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汽轮机培训演示稿
的变化相适应；在电网频率不变时，能维持机组功率不变，具 有抗内扰性能 （4）当负荷变化时，调节系统应能保证机组从一个稳定工况过渡到 另一个稳定工况，而不发生较大的和长时间的负荷摆动 （5）当机组甩全负荷时，调节系统应使机组能维持空转（遮断保护 不动作）。 （6）调节系统中的保护装置，应能在被监控的参数超过规定的极限 值时，迅速地自动控制机组减负荷或停机，以保证机组安全。
俯视图 1-主汽门 组件右侧； 2-主汽门 组件左侧； 3-主汽门油动机 组件左则； 4-主汽门油动机 组件右侧； 5-主汽门左侧 开关盒托架； 6-主汽门右侧 开关盒托架； 7~9-开关盒； 10-主汽门开关盒 支架组件
图3-18 主汽门的结构
2、高压调节汽门
调节汽门是钟罩式
单座阀，其主阀碟
内也有预启阀。 图
图3-26 转速控制回路原理图
表3-2
高压缸控制进汽冲转阀门开启逻辑（旁路切除） 单位：压调节阀 中压调节阀
冲转前
关闭
全开 关闭
0~2980
控制（逐 渐开大）
全开 全开
阀门切换 （2900）
控制→全工
2900~3000 全开
全开→控制 全开
控制 全开
表3-3 阀门
高压主汽阀 高压调节阀 中压调节阀
图3-24 DEH系统的原理示意图
图3-25 阀门控制的VCC卡
二、DEH系统的控制方式 DEH的控制方式有“手动”、“操作员自
动”、 “程序控制”和“协调控制”、“遥控”五
种 三、DEH系统的主要功能 四、转速控制回路
转速控制回路由转速给定值形成单元、比 较器、阀门切换、比例积分器、转速测量 等元件组成，其输出的转速请求值引入相 应进汽阀的液压控制组件，控制阀门开度 。
俯视图 1-主汽门 组件右侧； 2-主汽门 组件左侧； 3-主汽门油动机 组件左则； 4-主汽门油动机 组件右侧； 5-主汽门左侧 开关盒托架； 6-主汽门右侧 开关盒托架； 7~9-开关盒； 10-主汽门开关盒 支架组件
图3-18 主汽门的结构
2、高压调节汽门
调节汽门是钟罩式
单座阀，其主阀碟
内也有预启阀。 图
图3-26 转速控制回路原理图
表3-2
高压缸控制进汽冲转阀门开启逻辑（旁路切除） 单位：压调节阀 中压调节阀
冲转前
关闭
全开 关闭
0~2980
控制（逐 渐开大）
全开 全开
阀门切换 （2900）
控制→全工
2900~3000 全开
全开→控制 全开
控制 全开
表3-3 阀门
高压主汽阀 高压调节阀 中压调节阀
图3-24 DEH系统的原理示意图
图3-25 阀门控制的VCC卡
二、DEH系统的控制方式 DEH的控制方式有“手动”、“操作员自
动”、 “程序控制”和“协调控制”、“遥控”五
种 三、DEH系统的主要功能 四、转速控制回路
转速控制回路由转速给定值形成单元、比 较器、阀门切换、比例积分器、转速测量 等元件组成，其输出的转速请求值引入相 应进汽阀的液压控制组件，控制阀门开度 。
汽轮机培训课件
器驱动发电机发电。
蒸汽在汽轮机中经历一系列的 能量转换和传递过程，最终排
出汽轮机。
汽轮机的应用
汽轮机是发电厂的主要设备之一，用于驱动发电机发电。 汽轮机也可用于驱动各种工业设备，如压缩机、泵、风机等。
汽轮机还可以用于热电联产，将蒸汽转化为热能和电能。
汽轮机的发展历程
汽轮机自19世纪末诞生以来， 经历了单级汽轮机、多级汽轮 机和高速汽轮机等多个发展阶 段。
04
汽轮机操作与安全
汽轮机操作规程
