第三節(jié)最佳速比第1頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)級的輪周效率與最佳速比本節(jié)內(nèi)容研究蒸汽在級中能量轉(zhuǎn)換的效率。蒸汽的熱能在級中轉(zhuǎn)換成輪周功是隨級的性質(zhì)不同而在量上有所差異，于是對應(yīng)的輪周效率也就不同，輪周效率最高時對應(yīng)的速比是最佳速比，它是級的工作原理中的一個非常重要的特性，標(biāo)志著汽輪機的級做功的初步完善程度，對它的物理意義必須理解透徹。定義：蒸汽在級內(nèi)所作的輪周功Pu1與蒸汽在該級中所具有的理想能量E0之比為ηu。第2頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第3頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第4頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月級的輪周效率'''02*221*221122111221*221200000112)coscos()coscos(222bncbζnζtutuuttuuuEhhhhchccuccuPchchcEEhEP(1-

1)zc

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hmaahaammmh---=---D=-D-=\-=-D=-D+=D==或定義：蒸汽在級內(nèi)所作的輪周功Pu1與蒸汽在該級中所具有的理想能量E0之比。第5頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月速比速比：圓周速度與噴嘴出口汽流速度之比。最佳速比：輪周效率最高時的速比。速比是確定輪周效率的重要參數(shù)，也是影響級的作功能力的因素，隨轉(zhuǎn)速或級焓降的變化，而在較大范圍內(nèi)變化。第6頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月二、最佳速比

（一）余速不被利用純沖動級：Ωm=0，w1=w2t，β1=β2，ca=c1t，μ0=μ1=0E0=Δht=Δhn1.解析法()()÷÷????è?+=+=+=12121121212211212211coscos1cos2coscos2coscos2bbbbbaahwwwcucwwucccuittu第7頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)論：影響ηu的因素有x1、φ、ψ、α1、β1當(dāng)x1=0時，u=0，葉輪不動，ηu=0當(dāng)x1=cosα1時，u=c1cosα1，β1=β2=900Fu=0，ηu=0()÷÷????è?+-=\?t?yü???íì==-=12111222111111coscos1cos2coscosbb

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abxxwwccucwtt代入將第8頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第9頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)0＜x1＜cosα1時，ηu的函數(shù)為連續(xù)函數(shù)，ηu＞0，則有一x1值，使ηu最大。()()1o1111221cos2102coscoscos12aaab*

fh=\=-÷÷????è?+=??puxxx第10頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月2.ηu－ｘ1曲線可直接用ηu=f（x1）畫出?；蚣僭O(shè)φ、ψ、α1、c1、不變，當(dāng)x1變化對各項損失的影響為：

第11頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)x1增加，則u增加，w1降低，ζb降低

u增加，則c2降低，當(dāng)c2降低到最小后，隨u的增加，c2增加，則ζc2隨x1的增加而減少，后隨x1的增加而增大。

因此可將上述三項損失系數(shù)與的關(guān)系畫在同一個坐標(biāo)系中，并以1為基準(zhǔn)，逐個疊加，最后得出一曲線。第12頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月純沖動級ηu-ｘ1曲線第13頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月3.幾何法在α2=900時，c2最小Δhc2最小，ηu最高c1cosα1=2ux1op=u/c1=（1/2）cosα1通常α1=12~160，則x1op=0.46~0.49假想速比ca：噴嘴出口理想速度，假想此時整級的理想滯止焓降全部發(fā)生在噴嘴中。第14頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第15頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月純沖動級：Ωm=0，則xa=φx1通常α1=11~200，

