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汽轮机原理及运行课程自学辅导资料二○○八年十月汽轮机原理及运行课程自学进度表教材：汽轮机原理教材编者：沈士一康松庆贺庆庞立云出版社：中国电力出版社出版时间：1992接交给任课教师。
总成绩中，作业占15分。
汽轮机原理及运行课程自学指导书第1章汽轮机级的工作原理一、本章的核心、重点及前后联系（一）本章的核心掌握蒸汽在汽轮机各种级内的流动过程和能量转换规律及计算，蒸汽在汽轮机级内能量转换过程中各种损失和各种级效率的物理概念及减少损失的措施，熟悉各种损失的计算；熟悉汽轮机级的热力设计原则和方法，扭叶片级；了解叶栅的气动特性。
（二）本章重点级的概念，级的工作过程，级的反动度，动叶进出口速度三角形，蒸汽在喷嘴的膨胀过程，蒸汽在动叶中的流动和能量转换过程；蒸汽作用在动叶栅上的力和轮周功率，级的轮周效率，级的轮周效率与速比的关系，蒸汽在复速级内的能量转换特点；级内损失，级的相对内效率。
（三）本章前后联系在前面学习完成工程热力学和流体力学的基础上，对级的工作原理进行学习；学习本章内容为后面分析多级汽轮机的工作原理打下基础。
二、本章的基本概念、难点及学习方法指导（一）本章的基本概念级，反动度，压比，速比，最佳速比，轮周效率，轮周功率，级的相对内效率，扭叶片（二）本章难点及学习方法指导级的轮周效率和速比的关系学习方法：理论联系实际，熟悉汽轮机结构，多看书，三、典型例题分析1.汽轮机按工作原理分类可分为哪几种类型？答：冲动式汽轮机和反动式汽轮机。
2.按热力性质分类，汽轮机可分为哪几种类型？答：凝汽式汽轮机，背压式汽轮机，调节抽汽式汽轮机，抽汽背压式汽轮机，中间再热式汽轮机3.什么是级的速度比和最佳速比答：将（级动叶的）圆周速度u与喷嘴出口（蒸汽的）速度c1的比值定义为速度比，轮周效率最大时的速度比称为最佳速度比。
4.汽轮机级的含义是什么？答：汽轮机的级是将蒸汽热能转换成机械能的基本工作单元，结构上由静叶栅和相应的动叶栅组成。
汽轮机凝汽系统及设备1. 汽轮机凝汽系统概述汽轮机凝汽系统是汽轮机的一个重要组成部分，主要用于回收汽轮机排出的热能，并将其转化为可再利用的水资源。
凝汽系统的功能包括冷却和回收汽轮机排出的高温高压蒸汽，并将其转化为冷凝水，以供锅炉再次加热。
凝汽系统由多种设备组成，包括凝汽器、空冷器、凝汽泵等。
这些设备通过协同工作，实现了汽轮机排气蒸汽的冷凝和凝汽水的回收，并将凝汽水输送回锅炉进行再次加热，以提供给汽轮机继续工作所需的蒸汽。
2. 凝汽系统主要设备2.1 凝汽器（Condenser）凝汽器是凝汽系统中最重要的设备之一。
它负责将汽轮机排出的高温高压蒸汽冷凝成液态水，并实现蒸汽的回收。
凝汽器通常由许多平行布置的管子组成，通过这些管子，冷却水进入凝汽器并与蒸汽接触，使蒸汽冷却并凝结成水滴。
2.2 空冷器（Air Cooler）空冷器是凝汽系统的辅助设备，用于在部分负载或停机情况下，提供冷却介质。
它采用空气作为冷凝介质，通过自然对流或风机强制对流的方式，将蒸汽冷却为水。
2.3 凝汽泵（Condensate Pump）凝汽泵是凝汽系统中的一种泵，用于将凝结水从凝汽器或空冷器中抽出，并将其输送回锅炉进行再次加热。
凝汽泵通常采用离心泵，它能够有效地输送大量的水，并具有较高的泵送效率。
2.4 其他设备除了上述主要设备外，凝汽系统还包括一些辅助设备，如水箱、水封罩、排气器等。
这些设备的功能各不相同，但都起到了辅助凝汽系统正常运行的作用。
3. 凝汽系统工作原理汽轮机凝汽系统的工作原理可以简要概括如下：1.汽轮机排出的高温高压蒸汽通过主蒸汽管道进入凝汽器。
2.在凝汽器中，蒸汽与冷却介质（一般为冷却水）进行热交换，蒸汽冷却并凝结为水滴。
