关于真空的综述

真空综述一、真空的定义：当容器中的压力低于大气压力时，把低于大气压力的部分叫做真空。

用符号“P v”表示。

其关系式为：P v=P atm-P a二、凝汽器的工作原理：凝汽器中的真空的形成主要原因是由于汽轮机的排汽被循环水冷却成凝结水，其比容急剧缩小。

如蒸汽在绝对压力4KPa时蒸汽的体积比水的体积大3万多倍。

当排汽凝结成水后，体积就大为缩小，使凝汽器内形成高度真空。

三、凝汽器的真空形成和维持必须具备三个条件：（1）凝汽器铜管必须通过一定的冷却水量；（2）凝结水泵必须不断地把凝结水抽走，避免水位升高，影响蒸汽的凝结；（3）抽汽器必须把漏入的空气和排汽中的其他气体抽走。

四、对凝汽器的要求：（1）有较高的传热系数和合理的管束布置；（2）凝汽器本体及真空管系统要有高度的严密性；（3）汽阻及凝结水过冷度要小；（4）水阻要小；（5）凝结水的含氧量要小；（6）便于清洗冷却水管；（7）便于运输和安装。

五、凝汽器的分类方式：按换热的方式分，凝汽器可分为混合式和表面式两大类；表面式凝汽器有可分为：按冷却水的流程，分为单道制、双道制、三道制；按水侧有无垂直隔板，分为单一制和对分制；按进入凝汽器的汽流方向，分为汽流向下式、汽流向上式、汽流向心式、汽流向侧式。

六、通常表面式凝汽器的构造及部件组成及工作过程：凝汽器主要由外壳、水室、管板、铜管、与汽轮机连接处的补偿装置和支架等部件组成。

凝汽器有一个圆形（或方形）的外壳，两端为冷却水水室，冷却水管固定在管板上，冷却水从进口流入凝汽器，流经管束后，从出水口流出。

汽轮机的排汽从进汽口进入凝汽器与温度低的冷却水管外壁接触而放热凝结。

排汽所凝结的水最后聚集在热水井中，由凝结泵抽出。

不凝结的气体流经空气冷却区后，从空气抽出口抽出。

以上就是表面式凝汽器的工作过程。

七、大机组的凝汽器外壳由圆形改为方形的优点:凝汽器外壳由圆形改为方形（矩形），使制造工艺简化，并能充分利用汽轮机下部空间。

在同样的冷却面积下，凝汽器的高度可降低，宽度可缩小，安装也比较方便。

但方形外壳受压性能差，需要较多的槽钢和撑杆进行加固。

八、各种表面式凝汽器的特点：（1）汽流向侧式的凝汽器的特点：汽轮机的排汽进入凝汽器后，因抽汽口处压力最低，所以汽流向抽汽口处流动。

汽流向侧式凝汽器有上下直通的蒸汽通道，保证了凝结水与蒸汽的直接接触。

一部分蒸汽由此通道进入下部，其余部分从上面进入管束的两半，空气从两侧抽出。

在这类凝汽器中，当通道面积足够大时，凝结水过冷度很小，汽阻也不大。

国产机组多数采用这种形式。

（此处插图）（2）汽流向心式凝汽器的特点：汽流向心式的凝汽器，蒸汽被引向管束的全部外表面，并沿半径方向流向中心的抽汽口。

在管束的下部有足够的蒸汽通道，使向下流动的凝结水及热水井中的凝积水与蒸汽相接触，从而凝结水得到很好的回热。

这种凝汽器还由于管束在蒸汽进口侧具有较大的通道，同时蒸汽在管束中的行程较短，所以汽阻较小。

此外，由于凝结水与被抽出的蒸汽空气混合物不接触，保证了凝结水的良好除氧作用。

其缺点是体积较大。

国产200MW机组就采用这种凝汽器。

（此处插图）九、凝汽器铜管在管板上的固定方式：凝汽器铜管在管板上的固定方法主要有垫装法、胀管法、焊接法（钛管法）十、凝汽器的热力特性曲线：凝汽器的内部压力的高低是受许多因素影响的，其中主要因素是汽轮机排入凝汽器的蒸汽量、冷却水的进口温度、冷却水量。

