生一冲动
力或汽流改变流动方向对汽道产生一离心力， 此力为冲动力。 此力的大小取决于单位时间内通过动叶通道的 蒸汽质量及其速度的变化。 （二） 反动作用原理 反动力：因汽流膨胀产生一相反力（汽体压力变 化），如火箭、喷气式发动机。 此力的大小取决于汽体压力的变化。 作用在动叶片上的力有：冲动力
第二章 汽轮机级内能量转换过程
第一节 汽轮机级的基本概念
一 、汽 轮 机 的 级
由静叶栅和动叶栅组成 是汽轮机作功的最小单元。
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汽轮机的结构简介
级：由一列静叶栅和一列动叶栅组成，完成蒸汽的 热能转换成转子的机械能的最基本单元。
汽轮机： 单级：喷嘴（静叶、静叶片、静叶栅、喷管） 动叶（动叶片、动叶栅、工作叶片） 多级：静子，由汽缸、隔板、静叶、轴承等组 成。 转子，由主轴、叶轮、叶片、联轴器、 盘车等组成。 辅机
开导向叶片时的方向正好对着第二列动叶片的进
口。这样第一列动叶栅出口的余速动能就可以在
第二列动叶栅中继续转变为机械功。这种双列速
度级的功率可比单列冲动级大许多。如果蒸汽离
开第二列动叶栅时的速度仍比较大，那么还可以
装设第二列导向叶片和第三列动叶片，这就是三
列速度级。由于蒸汽在速度级中的速度很大，并
且需要经过几列动叶片和导向叶片，因此速度级
反动度
m
hb ht*
hb hn* hb
hn* (1 m )ht*
hb mht*
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（二） 汽轮机级的类型（轴流式和辅流式）
轴流式有以下几种：
1. 冲动级、带反动度的冲动级和反动级 ① 冲动级
纯冲动级：Ωm=0 特点：蒸汽只在喷嘴叶栅中膨胀，在动叶栅中
不膨胀而只改变其流动方向。
结构：动叶叶型对称弯曲。
1-静叶持环；2-动叶；压力和 速度变化示意图
反动级中蒸汽压 力和速度变化示意图
蒸汽压力和速度变化示意图 1-喷嘴；2-动叶3-隔板；4-叶轮；5-轴；
(c0, p0,t0) 喷嘴(c1(w1), p1,t1) 动叶(c2(w2), p2,t2)
三、冲动式多级汽轮机
图1-9 冲动式多级汽轮机通流部分示意图 1-转子；2-隔板；3-喷嘴；4-动叶片；5-汽缸；6-蒸汽室；7-排汽管；8-
轴封；9—隔板封
四、反动式多级汽轮机
1-鼓型转子；2-动叶片；3-静叶片4-平衡活塞；5-汽缸；6-蒸汽室；7-连接管 图1-10 反动式汽轮机通流部分示意图
2. 压力级和速度级