操作前检查
启动汽轮机前，检查汽轮机的 所有设备和控制系统是否正常 ，包括润滑系统、调速系统、
真空系统和供汽系统等。
操作规范
按照规定的操作程序启动汽轮 机，并密切监视汽轮机的运行 状态，包括振动、温度、压力
等参数。
停机操作
当需要停机时，按照规定的操 作程序进行，并做好相应的维
通过对设备运行状态进行密切跟 踪和趋势分析，预测设备可能出 现的故障，提前采取措施进行预 防和解决。
故障处理
根据故障诊断和预测结果，采取相 应的措施对设备故障进行处理，包 括调整设备运行参数、更换损坏部 件等。
06
汽轮机的未来发展
高效汽轮机的现状及发展趋势
高效汽轮机在国内外的研究现状
从技术、设备、材料等多角度阐述。
汽轮机类型
汽轮机按蒸汽流动方向可分为轴流 式和离心式，按蒸汽参数可分为高 温高压、中温中压和低温低压汽轮 机。
汽轮机控制系统
汽轮机控制系统的组成
汽轮机控制系统包括传感器、控制器、执行器和被控对象，用于维持汽轮机的正常运行。
汽轮机控制系统的功能
汽轮机控制系统主要控制汽轮机的进汽参数、转速、负荷等，以满足机组的安全和经济运行。
蒸汽在汽轮机中经历一系列的 能量转换和传递过程，最终排
出汽轮机。
汽轮机的应用
汽轮机是发电厂的主要设备之一，用于驱动发电机发电。 汽轮机也可用于驱动各种工业设备，如压缩机、泵、风机等。
汽轮机还可以用于热电联产，将蒸汽转化为热能和电能。
汽轮机的发展历程
汽轮机自19世纪末诞生以来， 经历了单级汽轮机、多级汽轮 机和高速汽轮机等多个发展阶 段。
04
汽轮机操作与安全
汽轮机操作规程
操作前检查
启动汽轮机前，检查汽轮机的 所有设备和控制系统是否正常 ，包括润滑系统、调速系统、
真空系统和供汽系统等。
操作规范
按照规定的操作程序启动汽轮 机，并密切监视汽轮机的运行 状态，包括振动、温度、压力
等参数。
停机操作
当需要停机时，按照规定的操 作程序进行，并做好相应的维
通过对设备运行状态进行密切跟 踪和趋势分析，预测设备可能出 现的故障，提前采取措施进行预 防和解决。
故障处理
根据故障诊断和预测结果，采取相 应的措施对设备故障进行处理，包 括调整设备运行参数、更换损坏部 件等。
06
汽轮机的未来发展
高效汽轮机的现状及发展趋势
高效汽轮机在国内外的研究现状
从技术、设备、材料等多角度阐述。
汽轮机类型
汽轮机按蒸汽流动方向可分为轴流 式和离心式，按蒸汽参数可分为高 温高压、中温中压和低温低压汽轮 机。
汽轮机控制系统
汽轮机控制系统的组成
汽轮机控制系统包括传感器、控制器、执行器和被控对象，用于维持汽轮机的正常运行。
汽轮机控制系统的功能
汽轮机控制系统主要控制汽轮机的进汽参数、转速、负荷等，以满足机组的安全和经济运行。
汽轮机培训课件
汽轮机培训课件以高温、高压水蒸汽为工质，将热能转化为机械能的热动力装置称为蒸汽轮机，简称汽轮机或透平。
在石油化工生产中的离心式压缩机、鼓风机以及离心泵等普遍采用汽轮机来驱动，一般转速都较高，在10000～20000rpm以上。
有别于用来发电的汽轮机和燃气轮机。
它具有启动扭矩大、便于直接驱动高速设备、容易实现转速调节、无易燃易爆危险、能较好地利用工厂余热、操作可靠、维修费用低等突出优点，在石油化工生产中得到广泛应用。
加氢联合装置有2台汽轮机，即加氢裂化离心压缩机机组的汽轮机K-53102T和加氢精制装置离心压缩机机组的汽轮机K-54102T。
一、汽轮机的工作原理汽轮机的主要元件是由喷嘴(也称静叶)与动叶(也称叶片)两个部件组成。
喷嘴固定在机壳或隔板上，动叶固定在轮盘上。
