汽轮机复习知识点

汽轮机整理知识点2
第一章
1、级的概念
由一列静叶栅和一列动叶栅组成完成蒸汽的热能转换成转子的机械能的最基本工作单元
2、分类
纯冲动级
热力特点：Ωm＝０,汽流在动叶通道中不膨胀。

hb = 0
结构特点：动叶叶型为对称弯曲，即动叶内各流通截面相同
流动特点:动叶进出口处压力P1=P2，汽流的相对速度w1=w2；
性能特点：做功能力大，但效率较低，损失大。

反动级：
热力特点:动静叶中蒸汽膨胀程度(焓降)相等。

hn=hb=0.5ht，Ωm＝0.5，实际略小于0.5
结构特点:动、静叶通道的截面基本相同；动静叶型相同
流动特点:压降基本相同，c1=w2。

性能特点：做功能力最小，流动效率最高。

冲动级
热力特点:膨胀主要发生于喷嘴中,为提高流动效率动叶中也有少量膨胀，hn>hb，一般Ω＝0.05～0.30
结构特点:动叶通道的弯曲程度小于静叶。

流动特点:动叶中增速小于静叶。

性能特点：相同几何尺寸下做功能力比反动级大流动效率较纯冲动级高。

复速级（双列速度级）
热力特点:
汽流在导叶和动叶通道中膨胀较小。

结构特点: 导叶和动叶为等截面通道 流动特点: 导叶中汽流只转向不加速.
性能特点：做功能力最大，流动效率最低。

3、反动度
表示蒸汽在动叶通道中的膨胀程度。

定义为动叶中的理想比焓降与级的滞止理想比焓降之比,级的平均直径处的反动度用Ωm 来表示。

00
b b
m t n b
h h h h h ∆∆Ω=
≈∆∆+∆ 4、热力过程线绘制
级的滞止理想比焓降00t n c b h h h h δ∆=∆+∆+
轮周有效比焓降20u t n b c h h h h h δδδ∆=∆---喷嘴损失 动叶损失 余速损失之和
喷嘴损失 动叶损失
22b t h h h δ=- 余速损失- 喷嘴理想比焓降 动叶理想比焓降-
喷嘴的滞止理想比焓降0
n h ∆
级的滞止理想比焓降0t h ∆
2
2
22
c c h δ=
11n t
h h h δ=-n h ∆b
h ∆
u 表示动叶平均直径处的圆周速度
c 喷嘴1（动叶2）出口气流的绝对速度
w 气流相对速度离开喷嘴1（动叶
2）
α叶轮旋转平面与绝对气流速度
c 的夹角 β叶轮旋转平面与相对气流速度w 的夹角
5、临界压力与临界速度
（1）临界速度喷嘴的临界速度仅与进口参数有关 与流动中有无损失和损失的大小无关 与当地声速相等的气流速度 （2）临界压力
（3）临界压比=临界压力p 1c 与滞止压力p 00之比，叫临界压比εnc
6、蒸汽在喷嘴斜切部分内的膨胀
（1）
喷嘴喉部截面AB 上 斜切部分不膨胀，只起导流作用，流速小于或等于音速。

p 1<p 1c
60
b d n
u π=
n nc
εε≥1c c ==
1102(
)1
k k c p p κ-=+11
002()1
k
c k nc p p εκ-==+1AB c
c c ≤1
p p AB =11sin (
)AB
AC
α-=n
AC t =1sin n
AB t α=⋅1sin n n n n
A A
B l t l α=⋅=⋅⋅
（2） 喷嘴喉部截面AB 上， 在斜切部分，汽流从 膨胀到背压 ， A 点成为扰动源，发出一组特性线形成膨胀波区。

汽流通过特性线后，速度增加，压力下降，直到压力为背压 ，此时汽流偏转δ1 7、
（1）轮周效率ηu 定义：1kg 蒸汽所作出的轮周功Wu 与蒸汽在该级所消耗的
理想能量E0之比称为级的轮周效率。

μ ——余速利用系数
μ0 ——表示本级利用上一级余速动能的份额
μ1 ——表示本级余速动能被下一级利用的份额
c a 为级的假想理想速度，即假定级的滞止理想焓降全部在喷嘴中等比熵膨胀所获得的理想速度。

