汽轮机-级3
汽轮机基本知识资料
热工中基本参数有温度，压力，比容（密度的倒数）。
h（焓值）=内能+势能喷嘴中气流流过后，压力降低，动能增加汽轮机的基本工作原理：具有一定压力的水蒸气首先通过固定不动的，环状布置的喷嘴，蒸汽在喷嘴通道中压力降低，速度增加，在喷嘴出口处得到速度很高的气流，在喷嘴中完成了有蒸汽的热能转变为蒸汽动能的能量转换，从喷嘴出来的高速气流以一定的方向进入装在叶轮上的工作叶片通道（动叶栅），在动叶栅中蒸汽速度的大小和方向发生变化，对叶片产生一个作用力，推动叶轮旋转做功，将蒸汽的动能转化为机械能。
反动度：衡量蒸汽在动叶栅内的膨胀程度的参数。
在动叶栅中蒸汽的膨胀程度占级中总的应该膨胀的比例数，或是在动叶栅中理想焓降与级中的总焓降之比。
在纯冲动级中，蒸汽只在喷嘴叶栅中膨胀，在动叶栅中部膨胀，纯冲动级做功能力大，但流动效率低，一般不用，为了提高汽轮机级的效率，冲动级应具有一定的反动度，这时蒸汽的膨胀在喷嘴中进行，只有一小部分在动叶栅中继续膨胀，也称冲动级（=0.05-0.1），即带有反动度的冲动级在反动级中，蒸汽不仅在喷嘴中膨胀加速，而且在气流流经动叶栅通道时，继续膨胀加速，即蒸汽在动叶栅中，不仅气流的方向发生变化，而且其相对速度也有所增加，因此，动叶片不仅受到喷嘴出口高速气流的冲动力作用，而且还受到蒸汽离开动叶栅时的反作用力，所以反动级既有冲动力做功又有反动力做功，所以反动级的效率比冲动级的高，但功能力较小速度级：速度级的特点是在一个叶轮上装有两列或三列动叶栅，在两列动叶栅之间有一列装在气缸上的、固定不动的导向叶栅，一般是双列速度级，蒸汽经过第一列动叶栅后，其动能未被充分利用，从第一列动叶栅流出的气流速度任然相当大，有足够的动能再去推动叶片，此时气流速度的方向与，叶片旋转的方向相反，因此让气流经过一列固定不动的导向叶片，以改变气流的方向，在导向叶片通道中，气流速度的大小不变，气流离开导向叶片时的方向正好对着第二列动叶片的进口，这样第一列动叶栅出口的余速动能就可以继续在第二列动叶栅中继续转变为机械功，这种双列速度级的功率可比单列冲动级大很多，如果蒸汽离开第二列动叶栅时的速度任然很大，那么可以装设第二列导向叶片和第三列动叶片，这就是三列速度级，由于蒸汽在速度级中的速度很大，并且需要经过几列动叶片和导向叶片，因此速度级的能量损失就大，列数越多，损失就越大，一般就二列速度级。
汽轮机原理 第一章
目前常见的复速级内总的反动度 值约在5%～15%之间。
图1-23 带反动度的复速级的热力过程线
复速级的轮周功：复速级的轮周功等于两列动叶 上产生的机械功之和。
Wu Wu Wu u c1 cos1 c2 cos2 c1cos1 c2cos2
➢ β 的大小与喷嘴的进口状态（ 、 p0* v0* ）、压力比εn和蒸汽的 绝热指数κ有关。
Gn Gnc
k
2
1
2
k n
k 1
nk
k 1
2 k 1 k 1
1
0.546 n 1
n 0.546
三、蒸汽在喷嘴斜切部分中的膨胀
汽轮机弯曲型渐缩叶栅通道，在喉部后形成斜切出口通道，将此称为 斜切部分。它的存在极大地改变了叶栅通道的流动特性。
极限膨胀压力比 1d
k
1d
p1d p0
2 k1
k 1
sin 1
2k k1
汽流偏转角
sin 1 1
sin
1
ccr c1t
cr 1t
图1-13 蒸汽在喷嘴斜切部分的膨胀
第三节 蒸汽在动叶中的流动
圆周速度： u dmn
60
相对速度：W1、W2
绝对速度：C1、C2
➢ 进口速度三角形 ➢ 出口速度三角形
➢ 叶栅流道：喷嘴叶栅和动叶栅的安
装角s和s、喷嘴叶栅和动叶栅的 叶型进口几何角0g和0g、喷嘴叶 栅和动叶栅的叶型出口几何角1g和 1g、喷嘴出口汽流角1和动叶出口 汽流角2等
喷嘴叶栅和动叶栅的几何参数
喷嘴叶栅结构尺寸：
汽轮机
1.速度比和最佳速比：将（级动叶的）圆周速度u与喷嘴出口（蒸汽的）速度c1的比值定义为速度比，轮周效率最大时的速度比称为最佳速度比。
2.假想速比：圆周速度u与假想全级滞止理想比焓降都在喷嘴中等比熵膨胀的假想出口速度的比值。
3.汽轮机的级：汽轮机的级是汽轮机中由一列静叶栅和一列动叶栅组成的将蒸汽热能转换成机械能的基本工作单元。
4.级的轮周效率：1kg蒸汽在轮周上所作轮周功与整个级所消耗的蒸汽理想能量之比5.临界压比：汽流达到音速时的压力与滞止压力之比。
6.级的相对内效率：级的相对内效率是指级的有效焓降和级的理想能量之比。
7.喷嘴的极限膨胀压力：随着背压降低，参加膨胀的斜切部分扩大，斜切部分达到极限膨胀时喷嘴出口所对应的压力8.级的反动度：动叶的理想比焓降与级的理想比焓降的比值。
表示蒸汽在动叶通道内膨胀程度大小的指标。
9.级的部分进汽度：装有喷嘴的弧段长度与整个圆周长度的比值。
10.热耗率：每生产1kW.h电能所消耗的热量。
11.轮发电机组的汽耗率：汽轮发电机组每发1KW·h电所需要的蒸汽量。
