第九章蒸汽动力装置循环
第九章 汽轮机的工作原理(中级)试题(附答案)
第九章汽轮机的工作原理一、填空题：1．汽轮机是一种以一定和的水蒸汽为工质，将转换为的回转式原动机。
2．当一运动物体另一物体时，就会受到阻碍而改变其和，同时给阻碍它运动的物体一。
通常称这个力为冲动力。
3．反动力是由原来或较小的物体，在或另一物体时，骤然获得一个较大的速度增加而产生的。
4．当蒸汽在动叶片构成的汽道内时，汽流必然对动叶片作用一个，推动叶片运动做机械功。
5．单级汽轮机由、、和轴等基本部件组成。
6．汽轮机工作时，首先在喷嘴叶栅中蒸汽的转变成，然后在动叶栅中蒸汽的转变成。
7．以蒸汽为动力的发电厂中，动力装置采用的基本循环方式是。
8．汽轮机按级数分类可分为、。
9．汽轮机按汽缸所具有的数目可以分为、、。
10．汽轮机按蒸汽流动的方向分，可分为汽轮机、汽轮机、汽轮机。
11．汽轮机按其工作原理分，可分为汽轮机、汽轮机、汽轮机。
12．轴流式汽轮机的喷嘴不是装在上，而是装在上，它们是固定不动的，因此它不对外做。
13．多级汽轮机是由若干个，按高低顺序组成。
14．汽轮机型号为“N/C 300/220－16.7－537/537”中，N/C表示额定功率为，220表示，16.7表示，537/537表示。
15．级的反动度等于蒸汽在动叶片中的与之比。
16．在汽轮机级中，蒸汽在动叶汽道内膨胀份额的大小，常用级的表示。
17．汽轮机的喷嘴是由两个相邻叶片构成的，它把蒸汽的转变成。
18．由于喷嘴是固定的不对外做功，可认为蒸汽在喷嘴中流动时与外界无热能交换，可称为。
19．对于一个具有反动度的冲动式叶片，不仅受蒸汽的作用，而且受蒸汽在动叶片内膨胀加速所产生的的作用。
20．汽轮机损失分为损失和损失。
21．与单级汽轮机比较，多级汽轮机的最大特点是、。
22．汽轮机进汽机构的节流损失与蒸汽、阀门的型线、流道的有关。
23．汽轮机的内部损失包括进汽机构的损失、排汽管的损失和损失三种。
24．汽轮机的汽封间隙过小会造成与之间发生摩擦，引起机组的振动。
蒸汽动力装置循环PPT课件
T
1 56 4
3
2
0
s
朗肯循环T–s图
T
5 4
1 1’ 67
3
2 2‘
0
s
再热循环T–s图
第16页/共29页
3. 再热对热效率的影响及中间压力
（1）再热对热效率的影响 一次再热吸收的总热量：
对外放热： 热效率：
q 1 ( h 1 h 4 ) ( h 1 h 7 ) q 2 h 2 h 3
T
时进行再热，再热器出口温度为540ºC，排汽
压力为0.008 MPa，
试确定乏气干度和循环热
效率，并与相同初，
T
终状态参数的朗肯循环
进行比较。
5
1 1’ 67
4
3
2 2‘
0
s
再热循环T–s图
第21页/共29页
例题
2. 在朗肯循环中，蒸汽进入汽轮机的压力
P1=13.5MPa, 初温度t1=550ºC，乏气压力为 0.004MPa，求循环净功，加热量、热效率、
T
5
1 1’ 67
4
3
2 2‘
0
s
再热循环T–s图
第18页/共29页
4. 一次再热循环热经济性分析： 1. 采用蒸汽中间再热后，汽轮机的排汽干度提高，
使汽轮机低压缸的蒸汽温度保持在允许温度内， 减轻湿蒸汽对冲击和侵蚀，增加了汽轮机工作 的安全性。
2. 在相同参数范围内，再热循环的有用功和热效率 均高于朗肯循环的结果，即再热循环的热经济性 高于朗肯循环。
✓然后：分析实际循环与理论循环的偏离 程度，找出实际损失的部位，大小， 原因，及改进措施。
第2页/共29页
6—1 蒸汽动力装置循环
化工热力学 蒸汽动力循环与制冷循环
31
(2) T-S图法
TH T2 T1
T 等H线 T1
P1 P2
T2
S (3) 利用经验公式估算
对于空气，当压力变化不太大时，不考虑温度的
影响，可直接按下式近似估算：
TH 0.29( p2
p1
)
273 T1
2
式中：压力单位为大气压atm，温度单位为热力学温度开尔文。
对于不同的流体，其表达式不同。
图读取ΔTS
T2
P1 P2
S 37
④ 用等焓节流效应计算
s
J
V Cp
Ts
p2
J dp
p1
V p2 dp
C p1 p
若Cp=const
1 p2
Ts
TH
Cp
V dp
p1
38
2.不可逆对外做功的绝热膨胀
对活塞式膨胀机
➢ 当t<30℃
ηs=0.65
➢ 当t>30℃ ηs=0.7～0.75
T 1
3
卡诺循环产功 很大，但难于实现， 问题在于：
（1）湿蒸汽对 汽轮机和水泵有浸蚀 作用，汽轮机带水量 不 得 超 过 10% ， 水 泵 不能带入蒸汽进泵；
（2）绝热可逆 过程实际上难以实现 。
