汽轮机系统构成与运行基础知识

一、汽轮机级的工作原理

1.汽轮机是以蒸汽为工质的将热能转变为机械能的旋转式原动机。

2.汽轮机的分类：按工作原理分（冲动式和反动式）、按热力特性分、按主蒸汽压力分。

3.汽轮机的型号：（手抄例子）

汽轮机型式代号：

N凝汽式.B背压式.C一次调整抽气式.CC两次调整抽气式.CB抽泣背压式.CY船用.Y移动式.HN核电汽轮机.

4.汽轮机是将工质的热能转变成动能，再将动能转变成机械能的一种热机。多级汽轮机由若干个级构成，而每个级就是汽轮机做功的基本单元，级是由喷管叶栅和与之相配合的动叶栅所组成。

5.无膨胀的动叶通道中，气流在动叶汽道内部膨胀加速，而只随汽道形状改变其流动方向，汽流改变流动方向对汽道所产生的离心力，叫做冲动力，这是蒸汽所做的的机械功等于它在动叶栅中动能的变化量，这种级叫做冲动级。

6.蒸汽在动叶汽道内随汽道改变流动方向的同时仍继续膨胀、加速，加速的汽流流出汽道时，对动叶栅将施加一个与汽流流出方向相反的反作用的力，这个作用力叫做反动力，依靠反动力做功的级叫做反动级。

7.级的反动度Ω：它等于蒸汽在动叶栅中膨胀时的理想比焓降和整个级的滞止理想比焓降之比。

8.冲动级的四种形式：纯冲动级，带反动度的冲动级，复速级，反动级（Ωm=0.5）。

9.随着喷管被压的降低，斜切部分的膨胀程度不断增大，当蒸汽的膨胀充满整个斜切部分时，即斜切部分的膨胀能力用完时，则喷管的膨胀达到了极限，此时的工况称为喷管的膨胀极限工况，此时喷管的压比称为极限压比ε1d。

10.达到极限膨胀后，若继续降低喷管背压，汽流一部分膨胀将发生在斜切部分之外（即口外膨胀），称为膨胀不足。

11.轮周功率：单位时间内周向力F u在动叶片上所做的功称为轮周功率。(衡量级内蒸汽流动过程中能量转换程度的重要指标，不是最终指标)

12.汽轮机级的轮周效率是指1kg/s蒸汽在级内所做的轮周功P u1与蒸汽在该级中所具有的理想能量E0之比。它是衡量汽轮机级的工作经济性的一个重要指标，但不是最终的经济指标。

13.由速度三角形可知，动叶出口绝对速度c2在轴向排汽时，余速损失最小，有一特定的速度关系（u/c1）可使最小余速损失得以实现，这个速度比称为最佳速度比。

14.部分进气度：工作喷管所占的弧段长度Zn×tn与整个圆周长π×dn的比值表示部分进气的程度。

15.盖度：为了使蒸汽从喷管叶栅流出时不致与动叶栅顶部和根部发生碰撞，从而顺利地流进动叶栅，动叶栅的进口高度Lb须稍大于喷管叶栅的出口高度Ln，两者之差称为盖度。盖度过小时，由于不可避免的制造和安装误差误差以及运行时动静部分变形的不一致或汽流径向扩散等原因，仍然会使汽流撞击动叶栅而造成损失；盖度过大时，会使停滞的蒸汽被吸到动叶汽道中扰乱主流，造成损失。

16.级内损失：喷管损失Δhnξ、动叶损失Δhbξ、余速损失Δh c2、叶高损失Δh l、扇形损失Δhθ、叶轮摩擦损失Δh f、部分进汽损失Δh e、漏气损失Δhδ和湿汽损失Δh x。17.级的相对内效率：级的有效比焓降Δhi与理想能量Eo之比称为级的相对内效率，即

ηri=Δhi/E0=（Δht*-Δhnξ-Δhbξ-Δh l-Δhθ-Δhf-Δhe-Δhδ-Δhx-Δh c2）/（Δht*-μ1Δh c2）（衡量级内能量转换完善程度的最终指标，它的大小与所选用的叶型、速比、反动度、叶栅高度等有密切关系，也与蒸汽的性质、级的结构有关）