12.汽轮机的极限功率：在一定的初终参数和转速下，单排气口凝汽式汽轮机所能发出的最大功率。
13.汽轮机的相对内效率：蒸汽实际比焓降与理想比焓降之比。
14.汽轮机的绝对内效率：蒸汽实际比焓降与整个热力循环中加给1千克蒸汽的热量之比。
15.汽轮发电机组的相对电效率和绝对电效率：1千克蒸汽所具有的理想比焓降中最终被转化成电能的效率称为汽轮发电机组的相对电效率。
1千克蒸汽理想比焓降中转换成电能的部分与整个热力循环中加给1千克蒸汽的热量之比称为绝对电效率。
16.轴封作用及组成：减少蒸汽损失，防止蒸汽外逸空气内漏。
端轴封和与它相连的管道和附属设备组成轴封系统。
17.什么是汽轮机的最佳速比：轮周效率最大时的速度比称为最佳速度比。
18.滑压运行：汽轮机的进汽压力随外界的负荷增减而上下“滑动”。
19.汽轮机的工况图及工况图作用：汽轮机发电机组的功率与汽耗量间的关系曲线。
汽轮机的工作原理讲解
效率： 复速级<纯冲动级<带反动度的 冲动级<反动级
冲动式汽轮机一般级数较少，反动式汽轮 机级数较多，但反动式汽轮机运行更为稳 定，效率也较高。
3.调节级和非调节级
按通流面积是否随负荷大小而变，又可将汽轮 机的级分为调节级和非调节级。 (1)调节级：通流面积能随负荷改变而改变的级 称为调节级。如喷管调节汽轮机的第一级，这 种级在运行时，可通过改变其通流面积来控制 其进汽量，从而达到调节汽轮机负荷的目的。 一般中小型汽轮机用复速级作为调节级，而大 型汽轮机常用单列冲动级作为调节级。
分是反动力。
带反动度的冲动级的特点：
w1＜w2，P1＞P2, Δhn＞Δhb，Δht ≠Δhn 、Δhb ≠ 0 、 m = 0.05 0.20；
动叶叶型由入口到出口略有收缩； 蒸汽在动叶栅中即膨胀又改变流动方向；
它的作功能力比反动级大比纯冲动级源自、效率比 纯冲动级高。（2）反动级：
复 速 级：
采用最多的是同一叶轮上装有两列动叶片的双列速度 级，又称复速级。
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。
第一列动叶栅通道流出汽流，其流速还相当大，为了 利用这一部分动能，在第一列动叶栅之后装上一列导 向叶栅以改变汽流的方向，使之顺利进入第二列动叶 栅通道继续作功。
2）带反动度的冲动级
为了提高级的效率，通常，冲动级也带有一定的 反动度（ m = 0.05 0.20 ) ，这种级称为带反动 度的冲动级。
蒸汽的膨胀大部分在喷管中进行，只有一小部分 在动叶中进行
（ Δhb =5%~20%Δht* ）， 蒸汽作用在动叶栅上的力主要是冲动力，一小部
《汽轮机原理》
' w1' w2
2 1' 1' 2'
16
由图可得：
复速级的轮周功率：
1 2 Pul Pul Pul u c cos c cos c cos c cos 1 1 2 2 1 1 2 2 ＝u 2c1 cos 1 2u u 2c1 cos 1 6u ＝4u c1 cos 1 2u
u
2u c1 cos 1 c 2 cos 2 c12t
cos 2 u 2 2 x1 cos 1 x1 1 cos 1
2u w1 cos 1 w2 cos 2 c12t
w2 cos 2 2u 2 w1 cos 1 1 w1 cos 1 c1i
对于纯冲动级：
cos1 ( xa ) op 2
若取 0.97 , 1 110 ~ 20 0 ，则( x1 ) op 0.45 ~ 0.48
9
2 考虑余速利用：
2u (c1 cos 1 c2 cos 2 ) u 2 2 ca μ 1c2
0.96, 0.90, 1 14 0，对1 1的纯冲动级, 则（x a ) op 0.585，
20
3 复速级的热力过程 喷嘴焓降：
第一列动叶焓降：
' hn 1 b gb b ht
hb b ht
导叶焓降：
h gb gb ht
第二列动叶焓降： 喷嘴出口汽流速度： 第一列动叶出口汽流速度： 导叶出口汽流速度： 第二列动叶出口汽流速度：
汽轮机原理-第三章
2 k 1 2k * * k k p0 0 n n k 1 * * p0 0
n cr 时 G Gcr 0.648An
在流量与出口压力的关系 曲线图中，BC段近似于椭圆 曲线，则：
G G cr n cr 1 cr
G 0.648An G1 1 p G
* 0 * 0
2、喷嘴前后压力同时变化时
* * * G1 1 p01 01 1 p01 * * * G p p0 0 0 * * T0* 1 p01 G1cr p01 * * * T01 p0 Gcr p0
4 2
0 G1
8 G Q GⅢ GⅣ GⅡ I U
G 0.8G L M
V N
0.4G
J
K
