第一章_汽轮机的工作原理共100页

❖ 现代冲动式汽轮机中广泛采用具有一定 反动度的冲动级，简称为冲动级
❖ 工作特点:蒸汽的膨胀主要喷嘴中进行， 在动叶通道中仅有小部分膨胀，产生的 反动力较小，主要利用冲动力作功
❖ 结构特点：作功能力比反动级的大，效 率又比纯冲动级高。
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反动级
❖ 定义：蒸汽在级中的理想焓降平均分配 在喷嘴和动叶通道中的级称为反动级
❖ 工作特点：蒸汽在喷嘴和动叶通道中的 膨胀程度相等，作功的力冲动力和反动 力各占一半
❖ 结构特点：动叶叶型与喷嘴叶型完全相 同。反动级的效率高于冲动级，但整级 的理想焓降较小。
调节级
➢ 喷嘴调节：多数汽轮机采用改变第一级喷嘴面 积的方法调节进汽量，称之为喷嘴调节。
➢ 调节级：中、小容量汽轮机的调节级喷嘴调节 汽轮机的第一级称为调节级，一般采用复速级。 大容量汽轮机多采用单列冲动级。
蒸汽流过无膨胀动叶通道时速度的变化
（二）反动作用原理
❖ 反动力定义：蒸汽在动叶汽道内膨胀时 对动叶的作用力。根据动量守恒定律， 当气体从容器中加速流出时，要对容器 产生—个与流动方向相反的力。
❖ 基本特点：蒸汽在动叶流道中不仅要改 变方向，而且还要膨胀加速，从结构上 看动叶通道是逐渐收缩的。
从作用力方面分析原理
下推动动叶旋转作功。
二、反动度和级的类型
基本概念
❖ 级滞止理想焓降：0点是级前
的蒸汽状态点，0*点是汽流被等 熵滞止到初速等于零的状态，p1、 p2分别为喷嘴出口压力和动叶出 口压力，蒸汽在级内从滞止状态
0*等熵膨胀到p2时的焓降称为级 的滞止理想焓降
❖ 级理想焓降：蒸汽在级内从0
点等熵膨胀到p2时的焓降
➢ 还把汽轮机的级分为速度级和压力级两种。
复速级
❖ 速度级:为使充分利用余速，在两列动
叶之间装设—列导向叶片，排汽经过导 向叶片后改变方向，进入第二列动叶继 续作功。这种级称为速度级。
❖ 复速级：同一叶轮上装有两列动叶片
的双列速度级，又称为复速级。
❖ 工作特点：蒸汽主要在喷嘴中膨胀加
速：动叶通道和导向叶片通道中基本不 膨胀，焓降大、效率较低。用于单级汽 轮机和中、小型多级汽轮机的第一级。
汽轮机的分类
按工作原理分
冲动式汽轮机 反动式汽轮机
凝汽式汽轮机
按热力特性分
背压式汽轮机 调节抽汽式汽轮机
中间再热式汽轮机
凝汽式汽轮机
❖ 特点：在汽轮机中作功后的排汽，在低于大气 压力的真空状态下进入凝汽器凝结成水。
❖ 火电厂中普遍采用的专为发电用的汽轮机。凝汽设备主要由凝汽器、 循环水泵、凝结水泵和抽气器组成。汽轮机排汽进入凝汽器，被循环 水冷却凝结为水，由凝结水泵抽出，经过各级加热器加热后作为给水 送往锅炉。 汽轮机的排汽在凝汽器内受冷凝结为水的过程中，体积骤然缩小， 因而原来充满蒸汽的密闭空间形成真空，这降低了汽轮机的排汽压力， 使蒸汽的理想焓降增大，从而提高了装置的热效率。汽轮机排汽中的 非凝结气体(主要是空气)则由抽气器抽出,以维持必要的真空度。 汽轮机最常用的凝汽器为表面式。冷却水排入冷却水池或冷却水 塔降温后再循环使用。靠近江、河、湖泊的电厂，如水量充足，可将 由凝汽器排出的冷却水直接排入江、河、湖泊，称为径流冷却方式。 但这种方式可能对河流湖泊造成热污染。严重缺水地区的电厂，可采 用空冷式凝汽器。但它结构庞大，金属材料消耗多，除列车电站外， 一般电厂较少采用。老式电厂中，有的采用混合式凝汽器，汽轮机排 汽与冷却水直接混合接触冷却。