图9-1 汽轮机作功原理图蒸汽通过喷嘴时，压力下降，体积膨胀形成高速汽流，这时蒸汽的热能转变为动能，并定向高速从喷嘴中喷射而出，推动叶轮旋转而作功。
这种喷嘴、动叶以及叶轮所构成汽轮机作功的单元，称为级，只有一级的汽轮机，称为单级汽轮机。
由几个单级串联起来叫多级汽轮机。
K-53102T汽轮机采用4级，K-54102T汽轮机采用8级。
汽轮机根据叶片做功方式的不同分为冲动式汽轮机和反动式汽轮机。
反动式汽轮机一般都是多级的。
动叶片直接装在轮鼓上，在两列动叶片之间有静叶片，装在汽缸的内壁上。
由于动叶片前、后存在压力差，因而产生轴向推力，使转子向低压侧轴向位移。
为抵消轴向力，在转子前装有平衡活塞。
我装置两台汽轮机K-53102T、K-54102T均为反动式汽轮机。
二．汽轮机的分类1．按照热力过程分为(1). 凝汽式汽轮机汽轮机排出的蒸汽进入凝汽器，冷凝为水。
冷凝水质量好，可循环使用。
这种汽轮机在石油炼厂用得较多；(2). 抽气式汽轮机在汽轮机工作过程中，从中抽出一定量的蒸汽供给工业或取暖用，其余的在机内作功，最后在凝气器中冷凝，常见于电厂发电用的汽轮机。
汽轮机培训讲义(PPT59页)
叶轮工作时，主要承受的力有以下几种。 1、叶轮自身质量引起的离心力。 2、叶片、围带和拉筋引起的离心力。 3、套装转子由于叶轮套装在轴上的过盈产生的接触应力 4、在较高温度区域内的叶轮以及在透平启动过程中，叶
若工艺过程中有某一个压力的蒸汽用不完 时，就把这股多余的蒸汽用管路注入汽轮 机中的某个中间级内，与原来的蒸汽一起 工作，这样就可以从多余的蒸汽中获得能 量，得到一部分有用功，作为蒸汽热量的 综合利用，称为注入式汽轮机。
另外，汽轮机按工作原理可分为冲动 式、反动式、冲动与反动组合式汽轮机； 按结构可单级汽轮机、多级汽轮机和速度 级汽轮机。
汽轮机培训讲义
第一章 概述
汽轮机又叫蒸汽透平，它是以水蒸汽为工质，转子按一定方向作旋转运动的 连续工作的原动机。广泛地应用于发电、船舰、冶金、石油、化工等工业部 门，已有一百多年的历史。
工业汽轮机是指除去中心电站、中心热电站及船舰用汽轮机以外的其它有关 行业中使用的汽轮机都统称为工业汽轮机。三十年代冶金工业加速了工业汽 轮机的发展，尤其是六十年代初期高压离心式压缩机用于合成氨、乙烯生产， 使工业汽轮机获得极其广泛地使用。
3.汽轮机的转速易于调节，变转速运行的灵敏性及稳定性使工业生产的实际 要求获得满意地实现，自动化控制十分方便；
4.汽轮机的防爆、防潮性比电动机好，可以露天运行，在化工等防爆要求严 格的场所使用汽轮机，安全性好。
5.汽轮机起动几乎不用电，减少对电网供电的依赖性，使运行费用降低。 6.汽轮机在高转速下效率更高，因此用它来驱动在高速运转的离心式压缩机、
泵等，这样机组运行时经济性好。 7.便于实现热能的综合利用，这是最主要的优点。
第二章 汽轮机的分类
1.按热力过程分类： 1）凝汽式汽轮机： 纯凝汽式汽轮机一般简
若工艺过程中有某一个压力的蒸汽用不完 时，就把这股多余的蒸汽用管路注入汽轮 机中的某个中间级内，与原来的蒸汽一起 工作，这样就可以从多余的蒸汽中获得能 量，得到一部分有用功，作为蒸汽热量的 综合利用，称为注入式汽轮机。
另外，汽轮机按工作原理可分为冲动 式、反动式、冲动与反动组合式汽轮机； 按结构可单级汽轮机、多级汽轮机和速度 级汽轮机。
汽轮机培训讲义
第一章 概述
汽轮机又叫蒸汽透平，它是以水蒸汽为工质，转子按一定方向作旋转运动的 连续工作的原动机。广泛地应用于发电、船舰、冶金、石油、化工等工业部 门，已有一百多年的历史。
