第三章 汽轮机的变工况特性-第二节 级与级组的变工况特性

第二节 级与级组的变工况特性

在了解喷嘴与动叶的变工况特性后，就可分析级与级组的变工况特性。

一、级内压力与流量的关系

分级内为临界工况与亚临界工况两种情况来讨论。

1．级内为临界工况

级内的喷嘴叶栅或动叶栅两者之一的流速达到或超过临界速度，就称该工况为级的临界工况。。

1)级的工况变化前后喷嘴流速均达到或超过临界值时，不论动叶中流速是否达到临界值，此级的流量与滞止初压或初压成正比，与滞止初温或初温的平方根成反比，即

word/media/image1.gif （3.2.1）

若不考虑温度变化，则

word/media/image2.gif （3.2.2）

2）级的工况变化前后喷嘴流速均未达到临界值而动叶内流速均达到或超过临界值时，只要采用动叶的相对热力参数，喷嘴变工况的结论都可用在动叶上，故

word/media/image3.gif （3.2.3）

若不考虑温度变化，则

word/media/image4.gif （3.2.4）

若冲动级动叶顶部采用曲径汽封，则叶顶漏汽量极小，漏汽效率近于word/media/image5.gif，其他情况下叶顶漏汽也不大。为了简化，可以认为喷嘴流量等于动叶流量，这时喷嘴在设计工况和变工况下的连续方程可写成

word/media/image6.gif

word/media/image7.gif

由于喷嘴在设计工况和变工况下处于亚临界工况，故斜切部分没有偏转，喷嘴出口面积word/media/image8.gif不变。将上两式相比后代入式(3．2．3)得

word/media/image9.gif

这里设word/media/image10.gif，对于动叶处于临界工况的凝汽式汽轮机末级是可行的，例如流量增大20％时，其误差小于0.24％。则上式变为

word/media/image11.gif （3.2.5）

若不考虑温度变化的影响，则

word/media/image12.gif （3.2.6）

可见级处于临界工况时，级的流量与滞止初压或初压成正比，与滞止初温或初温的平方根成反比；若不考虑温度变化，则流量只与滞止初压或初压成正比。

2．级内为亚临界工况

若级内喷嘴和动叶出口汽流速度均小于临界速度，则称该级工况为亚临界工况。这时级的喷嘴出口连续方程为

word/media/image13.gif

设word/media/image14.gif，则word/media/image15.gif，代入上式得

word/media/image16.gif （3.2.7）

式(3．2．7)括号中的数值表示级的反动度为零时流过该级喷嘴的流量word/media/image17.gif，这时喷嘴出口理想比容word/media/image18.gif是由状态点word/media/image19.gif、word/media/image20.gif等比嫡膨胀到word/media/image21.gif的比容。若这时喷嘴出口速度仍小于临界值，则全级肯定是亚临界工况，那么

word/media/image22.gif

代入式(3.2.7)得设计工况为亚临界工况的流量方程：

word/media/image23.gif

同理，可写出工况变为亚临界工况的流量方程：

word/media/image24.gif

两式相比，并考虑：

1) 亚临界工况下比容变化较小，经许多计算表明

word/media/image25.gif

2) word/media/image26.gif；

3) word/media/image27.gif

4) 令word/media/image28.gif，则

word/media/image29.gif （3.2.8）

这是级的亚临界工况计算中的一个比较准确的公式。只有word/media/image25.gif带来误差，但很小。所没word/media/image30.gif，只是为了将word/media/image31.gif、word/media/image32.gif用word/media/image19.gif、word/media/image33.gif代替，不会带来误差。若word/media/image34.gif，则可用word/media/image31.gif、word/media/image32.gif代替word/media/image19.gif、word/media/image33.gif来计算。该式也可用来对凝汽式汽轮机最末几级的小容量流量工况进行某些计算。

近似计算中可对式(3.2.8)作两点近似假定：①工况变动时，反动级的反动度基本不变，冲动级的速比变化不大时，反动度变化较小，故可设word/media/image35.gif；②亚临界级的word/media/image36.gif较大，word/media/image37.gif较小，对于冲动级，word/media/image38.gif是word/media/image39.gif的几倍或十几倍，对于反动级倍数更多，故可同时忽略式(3.2.8)大根号内分子、分母的第二项。