18.影响级效率的结构因素：(1)动、静叶之间的轴向间隙(2)径向间隙(3)盖度(4)叶片宽度

(5)拉金(6)平衡孔

二、多级汽轮机

1.为什么要用多级汽轮机：随着社会经济对电力需求的日益增长，对汽轮机的要求也越来越高，不仅要求汽轮机有更大的单机功率，而且要有更高的效率。为提高汽轮机的效率，除应努力减小汽轮机内的各种损失外，还应努力提高蒸汽的初参数和降低背压，以提高循环热效率；为提高汽轮机的单机功率，除应增大进入汽轮机的蒸汽量之外，还应增大蒸汽在汽轮机内的比焓降。

2.多级汽轮机分类：多级冲动式汽轮机、多级反动式汽轮机。

3.多级汽轮机的优点：(1)多级汽轮机的效率大大提高（包括循环热效率和相对内效率）(2)多级汽轮机单位功率的投资大大减小。

4.沿着蒸汽流动方向可以将多级汽轮机分为高压段、中压段和低压段。

5.重热现象：上一级的损失（客观存在）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，这种现象称为多级汽轮机的重热现象。由于重热现象的存在，使全机的相对内效率高于各级平均的相对内效率。

6.重热系数：α=(ΣΔht-ΔHt)/ΔHt

重热系数的大小与下列因素有关：(1)多级汽轮机各级的效率(2)多级汽轮机的级数(3)各级的初参数。

7.评价整个能量转换过程完善程度的各种效率

（1）汽轮机的相对内效率：ηi=ΔHi/ΔHt

ΔHi有效比焓降ΔHt理想比焓降

汽轮机的内功率：Pi=D0ΔHtηi/3.6=GoΔHtηi

D0和G0分别以t/h和kg/s为单位的汽轮机进汽流量

（2）机械效率：ηm=Pe/Pi=（Pi-ΔPm）/Pi=1-ΔPm/Pi

Pe汽轮机的有效功率Pi汽轮机的内功率Pm机械损失

（3）发电机功率：ηg= P e l/Pe=3.6P e l/（D0ΔH tηiηm）=P e l/（G0ΔH tηiηm）

或ηg=1-ΔP g/P e

ΔP g发电机损失，包括机械损失和电气损失

（4）汽轮发电机组的相对电效率（发电机出线端的功率）：P e l=D0ΔHtηiηmηg/3.6= G0ΔHtηiηmηg，令ηe l=ηiηmηg，则P e l=D0ΔHtηe l/3.6=G0ΔHtηe l

ηe l表示在1kg蒸汽所具有的理想比焓降中有多少能量最终被转换成电能，称为汽

轮机发电机组的相对电效率，它是评价汽轮发电机组工作完善程度的一个重要指

标。

（5）汽轮机发电机组的绝对电效率：它是1kg蒸汽理想比焓降中转换成电能的部分与整个热力循环中加给1kg蒸汽的热量之比。是评价汽轮发电机组工作完善程度的另一

个重要指标。

（6）汽耗率：机组每生产1kW·h电能所消耗的蒸汽量称为汽耗率，d=1000D0/P e l=3600/ΔHtηe l[kg/（kW·h）]

（7）热耗率：机组每生产1kW·h电能所消耗的热量称为热耗率，q=d/（h0-h c′）=3600（h0-h c′）/ΔHtηe l=3600/ηa，e l[kJ/（kW·h）]

8.汽封：为减小蒸汽的泄漏和防止空气漏入，在间隙处设置有密封装置，通常称之为汽封。

9.汽封按其安装位置不同分为：通流部分汽封、隔板汽封、轴端汽封、平衡活塞汽封。

10.汽封的结构型式：曲径式、碳精式、水封式。

11.曲径轴封：环形孔口、环状汽室h↓p↓s↑v↑