工业汽轮机是指除去中心电站、中心热电站及船舰用汽轮机以外的其它有关 行业中使用的汽轮机都统称为工业汽轮机。三十年代冶金工业加速了工业汽 轮机的发展，尤其是六十年代初期高压离心式压缩机用于合成氨、乙烯生产， 使工业汽轮机获得极其广泛地使用。
3.汽轮机的转速易于调节，变转速运行的灵敏性及稳定性使工业生产的实际 要求获得满意地实现，自动化控制十分方便；
4.汽轮机的防爆、防潮性比电动机好，可以露天运行，在化工等防爆要求严 格的场所使用汽轮机，安全性好。
5.汽轮机起动几乎不用电，减少对电网供电的依赖性，使运行费用降低。 6.汽轮机在高转速下效率更高，因此用它来驱动在高速运转的离心式压缩机、
泵等，这样机组运行时经济性好。 7.便于实现热能的综合利用，这是最主要的优点。
第二章 汽轮机的分类
1.按热力过程分类： 1）凝汽式汽轮机： 纯凝汽式汽轮机一般简
汽轮机讲课PPT演示课件
17
四、真空泵结构、原理。
如右图为水环泵的 工作原理示意图，水环 泵是由叶轮、泵体、吸 排气盘、水在泵体内壁 形成的水环、吸气口、 排气口等组成的。
叶轮被偏心的安装在 泵体中，当叶轮按顺时 针方向旋转时，进入水 环泵泵体的水被叶轮抛 向四周，由于离心力的 作用，水形成了一个与泵腔形状相似的等厚度的封闭的水 环。水环的上部内表面恰好与叶轮轮毂相切，水环的下部
13
5、汽轮机进汽
(1)汽轮机高压缸进汽
a.蒸汽品质符合要求。
b.蒸汽参数符合要求。
(2)汽轮机中压并汽条件
a.高压调门开度大于15%。
b.中压蒸汽压力＞1.5MPa、过热度大于50℃。
(3)低压并汽：
a.低压蒸汽压力＞1.5 kg/cm2.
b.温度大于＞200℃。
c.低压旁路减压阀开度大于20%时。
(5)监视机组转子静止的膨胀、差胀、振动、轴承温度
(6)注意高压缸排汽管必须充分疏水，防止管道水冲击。
15
汽轮机的停机——只有一种定参数方式 (1)燃机减负荷至排烟温度565℃，汽机高压调门开始以 20%/min速率关闭。当排烟温度小于524℃时，高压调门速 关。 (2)当高压调门开度小于15%时中压过热蒸汽至再热器入口 调门即时全关。 (3)当机组解列转速小于75%，低压调门关闭。 (4)投入盘车后，关闭高中压汽缸的抽真空阀，可以减小 高中压缸的上下温差，给机组启动带来方便。
汽轮机设备及运行
1
讲课要求：
一、汽轮机基本结构。 二、汽轮机起停要注意的事项。 三、汽轮机起停监控（重点）。 四、真空泵结构、原理。
2
Hale Waihona Puke 一、汽轮机基本结构 1、汽轮机的组成 2、机组的死点 3、汽轮机的热工监控点 4、主汽门的结构
四、真空泵结构、原理。
如右图为水环泵的 工作原理示意图，水环 泵是由叶轮、泵体、吸 排气盘、水在泵体内壁 形成的水环、吸气口、 排气口等组成的。
叶轮被偏心的安装在 泵体中，当叶轮按顺时 针方向旋转时，进入水 环泵泵体的水被叶轮抛 向四周，由于离心力的 作用，水形成了一个与泵腔形状相似的等厚度的封闭的水 环。水环的上部内表面恰好与叶轮轮毂相切，水环的下部
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5、汽轮机进汽
(1)汽轮机高压缸进汽
a.蒸汽品质符合要求。
b.蒸汽参数符合要求。
(2)汽轮机中压并汽条件
a.高压调门开度大于15%。
b.中压蒸汽压力＞1.5MPa、过热度大于50℃。
(3)低压并汽：
a.低压蒸汽压力＞1.5 kg/cm2.