第一个具有 实际意义的蒸汽动力 循环是朗肯循环。
T-S图
T
T吸
4
T放
3
QH 1 Ws
2 QL
S
4
2. 郎肯循环
dH H dT H dP T P P T
dH 0
H
T P T
P H
H
T P
25
H T
P
Cp
第九章蒸汽动力循环装置
第九章 蒸汽动力循环装置工业上最早使用的动力机是用水蒸气做工质的蒸汽动力装置。
在蒸汽动力装置中水时而处于液态，时而处于气态，如在蒸汽锅炉中液态水汽化产生蒸汽，经汽轮机膨胀作功后，进入冷凝器又凝结成水再返回锅炉，而且在汽化和凝结时可维持定温，因而蒸汽动力装置循环不同于气体动力循环。
此外，水和水蒸气不能助燃，只能从外热源吸收热量，所以蒸汽循环必需配备锅炉，因此装置设备也不同于气体动力循环。
由于燃烧产物不参与循环，故而蒸汽动力装置可利用各种燃料，如煤、渣油,甚至可燃垃圾。
第一节简单蒸汽动力装置循环———朗肯循环一、 工质为水蒸气的卡诺循环热力学第二定律已证明，在相同温限内卡诺循环的热效率最高。
在采用气体作工质的循环中,因定温加热和放热难于进行，而且气体的定温线和绝热线在p-v图上的斜率相差不多，以致卡诺循环所作的功并不大，故在实际上难于采用。
在采用蒸汽作工质时，由于水的汽化和蒸汽的凝结，当压力不变时温度也不变，因而实际上也就有了定温加热和放热的可能。
更因这时定温过程亦即定压过程，在p-v图上其与绝热线之间的斜率相差亦大，故所作的功也较大。
所以，以蒸汽为工质时原则上可以采用卡诺循环，如图11-1中循环6-7-8-5-6所示。
然而在实际(b)(a)图9-1 水蒸气的朗肯循环的蒸汽动力装置中不采用卡诺循环，其主要原因是：首先，在压缩机中绝热压缩过程8-5难于实现，因状态8是水和蒸汽的混合物，压缩过程中压缩机工作不稳定，同时状态8的比体积比水的比体积大得多，需用比水泵大得多的压缩机；其次，循环局限于饱和区，上限温度受制于临界温度，故即使实现卡诺循环，其热效率也不高；再次，膨胀末期，湿蒸汽干度过小，即含水分甚多，不利于动力机安全。
实际蒸汽动力循环均以朗肯循环为其基础。
二、朗肯循环及其热效率简单蒸汽动力装置流程示意图如图9-2所示，其理想循环———朗肯循环图9-2简单蒸汽动力装置流程示意图的p-v图和T-s图见图9-1。
蒸汽循环系统工作原理
蒸汽循环系统工作原理蒸汽循环系统是一种常见的热力循环系统，广泛应用于发电厂、工业生产和供暖等领域。
它通过将水加热转化为蒸汽，然后利用蒸汽的能量来驱动机械设备或提供热能。
本文将详细介绍蒸汽循环系统的工作原理。
蒸汽循环系统主要由锅炉、汽轮机、凝汽器和泵组成。
首先，锅炉将水加热到高温，使其转化为蒸汽。
这个过程发生在锅炉内部的炉膛中，通过燃烧燃料或其他能源提供的热量。
蒸汽的产生使锅炉内部的压力升高，从而使蒸汽具有足够的压力来驱动汽轮机。
接下来，蒸汽进入汽轮机，驱动汽轮机的转子高速旋转。
汽轮机的转子上装有叶片，蒸汽进入叶片后会使转子转动。
汽轮机的转子与发电机相连，通过转子的旋转来产生电力。
同时，汽轮机也可以用于驱动其他机械设备或提供动力。
蒸汽从汽轮机排出后，进入凝汽器进行冷却。
凝汽器中流动的是冷却水，蒸汽在与冷却水接触的过程中失去了热量，变成了水。
这个过程使蒸汽的体积大大减小，从而形成了真空。
在凝汽器中，蒸汽和冷却水通过热交换使蒸汽凝结，然后被泵抽回锅炉再次加热，循环往复。
为了保持蒸汽循环系统的稳定运行，需要使用泵来维持循环中的水平衡。
泵负责将凝结水抽回锅炉，同时也需要克服一定的压力损失。
泵的作用是将水送回锅炉，以补充锅炉中水的损失，并确保循环系统的连续运行。
蒸汽循环系统的工作原理可以总结为以下几个步骤：首先，锅炉将水加热转化为蒸汽；然后，蒸汽进入汽轮机驱动转子旋转；接着，蒸汽经过凝汽器冷却变成水；最后，泵将凝结水送回锅炉进行再次加热。
整个循环过程中，水和蒸汽不断转化，从而使系统运转。
蒸汽循环系统的工作原理基于热力学和流体力学的基本原理。
通过合理设计和优化，可以提高系统的效率和性能。
蒸汽循环系统在能源转换和供暖方面具有重要作用，不仅提供了电力和动力，也为人们的生活提供了便利和舒适。
总结起来，蒸汽循环系统的工作原理是通过锅炉将水加热转化为蒸汽，然后利用蒸汽的能量来驱动汽轮机，最后经过凝汽器冷却后再次循环。
这个过程中，泵起到补充水的作用，保持循环系统的稳定运行。
蒸气动力的原理和应用
蒸气动力的原理和应用原理介绍蒸气动力是指利用蒸气的能量来进行动力传递和转换的一种技术。
其原理基于热力学第一定律和第二定律，通过加热液体并使其蒸发，蒸汽产生的压力和体积变化可用来驱动机械装置。