3.凝结水通过凝汽泵被抽出，并输送回锅炉进行再次加热。
4.经过再次加热后，水变为蒸汽，再次进入汽轮机进行工作。
5.空冷器在部分负载或停机情况下起到辅助冷却的作用，保证凝汽系统的正常运行。
4. 凝汽系统的重要性凝汽系统在汽轮机发电厂中起到至关重要的作用，它不仅能够有效地回收汽轮机排出的热能，减少能源浪费，还能够提高汽轮机的热效率和发电效率。
汽轮机原理沈士一作者：沈士一等编出版社：中国电力出版社出版时间：1992-6-1内容简介:本书对“汽轮机原理”课程的三大部分内容，即汽轮机热力工作原理、汽轮机零件强度和汽轮机调节都作了介绍，主要内容有汽轮机级的工作原理、多级汽轮机、汽轮机变工况特性、凝汽设备、汽轮机零件强度及汽轮机调节。
并结合大型汽轮机的运行特点，介绍了有关内容。
本书为高等学校热能动力类专业本科“汽轮机原理”课程的基本教材，也可供有关专业的师生与工程技术人员参考。
目录:前言绪论第一章汽轮机级的工作原理第一节概述第二节蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程。
第三节级的轮周功率和轮周效率第四节叶栅的气动特性第五节级内损失和级的相对内效率第六节级的热力设计原理第七节级的热力计算示例第八节扭叶片级第二章多级汽轮机第一节多级汽轮机的优越性及其特点第二节进汽阻力损失和排汽阻力损失第三节汽轮机及其装置的评价指标第四节轴封及其系统第五节多级汽轮机的轴向推力及其平衡第六节单排汽口凝汽式汽轮机的极限功率第三章汽轮机的变工况特性第一节喷嘴的变工况特性第二节级与级组的变工况特性第三节配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响第四节滑压运行的经济性与安全性第五节小容积流量工况与叶片颤振第六节变工况下汽轮机的热力核算第七节初终参数变化对汽轮机工作的影响第八节汽轮机的工况图与热电联产汽轮机第四章汽轮机的凝汽设备第一节凝汽设备的工作原理、任务和类型第二节凝汽器的真空与传热第三节凝汽器的管束布置与真空除氧第四节抽气器第五节凝汽器的变工况第六节多压式凝汽器第五章汽轮机零件的强度校核第一节汽轮机零件强度校核概述第二节汽轮机叶片静强度计算第三节汽轮机叶轮静强度概念第四节汽轮机转子零件材料及静强度条件第五节汽轮机静子零件的静强度第六节汽轮机叶片的动强度第七节叶轮振动第八节汽轮发电机组的振动第九节汽轮机主要零件的热应力及汽轮机寿命管理第六章汽轮机调节系统第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理第二节液压调节系统第三节中间再热式汽轮机的调节第四节调节系统的试验和调整第五节汽轮机功频电液调节第六节背压式和抽汽式汽轮机的调节参考文献。
汽轮机辅机介绍之凝汽器凝汽器作为凝汽式汽轮机组最主要的凝汽设备，其任务是在汽轮机排汽口建立并保持高度真空，把汽轮机的排汽凝结成水，通过凝结水泵送至除氧器，形成供给锅炉的给水；凝汽器真空的好坏会直接影响机组正常工况的运行，可以说凝汽器运行效果的优劣直接会影响到汽轮机组的安全、经济、高效运行。
一.凝汽器的工作原理凝汽器中的真空的形成主要原因是由于汽轮机排出的乏汽被冷却凝结成水，其比容急剧缩小。
如蒸汽在绝对压力4Kpa时蒸汽的体积比水的体积大3万多倍，当排汽凝结成水后，体积就大为缩小，使凝汽器形成高度真空。
二.凝汽器的作用凝汽器是使驱动汽轮机做功后排出的蒸汽变成凝结水的热交换设备。
蒸汽在汽轮机内完成一个膨胀过程后，在凝结过程中，排汽体积急剧缩小，原来被蒸汽充满的空间形成了高度真空。