喷嘴调节方式与节流调节方式的比较： 1）机组在低负荷时由于调节汽门中节流损失较大， 因此采用节流调节方式不经济，应采用喷嘴调节方式 2）采用节流调节方式，结构比较简单 为了综合节流调节和喷嘴调节的优点，担任基本 负荷的机组往往设计成在低负荷下采用喷嘴调节方式， 而在高负荷时采用节流调节方式，从而提高机组的经 济性。
2
G Gcr A G1 C Pcr P P1 P1=Pc B
1
2
2
n cr 1 1 cr
β即为彭台门系数，此时通过喷嘴的任意流量G可表示为：
G Gc 0.648 An
* * p0 0
当蒸汽的参数发生改变时，喷嘴流量为： 1、当初压不变时
' p 2）凡全开调节汽门后的喷嘴组前压力均为 0 不变；
3）四个调节汽门依次开启，没有重叠度；
汽轮机的一些常识
采用喷嘴调节的汽轮机进汽量减小时，各类级的理想焓降如何变化？反动度、速度比、级效率如何变化？解答：当汽轮机的工况变化时，按各级在工况变化时的特点通常级分为调节级、中间级和末级组三类。
（1）中间级：在工况变化时，压力比不变是中间级的特点。
汽轮机级的理想焓降是级前温度和级的压力比的函数，在工况变化范围不大时，中间级的级前蒸汽温度基本不变。
此时级内蒸汽的理想焓降不变，级的速度比和反动度也不变，故级效率不变。
随着工况变化范围增大，压力最低的中间级前蒸汽温度开始变化，并逐渐向前推移。
当流量减小，级前蒸汽温度降低，中间级的理想焓降减小，其速度比和反动度相应增大。
由于设计工况级的速度比为最佳值，级内效率最高，当速度比偏离最佳值时，级内效率降低。
而且速度比偏离最佳值愈远，级内效率愈低。
（2）末级组：其特点是级前蒸汽压力与其流量的关系不能简化为正比关系，且级组内级数较少。
由于在工况变化流量下降时，汽轮机的排汽压力变化不大，级前压力减小较多。
且变工况前级组前后的压力差越大，级前压力降低的多，级后压力降低的少。
此时级的压力比增大，级内理想焓降减小，而且末级的压力比和理想焓降变化最大。
级的速度比和反动度随理想焓降的减小而增大，速度比偏离最佳值，级效率相应降低。
（3）调节级：调节级前后压力比随流量的改变而改变，其理想焓降亦随之变化。
当汽轮机流量减小时，调节级的压力比逐渐减小，调节级焓降逐渐增大。
在第一调节阀全开而第二调节阀刚要开启时，级的压力比最小，故此时调节级理想焓降达到最大值。
级的理想焓降增大，其速度比和反动度随之减小，速度比偏离最佳值，级效率相应降低。
主蒸汽压力变化，对机组安全经济运行有何影响？解答：在初压变化时，若保持调节阀开度不变，此时除少数低压级之外，绝大多数级内蒸汽的理想焓降不变，故汽轮机的效率基本保持不变，但其进汽量将随之改变。
对于凝汽式机组或某一级叶栅为临界状态的机组，其进汽量与初压的变化成正比，由于此时汽轮机内蒸汽的理想焓降随初压升高而增大，机组功率的相对变化大于机组进汽量的相对变化。
汽轮机基础知识讲解
汽轮机产品与应用业绩
顾客名称：神华包头汽轮 机项目 出厂年份：2009年 功率：2200kW /1800KW 数量：2台
顾客名称：中石油庆阳石化 出厂年份：2009年 功率：1200kW 数量：1台
汽轮机产品与应用业绩
顾客名称：中石油庆阳石化 出厂年份：2009年 功率：2200kW 数量：1台
▪ 抽汽凝汽式汽轮机：
型号说明：CB1.8-3,8/0,5/0,15 抽汽后额定功率：1800KW 进汽压力：3.8MPa 抽汽压力：0.5MPa 排汽压力：0.15MPa
▪ 抽汽背压式汽轮机：
型号说明：C6-3.5/0.8 抽汽后额定功率：6000KW 进汽压力：3.5MPa 抽汽压力：0.8MPa
单级双列（复数级）汽轮 机转子
多级（反动式）汽轮机转子
反动式叶片
冲动式叶片
多级（冲动式）汽轮机转子
汽轮机的七大系统
▪ 本体 ▪ 辅机 ▪ 调节系统 ▪ 保安系统 ▪ 润滑系统 ▪ 热力系统 ▪ 仪表系统
汽轮机产品与应用业绩 独山子1000万吨/年炼油项目现场背压式
本体
保安系统
调节系统 PGPL/PGD
汽轮机产品与应用业绩
出厂年份：2008年 数量：3台 进汽温度：350℃ 转速：6650/6650rpm 装置名称：104万吨尿素
顾客名称：马来西亚和达纸箱工业 功率：3000kW 进汽压力：2.0MPa（A） 排汽压力：0.6MPa（A） 被驱动机械：发电机
汽轮机产品与应用业绩
出厂年份：2009年 数量：2台 进汽温度：320℃ 转速：3000/1500rpm 装置名称：棕榈壳焚烧余热发电
汽轮机产品与应用业绩
顾客名称：钱江热电 厂 出厂年份：2004年 功率：12000kW 数量：1台
汽机运行人员必看的专业基础知识
汽机运行人员必看的专业基础知识1. 汽轮机工作的基本原理是怎样的？答：具有一定压力、温度的蒸汽，进入汽轮机，经过喷嘴并在喷嘴内膨胀获得很高的速度。
高速流动的蒸汽流经汽轮机转子的动叶片做功，当动叶片为反动式时，蒸汽在动叶中发生膨胀产生的反动力也是动叶片做功，动叶带动汽轮机转子按一定的速度均匀转动。
这就是汽轮机最基本的工作原理。