蒸气动力的工作原理可以归纳为以下几个步骤：1.加热水或液体：将液体加热至其饱和温度以上，使其开始蒸发，并转化为蒸汽状态。
2.转化为蒸汽：加热后的水或液体转化为蒸汽，同时体积急剧膨胀，产生高压。
3.推动活塞或转动涡轮：利用蒸汽产生的高压来推动活塞或转动涡轮等机械装置，实现动力传递和转换。
4.冷凝回液体：蒸汽在做功后冷却，重新转化为液体，并通过循环进行再次加热和蒸发，形成循环工作。
应用领域蒸气动力在工业和交通运输领域有广泛的应用，以下是其中的几个常见应用领域：1. 蒸汽发电蒸汽动力在发电领域有着重要的应用。
蒸汽发电厂通常利用燃煤、燃气、核能等能源产生热能，然后通过蒸汽机或蒸汽涡轮机转化为机械能，再转化为电能。
蒸汽压力、温度和流量的调控对于提高发电效率和节能环保具有重要意义。
2. 蒸汽动力机车蒸汽动力机车是蒸汽动力在交通运输领域的应用。
在早期，蒸汽机车曾是铁路运输的主要动力来源。
蒸汽动力机车利用蒸汽机将燃料烧热水生成蒸汽，并通过活塞推动车轮运动，实现列车的牵引和制动。
3. 蒸汽动力工具蒸汽动力也有一些小型工具和设备的应用，如蒸汽锅炉、蒸馏设备、蒸汽切割机等。
这些工具利用蒸汽的高温高压特性，可以实现高效加热、杀菌、压力处理等功能，被广泛应用于工业生产、实验室和家庭等场合。
4. 蒸汽动力船舶在航海领域，过去的船舶主要采用蒸汽动力进行驱动。
蒸汽动力船舶通过燃煤或燃油来加热锅炉，产生蒸汽，进而推动船舶的螺旋桨，实现前进或后退。
5. 工业加热和压力应用蒸汽动力在工业领域有着广泛的加热和压力应用。
蒸汽作为清洁的加热介质，可以用于加热各种设备、反应器、管道等。
同时，蒸汽的高压性质也使其成为工业中常用的压力驱动力源。
未来展望随着科技的发展和能源需求的变化，蒸汽动力仍然具有重要的应用前景。
蒸汽动力循环与制冷循环
*
② 真实气体
有三种可能的情况，由定义式知
当μJ>0时，表示节流后压力下降，温度也下降
致冷
当μJ=0时，表示节流后压力下降，温度不变化
当μJ<0时，表示节流后压力下降，温度上升，
致热
不产生温度效应
*
（3） 结论
① 节流膨胀过程的主要特征是等焓过程； ② 理想气体节流时温度不变，不能用于致冷、致热； ③ 真实气体节流效应取决于气体的状态，在不同的状态下节流，具有不同的微分节流效应值。
*
③ 循环的热效率：
循环的净功
吸收的热量
解题步骤：
关键在于求出循环产生的净功
*
对于透平
1
2’
2
3
4
绝热可逆（等熵）：
实际过程（绝热不可逆）：
1—2，等熵过程：
*
1
2’
2
3
4
绝热可逆（等熵）：
实际过程（绝热不可逆）：
*
1
2’
2
3
4
对于泵：
① 对于蒸汽的质量流量：
*
1
2’
2
3
4
② 汽轮机出口乏汽的湿度：
（1）过热蒸汽在透平中为等熵膨胀过程，因此：
点２为湿蒸汽，所以：
*
查压力为10kPa，温度为45.830C饱和水蒸气表得：
sl、h1
sg、hg
*
x2=0.80467
同理：
透平等熵膨胀作出的可逆轴功为：
*
已知：h3 = hl = 191.83kJ·kg-1
所以，冷凝过程的传热量为：
*
水泵所消耗的可逆轴功：
*
3. 热电循环
蒸汽动力循环的四个主要过程
蒸汽动力循环的四个主要过程
蒸汽动力循环的四个主要过程是：
1. 压缩：在蒸汽动力循环中，蒸汽从锅炉中产生并进入蒸汽轮机。
在进入蒸汽轮机之前，蒸汽需要被压缩以增加其热能密度。
压缩过程通常通过蒸汽压缩机完成，其中蒸汽被压缩到较高的压力。
2. 膨胀：压缩后的蒸汽进入蒸汽轮机进行膨胀。
在膨胀过程中，蒸汽的热能被转化为机械能，驱动蒸汽轮机旋转并做功。
通过连接到轮轴上的发电机，膨胀过程中产生的机械能可以转化为电能。
3. 冷凝：在膨胀过程结束后，蒸汽处于低压状态。
为了进一步提高热效率，蒸汽需要在冷凝器中冷凝成水，释放出余热。
在冷凝过程中，蒸汽失去热能并变成液态。
这些液态水可以被重新加热并再次进入蒸汽轮机，形成循环。
4. 加热：冷凝后的水被泵送到锅炉中，在那里它被加热至高温。
在锅炉中，水接触到燃烧的燃料，经过吸热反应转化为蒸汽。
加热过程使蒸汽再次进入压缩过程，形成循环。
蒸汽循环系统工作原理
蒸汽循环系统工作原理引言蒸汽循环系统是一种常见的能量转换系统，广泛应用于发电厂以及工业生产中。
它通过将燃料燃烧产生的热能转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能。
本文将详细介绍蒸汽循环系统的工作原理。
一、燃料燃烧产生热能蒸汽循环系统的工作原理首先涉及到燃料的燃烧。
在发电厂中，通常使用的燃料有煤炭、天然气和石油等。