凝结水则通过凝结水泵经给水加热器、给水泵等输送进锅炉，从而保证整个热力循环的连续进行，其作用如下：1)在汽轮机排汽口造成较高真空，使蒸汽在汽轮机中膨胀到最低压力，增大蒸汽在汽轮机中的可用焓降，提高循环热效率；2)将汽轮机的低压缸排出的蒸汽凝结成水，重新送回锅炉进行循环；3)汇集各种疏水，减少汽水损失。
4)凝汽器也用于增加除盐水(正常补水)三.凝汽器真空形成和维持必须具备的条件①凝汽器铜管必须通过一定的冷却水量；②凝结水泵必须不断的把凝结水抽走，避免水位升高，影响蒸汽的凝结；③抽气器必须把漏入的空气和排汽中的其它不凝结气体抽走。
四.凝汽器的端差凝汽器压力下的饱和水蒸气温度与凝汽器冷却水出口温度之差称为端差。
对一定的凝汽器，端差的大小与凝汽器冷却水入口温度、凝汽器单位面积蒸汽负荷、凝汽器铜管的表面洁净度，凝汽器内的漏入空气量以及冷却水在管内的流速有关。
一个清洁的凝汽器，在一定的循环水温度和循环水量及单位蒸汽负荷下就有一定的端差值指标，一般端差值指标是当循环水量增加，冷却水出口温度愈低，端差愈大，反之亦然；单位蒸汽负荷愈大，端差愈大，反之亦然。
第六节 多压式凝汽器
有两个以上排汽口的大容量机组的凝汽器可以制成多压式凝汽器。
图4．6．1是双压式凝汽器的示意图。
冷却水由左倒进入，右侧排出。
凝汽器汽侧用密封的分隔板隔成两部分。
进水侧的冷却水阻较低，汽侧压力1c p 也较低；出水侧冷却水阻较高，汽侧压力2c p 也较高，这就构成了双压式凝汽器。
以此类推，可以制成三压式、四压式，在美国最多有六压式的。
多压式凝汽器有下列优点：
1) 一定条件下，多压式凝汽器的平均
折合压力比单压式的低。
这一平均
折合压力是平均蒸汽凝结温度
()212
1s s s t t t +=所对应的饱和压力1s t 与2s t 是低压侧与高压侧的蒸汽
凝结温度。
之所以能有这样好的效
果，是因为单压式凝汽器内汽轮机排汽的较大部分是在冷却水进口段冷凝的，冷却水出口段热负荷较小，而多压式的各部分排汽是按比例分配的，热负荷比较均匀，使总的冷却效果提高(见图4.6.2)。
2) 多压式凝汽器可将低压侧的凝结水引入高压侧加热，以提高凝结水温，减少
低压加热气的抽汽量，减小发电热耗率。
图 4.6.2的虚线表示单压式凝汽器的蒸汽和冷却水温沿冷却水管长度的分布；实线是双压式凝汽器的。
双压式凝汽器两侧的传热面积和热负荷各为单压式的一半，两侧冷却水量w D 相同，所以两侧冷却水温升也各为2t ∆。
单压式凝汽器、双压式凝汽器低压侧与高压侧的蒸汽凝结温度s t 、1s t 与2s t 分别为
t t t t w s δ+∆+=1 （4.6.1）
1112
1t t t t w s δ+∆+= (4.6.2) 2122
1)21(t t t t t w s δ+∆+∆+= (4.6.3) 三者的传热方程式分别为
m c t KA Q ∆= （4.6.4）
112
121m c t A K Q ∆⨯= （4.6.5） 222
121m c t A K Q ∆⨯= （4.6.6） 上六式中符号意义同式(4.2.1)与式(4.2.4)，下角标“1”与“2”分别代表“低压
侧”与“高压侧”。
由于高压侧冷却水进口温度(t t w ∆+211)高于低压侧1w t ，故由式(4.2.11)的t ϕ可见，高压侧传热系数2K ：大于低压侧1K 。
为了简化，近似认为1K ＝2K ＝K 。
由式(4.2.6)可见，21t t δδ=。
由式(4.6.4)、式(4.6.5)与式(4.6.6)三式比较可见
m m m t t t ∆=∆=∆21 （4.6.7） 则 111
22ln ln m m t t t t t t t t t t δδδδ∆∆∆==∆=∆+∆+ 令 t R t t δ∆=