2. 汽轮机本体主要由哪几部分组成？答：汽轮机本体主要有以下几个部分组成：①转动部分：由主轴、叶轮、轴封和安装在叶轮上的动叶片及联轴器等组成。
②固定部分：由喷嘴时汽缸隔板、静叶片、汽封等组成。
③控制部分：由调节系统、保护装置和油系统等组成。
3. 什么叫汽轮机的级？答：有一列喷嘴和一列动叶栅组成的汽轮机最基本的工作单元叫汽轮机的级4、什么叫双列速度级？采用双列速度级有什么优缺点？答：为了增大调节级的焙降，利用第一列动叶出口的余速，减小余速损失，使第一列动叶片出口汽流经固定在汽缸上的导叶改变流动方向后，进入第二列动叶片继续做功。
这时把具有一列喷嘴，但一级叶轮上有两列动叶片的级，称为双列速度级。
5、汽封的作用是什么？答：为了避免动、静部件之间碰撞必须留有适当的间隙，这些间隙的存在势必导致漏汽，为此必须加装密封装置一- 汽封。
根据汽封在汽轮机中所处位置可分为：轴端汽封（简称轴封）、隔板汽封和围带汽封（通流部分汽封）6. 汽轮机为什么会产生轴向推力？运行中轴向推力怎样变化？答：纯冲动式汽轮机动叶片内蒸汽没有压力降，但由于隔板汽封的漏汽，使叶轮前后产生一定的压差且一般的汽轮机中，每一级动叶片蒸汽流过时都有大小不等的压降，在动叶叶片前后产生压差。
叶轮和叶片前后的压差及轴上凸肩处的压差使汽轮机产生由高压侧向低压侧、与汽流方向一致的轴向推力。
影响轴向推力的因素有很多，轴向推力的大小基本上与蒸汽流量的大小成正比，也即负荷増大时轴向推力増大。
需指出：当负荷突然减小时，有时会出现与汽流方向相反的轴向推力。
汽轮机三段抽汽系统的问题
汽轮机三级抽汽系统的问题一简要说明汽轮机的抽汽回热加热系统，共有六级管道及阀门等组成，其中，第三级抽汽，取自汽轮机中压缸的低部，主要作用是加热除氧器中的锅炉给水；在其进入除氧器之前，和来自机组辅助蒸汽加热系统中，用于机组启动初期使用的加热除氧器给水的管道合并，共用一根管道进入除氧器系统。
二存在的问题1）机组运行期间，三级抽汽出口压力经常小于或者等于除氧器压力，此时，三级抽汽系统不能正常供汽。
2）机组运行期间，控制机组辅助蒸汽加热系统中的辅助联箱压力偏高，经常大于三级抽汽出口的压力，此时，三级抽汽系统不能正常供汽。
三潜在危害1）三段抽汽系统不能正常供汽，造成管道内蒸汽滞留，容易凝结形成积水，特别是机组在低负荷下长期运行时，蒸汽滞留加聚，形成的积水也会更严重。
2）三段抽汽管道位于中压蒸汽进口处的中压缸低部，管道内的滞留蒸汽很容易反流进入中压缸低部，造成中压缸下部/上部的温差增大，如果存在积水，温差将会更大，其结果必会造成机组受力不均匀，引起机组振动，甚至跳机。
四采取的措施1）虽然三段抽汽系统有自动检测管道积水打开疏水阀组的功能，但是，按照运行实践经验，这些是有滞后的。
也就是说，不能等到其自动打开，最好是要提前采取措施，比如，机组低负荷下运行时间较长时，手动开启相应的疏水阀组减少积水现象。
2）严密监视三级抽汽压力，除氧器压力，以及辅助蒸汽联箱的压力，保证压差，确保三段抽汽系统正常供汽。
3）改变辅助蒸汽加热系统的供汽汽源，把目前使用的锅炉低温过热器出口蒸汽汽源，切换为再热蒸汽冷段蒸汽汽源，降低辅助联箱的供汽压力。
如不能满足汽轮机轴封供汽系统的压力温度时，退入辅助蒸汽加热除氧器系统运行。
4）机组低负荷（35%额定负荷以下）下长期运行时，要求锅炉增加热负荷，强化燃烧，提高锅炉出口蒸汽压力和温度等参数，尽量保证机组接近额定参数运行，保证三级抽汽压力正常。
刘大力2017年3月7日星期二。
汽轮机原理-第三章
第三章汽轮机在变工况下的工作汽轮机的热力设计就是在已经确定初终参数、功率和转速的条件下，计算和确定蒸汽流量、级数、各级尺寸、参数和效率，得出各级和全机的热力过程线等。
汽轮机在设计参数下运行称为汽轮机的设计工况。
由于汽轮机各级的主要尺寸基本上是按照设计工况的要求确定的，所以一般在设计工况下汽轮机的内效率达最高值，因此设计工况也称为经济工况。
汽轮机在实际运行中，因外界负荷、蒸汽的状态参数、转速以及汽轮机本身结构的变化等，均会引起汽轮机级内各项参数以及零部件受力情况的变化，进而影响其经济性和安全性。
这种偏离设计工况的运行工况叫做汽轮机的变工况。
研究变工况的目的，在于分析汽轮机在不同工况下的效率、各项热经济指标以及主要零部件的受力情况。
以便设法保证汽轮机在这些工况下安全、经济运行。
本章主要讨论电厂使用的等转速汽轮机在不同工况下稳态的热力特性，即讨论汽轮机负荷的变动、蒸汽参数的变化以及不同调节方式对汽轮机工作的影响。
同研究设计工况下的特性一样，分析汽轮机的变工况特性也应从构成汽轮机级的基本元件一一喷嘴和动叶开始。
喷嘴和动叶虽然作用不同，但是如果对动叶以相对运动的观点进行分析，则喷嘴的变工况特性完全适用于动叶。
第一节渐缩喷嘴的变工况研究喷嘴的变动工况，主要是分析喷嘴前后压力与流量之间的变化关系，喷嘴的这种关系是以后研究汽轮机级和整个汽轮机变工况特性的基础。