b.温度大于＞200℃。
c.低压旁路减压阀开度大于20%时。
(5)监视机组转子静止的膨胀、差胀、振动、轴承温度
(6)注意高压缸排汽管必须充分疏水，防止管道水冲击。
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汽轮机的停机——只有一种定参数方式 (1)燃机减负荷至排烟温度565℃，汽机高压调门开始以 20%/min速率关闭。当排烟温度小于524℃时，高压调门速 关。 (2)当高压调门开度小于15%时中压过热蒸汽至再热器入口 调门即时全关。 (3)当机组解列转速小于75%，低压调门关闭。 (4)投入盘车后，关闭高中压汽缸的抽真空阀，可以减小 高中压缸的上下温差，给机组启动带来方便。
汽轮机设备及运行
1
讲课要求：
一、汽轮机基本结构。 二、汽轮机起停要注意的事项。 三、汽轮机起停监控（重点）。 四、真空泵结构、原理。
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Hale Waihona Puke 一、汽轮机基本结构 1、汽轮机的组成 2、机组的死点 3、汽轮机的热工监控点 4、主汽门的结构
汽轮机的工作原理培训.pptx
0r/min 危急遮断器动作转速：3270—3330r/min 轴向位移停机保护值：+1.3或-0.7 mm （
负为反向）
润滑油压低停机保护：0.03MPa 轴承回油温度停机值：75 ℃ 轴瓦温度停机值：110 ℃ 凝汽器真空低停机值：-0.061MPa
转速之差与额定转速之比的百分数。
n1 n2 100%
n0
速度变动率过大、过小，机组工作稳 定性较差。
速度变动率一般取3％～6％。
（三）迟缓率
1．定义 —— 在同一功率下因迟缓而出现的最大
转速变动量与额定转速的比值百分数
n 100%
n0 2．迟缓对机组运行的影响
单机运行机组，引起转速摆动；
并网运行机组，引起功率飘移；
降低调节灵敏度。
三、危急保护系统
1、电气危急保护系统 1）自动停机危急遮断系统（AST）。 当发生异常情况时，关闭所有进汽阀，立即
停机。 2）超速保护系统（OPC）。 当机组转速达到103%n0时，暂时关闭调节阀
。 2、机械超速危急遮断系统
汽轮机的主要保护：
1）超速保护。 2）轴向位移保护。 3）轴承供油低油压保护。 4）轴承回油油温高保护。 5）凝汽器低真空保护。 6）轴承振动高保护。
之间通常通过法兰螺栓连接。
3、滑销系统 作用：1）保证汽缸受热或冷却后按一
定方向膨胀或收缩；
2）保持汽缸与转子中心一致。 组成：由横销、纵销、立销等。
横销：引导汽缸沿横向滑动，并在轴向起 定位作用。
纵销：引导轴向滑动。纵销与横销中心线 的交点为膨胀的固定点，称为“死点”。
立销：引导汽缸沿垂直方向膨胀，并与纵 销共同保持机组的轴向中心不变。
级：由一列静叶栅和与它配合的动叶栅组成的汽 轮机的基本工作单元 根据结构，级分为：单列级、双列级、多列级
负为反向）
润滑油压低停机保护：0.03MPa 轴承回油温度停机值：75 ℃ 轴瓦温度停机值：110 ℃ 凝汽器真空低停机值：-0.061MPa
转速之差与额定转速之比的百分数。
n1 n2 100%
n0
速度变动率过大、过小，机组工作稳 定性较差。
速度变动率一般取3％～6％。
（三）迟缓率
1．定义 —— 在同一功率下因迟缓而出现的最大
转速变动量与额定转速的比值百分数
n 100%
n0 2．迟缓对机组运行的影响
单机运行机组，引起转速摆动；
并网运行机组，引起功率飘移；
降低调节灵敏度。
三、危急保护系统
1、电气危急保护系统 1）自动停机危急遮断系统（AST）。 当发生异常情况时，关闭所有进汽阀，立即
停机。 2）超速保护系统（OPC）。 当机组转速达到103%n0时，暂时关闭调节阀
。 2、机械超速危急遮断系统
汽轮机的主要保护：
1）超速保护。 2）轴向位移保护。 3）轴承供油低油压保护。 4）轴承回油油温高保护。 5）凝汽器低真空保护。 6）轴承振动高保护。
之间通常通过法兰螺栓连接。
3、滑销系统 作用：1）保证汽缸受热或冷却后按一
定方向膨胀或收缩；
2）保持汽缸与转子中心一致。 组成：由横销、纵销、立销等。