则式(3．2．8)简化为

word/media/image40.gif （3.2.9）

若不考虑温度变化，则

word/media/image41.gif （3.2.9a）

虽然设word/media/image35.gif与忽赂大根号中分子、分母第二项的作用之间互有补偿，但并末完全抵消。故式(3.2.9)与式(3.2.9a)都是近似式。我们通过对BP—25型word/media/image42.gif冲动式背压式汽轮机进行的全机变工况计算机详算发现，在流量比设计值小30％时，用式(3.2.9)的误差为3.14％，流量偏离设计值越近，误差越小。

二、级组压力与流量的关系

流量相等而依次串联排列的若干级称为级组。当级组内各级的汽流速度均小于临界速度时，称级组为亚临界工况；当级组内至少有一列叶栅(如某一级的喷嘴或动叶)的出口流速达到或超过临界速度时，称级组为临界工况。级组压力与流量的关系也要分临界与亚临界两种工况来讨论。

1．工况变化前后级组均为临界工况

在各级通流面积不变的条件下，处于亚临界工况的级组，若级组前后压差由小变大，则各级流量和流速也要增大，这时一般是级组内最后一统最先达到临界速度，因为后面的级的比容较大，其平均直径往往比前而的级要大，若相邻两级的速比和反动度基本相同，则后一级的比焓降较大，也就是最后一级的比焓降往往最大，流速也常最大；然而，最后一统的蒸汽绝对温度量低，当地音速最小，因此最后一级常最先达到临界速度。

亚临界工况级组中某一级(一般是最末级)的喷嘴或动叶的汽流速度刚升到临界速度时，级组前后的压力比称为级组临界压力比，以word/media/image43.gif表示，级组背压word/media/image44.gif称为级组在初压word/media/image19.gif下的级组临界压力，以word/media/image45.gif表示，这时的流量为级组的临界流量，仍以word/media/image46.gif表示。

若变工况前后级组的末级都是临界工况，则

word/media/image47.gif

式中 word/media/image48.gif——设计工况下末级级前压力和热力学温度；

word/media/image49.gif——变工况下末级级前后压力和热力学温度。

再对倒二级的动叶和喷嘴、倒三级的动叶和喷嘴、……依次采用由式(3.2.3)推导式(3.2.5)的方法，并设

word/media/image50.gif

式中word/media/image51.gif、word/media/image52.gif——设计工况与变工况下倒二级级前绝对温度。

则 word/media/image53.gif （3.2.10）

式中 word/media/image54.gif——级组前后设计工况下的压力和绝对温度；

word/media/image55.gif——级组前后变工况下的压力和绝对温度。

若不考虑温度变化，则

word/media/image56.gif （3.2.11）

可见级组为临界工况时，级组流量与级组前压力成正比，与级组前绝对温度的平方根成反比，若不考虑温度变化，则级组流量只与级组前压力成正比。

2．工况变化前后级组均为亚临界工况

图3.2.1(a)是斯托陀拉实验所得的级组蒸汽流量与初压word/media/image57.gif、背压word/media/image58.gif的关系曲线，每一条曲线表示级组在某一初压word/media/image57.gif下的背压与流量的关系。只是由于级组中有若干列喷嘴和动叶，故同一初压下的级组临界压力word/media/image59.gif必然比喷嘴临界压力word/media/image60.gif小很多。期托陀拉实验的级组有8级，级组临界压力比word/media/image61.gif。

为简化计算，设级组内级数为无限多，则级组临界压力word/media/image59.gif=0，图3．2．1(a)中的直线OB与纵坐标轴OA重合，如图3．2．1(b)所示，各条曲线都变为中心在原点的椭圆曲线。把图(b)中的任意一条曲线视为设计工况下word/media/image57.gif的曲线，则有

word/media/image63.gif

再把图(b)中另一条曲线看作变工况下word/media/image64.gif的曲线，则有

word/media/image65.gif （3.2.12）

若不考虑温度变化，则

word/media/image66.gif （3.2.13）

式(3．2．12)和式(3．2．13)就是著名的弗留格尔公式，是级组在亚临界工况下的级组流量与压力的近似关系式。对于式(3.2.13)，若初压不变(word/media/image67.gif＝word/media/image57.gif)，则流量与背压为椭圆关系，即式(3.2.13)变为椭圆方程；若背压不变(word/media/image68.gif=word/media/image58.gif)，则流量与初压为双曲线关系，即式(3.2.13)变为双曲线方程。