喷嘴又分渐缩喷嘴和缩放喷嘴两种型式。
本节主要分析渐缩喷嘴的变工况特性。
一、渐缩喷嘴的流量关系式本书第一章已指出，对渐缩喷嘴，在定熵指数k和流量系数μn都不变的条件下，当其初参数p*0、ρ*0及出口面积A n不变时，通过喷嘴的蒸汽流量G与喷嘴前、后压力比εn的关系可用流量曲线(如图3-1中曲线ABC)表示。
当εnεc时，其流量为(3-1) 当εn≤εc，时，其流量为(3-2) 显然，对应另一组初参数(p*10、ρ*01)，可得到另一条相似的流量曲线A1B1C1(p*01p*0)，此时通过该喷嘴的临界流量亦相应地改变为由于初参数不同的同一工质具有相同的临界压力比，故各条流量曲线的临界点B、B1…均在过原点的辐射线上，如图3-1所示。
汽轮机原理(第一章)
3.彭台门系数
当喷嘴进出口压力比ε n=p1／p0﹡处于某个数值时，
其相应的流量G与同一初状态下的临界流量Gcr之比值称为
流量比，用β表示，也称为彭台门系数，即
G An
k2k1p0*0*(nk2
k1
nk )
Gcr
An k(k21)kk 11p0*0*
k21(nk2
量损失，因此，蒸汽在动叶通 道中实际的膨胀过程是按熵增 曲线进行的。与喷嘴相似，此 时动叶栅出口汽流的理想相对 速度为
图１－１5蒸汽在动叶栅中的热力过程
w 2 t2 (h 1 h 2 t) w 1 22 h b w 1 22 h b
２. 动叶出口汽流实际速度
w2 w2t
上式对有损失的流动和无损失的流动 均适用。
4.状态方程
（1）理想气体状态方程
p RT
式中
p－气体绝对压力； ρ －气体密度； R－通用气体常数，R=461.76J/（kg.K)； T－ 热力学温标。
（2）蒸汽等熵膨胀过程方程
p 常数
k
式中 k－等熵指数，对于蒸汽而言：过热 蒸汽 k =1.3； 湿蒸汽 k=1.035+0.1x ( x为膨胀过程初态的蒸汽干度）。
Ma=c1t／a=1，这一条件称为临界条件。临界条件下
的所有参数均称为临界参数。
.
（２）临界压力比。
cr
pcr p0
2k
(
)k1
k1
对过热蒸汽 k ， 1.3,cr 0.54;6
对干饱和蒸k汽 1， .13,5cr 0.577.
（二）喷嘴流量的计算
1.喷嘴理想流量
Gt Anc1t1t
3.3汽轮机的调节方式及调节级变工况解读
3 、旁通调节汽轮机的变 工况曲线压力与流量的关系。
OA为调节阀后（第一级前）
的压力随流量的变化情况。 全开时，流量为 G0 ，压力
为
' p0 ；
OB为旁通室的压力变化情 况。当流量为 为
p x0 ；
p x 升高
G0 ， 压 力
过负荷时，流量增加，压
力
。
图b为流量的变化曲线： 当流量从0- G0 时，
主汽门，依次开启和关闭调节阀以调节汽轮机的
进汽量。
在部分负荷下，只有一个调节阀部分开启，其 它全开阀门节流减到最小,效率较高。
喷嘴调节的特点： 优点：定压运行时，喷嘴配汽比节流配汽节 流损失小，效率较高。 缺点：喷嘴组间存在间壁，使调节级总是部
分进汽的，带有部分进汽损失且调节级的余速不
能被利用（调节级后为汽室，蒸汽速度为０），
阀3、4关闭。相当于节流调节； （ 2 ）当过负荷时，调节阀 2 全开，旁通阀 部分开启。由于后几级有较大的通流面积，可 以多进汽、多作功；
（3）过负荷时，通过旁通阀部分的蒸汽有
节流损失，旁通阀不能全开，效率有所降低；
（4）当开旁通阀时，旁通室压力升高，旁
通级焓降减小，速度比增大，功率减小，效率 降低。
在一工况下，第一、二阀全
开 p0 ，阀后压力为 p 0 ' ； p0
第三阀部分开启，阀后压力
' 为 p0 (因有节流) p"0 p0
• 两全开阀的调节级热力过程曲线如 0’2’ ，理想焓
降
ht ht ht ，有效焓降
' h2
hi ，终焓为 hi
一、节流配汽
1、节流调节：这种调节方式就是用一个或几
(完整版)火电厂工艺流程
燃烧器进入炉膛，为提供着火所需的那部 分风量。（占总风量的20~30%）
• 二次风：燃烧所需的其余75~80%风量
是作为助燃的二次风。
主要设备简介
汽轮机
• 汽轮机是将蒸汽的热力势能转换成机械能，借以 拖动其他机械旋转的原动机。为保证汽轮机安全 经济地进行能量转换，需配置若干附属设备。汽 轮机及其附属设备由管道和阀门连成的整体称汽 轮机设备。
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3、级内能量转换过程：蒸汽热能→蒸汽动能→旋转机械能。
汽轮机由各级串联而成，其总输出功率为各级输出功率之和。 多次逐
热能 级转化 机械能
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汽轮机本体基本组成
汽轮机本体