但因排汽凝结水被冷却水污染，需要 处理后才能作为锅炉给水，已很少采用。 运行特性 凝汽式汽轮机的排汽压力对运行经济性有明显影响。 影响凝汽器真空度的主要因素是冷却水进口温度和冷却倍率。前者与 电厂所在地区、季节及供水方式有关；后者表示冷却水设计流量与汽 轮机排汽量之比。冷却倍率大，可获得较高真空度。但冷却倍率增大 的同时增加了循环水泵的功耗和设备投资。一般表面式凝汽器的冷却 倍率设计为60～120。 由于凝汽式汽轮机循环水的需要量很大，水源 条件成为电厂选址的重要条件之一。
h
称为
t
级的理想焓降。
二、反动度和级的类型
汽轮机的反动度
蒸汽在动叶通道内膨
胀时的理想焓降hb， 和在整个级的滞止理想
焓降ht*
之比，即
m
hb ht*
mhn *hb hbhn * hbhb
hb mht* hn *1 mht*
反动度
❖ 反动度：表示蒸汽在动叶通道内膨
胀程度大小的指标。 ❖ 它等于蒸汽在动叶通道中的理想焓降
冲动力的定义：根据力学知识，当
一运动物体碰到另一个静止的物体或 者运动速度低于它的物体时，就会受 到阻碍而改变其速度的大小或方向， 同时给阻碍它的物体的一个作用力
特点：蒸汽仅把从喷嘴中获得的动
能转变为机械功，蒸汽在动叶通道中 不膨胀，动叶通道不收缩
（一）冲动作用原理
喷嘴出口处：蒸汽以相对速
度w1进入动叶通道，由于受到动 叶的阻碍，汽流方向不断改变， 最后以相对速度w2流出动叶通道， 在流道中蒸汽对动叶产生一个轮 周方向的冲动力F1，该力对动叶 作功使动叶转动
与喷嘴的滞止理想焓降和动叶通道中 理想焓降之和的比值 ❖ 级的平直径处（即1/2叶高处）的反 动度用Ωm表示，其表达式为：
m h n * h b h b h n * h b h b h h tb *
（二）汽轮机级的类型和特点
1.按反动度的大小进行分类 2.按通流面积是否随负荷而变分类 3.按蒸汽的动能转换为转子机械能的过程
❖ 蒸汽流经级时先在喷嘴中膨胀压力
降低，速度增加一方面通过速度方
向的改变，产生冲动力F1
❖ 蒸汽在动叶中继续膨胀，压力降低，
所产生的焓降转化为动能造成动叶
出口的相对速度w2大于进口相对速 度w1，使汽流产生了作用于动叶上 的与汽流方向相反的反动力Fr。
❖ 在蒸汽的冲动力和反动力合力作用
动叶通道是逐渐收缩的
分类
级的类型及特点
汽轮机的级可分为冲动级和反动级两大类
冲动级
冲动级又分：纯冲动级、带反动度的冲动级速度级 1) 纯冲动级：反动度为零的级称为纯冲动级 ❖ 工作特点：是蒸汽只在喷嘴中膨胀，在动叶通道中不膨胀 ❖ 结构特点：动叶叶型近似对称弯曲，作功能力大，但效率
比带反动度的冲动级低。
带反动度的冲动级
蒸汽热能
喷嘴
气流的动能
轴的机械能
动叶
一、汽轮机的工作原理
“级”是汽轮机中最基本的 2叶轮 工作单元。在结构上它是由
3动叶栅
静叶（喷嘴）和对应的动叶
所组成；一列固定的喷嘴和
与它配合的动叶片构成了汽
4喷嘴
轮机的基本作功单元，称为 汽轮机的“级”
1轴 单级冲动式汽轮机工作原理结构立体图
（一）冲动作用原理
第一节概述
❖ 汽轮机以蒸汽为工质，将热能转 变为机械能，为发电机发电提供 机械能。
❖ 火力发电厂三大主要设备之一， 单机功率大、效率高、运行平稳、 使用寿命长
一. 汽轮机的工作原理
➢ 汽轮机内的能量转换 ❖ 一定压力和温度的蒸汽流经固定不动的喷嘴，
并在其中膨胀，蒸汽的压力、温度不断降低， 速度不断增加，使蒸汽的热能转化为动能 。