显然，级组内级数越多，同一word/media/image57.gif下的临界压力word/media/image59.gif相对地越接近于零，应用弗留格尔公式计算的误差越小；反之，误差越大。不论级组内级数多少，在设计工况下应用弗留格尔公式时，word/media/image67.gif =word/media/image57.gif、word/media/image68.gif=word/media/image58.gif及word/media/image69.gif，必然使word/media/image70.gif，因此没有误差。偏离设计工况越近，误差越小；反之，误差越大。当word/media/image68.gif=word/media/image67.gif，时，word/media/image71.gif，弗留格尔公式的计算误差也为零。

斯托陀拉流量实验很早，为了验证其正确性，我们对BP—25型背压式汽轮机进行了全机变工况的计算机详算。计算表明，弗留格尔公式是近似公式，级组内级数越多，偏离设计工况越近，误差越小。对于BP—25型汽轮机员末两级组成的级组，在流量比设计值减小30％以内时，用弗留格尔公式计算的误差在2.6％以内，表明偏离设计工况较近时，即使级组内级数很少，仍可用弗留格尔公式近似计算。此外，在进行BP—25型背压式汽轮机的全机变工况计算机详算时发现，亲速利用系数改变后，弗留格尔公式的计算误差也要改变，这是因为计算机详算是以喷嘴、动叶出口连续方程为基础的，余速利用系数改变后，h-s图上的全机热力过程线有所变动，使各列动静叶栅出口比容变化，必然引起喷嘴、动叶出口连续方程的计算结果改变。然而弗留格尔公式对亲速利用系数、损失、效率和比容等影响喷嘴、动叶出口连续方程计算结果的许多变化因素不可能都体现，因此弗留格尔公式只能是一个近似公式。

三、各级组的word/media/image57.gif-G曲线

现在根据压力与流量的关系画出级组的word/media/image57.gif—G曲线

1．凝汽式汽轮机非调节级各级组

除很小容量的机组外，凝汽式汽轮机末级在设计工况下一般都处于临界工况。末级为临界工况时，若能依次把末级、倒二级看成一级组，再把末级、倒二级、倒三级看成一个级组，……，直到全部非调节级看成一个级组，且忽略温度变化，应用级组前压力与流量成正比的关系，则得出各非调节级级前压力word/media/image57.gif与流量都成正比关系。图3.2.2(a)所示是东方汽轮机厂生产的N 200—12.7／535／535型汽轮机第lword/media/image72.gif8段回热抽汽压力(以曲线1word/media/image72.gif8表示)和凋节级后压力(以曲线0表示)与全机总流量G的关系曲线；图3.2.2(b)、(c)所示是上海汽轮机厂生产的N300—16.2／550／550型冲动式汽轮机与哈尔滨汽轮机厂生产的600Mw反动式亚临界凝汽式汽轮机的第lword/media/image72.gif8段回热抽汽压力(曲线1word/media/image72.gif8)与G的关系曲线。这些曲线在G＞word/media/image73.gif的区域成为直线，各直线段均表明压力与流量成正比。word/media/image73.gif是末级最小临界流量。当全机流量G由最大值下降时，末级word/media/image57.gif与G成正比下降，如图3.2.3AB段所示。设末级后压力word/media/image74.gif不变，当G下降到末级最小临界流量word/media/image73.gif后，由于比焓降减小，末级由临界工况转为亚临界工况。G继续下降，末级前的word/media/image57.gif—G关系与各级组的word/media/image57.gif—G关系均应按弗留格尔公式计算，末级word/media/image57.gif沿双曲线变化，如图3.2.3中BC段与图3.2.2(b)、(c)中曲线8左侧大半段所示。同理，末级与倒二级、末级与倒二、倒三级组成的级组的word/media/image57.gif—G关系也是双曲线关系，如图3.2.2(a)曲线8与图3.2.2(b)、(c)曲线7左侧所示。