燃料在燃烧室中与空气进行反应，产生高温高压的燃烧气体。
这些燃烧气体中的热能将用于加热工质（一般为水）。
二、蒸汽发生器中的热能传递燃烧产生的热能将通过烟气传递给蒸汽发生器中的工质。
蒸汽发生器是一个热交换器，它将热能从烟气传递给工质，使工质的温度升高。
这个过程中，烟气的温度下降，而工质的温度上升。
三、蒸汽的膨胀和冷凝经过蒸汽发生器后，工质变成了高温高压的蒸汽。
蒸汽将进入蒸汽涡轮机中膨胀。
蒸汽涡轮机是通过蒸汽的高速流动驱动叶轮旋转，从而产生机械能。
在膨胀过程中，蒸汽的温度和压力均下降。
随后，蒸汽将进入凝汽器中冷凝。
凝汽器是一个热交换器，它将蒸汽的热量传递给冷却介质（通常是冷凝水）。
在冷却介质的作用下，蒸汽冷凝成水，并释放出大量的热能。
这个过程中，冷凝水的温度升高。
四、再次加热和循环冷凝水将经过泵被再次加热。
再次加热器通过将冷凝水加热至饱和温度以上，使其变成高温高压的水蒸气。
再次加热后的水蒸气将进入蒸汽涡轮机中膨胀，驱动叶轮旋转，产生机械能。
蒸汽涡轮机产生的机械能通过联轴器传递给发电机，将机械能转换为电能。
而冷凝水则经过泵被再次加热，形成一个循环。
这样，蒸汽循环系统就实现了能量的转换和利用。
结语蒸汽循环系统通过将燃料燃烧产生的热能转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能，实现了能源的高效利用。
它是发电厂以及工业生产中常用的能量转换系统。
通过蒸汽循环系统的工作原理，我们可以更加深入地理解蒸汽发电的过程，并认识到其在能源领域的重要性。
第九章 燃气—蒸汽联合循环动力装置
余热锅炉的结构和布置特点
• 没有燃烧设备 • 无辐射受热面，全部依靠对流受热面；
采用受热面烟气侧强化传热 • 余热锅炉烟气侧微正压，可取消送引风
机 • 没有空气预热器； • 通常需要设置旁路烟囱。
余热锅炉的分类
• 按锅炉炉水在受热面内的流动方式，分 为强制循环和自然循环
• 按排气流动的方向不同分为立式和卧式 锅炉。
主要特点
• 1、全变压特点 • 2、无抽汽和增设补汽的特点 • 末级叶片长度加长，对汽轮机的制造水
平提出了更高的要求 • 我国还不具备制造补汽式汽轮机的能力
第十章 整体煤气化联合循环 IGCC
原煤
煤气发生炉 气化剂
煤气
甲 烷 化
高热值煤气或 合成天然气
燃料
余热锅炉
压气机 空气
燃气透平
～ 发电机
汽轮机
发电机 ～
凝汽器
燃料 压气机 空气
燃料 燃气轮机
～ 发电机
余热锅炉
汽轮机
图7—5 排气再燃余热锅炉型联合循环
发电机 ～
凝汽器
低压蒸汽去低压缸
余 热
中压蒸汽
锅 炉
再热蒸汽去中压缸
去再热器
高压蒸汽去高压缸
空 气 燃气轮机
去除氧器
去去
高中
压压 省省 煤煤 器器
来 自 除 氧
器
燃料
去低压省煤器 和除氧器
旁路烟囱
烟囱档板
消声器
至主烟囱
消声器
余热锅炉
燃机排气
燃气切换档板 图7—13立式余热锅炉烟气流程图
消声器 燃机排气
旁路烟囱
至主烟囱
高压锅筒
中压锅筒
除氧器
蒸汽动力循环解析
对比5678
• 卡诺< 朗肯；
• wnet卡诺< wnet 朗肯
对比9-10-11-12
• 11点x太小,不利于 汽机强度； • 12-9两 相区难压缩；
s • wnet卡诺小
如何提高朗肯循环的热效率 How can we increase the
efficiency of the Rankine cycle
Ex分析法
B/ex,qf=56.7%
(燃烧14.1%排烟及散热 8.6%传热34%)
tu/ex,qf= 0.5% t/ex,qf= 5.6% c/ex,qf= 3.5%
Ex 经济学分析方法
Ex损失的表示
T 5
4’ 4
3 T0
1’’1’ 1
2 2’ s
提高循环热效率的途径
改变循环参数 改变循环形式
T
5 4
3
1 6
2 s
t
h1 h1
h2 h3
影响热效率的 参数？
p1 t1 p2
蒸汽初压对朗肯循环热效率的影响
t1 , p2不变，p1
T
5'
5
1' 1 6'
6
优点：
• T1 t
• v2' ，汽轮机出口
尺寸小
缺点： • 对强度要求高
4'
4 3
• x2' 不利于汽
2' 2
轮机安全。一般 要求出口干度大
t
wnet q1
显然不够全面
• 能量利用系数，但未考虑热和电的品位不同
Utilization factor
K
已被利用的能量 工质从热源得到的能量
《工程热力学》学习资料 (2)
连续的，转速高，输出功率大。
34
燃气轮机(gas turbine)装置简介
35
q2
排气
燃烧室
4
q1
3
2
泵
压气机
汽轮机
燃料