φ=0.97則(xa)op=0.45~0.48第16頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）考慮余速利用純沖動級：c1=φca，w2=ψw1，β1=β*2經(jīng)推導(dǎo)可得出：()()()()[]()()()12122111222211cos11cos0cos12111cos2ajfmjfmafhajfjjjfmjafh--=--=\=??+-++-+-=kkkkxxxxxxopaauaaau第17頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月純沖動級在不同的余速利用情況下輪周效率和速度比的關(guān)系曲線第18頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月比較μ1=0情況，可知①余速利用提高了輪周效率；②中間級效率曲線在最大值附近變化平穩(wěn)；③余速利用使最佳速比值增大。因余速動能被利用時，c2的大小不再影響ηu，所以xa對ηu的影響減弱了。第19頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月二、反動級的最佳速比反動級：Ωm=0.5，Δhn=Δhb=1/2Δht，噴嘴葉柵和動葉葉柵葉型相同α1=β2，α2=β1，φ=ψ，c1=w2，c2=w11.若μ0=μ1=1則第20頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第21頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第22頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)ηu最大值時，分母為最小，則2.幾何法ηu最高時，α2=900則c1cosα1=ux1op=u/c1=cosα1第23頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月3.利用ca和c1的關(guān)系可以求得xa和x1的關(guān)系第24頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月4.將ηu-x1的關(guān)系畫在坐標(biāo)圖上①反動級的輪周效率曲線在最大值附近變化比較平穩(wěn)，變工況性能好；②反動級的最佳速比比純沖動級大，在u相同及在各自的最佳速比下，反動級能有效利用的焓降只是純沖動級的一半。③在各自的最佳速比下反動級的輪周效率高于純沖動級，這是因蒸汽在反動級中的動葉有膨脹，動葉損失少，另外反動級級間距離小，余速能夠被下一級所利用，使級的效率有所提高。（反動級余速基本上能得到利用）第25頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月反動級ηu-ｘ1曲線第26頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月三、帶有反動度的沖動級的輪周效率和最佳速度比由于這種沖動級的反動度大于零，所以若令μ1＝0，則其輪周效率可如下求得：第27頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第28頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月沖動級最佳速比與反動度和余速利用系數(shù)的關(guān)系最佳速比隨反動度的增大而增大；余速不利用（μ=0）比余速利用（μ>0）的級增大幅度快得多。第29頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月四、復(fù)速級（速度級、蔻蒂斯級）的最佳速比

汽輪機設(shè)計時，要保證最佳速比，如純沖動級x1op=u/c1=(cosα1)/2=0.5u=(nπd)/60不能太大，一般為200~300m/s一些小容量的汽輪機，要求調(diào)節(jié)級應(yīng)承擔(dān)很大的焓降，因此應(yīng)從減少Δhc2著手，由此引出了復(fù)速級。第30頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）復(fù)速級的速度三角形第一、第二列動葉分別有各自的速度三角形。假設(shè)復(fù)速級為無損失的絕熱過程且各列反動度為零，級的余速不被下一級所利用，速度三角形如圖所示第31頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）復(fù)速級的輪周功為兩列動葉輪周功之和：第32頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）復(fù)速級的輪周效率和最佳速比1.解析法：第33頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月2.幾何法：對于純沖動級：Ωm=0，無損失，則w1=w2，c2=c1＇，β1=β2，w2=w1＇，β1=β2，α2=α1＇，β1＇=β2＇因此可將速度三角形畫在一邊，形成一個大三角形。c1cosα1=4ux1op=u/c1=（1/4）cosα1第34頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)速級的ηu-ｘ1曲線第35頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)c0=0時第36頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月（四）復(fù)速級的熱力過程噴嘴焓降：第一列動葉焓降：導(dǎo)葉焓降：第二列動葉焓降：噴嘴出口汽流速度：第一列動葉出口汽流速度：導(dǎo)葉出口汽流速度：第二列動葉出口汽流速度：第37頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)速級的熱力過程第38頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月速度級與單列級的比較

假設(shè)：α1、φ、n、db相同（一）不同級的作功能力比較第39頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月反動級焓降比純沖動級焓降小一倍。復(fù)速級焓降是單列純沖動級級焓降的四倍，是反動級的八倍。即復(fù)速級的理想做功能力相當(dāng)于純沖動級的四倍，反動級的八倍。第40頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）輪周效率的比較在最佳速比時上述級的最高輪周效率，反動級的最高，復(fù)速級的最低。只有在中、小型機組上才采用復(fù)速級；在x1=０～0.28之間，復(fù)速級的才高于單列級，因此在x1＜0.28時復(fù)速級才有被采用的價值。第41頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月五、影響輪周效率特性曲線的其他因素第42頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月最佳速比的基本特征第43頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)級的輪周效率與最佳速比

小結(jié)系統(tǒng)理解本節(jié)內(nèi)容，可參考下列次序：1．純沖動級的輪周效率和最佳速比(1)不考慮余速利用；(2)考慮余速利用。2．帶反動度的沖動級的輪周效率和最佳速比(只需概略理解)3．反動級的輪周效率和最佳速比4．復(fù)速級的輪周效率和最佳速比5．速度級與單列級的比較第44頁，課件共