横销：引导汽缸沿横向滑动，并在轴向起 定位作用。
纵销：引导轴向滑动。纵销与横销中心线 的交点为膨胀的固定点，称为“死点”。
立销：引导汽缸沿垂直方向膨胀，并与纵 销共同保持机组的轴向中心不变。
级：由一列静叶栅和与它配合的动叶栅组成的汽 轮机的基本工作单元 根据结构，级分为：单列级、双列级、多列级
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汽轮机原理
Steam Turbine Theory
机械学院 热能与环境工程研究所
绪论
• 汽轮机是以蒸汽为工质的旋转式机械，主要用作 发电原动机，也用来直接驱动各种泵、风机、压 缩机和船舶螺旋桨等。
一、汽轮机的分类
1、按工作原理分
冲动式汽轮机 反动式汽轮机
2、按热力特性分
凝汽式汽轮机 背压式汽轮机 抽汽式汽轮机 抽汽背压式汽轮机 多压式汽轮机
Gn
Gnc
2 ( k1
2
k n
k1
k n
)
(
2
k1
)k1
1 1nccrr2
k1
fn
6、蒸汽在斜切部分的膨胀
p0
如图所示， AB为渐缩
喷嘴的出口截面，即吼口
截面，ABC 即为斜切部分。
当喷嘴出口压力p1大于临 界压力p1c时，蒸汽在斜切 部分不发生膨胀。但当
p1d<p1<p1c时汽流将在斜 切部分发生膨胀。
变型设计次序 蒸汽参数
例：N300-16.7/538/538
300MW凝汽式汽轮机,主蒸汽压力为16.7MPa，温度为 538ºC,再热蒸汽温度538ºC。
汽轮机型式代号见下表：
代号 N B C CC
型式 凝汽式 背压式 一次调整抽汽式 两次调整抽汽式
代号 CB CY Y HN
型式 抽汽背压式 船用 移动式 核电汽轮机
由以上分析可知，通过喷嘴的最大蒸汽流量（即临界流 量），在喷嘴出口面积和蒸汽性质确定后，只与蒸汽的初 参数有关；只要初参数已知，则通过喷嘴的临界流量即为 定值。
5、彭台门系数β
当喷嘴进出口压力比处于某个数值时，其相应的流量Gn 与同一初状态下的临界流量Gnc之比值称为流量比，也称为 彭台门系数，记为β。
喷嘴速度系数
c1 c1t
动能损失为：
h n c 2 1 2 tc 2 1 212c 2 1 2 t 12 h n *
喷嘴的能量损失系数 n ：喷嘴动能损失 h n 与蒸汽
滞止理想比焓降 h*0 之比
n 12
喷嘴截面积的变化规律
p k
const
dp kp d
dp cdc
的膨胀程度有关。
（2）当喷嘴前后的压力比小于或等于临界压力比时，通过 喷嘴的流量将保持不变，即为临界流量：
GnctAn
k(k21)kk 1 1p0
0
实际临界流量： Gnc nGnct
对于过热蒸汽，k 1 .3 , n 0 .9,G 7 n c0 .64 A n7p 3 0 0
对于饱和蒸汽，k 1 .1,3n 5 1 .0,G 2 n c0 .64 A n8p 0 30
M c a
G cA
dA M 2 1 dc
A
c
喷嘴中的临界状态
a dp k p
d
c a c cr
c cr
k p cr cr
2k
p
* 0
k
1
* 0
k
cr
p cr
p
* 0
2 k 1 k 1
n
p1
p
* 0
临界压力比 cr
只取决于蒸汽本身的性质，与喷嘴的结构无关。
对于过热蒸汽： cr 0.546 对于干饱和蒸汽： cr 0.577
p1 h1
s
蒸汽滞止和喷嘴出口参数计算
h
cpT
k RT k 1
k k 1
p
c12
c02 2
h0
h1
k p0
k 1 0
k1
1
p1 p0
k
c12 2
h0*
h1
k p0*
k10*
1pp10*
k1
k
喷嘴出口汽流速度的计算
喷嘴出口的理想速度c1t为：
c1t 喷2 嘴h 实0 际h1 出t 口c速0 2 度为2 ：hnc0 22 hn *k2 k1 p0 0 * *1p p1 0 *kk 1
第一章 汽轮机级的工作原理
• 级是汽轮机中最基本的 工作单位
• 级由静叶栅（喷嘴栅） 和动叶栅组成
• 本章着重阐述单级汽轮 机的工作原理
第一节 蒸汽在级内的流动
➢基本假设
（1）蒸汽在级内的流动是稳定流动 （2）蒸汽在级内的流动是一元流动 （3）蒸汽在级内的流动是绝热流动
基
（1）状态方程—— pv=RT
喷嘴中的蒸汽流量