1 进气
燃 气 轮 机 装 置 示 意 图
36
循环示意图
2 燃烧室 3
压气机
燃气轮机
1
4
理想化： 1）工质：数量不变，定比热理想气体 2）闭口 循环 3）可逆过程
作业：结合思考题看书。9-1、9-15
66
本章结束
67
思考
同样是柴油机 为什么有混合加热循环和定压加热循环之分？
p
3 2
4
5 1
v
p 2(3)
4 5 1 v
29
高速柴油机与低速柴油机循环图示
p 34
p
tp
1
k 1
k1k 1
2
2(3) 4 1
5
5
1
v
高速柴油机，压燃式、轻 柴油、高压油泵供油。
1
v
低速柴油机，压燃式、重柴 油、压缩空气喷油。
30
四冲程高速柴油机工作过程
3—4 边喷油，边膨胀
p3 4
近似 p 膨胀
t4可达1700~1800℃
2 2＇
4 停止喷柴油
4—5 多变膨胀
p0
p5=0.3~0.5MPa
0
t5500℃ 5—1‘ 开阀排气
，V
降压
1‘—0 排气,完成循环。
5 1＇
1 V
17
四冲程高速柴油机的理想化
9蒸汽动力循环
1 过热器 锅炉 4 给水泵 汽轮机
2' 热用户 3
用发电厂作了功的 蒸汽的余热来满足 热用户的需要，这 种作法称为热电联 ( 产) 供。 背压式缺点： 热电互相影响 供热参数单一
第九章 小 结 Summary
1、熟悉郎肯循环图示与计算 2、郎肯循环与卡诺循环 3、蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响 4、再热、回热原理
How can we increase the efficiency of the Rankine cycle
T 5 4 3 2 s 1 6
h1 h2 t h1 h3
影响热效率的参数？
p1
t1
p2
蒸汽初压对郎肯循环热效率的影响
t1 , p2不变，p1
T 5 优点：
• •
T1 v2'
t
1 4
3 2
1
4 3
2
s
s
郎肯循环与卡诺循环
对比同温限1234’ q2相同； q1卡诺> q1朗肯 卡诺> 朗肯； 等温 吸热4’1难实现 对比5678
T
4'
5 4 3 8 6
1
7 2 s
7点x小,不利于汽机 安全； 8-5两相区 难压缩； wnet卡诺小
郎肯循环功和热的计算
，汽轮机出口
5'
1' 1 6'
6
4
4'
3
2' 2
s
尺寸小 缺点： • 对强度要求高 • x2' 不利于汽 轮机安全。一般 要求出口干度大 于0.85~ 0.88
蒸汽初温对郎肯循环热效率的影响
蒸汽动力循环
简单蒸汽动力装置流程图
１
qin
Boiler Turbine
Wturb,out
２
４
qout
Pump Wpump,in Condenser
简 单 蒸 汽 动 力 装 置 系 统 简 图
３
二、朗肯循环 (Rankine cycle)
1. 水蒸气的卡诺循环
水蒸气卡诺循环有可能实现，但： 1）温限小 实际并不实行 2）膨胀末端x太小 卡诺循环 3）压缩两相物质的困难
再热循环（reheat cycle）
一、设备流程及T-s图
再热器 过热器
二、再热对循环效率的影响
忽略泵功：
wnet h1 h5 h6 h7
q1 h1 h3 h6 h5
wnet h1 h5 h6 h7 t q1 h1 h3 h6 h5
wnet wt,T
若忽略水泵功，同时近似取h4h3，则
h1 h2 h1 h2 t h1 h3 h1 h2'
4）耗汽率(steam rate)及耗汽量
理想耗汽率(ideal steam rate) d0 —装置每输出单位功量所消耗的蒸汽量
1 d0 h1 h2
耗汽量
2 2
0.42 0.41 0.40 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
p2 kPa 讨论： s3’s3 s1 s 我国幅员辽阔，四季温差大，对蒸汽发电机组有什么影响？
蒸汽参数的影响归纳如下：
① 提高蒸汽初参数 p1，t1,可以提高循环热效率，现代蒸汽动力循环 朝着高参数方向发展。我国目前采用的配套机组参数如下表。 低参数 中参数 高参数 超高参数 亚临界参数
3
蒸汽动力循环 ppt课件
2
1
4
13
4
h1
h1 = 129.3 kJ/kg s h2 = 3330.7 kJ/kg s
ppt课件
21
水蒸气的绝热过程
汽轮机、水泵
qhwt
T
1
q=0
wt hh1h2
可逆过程： s
p1 p2 2 2’
不可逆过程
s
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22