（2）级的速比 最佳速比：对应最高轮周效率的速比. a.
纯冲动级最佳速比111
()cos 2
op x α=
轴向排汽，效率最高 b.典型反动最佳速比11()cos op x α= 轴向排汽，效率最高 c. 典型复速级最佳速比111
()cos 4
op x α=
轴向排汽，效率最高 (3) 能损分析式 用来分析各种轮周损失所占比例较为方便
ζn ——喷嘴损失系数， ζn =δh n /E 0 ζb ——动叶损失系数， ζb =δh b /E 0 ζc2——余速损失系数， ζc2=δh c2/E 0
8、
2000
u t n b c u W h h h h E E δδδη∆---==nc n εε<c AB c c 1=c AB p p 1=2
22
002001122
t t c c c E h h h μμμδ=+∆-=∆-11222212
2(cos cos )
u a u c c c c ααημ+=
-a c =11
u
x c =
()
1op
x 22
2
0110
1(1)c n b c u n b c E h h h h E μδδδδηζζμζ+---=
=----
（1）叶栅损失
a. 叶型损失机理 1.边界层（附面层）摩擦损失
边界层摩擦损失的大小 i ）叶型 ii ）表面光洁度 iii ）叶型表面压力分布 2.边界层脱离引起的涡流损失3.尾迹损失4.冲波损失 叶型损失的影响因素：1.进汽角的影响2.相对节距影响 b.
端部损失（叶高损失）机理: 端部损失是指气流流过叶顶及叶根边界区域
时产生的能量损失。

端部损失的影响因素:
叶型、相对节距、安装角进气角等; 相对高度 (2) 级内损失
包括喷嘴损失δh n 、动叶损失δh b 余速损失δh c2、叶高损失δh l 、扇形损失δh θ、叶轮摩擦损失δh f 部分进汽损失δhe 、漏汽损失δh δ、湿汽损失δhx a. 叶高损失δhl 也称端部损失 b. 叶轮摩擦损失δhf
组成:
1.叶轮两侧及围带表面粗糙度引起的摩擦损失
2.子午面内的涡流运动引起的损失 c. 扇形损失δhθ
特点：1.叶栅的相对节距t/b 不是常数（,而是从内径向外径成正比例增加的，这样除了平均直径处的相对节距为最佳外，其他各截面偏离最佳值，这就带来了流动损失。

）
2.叶栅出口汽流在轴向间隙中存在着压力梯度，即由内径向外径静压 力逐渐增加，所以会产生径向流动损失。

d. 部分进汽损失δhe
组成 :①鼓风损失:发生在不加喷嘴的弧段内；
②斥汽损失:发生在装有喷嘴的工作弧段内
n n
m
z t e d π=
=/l l b
=l u
a
h h l δ=∆0
l
l h E δξ=
(当e<1 时，只有当动叶通过喷嘴弧段时，才有工作蒸汽通过作功。

当动叶通过无喷嘴弧段时，不但没有工作蒸汽作功，反而象鼓风机风扇一样，与充满停滞的蒸汽摩擦，产生损失。

)
e. 漏汽损失δhδ
①冲动级（隔板漏汽损失 、动叶顶部的漏汽损失 ）
防治措施：开设平衡孔，动叶根部设汽封片，选择合理的反动度使根部不吸不漏；隔板汽封使用高低齿汽封 ②反动级 漏汽量要比冲动级漏汽量大
防止措施：尽量减少径向间隙，采用径向轴向汽封结构；较长扭叶片无围带时，可削弱动叶顶部；设法减小叶顶反动度。

f. 湿汽损失δhx 1、损失产生原因：
⑴湿蒸汽过饱和现象对级的能量转换产生影响为理想比焓降减少形成过冷损失。

⑵湿蒸汽在膨胀过程中析出水珠，在汽水两相流动中，低速的水珠被高速的蒸汽挟带着流动，从而消耗了汽流的一部分动能，称之为挟带损失。

⑶水珠的速度小于汽相的速度，偏离动叶入口方向的水珠撞在动叶进口处的背弧上，产生阻止叶轮旋转的制动作用，克服它要消耗一部分有用功，称之为制动损失。

⑷水珠撞在喷嘴进口处的壁面上，扰乱了主汽流，造成损失，称之为扰流损失。

⑸采用捕水装置，当从级内排除部分液相的同时，都不可避免的伴 随着一部分蒸汽同时被抽出汽轮机，造成工质损失。

2、常用去湿方法及防护措施
（1）.由捕水口，捕水室和疏水通道组成的级内捕水装置 （2）.具有吸水缝的空心喷嘴 （3）.采用出汽边喷射蒸汽的空心喷嘴 损失分析：例
全周进气的级没有部分进气损失
p h δt h δ
采用转鼓的反动式汽轮机不考虑叶轮摩擦损失 过热蒸汽区工作的级没有湿气损失 采用扭叶片的级不存在扇形损失 调节级不考虑隔板漏气损失 低压级有时可不考虑叶轮摩擦损失 较长叶片中不考虑叶高损失
9、级的相对内效率：
级的有效比焓降Δh i 与级的理想可用能量E 0之比称为级的相对内效率，简称级效 率，用ηi 表示，级的有效比焓降Δh i 可表示为
μ为余速利用率，η为衡量汽轮机的重要经济指标
10、级的实际热力过程曲线 是该级除轮周损失外的另外几种损失之和
3点是该级的实际排汽点 如果余速被利用，
点是下级进口滞止状态点。

