第五节叶栅气动特性与叶栅损失

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1、透平机械原理与装置PrinciplesandEquipmentofTurbomachine答疑：第五节叶栅试验与叶栅损失了解叶栅损失（叶型与端部损失）产生的原因及减小方法。一、叶栅的几何特性平面叶栅的几何特性可分为叶型和叶栅特性两部分。叶型的弯曲角气流冲角i气流落后角δp叶型厚度Cmax（一）叶栅的型式喷嘴叶片：静子叶片动叶:转子叶片叶栅：相同叶片构成汽流流道的组合体静叶栅：静叶组成静止的动叶栅：动叶组成转动的环形叶栅：汽轮机采用直列叶栅：展布在平面内的叶栅，径高比大冲动式叶栅（含导向叶栅）：p1≈p2反动式叶栅：（静、动）p1>p2渐缩缩放叶栅：εn≤0.3时采用(二)叶型

2、特性叶型是指叶片的横截面形状，它的周线叫做型线，叶型的几何性质和参数：1．中弧线：叶型所有内切圆圆心的连线；2．弦线：叶型内弧侧进口边与出口边的切线，也叫外弦；3．叶型折转角：中弧线入口端与出口端切线的夹角，表示叶型的折转程度；4．弦长b—叶型入口端至出口端在该钱方向的距离，这是叶型大小的代表性尺寸。5．出口边厚度Δ：如出口边型线为圆弧，则厚度Δ就是圆弧的直径。6．截面几何特性——包括叶型的截面积A，重心坐标，对惯性主轴的惯性矩J和抗弯刚度W等。(三)叶栅特性叶型沿额线方向以同样的间隔和角度排列成叶栅，其几何特性及参数：1．额线：各叶片入口边及出口边的公切线分别称为前额线和后

3、额线，额线的方向与叶片圆周运动的方向相一致；2．安装角αs、βs——弦线与额线的夹角；3．节距（栅距）tn：两相邻叶型上对应点之间沿额线方向的距离；4．叶栅宽度B：前、后额线之间的垂直距离。这是一个重要的结构参数，轮盘或静叶隔板的宽度都直接和它有关。显然，B与b和αs、βs间有确定的关系；5．相对节距（栅距）：其倒数b/t称为叶栅稠度。它表示叶栅中叶片排列的疏密程度，这是对叶栅性能有重要影响的参数。6．相对高度（展弦比）I/b：叶片高度与弦长之比；7．出口截面宽度a：是指一叶片出口边到相邻叶片背弧间所作外切圆的直径，说明叶片间所构成的气流通道的特点；8.叶片进、出口角α0g、

4、β1g、α1g、β2g:中弧线在叶片进、出口边的切线与额线之间的角度；9.径高比d/l攻角θ：进气角与叶片进口角之差，θ=β1g-β1，汽流冲击内弧为正偏离角出气角与叶片出口角之差进、出气角α0、β1、α1、β*2:叶片进、出口处气流方向与圆周方向之间的夹角；二、叶栅试验和气动特性叶栅效率对于静叶：对于动叶：总压损失系数：压力损失在喷嘴和动叶中压降的份额。衡量叶栅损失性能的指标：1）速度系数2）能量损失系数3）总压损失系数本节主要分析喷嘴损失与动叶损失产生的物理因素和影响因素，同时分析与汽轮机流量、功率有关的叶栅出气角及其影响因素，以便热力设计时能选用气动性能良好的静动叶栅，

5、确定完善的几何尺寸，构成所需的透平级。三、叶栅的损失平面叶栅中的汽流流动损失，包括叶型损失和端部损失两部分。叶型损失是指平面气流绕流叶栅时产生的能量损失。用叶栅吹风试验所得到的叶栅压力分布曲线可以用来分析叶栅轮周力的来源和叶型损失的机理。（叶型损失包括叶型表面附面层中的摩擦损失、附面层脱离引起的涡流损失、叶片出口边尾迹中的涡流损失(尾迹损失)和近音速和超音速汽流所产生的冲波损失。）叶栅性能的实验方法1）总压损失系数中间和左边U形管中的液面差之比。右边U形管液面差为p0’B为大气压压比:压力系数:冲动式叶栅反动式叶栅(a)00迎角绕流(b)50迎角绕流翼型绕流图画(c)150迎

6、角绕流(d)200迎角绕流翼型绕流图画(a)小迎角无分离(b)厚翼型后缘分离(c)薄翼型前缘分离小迎角无分离时，粘性作用对翼面压力分布没有本质改变翼面压力分布翼型的升力曲线1.5.3叶栅损失叶型损失：1）附面层摩擦损失；2）附面层分离的涡流损失；3）叶片出气边的尾迹涡流损失；4）冲波损失分别称摩擦损失系数和尾迹损失系数；叶型损失系数；下一页(一)叶型损失的机理1．附面层中的摩擦损失附面层中摩擦损失的大小与叶栅表面的租糙度和压力分布密切相关。若叶型表面某段沿汽流流动方向压力降落较快。则汽流在这段上加速较大，加速汽流总是倾向于使附面层减薄，从而使摩擦损失减小；反之，加速较小的汽流

7、使流动介质堆积，附面层增厚，而使摩擦损失增加，这也是冲动式叶栅摩擦损失大于反动式叶栅的主要原因之一。冲动式叶栅取β2<β1正是为了减小这种不利影响。2．附面层脱离引起的涡流损失附面层摩擦损失：与叶型表面光洁度及压力分布有关减小该项损失的措施：a)在冲动级中采用一定的反动度，以增加汽流流速b)减少叶片数并相应增大相对节距，以减少汽流流经的表面积汽流产生涡流的原因：附面层中汽流动能因摩擦阻力而逐渐被消耗，在扩压段中动能一部分要转变为压力能，又要克服摩擦功。冲动式叶栅与反动式叶栅表面压力分布是不同的:1)叶片