二、朗肯循环功和热的计算
T
汽轮机作功： wT h1 h2
1
凝汽器中的定压放热量：
1 6
2 s
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t
h1 h2 h1 h3
p1 t1 p2
29
三、蒸汽参数对热效率的影响
1、初温 t1 对热效率ηt 的影响
p1 , p2不变，t1
T
1'
1
5
6
t
1
T2 T1
优点：
•T1
t
• x 2 ' ，有利于汽轮
机安全。
4
缺点：
3
2 2 ' • 对耐热要求高，
目前初温一般小
s 于620℃
锅炉Boiler设备图
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12
汽轮机（透平Turbine）机组刨面图
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13
凝汽器Condenser和冷却塔系统图
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14
Natura冷l-却dr塔if实t 体C图ooling Tower
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15
10-1、简单蒸汽动力循环——朗肯循环
一、蒸汽动力循环简化
1
12 汽轮机 s 膨胀
基本内容
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2
动力循环：以获得功为目的
第16课时单元_电厂热力设备及运行_第09章_汽轮机工作原理
质的汽化潜热重新在循环中得到利用，减少工质冷源损失，
漏入空气，回收工质和热量。
汽轮机设备的组成：
供油设备：供给机组调节、保安、轴承润滑和顶轴等处的
工作用油。
旁路设备：机组启动期间，使蒸汽和再热蒸汽参数尽快达
到汽轮机冲转要求；机组正常运行期间，协调机炉之间蒸
汽量；机组甩负荷或运行工况急剧变化时，排出锅炉产生 的过量蒸汽。旁路系统还可用于保护锅炉再热器。 调节保护系统：控制汽轮机转速，使汽轮机发电机能并入 电网；在外界负荷变化时及时地调节汽轮机功率，以满足 用户用电量变化的需要，同时保证汽轮发电机组的工作转 速在正常允许范围内。
喷嘴中的热力过程
２.喷嘴出口汽流的理想速度
1 2 1 2 h0 h1t c1t c0 2 2
2 c1t 2(h0 h1t ) c0
(9 1) (9 2)
h0 喷嘴叶栅进口蒸汽的焓，j / kg。 c0 喷嘴叶栅进口蒸汽的速度，m / s。 h1t 喷嘴叶栅出口蒸汽的理想焓，j / kg。 c1t 喷嘴叶栅出口蒸汽的理想速度，m / s。
四、作业
（1）汽轮机本体由哪些部件组成？ （2）汽轮机的辅助设备主要有哪些？
图9-6 冲动级工作原理
二、冲动级 的工作原理
单级汽轮机：由一个 级构成的汽轮机。 多级汽轮机：由多个 级构成的汽轮机。
图9-7 单级冲动级汽轮机结构简图
1-轴；2-叶轮；3-动叶栅；4-喷嘴
三、反动级的工作原理
反动级：当汽流通过动叶
通道时，一方面要改变方
向，同时还要膨胀加速， 改变方向会对叶片产生一 个冲动力，膨胀加速会对 叶片产生一个反作用力，
原动机：拖动发电机旋转发电的机械或设备。 汽轮机：把蒸汽的热能转换为机械能，拖动其它机械 转动的原动机。 汽轮发电机组：汽轮机与发电机的组合体。 汽轮机设备：汽轮机本体及其辅助设备由管道和阀门 连成的一个整体。
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§4 回热循环
采用回热循环的目的:朗肯循环热效率不高的主要原
因是经水泵升压后的未饱水温度较低，导致循环的
平均吸热温度较低，采用回热的方法可以提高循环
的平均吸热温度，从而提高循环热效率 t 1 T2 。
回热循环：在一定压力下从汽机适当部位抽出部分 作了一定功的蒸汽，将其引入回热加热器内加热给 水，使循环中水的吸热温度提高，以使 T1 提高而达 到提高循环热效率的目的。也称为抽汽回热循环。
和平均放热温度，由T-s图分析。
一、进汽温度的影响：
在p1，p2保持不变的情下， T ↑t1→ηt↑，且 x2 ↑ 到
1 5 6 1
T2 增大，由图 所以： t 1 T1 可见，同时x2↑。有利于汽轮
，则 T↑，而 T不变， t1 1 2
如图：进汽温度由t1提高
4
3 2 2
机的安全工作。但t1的提高受 到了过热器金属材料耐高温性 能的限制,一般t1在550℃右。
