《能源与动力装置基础》涡轮机又称透平机，它是汽轮机、燃气轮机、透平膨胀机、水轮机等旋转叶轮动力机械的总称，是输出动力的原动机。其中，汽轮机在火电厂、核电厂用作拖动发电机发电的原动机，现代大型火力发电机组给水泵的动力，也用汽轮机。水轮机通常用作水电厂的动力。燃气轮机用作燃气电厂的动力，也作为航空飞机、轮船的动力机械。透平膨胀机用作能量回收和低温制冷领域之中。第一节概述汽轮机、燃气轮机、透平膨胀机的工质都是气体，都是高温高压气体膨胀成低温低压气体，同时对外输出机械功，气体涡轮机的主要结构形式有径流式和轴流式，它们的结构尽管有很大不同，但是其基本工作原理是相同的。本章以轴流汽轮机为主，介绍其工作原理。汽轮机分类6一、汽轮机级的工作原理8具有一定压力、温度的蒸汽首先在静叶栅通道中膨胀加速，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，完成利用蒸汽热能作功的任务。级中总的理想焓降：ht*……反动度：级的平均反动度为蒸汽在动叶通道中膨胀时的焓降hb和在整个级的理想焓降ht*之比，即：(4--1)蒸汽对动叶片产生的作用力冲动力：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，离心力作用于叶片内弧上，被称为冲动力。反动力：当汽流通过动叶通道时，要膨胀加速，会对叶片产生一个反作用力，即反动力。二、冲动级和反动级3）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的级，称为复速级。*蒸汽在复速级中的作功过程：……*为了提高复速级的效率，也采用一定的反动度。*复速级具有作功能力大的特点，在中小型汽轮机中，通常用复速级作为调节级。2．反动级：在汽轮机中通常把反动度m=0.5的级称为反动级。1)对于反动级，蒸汽在静叶和动叶通道的膨胀程度相同，即，反动级是在冲动力和反动力同时作用下作功。2)反动级的效率比冲动级高，但作功能力小。3)调节级和压力级：采用喷嘴调节功率大小的汽轮机，它的第一级通常称为调节级，其余的级统称为压力级。作业与思考第二节级内能量转换过程及效率基本方程式一、蒸汽在静叶栅通道中的膨胀过程（一）喷嘴出口汽流速度计算图4-3蒸汽在喷嘴中的膨胀过程曲线利用滞止点0*的滞止参数,分别代入式(4–4)，则（4—5）2．喷嘴出口的汽流实际速度由于流动是有损失的，汽流实际速度小于理想速度。这样，喷嘴出口的汽流实际速度为(4–6)其中，φ——为喷嘴速度系数，通常取φ=0.97。3．喷嘴损失(二)喷嘴中汽流的临界状态2．临界压力（三）喷嘴截面积的变化规律简单的渐缩喷嘴是得不到超音速汽流的。为了使喷嘴中的汽流达到超音速，除了喷嘴出口蒸汽压力必须小于临界压力外，还必须在喷嘴形状上加以保证，即作成缩放喷嘴。缩放喷嘴是由渐缩和渐扩喷嘴组合而成的。汽流通过缩放喷嘴时，在喷嘴喉部达音速，然后在渐扩部分达超音速。（四）喷嘴流量计算用式(4–16)来计算通过喷嘴的流量可得出：当压力比=1时，喷嘴前后压力相等，则流量=0；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（），达最大值，如B点所示。这时的流量称为临界流量，用表示。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，其值为：(4-17)式中，只与k值有关。对于过热蒸汽，（k=1.3）,=0.667；对于饱和蒸汽（k=1.135）,=0.635。3．通过喷嘴的实际流量的计算(五）蒸汽在喷嘴斜切部分的流动二、蒸汽在动叶栅中的流动与能量转换过程蒸汽最后以相对速度和方向角流出动叶通道。对于冲动级来说，比小,的大小取决于反动度的大小，一般来说，。C2和可用下式求得：其动叶出口绝对速度和方向角（4—21）（4—22）2，动叶栅出口汽流相对理想速度为因则有：3，动叶出口的实际相对速度w2动叶中的热力过程曲线如右图4—84，轮周功和轮周功率动叶栅的能量损失系数定义为通常取=0.85-0.95。6，余速损失:蒸汽在动叶栅中作功之后，最后以绝对速度C离开动叶，其具有的动能称为余速损失：在多级汽轮机中，余速可以被下一级所利用，其利用程度用余速利用系数=0~1表示。7，级的过程曲线考虑了喷嘴损失、动叶损失和余速损失之后，汽轮机的级在h--s图上的过程曲线如图4–11所示。8，级的轮周有效焓降：三、级的轮周效率和速度比为了研究方便，这里引入一个级的理想速度,这样，级的轮周效率可用下式表示：或者式中，分别称其为喷嘴、动叶和余速