转动部分(转子)——动叶珊、叶轮（或转鼓）、主轴、联 轴器
固定部分(定子)——汽缸、蒸汽室、喷嘴室、静叶栅、隔 板、隔板套、汽封、轴承、机座、滑销。
加热器剖视图
蒸汽过热段：设置蒸汽过热段的主要目的：因抽汽具有很高过 热度（一般高出相应压力下饱和温度100—150℃），如果不来 采取措施将使传热端差增加，冷源损失增大，降低了回热循环 的经济性；因给水出口段温度较高为降低端差，蒸汽过热段都 设在加热器水侧的出口处。
汽动给水泵
圆筒型多级离心泵示意图
管） • 炉墙和构架等
锅炉系统示意图
塔式炉
流化床锅炉
炉
四角切燃烧圆示意图
四角切圆燃烧
去中压缸
主汽温度605℃，压 热器二级减力温28.5MPa
再热蒸汽温度613℃， 压力6.02MPa
④
⑤
⑦
②
再热器事故减温 过热器一级减温
⑥
来自高压缸 ①省煤器 ②炉膛 ③低过 ④屏过 ⑤末过
汽轮机-级
汽轮机级的工作原理z蒸汽在喷嘴叶栅内的流动和能量转换z蒸汽在动叶栅内的流动和能量转换z级的分类和轮周效率z级内损失、效率和功率蒸汽在喷嘴叶栅中的流动和能量转换z一、喷嘴叶栅的结构z二、蒸汽在喷嘴叶栅内的流动z三、蒸汽在喷嘴叶栅内的能量转换一、喷嘴叶栅的结构叶栅演示三、蒸汽在喷嘴内的能量转换基本假设（1）蒸汽在级内的流动是绝热汽流通过叶栅时间极短（2）蒸汽在级内的流动是一元用叶栅流道截面的平均值（3）蒸汽在级内的流动是稳定胀过程。
t t h h c c 102021)(21−=−20101)(2c h h c t t +−=喷嘴损失：t c c 11ϕ=2122121111(21)(21t t t n c c c h h h ）ϕδ−=−=−=蒸汽在动叶栅内的流动和能量转换z一、蒸汽在叶栅内的流动特性z二、蒸汽在动叶内的能量转换z三、蒸汽作用在动叶栅上的力和轮周功率，α22w *2α*2β2c uu1c 1w 1α1βu——动叶的圆周速度11111122121sin arcsincos 2w c u c u c w αβα=−+=22222222222sin arcsincos 2c w u w u w c βαβ=−+=速度三角形符号说明zα1 ，α2：动叶的汽流绝对进、出汽角z w1,β1w2 ,β2zβ1 ,β2：动叶的汽流相对进、出汽角z动叶的几何进、出汽角：叶栅型线决定z良好的流动要求：β1 ,β2基本等于动叶的几何进、出汽角h 1+w 1/2= h 2+w 22/2静止坐标上的能量方程：h 1+c 12/2= h 2+c 22/2+W W =（h 1-h 2）+（c 12/2-c 22/2）22222211w h w h +=+)22()(22222121222211c c h h W W c h c h −+−=++=+动叶内的损失z由于摩擦等损失，动叶内的汽流速度会降低－动叶损失tw w 22ψ=)1(21)(212222222ψδ−=−=t t b w w w h 余速损失2221c h c =δ动叶损失三、蒸汽作用在动叶栅上的力和轮周功率z 分析对象：⊿m 蒸汽z分析过程：在⊿t 时间内从叶栅进口流入，从叶栅出口流出z分析内容：蒸汽轮周方向上的速度变化和受力之间的关系。
汽轮机
1、汽轮机的定义：汽轮机是将蒸汽工质的热能转变成动能，再将动能转变成机械能的一种热机。
2、汽轮机级的定义、分类及特点：级的定义：级是汽轮机中最基本的作功单元，级是由喷管叶栅和与之相配合的动叶栅所组成。
分类及特点：（1）冲动级和反动级纯冲动级：蒸汽只在静叶栅中膨胀，在动叶栅中不膨胀而只改变其流动方向。
纯冲动级做功能力大，流动效率低。
带反动度的冲动级：蒸汽在大部分在静叶栅中膨胀，只有一小部分在动叶栅中继续膨胀。
具有做功能力大和效率较高的特点。
复速级：通常是一级内要求承担很大比焓降时才采用。
它由喷管叶栅、装于同一叶轮上的两列动叶栅和两列动叶栅之间固定不动的导向叶栅组成。
做功能力比单列冲动级大，但流动效率较低。
（2）压力级和速度级：速度级是以利用蒸汽流速为主的级，级的比焓降较大，有双列和单列之分，如复速级。
压力级是以利用级组中合理分配的压力降或比焓降为主的级，效率较高，又称单列级。
（3）调节级和非调节级：按级通流面积是否随负荷大小而变，可以分为调节级和非调节级。
在采用喷管调节的汽轮机中，第一级的通流面积是可以随负荷变化而变化的，这种改变另一和原因是部分进汽，称之为调节级。
反之是非调节级。
4、喷嘴速度系数与哪些因素有关：与喷管叶高叶型表面粗糙度和前后压差等因素有关，其中与喷管叶高关系最为密切5、蒸汽在喷管斜切部分膨胀时为什么会发生偏转：喷管出口截面上的压力比小于临界压力比，喷管喉部截面上的流速等于临界流速，压力为临界压力，以后的斜切部分，汽流从喉部截面上的临界压力膨胀到喷管出口压力。
在A点产生膨胀波组，在反射波组后产生激波，汽流通过该激波时将其压力提高到喷管背压。
第二章。