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p2
2
（b）
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s
章节
饱和蒸汽卡诺循环的局限性： 1) 湿蒸汽的绝热压缩过程难以实现。因为湿汽的比容比水 的比容大得多，压缩湿汽耗功很大，且压缩机工作极不 稳定。 2) 卡诺循环局限在饱和区内。工质吸热的上限温度受临界 温度的限制，工质放热的下限温度受环境温度的限制， 所以热效率也不很高。上限温度较高的其它循环的热效 率完全有可能高于卡诺循环的效率。 3) 饱和蒸汽膨胀终态的湿度很大，影响汽轮机工作的安全 性。 分析卡诺循环存在的问题，为改进实际循环指明了 方向。实际蒸汽动力循环均以朗肯循环为基础。
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2．分析简化： 工质的工作流程简图如图： 1 q1 S 方法：根据每一设备的工作 2 6 T q2 特点将其中的实际工作过程用近 B 似的或等效的可逆过程代替。 C 循环由下列过程组成： P 吸热过程（4-5-6-1）：可 2 4 看作可逆定压吸热过程。 膨胀过程（1-2）：可看作可逆绝热（定熵）膨胀过程。 放热过程（2-3）：可看作可逆定压放热过程同时也是 定温过程。 压缩过程（3-4）：可看作可逆绝热（定熵）压缩过程。 压力升高后的水再次进入锅炉完成一次循环。 忽略了一切不可逆因素之后,便得到了相应的反映该实 际动力装置循环基本特征的可逆循环。
！注意各点工质所处的状态。
状态1：p1，t1 的过热汽 状态3：p2下的饱和水 状态2：p2，s2=s1的湿蒸汽 状态4：p1, t4≈t3 的未饱和水
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5．说明： 1） wP 与wT相比可略,认为T-s图中的状态点4与点3相重合,则 h4≈h3 大为简化了计算，而对计算精度的影响很小。 2） 以上讨论的是理想化的可逆循环，故其热效率也称理想热 效率。对有摩阻的实际不可逆循环，常以汽机相对内效率和 泵效率来修正。 ？在蒸汽动力循环中，乏汽凝结对外放出大量热量 而使循环热效率不高，是否可以取消凝汽器而用压缩机将乏 汽升压后送回锅炉再加热成新蒸汽呢？
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章节
二、朗肯循环:
1．概念：
朗肯循环系统的组成： 锅炉、汽轮机、凝汽器和水泵四大主要设备用管道连接。
针对饱和蒸汽卡诺循环的局限性进行的改进：
1）使放热过程一直延至蒸汽全部凝结成饱和水，用水泵取代压 缩机，水泵耗功比压缩机少得多且工作稳定。 2）使工质的吸热过程沿等压线延至过热蒸汽区，提高了循环的 平均吸热温度，既提高了循环热效率又增大了乏汽的干度。 朗肯循环是切实可行的蒸汽动力装置基本循环，现在各 种较复杂的蒸汽动力循环都是在朗肯循环的基础上予以改进 而得到的。
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3．p-v图、T-s图：
p
e 4 5 6 T 1 5 6
1 4
3 (2)
2
f
O
3 (2)
2
v
(a)
O
m （b）
n
s
！各图中的相应点标注符号要对应。
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4.计算： 对1kg工质而言： 1）热量和功： 吸热量： q1 h1 h4 即T-s 图中面积m4561nm 放热量： q2 h2 h3 即T-s 图中面积m32nm 作技术功： wT h1 h2 即p-v图中面积e12fe 耗技术功：w p h4 h3 即p-v图中面积e43fe 循环净热： q q q 循环净功: w0 wT w p 或：w0 q0 q1 q2 2）热效率: w0 T1 q2 t or t 1 or t 1
一、再热循环的系统装置图、T-s图：
1
T
1 B A 5 6
6
2 B
4 3
A
2 2
4
3
0
s
吸热过程增加了A-B过程,膨胀过程为1-A和B-2过程，显
然x2增大了,再热压力pzr适当时,热效率 t (1 T2 )
T1
二、计算： 1.计算表达式: 工质在锅炉内的总吸热量为工质在省煤器、 蒸发面和过热器内的吸热量与在再热器内的 吸热量之和： q1==(h1-h4)+(hB-hA) 工质在汽轮机内所作的轴功为工质在汽轮机 高、低压缸内所作的轴功之和： wTs=(h1-hA)+(hB-h2) 工质在凝汽器内的放热量为： q2=h2-h3 工质在水泵内消耗的轴功为：wPs=h4-h3