对于倒数第三级之前的各级到末级所组成的各级组，级组前word/media/image67.gif往往是word/media/image68.gif的十倍以上，同时忽略word/media/image75.gif，又经开方，误差很小，因而word/media/image66.gif变为word/media/image76.gif，可见倒数第三级之前各级的word/media/image67.gif，即使在末级临界工况下，也与word/media/image77.gif成正比。如图3．2．2中G＜word/media/image73.gif区域的曲线lword/media/image72.gif6与图3.2.2(a)中的曲线7所示。然而在流量很小处，若word/media/image79.gif许多，则不宜忽略word/media/image80.gif与word/media/image81.gif，word/media/image57.gif—G关系应按双曲线变化，因而在理论上曲线lword/media/image72.gif6最下端也像图3.2.2(b)、(c)的曲线7那样，稍向上弯曲，数值太小，不易画出。实际上，由于在小流量工况下，锻炉燃烧不易稳定，各级摩擦鼓风热量可能造成低压级温度过高以及末级动叶发生颤振等问题，汽轮机通常不允许在流量小于30％设计值时长期运行，因此在实用变工况范围内，倒二级前各级word/media/image19.gif都近似地与G成正比，如图3.2.2所示[除(b)和(c)中曲线8以外的所有曲线]。

级组内各级流量相等是推导和实验求得级组word/media/image57.gif—G关系的前提。各种电站汽轮机一般都有回热抽汽，回热抽汽口前后级的流量不同，严格地说不能把回热抽汽口前后的级放在同一级组内。但若回热抽汽只供加热本机凝结水用，虽各段回热抽汽量不与总流量成正比，可是大多与总流量G同方向增减，因此仍可近似地把回热抽汽口前后的级放在同一级组内来应用压力与流量关系式，误差不会太大。图3.2.2所示的三台汽轮机，都有八段回热抽汽。当各个加热器都投运时，各抽汽口的压力与总流量的关系如图所示。此图是根据这三台汽轮机的定压运行数据画出的，只有word/media/image73.gif是编者估算的。由图可见，把回热抽汽口前后各级划在一个级组内，仍可应用级组word/media/image57.gif—G关系式进行近似计算、分析或估算。图3．2．2(a)所示的汽轮机，运行时基本上没有厂用抽汽，各工况点均较好地落在各条曲线上；图3.2.2(b)所示汽轮机有少量厂用抽汽，除两三点外，其余各工况点也较好地落在各条曲线上；600 Mw反动式凝汽式汽轮机的厂用抽汽多一些。

定压运行再热机组的流量变化后，中压缸进汽温度word/media/image83.gif仍应达设计值，即使低负荷时word/media/image83.gif稍低，但相差不大，仍有word/media/image84.gif，故中压缸进汽压力仍与流量成正比。因此，高压缸调节级后汽温变化对中低压缸压力与流量的正比关系不会有影响。

2．背压式汽轮机非调节级各级组

背压式汽轮机的排汽压力大多高于大气压力，排汽比容较小，末级直径较小，末级比焓降也就较小，流速较低；由于排汽压力较高，排汽温度也就较高，当地音速较大，故设计工况下背压式汽轮机的末级一般处于亚临界工况。因此，其非调节级的word/media/image57.gif-G关系只能按弗留格尔公式计算。若排汽压力基本不变，则word/media/image57.gif-G关系为双曲线关系。

调节抽汽式汽轮机调节抽汽口的压力是基本不变的，且大于大气压力，故抽汽口的各级也都处于亚临界工况，其word/media/image57.gif-G关系也是双曲线关系，是与背压式汽轮机相仿的。图3.2.4所示是苏制Bword/media/image85.gifT—25型两次调节抽汽式汽轮机高压缸的word/media/image57.gif—G关系实测曲线，每根都是近似双曲线。背压式汽轮机非调节级的实测word/media/image57.gif—G关系与图3.2.4类似。