1、描述多级汽轮机的性能与特点：性能：优点：功率大，效率高，单位功率投资少。
缺点：增加了一些附加损失；级数过多增加了机组长度和质量；新蒸汽再热蒸汽温度的提高，故对金属材料要求提高；结构更为复杂；工作特点：高压段：蒸汽的压力温度很高，比容较小，因此通过该段的蒸汽容积流量较小，所需的通流面积也较小。
汽轮机分类
汽轮机分类按汽轮机所具有的级数分类单级汽轮机单级汽轮机是只有一个级的汽轮机，即只有一列喷嘴及其后面的一列动叶片，是最简单的汽轮机。
所谓汽轮机的级，是由一列喷嘴与其后变的一列动叶片所组成，用来完成蒸汽热能转变为机械功全过程的基本单元。
2．复速级汽轮机复速级汽轮机是单级汽轮机的变种，仍是单级汽轮机。
它与一般单级汽轮机不同之处是具有两列以上的动叶片，又称为速度级汽轮机。
3.多级汽轮机为了提高汽轮机的效率，汽轮机越来越趋向高温，高压，大容量。
单级汽轮机的功率很小，已不能满足工业的发展，多级汽轮机便应运而生。
按蒸汽在汽轮机内流动的方向分类轴流式汽轮机这种汽轮机的蒸汽在汽轮机内流动的方向和轴平行。
辐流式汽轮机指蒸汽在汽轮机内流动的方向与汽轮机轴相垂直的汽轮机。
周流式汽轮机蒸汽在汽轮机中既不是沿轴线方向流动，也不是沿辐向流动，而是沿圆周方向。
按汽缸的数目分类单缸汽轮机只有一个汽缸的汽轮机叫单缸汽轮机。
双缸汽轮机汽轮机的转子分别装在高、低压两个汽缸内，蒸汽从高压缸流出后，进入低压缸。
高低压缸转子以联轴器连接。
多缸汽轮机由于功率的增加，汽轮机单采用一两个汽缸已不能满足功率的要求，所以出现了高，中，低压三缸及多缸的汽轮机。
新蒸汽从高压缸排出后经导气管进入中压缸，从中压缸排出后在经过导气管进入低压缸。
根据结构需要中，低压缸也可以制成多个。
按汽轮机的工作原理分类冲动式汽轮机蒸汽的热能转变为动能的过程，仅在喷嘴中发生，而工作叶片只是把蒸汽的动能转变成机械能的汽轮机叫做冲动式汽轮机。
即蒸汽仅在喷嘴中产生压力降，而在叶片中不产生压力降。
反动式汽轮机蒸汽的热能转变为动能的过程，不仅在喷嘴中发生，而且在叶片中也同样发生的汽轮机叫做反动式汽轮机。
五．按汽轮机热力系统特征分类1．凝汽式汽轮机蒸汽在汽轮机内做功后除有一部分轴封漏汽外，全部排入凝汽器。
2．调整抽汽式汽轮机它与凝汽式汽轮机的区别在于：其抽汽压力可以在某一范围加以调整，可以有一级调整抽汽，也可以有两级调整抽汽。
汽轮机基本工作原理简介
汽轮机基本工作原理简介通流部分－汽轮机本体做功汽流通道称为汽轮机的通流部分，它包括主汽门，导管，调节汽门，进汽室，各级喷嘴和动叶及汽轮机的排汽管。
汽轮机的级－是由一列喷嘴叶栅和其后紧邻的一列动叶栅构成的工作单元。
级的工作过程－蒸汽在喷嘴中降压增速，热力学能转变为汽流的动能；在动叶中一方面继续降压增速，热力学能转变为汽流的动能，另一方面汽流在动叶中改变运动方向，将动能转换成转子的旋转机械能。
前者属于反动能，后者属于冲动能级的工作过程蒸汽膨胀增速的条件－－是有合理的汽流通道结构，另一是蒸汽需具有一定的可用热能且有压差存在速度三角形：C:汽流的绝对速度 W:相对速度 U:圆周速度:旋转平面与 W 的夹角:旋转平面与 C 的夹角动叶进口速度三角形 ： W1=C1－u动叶出口速度三角形： W2=C2+u热力过程分析热力过程线――蒸汽在动、静叶栅中膨胀过程在h-s 图上的表示。
滞止参数－-相对于叶栅通道速度为零的气流热力参数。
用后上标为”0”来表示。
βα反动度——或反动率,表征蒸汽在动叶通道中的膨胀程度,定义为动叶中的理想焓降与级的等熵绝热焓降之比,用Ω来表示。
即：00b m tn bh h hh h ∆∆Ω=≈∆∆+∆级的类型和特点纯冲动级――Ω＝０,汽流在动叶通道中不膨胀。
●结构特点：动叶为等截面通道；●流动特点：动叶进出口处压力和汽流的相对速度相等。
因压降主要●发生在静叶栅通道中,故又称为压力级。
反动级――Δhn=Δhb=Δht，动静叶中焓降相等.●结构特点：动、静叶通道的截面基本相同；●流动特点：动、静叶中增速相等.冲动级――膨胀主要发生于喷嘴中,一般Ω＝0.05～0.30复速级――由固定的喷嘴叶栅、导向叶栅和安装在同一叶轮上的两列动叶栅所组成的级称为复速级，又称双列速度级。
级的轮周功率和轮周效率轴向蒸汽的轴向力应是汽流轴向力、压差力的总和。
设动叶压差作用有效面积为Az ，则总的轴向力轴向力使汽轮机转子轴向产生移动，故采用轴向推力轴承对转子作轴向定位。
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2 2 w2 = c2 + u 2 − 2uc 2 cos α 2
00
级的作功能力组成： c12 ①喷嘴出口进入动叶带入的动能 2
2 w2 − w12 ②动叶内热能转换的动能 2 2 c2 ③离开动叶带走的动能 2 (余速损失)
Fu = − Fu′ =
δm 单位蒸汽流量，令 δτ