∆+ （4.6.8） 得 112211211t t t t t t R δδδδ∆+∆+⎛⎫⎛⎫== ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭
（4.6.9） 由 12111121t t t R δδ⎛⎫∆+= ⎪-⎝⎭
（4.6.10） 得 1121211t
t R δ∆=⎡⎤⎛⎫⎢⎥- ⎪⎢⎥-⎝⎭⎣⎦ （4.6.11）
则 12111112121122111t t t t R t t t R δδδδ⎡⎤⎛⎫⎢⎥ ⎪∆+∆⎢⎥-⎝⎭∆+==⎢⎥⎢⎥⎛⎫- ⎪⎢⎥-⎝⎭⎣⎦
（4.6.12） 由式(4.6.1) 式(4.6.3)得双压式凝汽器的平均蒸汽凝结温度s t 低于单压式的s t 的度数s t ∆为
121212111()242111s s s s t t R t t t t t t R δ⎡⎤⎛⎫⎢⎥ ⎪∆∆⎢⎥-⎝⎭∆=-+=∆+--⎢⎥⎢⎥⎛⎫- ⎪⎢⎥-⎝⎭⎣⎦
（4.6.13） 对于具有几个汽室的凝汽器同样可推导得
1()2s t n t t t t Y n n
δ∆-∆∆=∆+-- （4.6.14） 其中 1111111n n R Y R ⎡⎤⎛⎫⎢⎥ ⎪⎢⎥-⎝⎭=⎢⎥⎢⎥⎛⎫- ⎪⎢⎥-⎝⎭⎣⎦
（4.6.15）
对于双压式凝汽器，当R 分别是0.7、0.6、0.5、0.4和0.3时，Y 分别是2.211、
2.720、
3.414、
4.436和6.122。
可见，t δ增大时，R 减小，(Y 增加较快；t ∆增大时，R 增大，R 减小较快。
当1w t 减小对，t δ增大，R 减小．Y 增大，式(4.6.14)中的t δ和t ∆Y ／n 虽然都增大、但(t δ—t ∆Y ／n)将减小、使s t ∆减小。
当1w t 小到一定程度时，s t ∆可能为负值，这时多压式凝汽器的热经济性比单压式的还差。
反之，当s t ∆较高时，多压式凝汽器的热经济性较好。
循环倍率m 越小，t ∆越大，R 越大，Y 越小，因而使式(4.6.14)中的()1/2/t t n n tY n ∆-∆--∆⎡⎤⎣⎦越大，
即s t ∆越大，所以多压式凝汽器的热经济性越高。
可见多压式凝汽器更适用于汽温高的地区(1w t 高)、缺水地区(m 小)和回流供水(M 小，t ∆大)的机组。
图4.6.3表示750Mw 汽轮机采用三压式凝汽器比采用单压力凝汽器在额定功率下多发的电功率el P ∆与1w t 的关系曲线。
当1w t =21℃时，可多发1910kw 电力。
从图中可以看出，1w t ＝4℃时，el P ∆＝0，苦1w t ＜4℃，则el P ∆为负。
图4.6.4表示采用多压式凝汽器热效率增大百分数与循环倍率m 、汽室数(压力数)n 、冷却水温1w t 的关系。
由图可见．m 越小，ηη∆越大；
汽室数n 越多, ηη∆越大。
但汽室越多。
多增加一个汽室所得的效益越小。
图 4.6.5(a)所示是一台三压式凝汽器。
由于中间汽室压力2c p 大于右侧压力1c p ，凝结水可自流到左侧汽室，然后被水泵打到右侧压力3c p 最高的汽室加热，使全部凝结水温都较高。
图4.6.5(b)中，把低压侧凝结水位提高了一些，这样就可克服两汽室的压差．凝结水自流到高压侧的底盘2上、再从底盘2下的许多小孔中流出来被蒸汽加热。
由凝结水回热所得到的效益约占多压式凝汽器总效益的
10％ 20％。
多压式凝汽器的总效益可使热耗率减小约0.2％ 0.3％。
对多压式凝汽器汽侧分隔板要进行密封，以保证各汽室的压力不同。
靠凝结水来密封的液体密封法，是一项较为方便的方法(是一项专利)．如图4.6.5(b)所示，将每根冷却水管3倾斜4／1000的坡度后放置，凝结水流到分隔板1处，因这里的流动阻力增大(如采用入口侧不倒圆角等方法加大阻力)，凝结水流动速度减慢，起到密封作用。