四、压力与流量关系式的应用

1．应用条件

1)在推导和实验求取压力与流量的关系式时，都规定了工况变动前后通汽面积不变，因此应用这些关系式时，也必须保持设计工况和变工况下通汽面积不变。若因结垢或腐蚀等使变工况下通汽面积有了改变，则应进行修正，即

word/media/image86.gif （3.2.14）

word/media/image87.gif （3.2.15）

式中 a——变工况下与设计工况下的通汽面积之比。

由上两式可见，若级组通流部分结垢(a＜1)，则同一流量word/media/image88.gif下，word/media/image64.gif必然升高；若通流部分腐蚀(a＞1)，则同—word/media/image88.gif下，word/media/image64.gif必然降低。

对于调节级，只有当第一调节汽门开大或关小 而其他调节汽门均关闭时，通汽面积才不变，才可把调节级包括在级组内。若调节级在变工况过程中多开了或关闭了一个调节汽门，则改变了通汽面积，就不能包括在级组内，也不能对调节级单独应用流量与压力的关系式进行计算。

2)级组内各级流量相同是推导和实验求取压力与流量关系式的又一个前提。对于只有回热抽汽的级组本节已述及。对于有大量抽汽供取暖、动力或其他厂用抽汽的回热抽汽口两侧，及调节抽汽式汽轮机(详见本章第八节) 的供热抽汽口两侧，都必须分作两个级组。

3)流过级组内各级的蒸汽应是一股均质流。然而对于调节级，多数工况下是流过两股初压不同的汽流(详见本章第三节)，级前压力既不能采用较高的初压，也不能采用较低的初压，所以这种工况下，整个调节级不能包括在级组内，其流量也不能单独地用级的压力与流量的关系式进行计算。但调节级的某个喷嘴组及其后动叶可以看成级，其压力或流量计算可应用级的压力与流量关系式。

由于许多工况下调节级都不能包括在级组之内，常使汽轮机的初参数不能作为已知量参与运算，故级组常从未级算起，以便把排汽参数作为已知量参与运算。

2．用于分析运行问题

压力与流量的关系式除如上述用于计算外，还可用于分析运行间题等。现举几个分析事故原因的例子。

1) 某台一次再热超高压凝汽式汽轮机的功率突然下降40％，此时机组无明显振动，机组参数变化如表3．2．1所示，负导表示降低。功率降低后，一些参数又基本稳定不变，各监视段压力近似成比例降低。

表8．2．1 故障汽轮机参数变化表

分析原因：调节级后压力和中间再热后压力降低，表明蒸汽流量变小，这由给水流量也相应变小而证实。由于各监视段压力与流量近似成正比，故可以认为各非调节级的工作是正常的。流量的突降是调节级或调节级之前的通流部分故障所致。

由于通流部分故障并来引起机组振动情况的改变，因而可以认为流量突降不是转动部分的机械损坏所致。调节级喷嘴、动叶损坏常使流量增大，调节级叶片断落可能使非调节级第一级喷嘴堵塞而使调节级后压力升高。但上述情况均与事实相反，因此不大可能是调节级的损坏。

调节汽门阀杆断裂将使汽门一直处于关闭或近于关闭的位置。为了判断故障，移动油动机，提起阀杆，在第一调节汽门应该开大的范围内，发现流量并不增大，表明这一阀门动作失灵。

停机检查，结果是第一调节汽门阀杆断裂。

2)一超高压汽轮机在远行21个月后发现功率不断下降，已持续了一两个月。分析每天数据，发现功率是以不变的速率下降的，而不是突降的。与21个月前的运行数据相比，变化情况如表3.2.2所示。

分析原因：调节级后压力增加21.2％，既然不是由于流量增加，那就只能是由于非调节级通流部分堵塞。由于这种堵塞是稳定增加的，故不是机械损坏所致，极大的可能是通流部分结垢所致。又因为高压缸效率大为降低，故可能是高压缸结垢。

开缸检查，结果发现高压缸通流部分严重结垢，垢的成分中不少是铜。

3) 某机三年运行数据表明，在调节汽门的同一开度下，功率是渐渐增加的，三年前后的同一调节汽门开皮下的运行数据之差如表3．2．3所示。 在发现上述问题后，曾进行试验，证明在各个调节汽门的不同开皮下，功率都变大。

表3.2.2 故障汽轮机参数变化表(二)

表0．2．8 故髓汽轮机参数变化表(三)