2
01t i i t c h h h E h h δημδ∆-∆==∆-∑200i t n b l f e x c t h h h h h h h h h h h h h
θδδδδδδδδδδδ∆=∆---------=∆-∑h δ∑03'
03'
第二章
1、重热现象和重热系数
（1）重热现象：
上一级的损失造成比熵的增大将使后面级的理想比焓降增大，即上一级损失中的一小部分可以在以后各级中得到利用的现象等压线之间的理想比焓降随着比熵的增大而增大
（2）重热系数 α= mac
t t mac
t h h h ∑∆-∆∆
各级具有相同的相对内效率 整台多级汽轮机相对内效率
2、多级汽轮机各级段的特点
(一)高压段 ：
特点：（1）高压、高温，比容小，蒸汽容积流量小
（2）喷嘴出口汽流方向角αl 较小。

冲动式αl = 11°～14°，反式汽轮机取αl = 14°～20°。

（3）在冲动汽轮机的高压段，级的反动度一般不大。

（4）各级比焓降不大，比焓降的变化也不大。

漏汽损失较大。

叶轮摩擦损
失也较大，高压段各级的效率较低，叶高损失也较大
（二）低压段特点（1）蒸汽容积流量很大，要求很大的通流面积，叶片高度势
必很大。

（2）级的反动度在低压段也明显增大
（3）余速损失较大；湿汽损失，而且越往后该项损失越大；
漏汽损失很小；叶轮摩擦损失很小；没有部分进汽损失。

（4）对于低压级，由于湿汽损失很大，使效率降低，特别是最
后几级，效率降低更多。

（三）中压段特点
lev
i
η
(1)mac
mac lev i i
i mac t
h h η
ηα∆==⋅+∆
（1）叶高损失较小；没有部分进汽损失；漏汽损失较小，叶轮摩擦损失也较小，也没有湿汽损失；中压各级的级内损失较小，效率要比高压级和低压级都高 （2）中压各级反动度一般介于高压级和低压级之间，且逐渐增大。

（3）高压缸效率最低，中压缸的工况较好，故效率最高。

3、汽轮机装置的评价指标、汽耗率、热耗率与煤耗率的定义及用途
汽轮机性能评价指标中有绝对效率和相对效率两种, （1）相对效率- a.
相对内效率---汽轮机有效焓降与理想焓降之比
b. 汽轮机的机械效率：汽轮机的轴端功率与汽轮机的内功率之比
c. 发电机效率：发电机的输出功率与汽轮机的轴端功率之比
d.
汽轮发电机组的相对电效率：前三者乘积
（2）绝对效率（公式不记） a.
循环热效率：1kg 蒸汽具有的理想比焓降与1kg 蒸汽在锅炉中的吸热量之比 b.
绝对电效率：1kg 蒸汽理想比焓降中转换成电能部分与整个热力循环中加给
1kg 蒸汽的能量之比
c.
电厂热效率：在绝对电效率基础上考虑锅炉效率、管道效率和厂用电率等所
得到的效率 （3）其他热经济性指标 a.
汽耗率----每生产1kW ·h 电能所消耗的蒸汽量。

汽耗率只能对同型号的机组评价其运行管理水平。

b.
热耗率----每生产1kW ·h 电能所消耗的热量。

热耗率不仅反映汽轮机结
构的完善程度，也反映发电厂热力循环的效率和运行技术水平。

C.
煤耗率----机组发出1KW ·h 电量所消耗的标煤量(标准煤g/KW ·h ）。

(1kg 标准煤发热量为7000Kcal)。

分为发电煤耗、供电煤耗。

mac i i i mac t t
h P h P η∆==
∆/m
e i
P P η
=/g el e
P P η=el i m g
ηηηη=
4、轴向推力产生的原因和平衡方法
（1）轴向推力产生的原因：在轴流式汽轮机中，通常是高压蒸汽由一端进入，低
压蒸汽由另一端流出，从整体来看，蒸汽对汽轮机转子施加了一个由高压端指向
低压端的轴向力，使转子存在一个向低压端移动的趋势，这个力就称为转子的轴
向推力。

