汽轮机基础知识(教材)

汽轮机基本概念、工作原理介绍一、汽轮机运行基础知识1、流体力学基础知识一、流体的物理性质1、流动性流体的流动性是流体的基本特征，它是在流体自身重力或外力作用下产生的。

这也是流体容易通过管道输送的原因2、可压缩性流体的体积大小会随它所受压力的变化而变化，作用在流体上的压力增加，流体的体积将缩小，这称为流体的可压缩性。

3、膨胀性流体的体积还会随温度的变化而变化，温度升高，则体积膨胀，这称为流体的膨胀性。

4、粘滞性粘滞性标志着流体流动时内摩擦阻力的大小，它用粘度来表示。

粘度越大，阻力越大，流动性越差。

气体的粘度随温度的升高而升高，液体的粘度随温度的升高而降低。

二、液体静力学知识1、液体静压力及其基本特性液体静压力是指作用在液体内部距液面某一深度的点的压力。

液体静压力有两个基本特性：①液体静压力的方向和其作用面相垂直，并指向作用面。

②液体内任一点的各个方向的静压力均相等。

2、液体静力学基本方程Ｐ＝Ｐa＋ρgｈ式中Pa----大气压力ρ-----液体密度上式说明：液体静压力的大小是随深度按线性变化的。

3、绝对压力、表压力和真空①绝对压力：是以绝对真空为零算起的。

用Pj表示。

②表压力（或称相对压力）：以大气压力Pa为零算起的。

用Pb表示。

③真空：绝对压力小于大气压力，即表压Pb为负值。

绝对压力、表压力、真空之间的关系为：Pj=Pa+Pb三、液体动力学知识1、基本概念①液体的运动要素：液体流动时，液体中每一点的压力和流速，反映了流体各点的运动情况。

因此，压力和流速是流体运动的基本要素。

②流量和平均流速：假定流体在流过断面时，其各点都具有相同的流速，在这个流速下所流过的流量与同一断面各点以实际流速流动时所流过的流量相当，这个流速称为平均流速，记作V。

单位时间内，通过与管内液流方向相垂直的断面的液体数量，称为流量。

流量可分为体积流量Qv和质量流量Qm。

Qv=V AQm=ρV A③稳定流和非稳定流：稳定流是指流体流速和压力不随时间的变化而变化的流动，反之则为非稳定流。

2、稳定流的连续性方程式由液体的不可压缩性可知：Qv=V1 A1=V2 A2即V1/V2=A2/A13、流动阻力损失流动阻力损失的类型：沿程损失和局部损失1）沿程阻力损失：沿程损失是指液体在直管段中流动时，液体质点与管壁以及质点与质点间相互磨擦而产生的能量损失，用hf表示。