分折原因：功率增加，流量必然增加。从调节级后各处压力基本上正比于流量增加来看，调节级以后各级的工作是正常的，那么功率变大就可能是调节级或调节级之前通流面积增大所致。各个调节汽门开度下功率(蒸汽流量)都变大，估计不应是调节汽门的问题，因为不可能几个调节汽门都同时发生问题。较大可能是调节级通流面积变大。这就有三种可能：①调节级喷嘴腐蚀；②调节级叶片损坏；③调节级喷嘴弧段漏汽。若是后两种情况，则高压缸效率要大大降低。但并未大大降低，故多半是调节级喷嘴腐蚀。

开缸检查，结果是第一、二、三喷嘴组的喷嘴出口边腐蚀严重，调节级动叶腐蚀较轻。

五、级的比焓降和反动度的变化规律

了解级组的word/media/image57.gif—G关系后，就可分析级的比焓降变化规律。固定转速汽轮机的反动度变化是比焓降变化引起的，故归并在一起介绍。

1．级的比焓降变化规律

设计工况下和变工况下级的理想比焓降可表示为

word/media/image91.gif （3.2.16）

word/media/image92.gif （3.2.17）

1) 凝汽式汽轮机处于韧压、背压均与流量成正比区域的非调节级，其每级级前压力之比word/media/image93.gif，每级级后压力就是下一级级前压力，则word/media/image94.gif，得word/media/image95.gif，既word/media/image96.gif。以此代入式(3.2.17)后，再与式(3.2.16)相比得

word/media/image97.gif （3.2.18）

若word/media/image98.gif，则word/media/image99.gif。即凝汽式汽轮机初压、背压均与流量成正比的非调节级，流量变化时级的理想比焓降基本不变。

对于凝汽式汽轮机的最末一级，在word/media/image100.gif处，虽word/media/image57.gif正比于G，但背压P c不与G成正比，若word/media/image101.gif不变，则流量增大，word/media/image102.gif增大：反之，流量减小，word/media/image102.gif减小。当word/media/image103.gif时，末级word/media/image57.gif与G的关系为双曲线关系，G下降时word/media/image102.gif减得稍慢。

凝汽式汽轮机的韧压、背压均与流量成双曲线关系的最后几级，其理想比焓降变化规律与背压式汽轮机相同。

2）背压式汽轮机的非调节级在忽略word/media/image104.gif变化影响时，由弗留格尔公式可得变工况下级前压力：

word/media/image105.gif

级后压力就是下一级的级前压力，可用word/media/image106.gif求得

word/media/image107.gif

则 word/media/image108.gif （3.2.19）

将式(3.2.17)与式(3.2.16)相比得

word/media/image109.gif

式中，word/media/image110.gif， 由于word/media/image21.gif、word/media/image19.gif是设计值，为定值，故若word/media/image111.gif则B是一个常数。将式(3.2.19)代入上式得

word/media/image112.gif （3.2.20）

式(3.2.20)中B、word/media/image57.gif、word/media/image114.gif都是定值，word/media/image68.gif或等于word/media/image58.gif或在某一不大范围内变动，故背压式汽轮机非调节级理想比焓降的变化主要决定于流量变化。出了背压式汽轮机非调节。由图和式(3.2.20)都可看出，流量变化越大，级的理想比焓降变化也越大；流量变化时，word/media/image57.gif和word/media/image115.gif都比word/media/image58.gif大得较多的级，word/media/image102.gif变化较小，word/media/image57.gif和word/media/image115.gif与word/media/image58.gif接近的级，word/media/image102.gif变化较大，末级word/media/image102.gif变化最大。

上述结论对调整抽汽式汽轮机的调整抽汽口之前各级及末级为亚临界的凝汽式汽轮机最后几级也适用。

2．级的反动度的变化规律

由图1.6.2可见，在喷嘴与动叶出口面积比已制造好的情况下，级的反动度变化主要是速比变化引起的，也受级的压比word/media/image116.gif变化的影响。固定转速汽轮机圆周速度不变，只有级的比焓降变化，才会引起速比变化，因此固定转速汽轮机的反动度变化主要是由级的比焓降变化引起的。