（2）轴向推力的平衡方法：a.开平衡孔 b.平衡活塞法 c.转子设计成转鼓形式
d.相反流动布置法 e .采用推力轴承
第三章
1、汽轮机的设计工况和变工况
（1）汽轮机在设计参数（进行汽轮机热力设计时确定的各参数）下运行为设计工况，也称设计工况（在此工况下运行效率最高）
（2）变工况：汽轮机在偏离设计参数的条件下运行的工况
2、节流配汽：全部蒸汽通过一个或几个同时开启阀门，进入汽轮机
优点：（1）没有调节级，结构简单，制造成本低。

（2）在定压运行时，各级温度变化较小，对负荷适应性较好。

缺点：部分负荷时，节流损失较大，效率低
3、喷嘴配汽：每一喷嘴组由1个独立的调节汽门控制。

变负荷时，这些调节
汽门依次开启或关闭，改变进汽量。

这种配汽方式称为喷嘴配汽。

优点：定压运行时节流损失较少.效率高于节流配汽。

缺点：变工况时，温度变化较大，引起的热应力较大。

4、定压运行：机组负荷变化时，汽轮机的进汽参数不变。

通过调整汽门开度，
调节进汽量，改变机组负荷。

滑压运行：调节汽门全开或开度不变，汽轮机进汽压力与流量都随负荷升降而增减。

安全性：主要考核机组在变负荷时，汽轮机零部件热应力大小；
灵活性：是指允许机组负荷变化速率的大小。

汽轮机零部件的热应力，主要与温度变化大小及变化速率有关，温度变化越大，热应力越大，安全性越差。

对于同等幅度的负荷变化，温度变化越大，灵活性就越差。

因此，安全性和灵活性是统一的，滑压运行机组的安全性和灵活性都高于定压运行，滑压运行适于调峰
第四章
1、凝汽设备示意图，凝汽设备的作用及任务
作用：凝汽设备在汽轮机装置的热力循环中起着冷源作用。

降低汽轮机排汽的压力和温度，就可以减小冷源损失，提高循环热效率。

任务：1、建立并维持高度真空
2、生成洁净的凝结水，为锅炉提供给水
3、对凝结水进行除氧，减少对设备的氧化腐蚀
2、主凝结区、 空气冷却区作用：
蒸汽在主凝结区大量凝结，空冷区为再次冷却凝结被抽出的空气、蒸汽混合物到 空气出口处，蒸汽和空气的质量流量已经是同一数量级，蒸汽压力明显减小， 饱和度降低，使空气容积流量减小，抽气器负荷减轻，抽气效果好
3、凝汽器的极限真空：指使汽轮机作功达到最大值排汽压力所对应的真空。

凝汽器的最佳真空：背压降低时，机组电功率增量，与增加循环水量循环水泵所消耗的电功率增量之间的差值最大 的循环水量所对应的真空
4、过冷度：凝水温度低于凝汽器入口蒸汽温度所低的度数称为过冷度 过冷度过大危害：会使凝结水中的含氧量增加,加速设备的氧腐蚀不利安全运行（凝结水过冷却时,凝结水身的热额外地被冷却水带走一部分,这使凝结水回热 加热时,又额外地多消耗一些汽轮机抽汽）降低了电厂的热经济性
5、冷却倍率：为冷却水量与被凝结蒸汽量的比值
6、抽气器的作用：（1） 机组启动时，在汽轮机内部建立真空；
（2） 抽取凝汽器汽侧空间的不凝结气体，以保持汽侧良好
的传热状态和凝汽器真空。

分类： 射流式抽气器：射汽抽气器（小型机组）射水抽气器（大型机组） 水环式真空泵
第六章
1、调节系统的速度变动率：汽轮机空负荷时所对应的最大转速和额定负荷时所对应的最小转速之差与额定转速之比
迟缓率：机组在同一功率下的最高和最低转速之差和额定转率之比
2、合理静态特性曲线的形状、原因
w c
m D D
原因：
（1）并列容易
（2）低负荷时负荷变动小
（3）满负荷时不会过载
3、一次调频和二次调频的区别
一次调频：汽轮机调速系统要据电网频率的变化，自发的进行调整机组负荷，以恢复电网频率，是有差调节。

二次调频：是人为根据电网频率高低来调整机组负荷是无差调节。

4、中间再热式汽轮机调节的特点
（1）中低压缸功率滞后
（2）甩负荷时动态超速
（3）低空负荷时机炉工况不匹配
5、对调节系统动态特性的要求
（1）稳定性（振荡收敛）
（2）精确性（转速动态偏差）
（3）快速性（过渡时间）。