δm (c − c ) δτ 1u 2u
G=
w1 cos β 1 + w2 cos β 2
δm δτ
Fu = G ⋅ ( c1u − c2u ) = G ( c1 cos α1 + c2 cos α 2 ) = G ( w1 cos β1 + w2 cos β 2 )
p2 b c2z c2 c2u c
圆周u方向的动量方程：
δτ ⋅ Fu′ = δ m ( c2u − c1u )
Fu′ =
c1u − c2u = c1 cos α1 + c2 cos α 2
β1 c1 α1 u w1 α2 c2 β2 u w2
δm (c − c ) δτ 2u 1u
蒸汽作用于叶片的周向力： 蒸汽作用于叶片的周向力
Ω = 0, w2t = w1 , β1b = β 2b
1 ( x1 ) op = cos α1 2
u x1 = c1
典型反动级最佳速比
Ω = 0.5
Δhnt = Δhbt
几何形状相似
β 2b c1
( x1 ) op = cos α1
最佳速比小结
纯冲动级 反动级
c1 cos α 1 = w1 cos β 1 + u c 2 cos α 2 = w2 cos β 2 + u
轴向z方向的动量方程：
δτ ⎡ ⎣ Fz′ + Az ( p1 − p2 ) ⎤ ⎦ = δ m ( c2 z − c1z )
Fz′ = β1 α1 c1 α2 β2 w2
δm ( c − c ) − Az ( p1 − p2 ) δτ 2 z 1z
cos α 1
cosα1
复速级
cos α 1 4
( x 1 )o p t ( x a )o p t
cos α 1 2
ϕ cos α 1
2
cos α1 +
2
2
ϕ
2
−1
ϕ cos α1
4
引入一个参数： u 级的圆周速度 速比： x1 = c = 喷嘴出口速度 速 1 u 级的圆周速度 或速比： x a = c ＝ 级的理想速度 或速比 a
ca = 2Δht0
级的假想速度
速比是汽轮机的重要指标，直接影响汽轮机组的轮周效 率和作功能力。 对应于最高轮周效率的速比称为最佳速比。
纯冲动级最佳速比
级的作功能力Wu：单位蒸汽产生的轮周功率
Wu = Pu = u ( c1 cos α1 + c2 cos α 2 ) = u ( w1 cos β1 + w2 cos β 2 ) G
反 动 级 β1 、 β2 大，做功能力小
2 2 2 利用速度三角形 w1 = c1 + u − 2uc1 cos α 1
写成能量平衡形式（焓降） Δht0 − δ hn − δ hb − δ hc 2 ηu = E0
喷嘴损失系数： 动叶损失系数： 余速损失系数：
ζn =
δhn
E0
ζb =
δhb
E0
ζ c2 =
δhc 2
E0
四、轮周效率与速比的关系
影响轮周效率主要因素有三项：喷嘴损失系数 ζ n 、动叶 损失系数 ζ b、余速损失系数ζ c 2 。当叶型选定后，轮周效 轮 效 率主要受余速损失影响。
蒸汽作用于叶片的轴向力:
= G ( w1 sin β1 − w2 sin β 2 ) + Az ( p1 − p2 )
u
w1
c2
u
Fz = − Fz′ = G ( c1z − c2 z ) + Az ( p1 − p2 ) = G ( c1 sin α1 − c2 sin α 2 ) + Az ( p1 − p2 )
第三节 级的轮周功率与轮周效率
一、蒸汽作用在动叶上的力
取控制体： 汽道中心的流线ab和cd 上、下两平面ad和bc 叶型表面
Fz’ Fb’ Fu
’
p1
a
c1u c1
c1z
d
u z
表面力： (1).ad面 p1 , bc面 p2 (2). ab，dc中心流线，相互抵消 (3).叶片作用于汽流的力 Fb′ => Fu′, Fz′ (4).叶片表面的摩擦力 （忽略） 质量力：质量力 << Fb′ (忽略)
蒸汽作用叶片的总作用力：
v v v Fb = Fu + Fz
Fb = Fu2 + Fz2
说明：圆周向力Fu与汽轮机旋转方向 与汽轮机旋转方向一致，推动叶片作功， 致，推动叶片作功， 轴向力Fz不作功，产生轴向推力。
二、蒸汽作用在动叶上的轮周功率
轮周功率Pu：单位时间内蒸汽对动叶片所作的有效功
Pu = Fu ⋅ u = G ⋅ u (c1u − c 2u ) = Gu G (c1 cos α 1 + c 2 cos α 2 ) = Gu G (w1 cos β 1 + w2 cos β 2 )
c12 2
2 w2 2
0 1
10
Δhu
w12 2
2
2 c2 2
三 轮周效率 三、轮周效率 定义：1kg 定义 1k 蒸汽在动叶栅内 所做的轮周功与在级内消耗 的理想能量之比 在级内转换的理想能量 ＝入口动能＋理想焓降
Δh0
P0
0
P1 Δhst δhn
1
Δhs p2 δhc δhb
2
h2t
三、轮周效率