当word/media/image102.gif减小即速比word/media/image117.gif增大时，word/media/image118.gif，如图3.2.6(b)中虚线所示，由于u不变，故word/media/image119.gif，word/media/image120.gif减为word/media/image121.gif，动叶进口实际有效相对速度为word/media/image122.gif。由图明显地可以看出，word/media/image123.gif。word/media/image124.gif，是由动叶进口有效相对速度word/media/image122.gif与动叶比焓降word/media/image125.gif共同产生的，若反动度不变则上述不等式关系将使word/media/image126.gif。但喷嘴出口面积word/media/image127.gif与动叶出口面积小word/media/image128.gif都未变，故喷嘴叶栅中以word/media/image129.gif流出的汽流，来不及以word/media/image130.gif的速度流出动叶栅，这就在动叶汽道内形成阻塞，造成动叶汽道与叶栅轴向间隙中压力升高，也就是使反动度增大。

反动度增大将使word/media/image129.gif减小，使word/media/image130.gif增大，从而减轻动叶栅汽道的阻塞。反动度增大还将使word/media/image132.gif比word/media/image133.gif不变时为小，抵消了word/media/image129.gif减小的部分作用。但当word/media/image129.gif小于临界速度时，word/media/image132.gif的变化率小于word/media/image129.gif的变化率(见图1.2.3)，仍使word/media/image129.gif／word/media/image132.gif，减小；若word/media/image129.gif大于临界速度不多，则word/media/image132.gif的变化率虽略大于word/media/image129.gif的变化率，但两者仍差不多。然而反动度变化对word/media/image134.gif基本上没有影响，故word/media/image130.gif增大的影响未被抵消，仍可减轻word/media/image126.gif所引起的矛盾。当反动度增大到一定程度，使得

word/media/image135.gif （3.2.21）

则反动度自然不再增大，达到了平衡。

同理，word/media/image102.gif增大即word/media/image117.gif减小时，由图3.2.6(b)可见，word/media/image136.gif，因而word/media/image137.gif故反动度必然降低。

由图1.6.2可见，当面积比f一定、word/media/image102.gif变化使word/media/image117.gif变化时，word/media/image138.gif设计值较小的级，word/media/image138.gif变化较大；word/media/image138.gif设计值较大的级，word/media/image138.gif变化较小，其原因在于级的设计反动度很小时，word/media/image139.gif主要决定于word/media/image120.gif，word/media/image140.gif对word/media/image139.gif的影响很小，当word/media/image102.gif变小时，汽流进入动叶的实际有效相对速度减小，这就必须靠反动度增大较多，才能使word/media/image130.gif增大到满足式(3.2.21)的程度。当级的设计反动皮接近0.5时，word/media/image139.gif主要决定于word/media/image140.gif，受word/media/image120.gif的影响比较小，word/media/image141.gif与word/media/image142.gif虽仍相差较大，但word/media/image143.gif与word/media/image142.gif比较接近，故反动度变化微小就能满足式(3.2.21)。

反动度的变化规律是：级的比焓降增大，即速比word/media/image144.gif减小时，反动度减小；级的比焓降减小，即速比word/media/image144.gif增大时，反动度增大。设计反动度较小的级，比焓降变化时反动度变化较大；反之，变化较小，反动级的反动度基本不变。反动度变化的数量可由图1.6.2查得，或用式(1.6.9)试算求得。

对于凝汽式汽轮机末级，在蒸汽流量G不变且动叶出口流速已超过临界速度的条件下，若排汽压力word/media/image74.gif下降，则word/media/image140.gif增大而word/media/image145.gif不变，这是因为末级动叶前压力word/media/image146.gif与动叶临界流量成正比，流量不变则word/media/image146.gif不变，末级喷嘴前滞止压力word/media/image31.gif与级的临界流量成正比，流量不变则word/media/image31.gif不变．故word/media/image140.gif增大而word/media/image145.gif不变。即级的比焓降增大时反动度增大。若word/media/image74.gif上升，同理，级的比焓降减小而反动度减小。对于调节级，当动叶流速超过临界速度时，也会如此。