（1）理想情况下，当喷嘴前后的压力比 n 大于临界压力比
时，由连续性方程 G nt 1t A nc1t 有：
Gnt An1tc1t An1t
2k k 1
p0*
0*
1
p1 p0*
k1
k
An
2k k 1
p0*0*
2
nk
k1
nk
实际流量： Gn nGnt
n 称为喷嘴流量系数，它主要与蒸汽状态及蒸汽在喷嘴中
αt
pt
ct
汽流在斜切部分膨胀时将使汽流出口速度大于音速，同 时汽流的方向也将发生偏转。
p1d为极限压力：特征线与AC重合时的出口压力。
M c a
sin 1 M
1
sin 1 1
cr c cr
2 k 1
1c1
1
k 1
k n
1 nk
k
1 d
p 1d
p
* 0
2
k 1
k 1
sin
1
2k k 1
扰动的等压线，即汽流膨胀的特征线，也称马赫锥母 线。
为马赫角：特征线与汽流流动方向的夹角。
蒸汽在动叶中的流动
0* P0*
P0 0
Δhn* Δht*
P1 1
∆hb
P2
Δhb’
h
2
蒸汽在喷嘴中从压力p0膨胀 到出口压力 p1，以速度c1流向 动叶栅。当蒸汽通过动叶时，
本
方
（2）等熵过程方程——pvk=常数
程
式
（3）连续性方程—— Gv=Ac
（4）能量守恒方程——
h0
c02 2
h1
c12 2
喷嘴中的热力过程
h0* ∆hc0 h0
0* P0* p0
0
∆hn
h
h1t
2 1
• P0,P1分别是喷嘴进出口压力。
• 理想热力过程从0→1。 • 实际热力过程是0→2。 • 0*点是0的滞止参数点。
3、按主蒸汽压力分
汽轮机类别 低压汽轮机 中压汽轮机 高压汽轮机 超高压汽轮机 亚临界压力汽轮机 超临界压力汽轮机 超超临界压力汽轮机
主蒸汽压力（MPa) 0.12~1.5 2~4 6~10 12~14 16~18 >22.1 >32
二、汽轮机型号的表示方法
汽轮机型号的组成为：
型式 额定功率
Δ XX - XX - XX
一般还要继续膨胀，压力由p1 降到p2.如图所示级的热力过程， 则此时级的滞止理想比焓降Δht* 为：
ht*hn*hb
近似认为与 ∆h‘b相等
s
1、反动度Ωm ——动叶内理想比焓降Δhb与级滞止理想比焓
降Δht*之比，表示蒸汽在动叶内的膨胀程度。
m
hb ht*
Ωm=0时称为纯冲动级 Ωm=0.5时称为典型反动级
Steam Turbine Theory
机械学院 热能与环境工程研究所
绪论
• 汽轮机是以蒸汽为工质的旋转式机械，主要用作 发电原动机，也用来直接驱动各种泵、风机、压 缩机和船舶螺旋桨等。
一、汽轮机的分类
1、按工作原理分
冲动式汽轮机 反动式汽轮机
2、按热力特性分
凝汽式汽轮机 背压式汽轮机 抽汽式汽轮机 抽汽背压式汽轮机 多压式汽轮机
Gn
Gnc
2 ( k1
2
k n
k1
k n
)
(
2
k1
)k1
1 1nccrr2
k1
fn
6、蒸汽在斜切部分的膨胀
p0
如图所示， AB为渐缩
喷嘴的出口截面，即吼口
截面，ABC 即为斜切部分。
当喷嘴出口压力p1大于临 界压力p1c时，蒸汽在斜切 部分不发生膨胀。但当
p1d<p1<p1c时汽流将在斜 切部分发生膨胀。
变型设计次序 蒸汽参数
例：N300-16.7/538/538
300MW凝汽式汽轮机,主蒸汽压力为16.7MPa，温度为 538ºC,再热蒸汽温度538ºC。
汽轮机型式代号见下表：
代号 N B C CC
型式 凝汽式 背压式 一次调整抽汽式 两次调整抽汽式
代号 CB CY Y HN
型式 抽汽背压式 船用 移动式 核电汽轮机
由以上分析可知，通过喷嘴的最大蒸汽流量（即临界流 量），在喷嘴出口面积和蒸汽性质确定后，只与蒸汽的初 参数有关；只要初参数已知，则通过喷嘴的临界流量即为 定值。
5、彭台门系数β
当喷嘴进出口压力比处于某个数值时，其相应的流量Gn 与同一初状态下的临界流量Gnc之比值称为流量比，也称为 彭台门系数，记为β。
喷嘴速度系数
c1 c1t
动能损失为：
h n c 2 1 2 tc 2 1 212c 2 1 2 t 12 h n *
喷嘴的能量损失系数 n ：喷嘴动能损失 h n 与蒸汽
滞止理想比焓降 h*0 之比
n 12
喷嘴截面积的变化规律