h A h4 A hA h4
忽略泵功则：h4=h3=h2′
工质在锅炉内的吸热量为 q1=h1-hF=h1-hA′ 工质在汽轮机内所做的轴功为 wTs=(h1-hA)+(1-αA)(hA-h2) 工质在凝汽器内的放热量为 q2=(1-αA)(h2-h3) 工质在水泵内消耗的总轴功为 wPs=(1-αA)(h4-h3)+(hF-hA) 忽略泵功，回热循环的热效率和汽耗率分别为 3600 wTs d t wTs q1
O
m （b）
n
s
二、进汽压力的影响：
在t1, p2保持不变的情况下， ↑p1→ ηt↑，且 x2 ↓
如图：进汽压力从p1提高到
则 T 5 4 4 3 5 1 1 6 6 2 2
， p1
T1
T ↑，而
1
T2 不变。所以， T2 t 1
增大，由图可见，同时x2 ↓，对汽轮机
的安全工作不利，且随压力的增大，相 应的饱和温度增加较慢，当进汽压力已 经较高时，继续提高进汽压力，则循环 热效率提高甚微，所以提高p1的同时应 O m n s
0 1 2
q1
q1
T2
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章节
3）汽耗率:
若循环的汽耗量为D(kg/h),循环净功为w0（kJ/kg） 则循环净功率为: P D w kW 0 0 3600 汽耗率：产生1kW·h(3600kJ)功所需消耗的蒸汽量。是循环的另一 D 3600 经济性指标。 d kg/（kW·h） P0 w0 ！注意式中各量的单位。 4．各点参数的确定： 利用“水和水蒸气的热力性质图表”或计算程序确定。
2.各点参数的确定:
利用“水和水蒸气的热力性质图表”或计算程序确 定。 ！注意各点工质所处的状态。 状态1： p1，t1 的过热汽 状态A：pzr， sA=s1 的过热汽 状态B： pzr，tB 的过热汽 状态2： p2，s2=sB的湿蒸汽 状态3： p2下的饱和水 状态4： p1, t4≈t3 的未饱和水
第九章 蒸汽动力装置循环
太原电力高等专科学校 山西大学工程学院
卢改林副教授
电话：2646224（办）
动力装置循环
分析循环的目的方法步骤
§1 §2 §3 §4 朗肯循环 蒸汽参数对循环热效率的影响 再热循环 回热循环
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分析动力循环的目的： 在于揭示循环中能量利用的完善程度，分析影响循环热 力性能的主要因素, 探讨评价循环性能的方法，寻求提高循 环经济性的途径。 方法： 1.热平衡法:以热力学第一定律为依据,从能量的数量关系 分析，用热效率来评价循环的经济性。 2. 效率来全面地评价循环的经济性。 步骤（以热平衡法为例）： 1.将实际循环合理地抽象简化为理想循环。 2.将简化好的理想可逆循环画在p-v图、T-s图上。 3.对理想循环进行分析计算。 4.定性分析影响循环性能的主要因素，寻求提高循环经济性 的途径。 5.分析实际循环与理想循环的偏离程度，对理想循环的计算 结果引入必要的修正，提出相应的改善措施。
2.再热压力的合理选择: 由T-s图可见：若pzr太低，则x2增大明 显但可能降低η t,若pzr太高，则η t提高了， 但x2增大很少，达不到再热的目的，综合 考虑pzr对x2和η t的影响，存在一个最佳的 pzr既使x2满足规定的技术要求又能提高ηt ， 经过技术经济比较后，一般选 pzr=（20～ 30）％ p1范围，ηt 可提高（4～5）％ 。
循环净功为： w0=wTs-wPs=(h1-hA)+(hB-h2)-(h4-h3) 再热循环的热效率为：
w0 (h1-hA)+(hB-h2)-(h4-h3) ηt ＝ q ＝ 1 (h -h )+(h -h )
1 4 B A
循环的汽耗率：
D 3600 d P0 w0
kg/(kw· h)
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§2 蒸汽参数对朗肯循环的影响
蒸汽参数：指汽轮机的进汽参数(初温、初压)
和排汽参数（终压）。
由公式 热的外不可逆性提高 T ，降低 T2 ，即可提高循环
1
T2 t 1 T1
可见减少循环中温差传
热效率（此处不考虑汽轮机中工质膨胀时摩擦引 起的内部不可逆性）。为方便采用平均吸热温度
提高t1才能取得理想的效果。
三、排汽压力p2的影响：
在p1，t1 不变的情况下， ↓p2→ ηt↑，且 x2 ↓