六、撞击损失

设计工况下，汽流进入动叶栅的相对运动方向角word/media/image147.gif与动叶几何进口角word/media/image148.gif一致，汽流能平滑地进入动叶。级的比焓降改变时，由图3.2.6可见，word/media/image102.gif减小，word/media/image149.gif＞word/media/image147.gif；word/media/image102.gif增大，word/media/image149.gif＜word/media/image147.gif，都会使汽流进入动叶的相对运动方向改变，从而使动叶附面层厚度改变， 叶型损失增加，这一附加损失称为撞击损失。早期透天原理中认为这一损失由撞击产生，因而得名。实际上这一损失是由附面层的变化引起的。word/media/image147.gif的变化量以冲角(或称损击角) word/media/image150.gif表示，则

word/media/image150.gif=word/media/image147.gif—word/media/image149.gif （3.2.22）

word/media/image147.gif＞word/media/image149.gif时word/media/image150.gif为正，称正冲角；word/media/image147.gif＜word/media/image149.gif时word/media/image150.gif为负，称负冲角。

撞击损失word/media/image151.gif，按叶栅试验数据计算。缺乏试验资料时按近似公式计算：

word/media/image152.gif （3.2.23）

上式表示与动叶进口有效相对速度方向相垂直的分量word/media/image153.gif全部损失掉。

目前常用的新叶型，其动叶进口边做成圆弧形，且背弧的入口都分呈曲线形，从而减弱了叶片对汽流相对进汽角的敏感性，扩大了最佳进汽角的范围，减少了撞击损失。因此，当word/media/image147.gif角变化不大时，可以不考虑此项损失。

七、各级word/media/image57.gif、word/media/image102.gif、word/media/image154.gif、word/media/image144.gif、word/media/image155.gif、word/media/image156.gif的变化规律

1．凝汽式汽轮机非调节级

1)末级是临界工况时，若忽略word/media/image104.gif变化的影响，则流量G由设计值减小时，各级Po正比于G减小，阵末级外各级word/media/image102.gif均不变，word/media/image154.gif与word/media/image144.gif也都不变。处于过热蒸汽区的各级，级内损失都不变，级的内效率word/media/image155.gif也不变，各级内功率word/media/image156.gif只正比于G减小。处于湿蒸汽区的级，干度变化使湿汽损失变化，引起word/media/image155.gif变化，除末级外各级的内功率只正比于Gword/media/image155.gif而减小。对于末级，设排汽压力Pc不变，当G减少时word/media/image102.gif减小；由于较大功率的凝汽式汽轮机末级word/media/image154.gif。都很大，是反动级，故word/media/image154.gif基本不变；word/media/image102.gif减小便word/media/image144.gif增大，word/media/image155.gif降低；只正比于Gword/media/image157.gifword/media/image155.gif下降。

G增大时各级各参数的变化规律，请同学们自行归纳。

2)末级为亚临界工况时，只有最后两、三级的变化规律与背压式汽轮机非调节级相同，其余各级均与上面所述临界工况相同。

2．背压式汽轮机非调节级

末级一般为亚临界工况，忽略word/media/image104.gif变化，当G由设计值增大时，各级word/media/image57.gif按双曲线上升。设末级排汽压力不变，各级word/media/image102.gif都增大，但越是前面的级增加得越少，越是后面的级增加得越多。各级的word/media/image154.gif、word/media/image144.gif、word/media/image155.gif都减小，越是前面的级word/media/image154.gif和word/media/image144.gif减得越少，越是后面的级word/media/image154.gif和word/media/image144.gif减得越多。各级的只与Gword/media/image102.gifword/media/image155.gif成正比增大。

G减小时各级各参数的变化规律，请同学们自行归纳。

3．调节级

只讨论全开调节汽门后的喷嘴与动叶组成的这部分调节级。当G由设计值减小（增大) 时，背压word/media/image115.gif下降(升高)，word/media/image57.gif不变，word/media/image102.gif增大(减小)。动叶为亚临界工况时，word/media/image154.gif与word/media/image144.gif减小(增大)，word/media/image155.gif下降，word/media/image156.gif正比于Gword/media/image102.gifword/media/image155.gif；动叶为临界工况时，仅word/media/image154.gif与word/media/image102.gif同方向增减，其它参数的变化同动叶为亚临界工况。

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