影响沿程损失的因素：①流体的运动状态：层流、紊流。

a、层流：流体流动时，液体质点只沿管子作轴向运动。

b、紊流：流体流动时，流体质点不仅沿管子作轴向运动，同时还作横向运动。

②管子的粗糙度。

③流体的粘度。

2）局部阻力损失局部阻力损失是指流体流经管路附件时，出现突然扩大或收缩时，形成涡流，产生强烈的撞击和掺混，造成的能量损失，用hj表示。

影响局部损失的因素：形成局部损失的附件形状。

所以，流体在流经某一管路时，其总阻力损失为沿程损失与局部损失之和。

即h=hf+hj2、工程热力学基础知识介绍一、基本概念工质：工作介质的简称。

工质的状态参数有六个：1）压力：物体单位面积上所受到的垂直作用力称为压力，用符号p表示。

2）温度：表示物体冷热程度的物理量，它与物体内部大量分子的不规则运动有关。

温度越高，分子运动就越剧烈，用符号T或t表示。

3）比容：指单位工质所具有的容积。

用γ表示。

γ=V/m (单位：mз/kg)气体比容的倒数为气体的密度。

4）内能：指气体的内位能与内动能之和，用u表示。

5）焓：是一个表示能量的状态参数，用h表示。

它由内能和推动功组成，即h=u+pv6) 熵：是一个导出的状态参数，它表示能量的传递方向。

用s表示。

二、热力学两大定律热力学第一定律：热可以变为功，功也可以变为热。

一定量的热消失时，必产生与之数量相当的功；消耗一定量的功时，也必出现相应数量的热。

热力学第二定律：热量不可能自发的，无条件的从低温物体传到高温物体。

三、热力过程热力过程指工质由一种状态变化为另一种状态所经过的途径。

常见的热力过程有：定容过程、定压过程、定温过程、绝热过程。

理想气体状态方程：PV=nRT1)定容过程：V=定值, P1/P2=T1/T2定容过程中，工质不输出膨胀功，加给工质的热量未转化为机械能，全部用于增加工质的热力学能，因而工质温度升高。

2）定压过程：P=定值，V1/V2=T1/T2定压过程中，工质流过换热器等设备时，不对外做技术功，这时工质吸收热量转化的机械能全部用来维持工质的流动。

3）定温过程：T=定值，P1V1=P2V2定温过程中，由于热力学能不变，所以在定温膨胀时吸收的热量，全部转化未膨胀功。

4）绝热过程：ΔQ=0绝热过程中，工质所作的技术功等于焓降，与外界无能量交换，过程功只来自工质本身的能量转换。

四、热力循环一个热力系统经过一系列的热力变化，最后又回到原来完全相同1→2：过热蒸汽进入汽轮机膨胀做功，放热，是一个绝热膨胀过程。

2→3：乏汽进入凝汽器，凝结成水，是一个定压冷凝过程。

3→4：凝结水经给水泵提压后进入锅炉，是一个绝热压缩过程。

朗肯循环是由两个定压过程和两个绝热过程组成的最简单的蒸汽动力循环。

其循环热效率等于汽轮机中转变为功的有用热与锅炉吸收的总热量之比。

五、几个实际问题工程中常要处理流体或蒸汽在管路设备，如喷管、扩压管、节流阀内的流动情况，下面就对喷管和节流做一个简单介绍。

1）喷管喷管就是通过流道截面积的变化，使流体的速度和压力产生相应变化的设备。

一般喷管可分为渐缩喷管，渐扩喷管和缩放喷管等。

电站中用到的射水、射汽抽汽器用的就是缩放喷管的形式。

①减缩喷管：横截面积逐渐变小，流体速度增大，压力降低。

②渐扩喷管：横截面积逐渐变大，流体速度减小，压力增加。

③缩放喷管（拉法尔喷管）：横截面积先缩小后变大，流体流速先变大后变小，压力先减小后增大。

喷管最小截面处称为喉部。

喉部的流速称为临界流速，即为声音的速度。

2）节流流体经过突然收缩的截面，如阀门、孔板、节流圈等部件而产生压力下降的现象称为节流。

电站中用到的流量变送器就是利用节流孔板产生的压力差来进行流量测量的。

二、轮机的基本概念及工作原理汽轮机是用具有一定温度和压力的蒸汽来做功的回转式原动机。

由于其具有热效率高、运转平稳、输出功率大、事故率低等优点，广泛应用于拖动发电机、大型风机水泵及船舶的动力设备。

依其做功原理的不同，可分为冲动式汽轮机和反动式汽轮机两种类型。

两种类型各具特点，各有其发展的空间。

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。

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。

即蒸汽不仅在喷嘴中进行膨胀，产生压力降，而且在叶片中也进行膨胀，产生压力降。

冲动式与反动式在构造上的主要区别在于：冲动式：动叶片出、入口侧的横截面相对比较匀称，汽流通道从入口到出口其面积基本不变。

反动式：动叶片出、入口侧的横截面不对称，叶型入口较肥大，而出口侧较薄，汽流通道从入口到出口呈渐缩状。

最简单的汽轮机单级汽轮机结构由轴、转轮、叶片和喷嘴组成，工作原理为：具有一定压力和温度的蒸汽通入喷嘴膨胀加速，此时蒸汽压力、温度降低，速度增加，蒸汽热能转变为动能，然后，具有较高速度的蒸汽由喷嘴流出，进入动叶片流道，在弯曲的动叶片流道内，改变汽流方向，给动叶片以冲动力，产生了使叶轮旋转的力矩，带动主轴旋转，输出机械功，完成动能到机械能的转换。