这些原因在运行中都会发生很大的变化。

凝汽器的压力与凝汽量、冷却水进口温度、冷却水量之间的变化关系称为凝汽器的热力特性。

在冷却面积一定，冷却水量也一定时，对应于每一个冷却水进水温度，可求出凝汽器压力与凝汽量之间的关系，将此关系绘成曲线，即为凝汽器的热力特性曲线。

十一、凝汽器的冷却倍率：凝结1kg排汽所需要的冷却水量，称为冷却倍率。

其数值为进入凝汽器的冷却水量与进入凝汽器的汽轮机排汽量之比。

一般取50~80。

十二、凝汽器的极限真空:凝汽设备在运行中应该从各个方面采取措施以获得良好真空。

但真空的提高也不是越高越好，而有一个极限。

这个真空的极限由汽轮机最后一级叶片出口截面的膨胀极限所决定。

当通过最后一级叶片的蒸汽已达到膨胀极限时，如果继续提高真空，不可能得到经济上的效益，反而会降低经济效益。

简单说，当蒸汽在末级叶片中的膨胀达到极限值时，所对应的真空称为极限真空，也有的称之为临界真空。

十三、凝汽器最有利真空：对于结构已确定的凝汽器，在极限真空内，当蒸汽参数和流量不变时，提高真空使蒸汽在汽轮机中的可用焓降增大，就会相应增加发电机的输出功率。

但是在提高真空的同时，需要向凝汽器多提供冷却水，从而增加循环水泵的耗功。

由于凝汽器的真空提高，使汽轮机功率增加与循环水泵多耗功率的差数为最大时的真空值称为凝汽器的最有利真空（即最经济真空）。

影响凝汽器的最有利真空的主要原因是：进入凝汽器的蒸汽流量、汽轮机排汽压力、冷却水的进水温度、循环水量（或是循环水泵的运行台数）、汽轮机的出力变化及循环水泵的耗电量变化等。

实际运行中则是根据凝汽量及冷却水进口温度来选用最有利真空下的冷却水量，也即是合理调度使用循环水泵的容量和台数。

十四、凝汽器的额定真空：一般汽轮机铭牌排汽绝对压力对应的真空是凝汽器的额定真空。

这是指机组在设计工况、额定功率、设计冷却水温时的真空。

这数值并不是机组的极限真空。

十五、凝汽器的变工况：凝汽器运行时的参数与设计参数往往是不相符的，这时凝汽器的压力也随之改变，凝汽器不在设计的条件下工作，称之为凝汽器的变工况。

十六、决定凝汽器压力P c的因素：（1）被凝结的蒸汽量D c；（2）冷却水量D w；（3）冷却水进水温度t w1；为了确定凝汽器的设计和运行的合理方法，就有必要知道P c和D c、D w、t w1之间的变化规律，这个关系就是凝汽器的变工况特性，而P c=f(D c、D w、t w1)的关系曲线称之为凝汽器的变工况特性曲线。

十七、工况变化对冷却水温式和传热端差的影响由冷却水的温升Δt=2177/4.187m=520/m=520D c/D w可知冷却水的温升Δt主要决定于冷却水的倍率m，如果冷却水的水量D w不变，则Δt=a·D c式中：a=520/D w可视为常数，那么Δt和D c之间将成为正比关系。

当冷却水量D w改变，则系数a也将改变，这时可在新的D w下，确定Δt与D c的关系。

对于一定的凝汽器，当D w不变时，传热端差§t值除与D c有关外，还与传热系数K有关有关，若K也不变，则§t与D c 成正比，也就是与单位热负荷成正比。

在同一个D c下，当t w1较低时，蒸汽冷凝变好，凝汽器内分压提高，传热受到恶化，使K值降低，由§t将升高。

在凝汽器的实际运行中，当工况变化时，K值并不是一个常数，而是决定于凝汽器内漏入空气量的大小。

当单位热负荷d c减小时，即D c减小，此时冷却水量D w未变，凝汽器的真空将变好，将使漏入的空气量有所增加，使K值降低，§t值将增加，这就使得凝汽器在低负荷时，§t不再随着d c（=D c/A c）的减小而减小，而是近似不变或下降缓慢。

此外，当冷却水进水温度t w1越低，凝汽器的真空将相应提高，使K值减小，这时影响K值的因素除了D c外，又多了一个t w1，将使K值更加变小，这将在较高的单位热负荷下，使§t值趋于稳定，而且稳定在较高的§t值下。

