如何计算反动度？——涡轮反动度计算方法

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：全级的焓变化通过式和式推导，可得h01-h03=h02-h03=U=U 工作叶片中以与工作叶片一起旋转的观察者角度上进行观察，因没有动力传递，可以视为相对总焓保持不变，即h02，rel=h03，rel，有此外，轴向速度一定时，通过速度三角形进行分析，可得W23-W22=W2w3-W2w2 把这些关系式代入式中并推导，可得反动度公式为把式与速度关系式合并，还可以将反动度表示为反动度ξ为0的条件从式中可以看出，是在相对流动角度β2与β3相同时的状态。图12-35 反动式涡轮的速度三角形和叶片形状

涡轮反动度ξ是工作叶片中燃烧气体膨胀程度的尺度，定义为涡轮全级（导向叶片+工作叶片）中焓减小量对工作叶片中焓减小量之比。

在运行温度范围内，质量定压热容c_p的变化量小，用焓的减小比表示温度的减小比。在非压缩性等熵流动中，焓的变化比等于压力的变化比。因此，反动度还表示涡轮全级中压力减小量对工作叶片中压力减小量之比。

反动度为ξ=0的涡轮，焓减小量（或压力降）全部在导向叶片中发生，在工作叶片中没有任何压力降，仅消耗所具有的动能获得涡轮功，这种涡轮称为冲动式涡轮。合理设计工作叶片的形状，可以使工质流体在通过工作叶片时也发生压力降，即发生膨胀，从而获得膨胀时的反作用功，这种涡轮被称为反动式涡轮。反动度为ξ=0.5时，说明导流叶片与工作叶片中的焓减小量相同，这表示冲动作用和反动作用各占一半，把这称为反动式涡轮有点怪怪的，这是因为轴流式涡轮中发生反动作用仅在ξ=0.5时产生。通常，轴流式涡轮使用的反动度ξ的值为0和0.5。现在对涡轮叶片的形状进行分析。

全级的焓变化通过式（12.88）和式（12.83）推导，可得

h₀₁-h₀₃=h₀₂-h₀₃=U（V_w2+V_w3）=U（W_w2+W_w3）（12.95）

工作叶片中以与工作叶片一起旋转的观察者角度上进行观察，因没有动力传递，可以视为相对总焓保持不变，即h_02，rel=h_03，rel，有

此外，轴向速度一定时，通过速度三角形进行分析，可得

W²₃-W²₂=W²_w3-W²_w2 （12.97）

把这些关系式代入式（12.94）中并推导，可得反动度公式为

把式（12.98）与速度关系式（12.83）合并，还可以将反动度表示为

反动度ξ为0的条件（冲动式涡轮）从式（12.98）中可以看出，是在相对流动角度β₂与β₃相同时的状态。在反动度为0的条件下，轴向速度保持不变的状态速度三角形和叶片形状如图12-34所示。对叶片形状进行观察，工作叶片的形状上前后的速度方向相反大小相等，因此在工作叶片上不发生膨胀。与此相反，在导向叶片上速度大幅度增加，发生很大的膨胀。因此，所有的膨胀仅在导向叶片上发生。

图12-34 冲动式涡轮的速度三角形和叶片形状

反动度ξ为0.5的条件（反动式涡轮）从式（12.99）中可以看出，是在导向叶片的出口绝对速度流动角度α₂与工作叶片出口相对速度流动角度β₃相同时的状态，如图12-35所示。反动式涡轮中，因具有β₂=α₃，C₂=V₃和C₃=V₂的关系，工作叶片与导向叶片的形状相同。因此，工作叶片与导向叶片中发生的膨胀程度相同，从而使焓和温度的减小程度相同，即工作叶片与导向叶片中膨胀和压力降程度相同。如果反动度小于0.5，则说明导向叶片中的压力降更大。

图12-35 反动式涡轮的速度三角形和叶片形状

如何计算反动度？——涡轮反动度计算方法

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