热能→动能→机械能，这样一个能量转换的过程，便构成了汽轮机做功的基本单部分元，通常称这个做功单元为汽轮机的级。

由于单级汽轮机的功率较小，且损失大，故使汽轮机发出更大功率，需要将许多级串联起来，制成多级汽轮机。

多级汽轮机的第一级又称为调节级，该级在机组负荷变化时，是通过改变部分进汽量来调节汽轮机负荷，而其它级任何工况下都为全周进汽，称为非调节级。

汽轮机分类按热力过程可分为：1、凝汽式汽轮机：进入汽轮机做功的蒸汽，除少量漏汽外，全部或大部分排入凝汽器，形成凝结水。

2、背压式汽轮机：蒸汽在汽轮机内做功后，以高于大气压力被排入排汽室，以供热用户采暖和工业用汽。

3、调整抽汽式汽轮机：将部分做过功的蒸汽以某种压力下抽出，供工业用或采暖用。

4、中间再热式汽轮机：将在汽轮机高压缸做完功的蒸汽，再送回锅炉过热器加热到新蒸汽温度，回中、低压缸继续做功。

按蒸汽初蒸汽分类：1、低压汽轮机：新汽压力为1.2～1.5MPa；2、中压汽轮机：新汽压力为2.0～4.0MPa；3、次高压汽轮机：新汽压力为5.0～6.0MPa；4、高压汽轮机：新汽压力为6.0～10.0MPa；还有超高压、亚临界压力、超临界压力汽轮机等等。

汽轮机型号表达方式：我国采用汉字拼音和数字来表示汽轮机的型号。

型号中第一组符号的汉字拼音，表示汽轮机的热力特性或用途，数字表示汽轮机的额定功率，第二组符号由数字组成，表示汽轮机主蒸汽参数。

例如 N6-2.35 凝汽式，额定功率6MW，初压2.35MPaB3-3.43/0.49 背压式，额定功率3MW，初压3.43MPa背压0.49MPa针对水泥余热资源品位低、流量大的特点,在满足水泥工艺要求前提下,为充分利用余热热能，宁一线采用多级冲动混压凝汽式带减速机型汽轮机。

利用参数较低的主蒸汽和来自闪蒸器的饱和蒸汽发电,汽轮机额定功率6480kW,排气压力-95.6kPa, 转速5829rpm，级数9级,工作状态下额定蒸汽条件:入口蒸汽压力主蒸汽高压混汽低压混汽2.45Mpa 0.31Mpa 0.006Mpa入口蒸汽温度 335℃饱和饱和入口蒸汽流量 31.93t/h 2.24t/h 0.93t/h 汽轮机为减速式汽轮机，通过减速机后转速为1500rpm，这样汽轮机的整体尺寸较小，暖机和冲转所需的时间较短，便于汽轮机停机后能够在短时间内迅速再投入，适应窑系统工况的波动。

针对汽轮机后几级叶片水份较多、易发生水蚀现象的特点，在低压部分特别设计了集水槽和疏水孔，充分利用转子转动的离心力分离水珠，避免水蚀。

另在末两级叶片前部覆盖了一层特殊合金，以减轻水击产生的损伤。

汽轮机的调节系统采用电、液（压）调节方式，感应机构为电磁式，执行机构为液压传动式。

调节系统稳定可靠，保证了汽轮机在设计范围内的任何工况下稳定运行。

为保障汽轮机安全运行,我厂汽轮机设置保护有:1、主蒸汽进汽阀门丧失油压而自动关闭；2、超速保护(电气、机械保护)；3、润滑油、跳闸油压力低保护；4、推力轴承磨损保护；5、排汽压力保护。

汽轮机油系统组成有:油箱装置、油雾排气扇、油净化器、油冷却器、润滑油过滤器、调节油过滤器、主油泵、辅助油泵、紧急油泵、控制（润滑）油压调节阀、油温调节阀及相应的管道等。