p k
const
dp kp d
dp cdc
的膨胀程度有关。
（2）当喷嘴前后的压力比小于或等于临界压力比时，通过 喷嘴的流量将保持不变，即为临界流量：
GnctAn
k(k21)kk 1 1p0
0
实际临界流量： Gnc nGnct
对于过热蒸汽，k 1 .3 , n 0 .9,G 7 n c0 .64 A n7p 3 0 0
对于饱和蒸汽，k 1 .1,3n 5 1 .0,G 2 n c0 .64 A n8p 0 30
M c a
G cA
dA M 2 1 dc
A
c
喷嘴中的临界状态
a dp k p
d
c a c cr
c cr
k p cr cr
2k
p
* 0
k
1
* 0
k
cr
p cr
p
* 0
2 k 1 k 1
n
p1
p
* 0
临界压力比 cr
只取决于蒸汽本身的性质，与喷嘴的结构无关。
对于过热蒸汽： cr 0.546 对于干饱和蒸汽： cr 0.577
p1 h1
s
蒸汽滞止和喷嘴出口参数计算
h
cpT
k RT k 1
k k 1
p
c12
c02 2
h0
h1
k p0
k 1 0
k1
1
p1 p0
k
c12 2
h0*
h1
k p0*
k10*
1pp10*
k1
k
喷嘴出口汽流速度的计算
喷嘴出口的理想速度c1t为：
c1t 喷2 嘴h 实0 际h1 出t 口c速0 2 度为2 ：hnc0 22 hn *k2 k1 p0 0 * *1p p1 0 *kk 1
第一章 汽轮机级的工作原理
• 级是汽轮机中最基本的 工作单位
• 级由静叶栅（喷嘴栅） 和动叶栅组成
• 本章着重阐述单级汽轮 机的工作原理
第一节 蒸汽在级内的流动
➢基本假设
（1）蒸汽在级内的流动是稳定流动 （2）蒸汽在级内的流动是一元流动 （3）蒸汽在级内的流动是绝热流动
基
（1）状态方程—— pv=RT
喷嘴中的蒸汽流量
（1）理想情况下，当喷嘴前后的压力比 n 大于临界压力比
时，由连续性方程 G nt 1t A nc1t 有：
Gnt An1tc1t An1t
2k k 1
p0*
0*
1
p1 p0*
k1
k
An
2k k 1
p0*0*
2
nk
k1
nk
实际流量： Gn nGnt
n 称为喷嘴流量系数，它主要与蒸汽状态及蒸汽在喷嘴中
αt
pt
ct
汽流在斜切部分膨胀时将使汽流出口速度大于音速，同 时汽流的方向也将发生偏转。
p1d为极限压力：特征线与AC重合时的出口压力。
M c a
sin 1 M
1
sin 1 1
cr c cr
2 k 1
1c1
1
k 1
k n
1 nk
k
1 d
p 1d
p
* 0
2
k 1
k 1
sin
1
2k k 1
扰动的等压线，即汽流膨胀的特征线，也称马赫锥母 线。
为马赫角：特征线与汽流流动方向的夹角。
蒸汽在动叶中的流动
0* P0*
P0 0
Δhn* Δht*
P1 1
∆hb
P2
Δhb’
h
2
蒸汽在喷嘴中从压力p0膨胀 到出口压力 p1，以速度c1流向 动叶栅。当蒸汽通过动叶时，
本
方
（2）等熵过程方程——pvk=常数
程
式
（3）连续性方程—— Gv=Ac
（4）能量守恒方程——
h0
c02 2
h1
c12 2
喷嘴中的热力过程
h0* ∆hc0 h0
0* P0* p0
0
∆hn
h
h1t
2 1
• P0,P1分别是喷嘴进出口压力。
• 理想热力过程从0→1。 • 实际热力过程是0→2。 • 0*点是0的滞止参数点。
3、按主蒸汽压力分
汽轮机类别 低压汽轮机 中压汽轮机 高压汽轮机 超高压汽轮机 亚临界压力汽轮机 超临界压力汽轮机 超超临界压力汽轮机
主蒸汽压力（MPa) 0.12~1.5 2~4 6~10 12~14 16~18 >22.1 >32
二、汽轮机型号的表示方法
汽轮机型号的组成为：
型式 额定功率
Δ XX - XX - XX
一般还要继续膨胀，压力由p1 降到p2.如图所示级的热力过程， 则此时级的滞止理想比焓降Δht* 为：
ht*hn*hb
近似认为与 ∆h‘b相等
s
1、反动度Ωm ——动叶内理想比焓降Δhb与级滞止理想比焓
降Δht*之比，表示蒸汽在动叶内的膨胀程度。
m
hb ht*
Ωm=0时称为纯冲动级 Ωm=0.5时称为典型反动级