十八、凝汽器运行中真空的影响因素凝汽器的运行好坏对汽轮机组运行的安全性及经济性是十分重要的。

凝汽器的压力升高1kPa，会使汽轮机的汽耗量增加1.5%~2.5%。

凝结水的含氧量也和过冷度有关，当过冷度增大，则含氧量升高，将影响蒸汽的品质；同时，凝结水的过冷度增加1%，机组煤耗量将增加0.13%。

循环水泵的耗电量是比较大的，一般占发电机组总发电量的1.2%~2%，因此，凝汽器的经济性对节省厂用电也是有意义的。

对凝汽器运行的要求主要是保证达到最有力的真空。

减小凝结水的过冷度和保证凝结水品质合格。

（1）凝汽器的汽阻抽汽设备不断地将凝汽器内的不凝结的空气和其他气体由空气抽出口抽出，无疑在空气抽出口处的压力最低，而凝汽器蒸汽入口处的压力最高，正在凝结的蒸汽和空气的混合物流向空气抽出口，这两个压力之差就是蒸汽空气混和物的流动阻力，称为凝汽器的汽阻。

由于汽阻的存在，将使得凝汽器蒸汽入口处的压力升高，汽阻越大，凝汽器蒸汽入口处的压力越高，汽轮机运行经济性降低。

同时，由于汽阻的存在将使凝结水的过冷度和含氧量增大，因此应力求减少凝汽器的汽阻值。

凝汽器的汽阻值一般不应超过600Pa，现代凝汽器冷却水管的排列很好，汽阻可以小到260~400Pa，甚至只有130Pa左右。

（2）凝汽器的水阻冷却水在凝汽器内的循环通道中所受到的阻力称为水阻，凝汽器中的水阻主要包括冷却水在冷却水管内的流动阻力，冷却水进入和离开冷却水管时产生的局部阻力，以及冷却水在水室中和进出水室时的阻力三部分。

水阻的大小对循环水泵的选择、管道布置均有影响，水阻越大，循环泵的耗功也越大，一般应通过技术经济比较来合理的确定，大多数双流程凝汽器的水阻一般不超过40Pa。

十九、凝汽器真空下降的原因分析汽轮机在运行中，凝汽器真空下降的主要象征为：排汽缸温度升高；真空表指示下降和凝汽器的端差明显增大。

真空下降后，若保持机组负荷不变，汽轮机的进汽量势必增大，使轴向推力增大以及叶片过负荷；不仅如此，由于真空下降，使排汽温度升高，从而引起排汽缸变形，机组重心偏移，使机组的振动增加以及凝汽器铜管受热膨胀产生松弛、变形甚至断裂。

因此机组在运行中发现真空下降时，除按规定减负荷外，必须查明原因及时处理。

引起汽轮机凝汽器真空度下降的原因大致可以分为外因和内因两种。

外因主要有循环水量中断或不足、循环水温升高、后轴封供汽中断、抽气器故障等；内因主要有凝汽器满水（或水位升高）、凝汽器结垢或腐蚀，传热恶化、凝汽器水侧泄漏、凝汽器真空系统不严密，汽侧泄漏导致空气涌入等。

根据凝汽器真空下降速度的不同，我们可以将真空下降事故分为真空缓慢下降和真空急剧下降两种。

一、造成凝汽器真空缓慢下降的因素主要有：1、循环水入口温度升高；原因前面已分析2、凝汽器水位过高：排汽温度升高同时，凝水温度下降，过冷度增加。

端差增大；水位﹥抽汽口高度、运行凝泵跳闸、管路堵、备用泵逆止门坏、再循环门误开、系统主要气控调门失灵、钛管大漏：备用凝泵自启动，出口压力至零或升高，凝泵电流晃动或升高或下降至空载值；真空先是下降缓慢接着急剧下降。

凝汽器汽侧空间水位过高引起真空下降的原因是：○1、凝汽器汽侧空间水位升高后，淹没了下边一部分铜管，减少了凝汽器的冷却面积，使汽轮机排汽压力升高即真空降低。

○2、如凝汽器水位升高到抽空气管口高度，则凝汽器真空便开始下降。