汽轮机原理-6-1供热式汽轮机的热经济性

《汽轮机》讲义一、汽轮机的概述汽轮机是一种将蒸汽的能量转换为机械功的旋转式动力机械。

它广泛应用于现代工业中，尤其是在电力生产、船舶推进和大型工业驱动等领域发挥着至关重要的作用。

汽轮机的工作原理基于热力学中的能量转换定律。

高温高压的蒸汽进入汽轮机后，通过一系列的动叶和静叶，蒸汽的热能转化为动能，推动叶轮旋转，从而输出机械功。

二、汽轮机的分类1、按工作原理分类冲动式汽轮机：蒸汽主要在喷嘴中膨胀，在动叶中不膨胀或膨胀很少。

反动式汽轮机：蒸汽在喷嘴和动叶中膨胀程度大致相等。

2、按热力特性分类凝汽式汽轮机：排汽在凝汽器中凝结成水，蒸汽的潜热得到充分利用。

背压式汽轮机：排汽压力高于大气压，用于供热等。

抽汽式汽轮机：部分蒸汽在中间抽出供工业或采暖用。

3、按进汽参数分类低压汽轮机：进汽压力低于 15MPa。

中压汽轮机：进汽压力为 20 40MPa。

高压汽轮机：进汽压力为 60 100MPa。

超高压汽轮机：进汽压力为 120 140MPa。

三、汽轮机的结构1、静止部分汽缸：是汽轮机的外壳，起支撑和容纳蒸汽的作用。

隔板：将汽缸分成若干个汽室，引导蒸汽的流动。

喷嘴：将蒸汽的热能转化为动能。

2、转动部分叶轮：安装动叶片，并带动轴旋转。

叶片：分为动叶片和静叶片，是实现能量转换的关键部件。

轴：传递扭矩和功率。

3、汽封轴端汽封：防止蒸汽沿轴向外泄漏。

隔板汽封：减少蒸汽在隔板前后的泄漏。

四、汽轮机的运行1、启动暖机：使机组各部件均匀受热，避免热应力过大。

升速：逐渐提高转速至额定值。

2、正常运行监控各项参数，如温度、压力、转速等。

保持蒸汽品质，防止杂质对叶片的侵蚀。

3、停机正常停机：逐步降低负荷，直至停机。

紧急停机：在出现故障时迅速停机，以保护设备。

五、汽轮机的维护1、日常巡检检查设备的运行状况，包括声音、振动、温度等。

检查润滑油、密封油系统的工作情况。

2、定期检修对设备进行全面检查、维修和更换磨损部件。

进行叶片探伤、轴系校中、汽缸清理等工作。

《汽轮机》讲义一、汽轮机的定义与工作原理汽轮机是一种将蒸汽的热能转化为机械能的旋转式动力机械。

它在现代工业中有着广泛的应用，特别是在发电领域。

其工作原理基于热力学中的朗肯循环。

高温高压的蒸汽进入汽轮机后，通过一系列的喷嘴和动叶片，蒸汽的热能被转化为动能，进而推动叶片旋转，输出机械能。

蒸汽在汽轮机中的流动过程是一个连续的能量转换过程。

从喷嘴出来的高速蒸汽冲击动叶片，使动叶片带动转子旋转。

在这个过程中，蒸汽的压力和温度逐渐降低，流速也相应发生变化，最终以低温低压的状态排出汽轮机。

二、汽轮机的分类根据不同的分类标准，汽轮机可以分为多种类型。

按工作原理，可分为冲动式汽轮机和反动式汽轮机。

冲动式汽轮机中，蒸汽主要在喷嘴中膨胀加速，在动叶片中不膨胀或膨胀很小；而反动式汽轮机中，蒸汽在喷嘴和动叶片中都膨胀做功。

按热力特性，可分为凝汽式、背压式、抽汽式和多压式汽轮机等。

凝汽式汽轮机是最常见的类型，其排汽在凝汽器中凝结成水，循环使用；背压式汽轮机的排汽压力高于大气压，可直接用于供热；抽汽式汽轮机则在运行过程中可抽出部分蒸汽用于供热或其他用途；多压式汽轮机则是在不同的压力段采用不同的热力循环，以提高效率。

按蒸汽参数，可分为低压、中压、高压、超高压、亚临界和超临界汽轮机等。

蒸汽参数越高，汽轮机的效率通常也越高。

按用途，可分为电站汽轮机、工业汽轮机和船用汽轮机等。

电站汽轮机主要用于发电；工业汽轮机用于驱动各种工业设备，如压缩机、风机等；船用汽轮机则用于船舶的动力系统。

三、汽轮机的结构汽轮机的结构复杂，主要由静止部分和转动部分组成。

静止部分包括汽缸、隔板、喷嘴、汽封等。

汽缸是汽轮机的外壳，承受蒸汽的压力和温度；隔板将汽缸分成若干个汽室，引导蒸汽的流动；喷嘴将蒸汽的热能转化为动能；汽封则用于减少蒸汽的泄漏。

转动部分包括转子、叶轮、叶片和联轴器等。

转子是汽轮机的核心部件，由主轴和安装在其上的叶轮、叶片等组成；叶轮用于安装叶片，并传递扭矩；叶片则是实现能量转换的关键部件；联轴器用于连接汽轮机的转子和其他设备的轴。

汽轮机原理第一章汽轮机的热力特性思考题答案1．什么是汽轮机的级？汽轮机的级可分为哪几类？各有何特点？解答：一列喷嘴叶栅和其后面相邻的一列动叶栅构成的基本作功单元称为汽轮机的级，它是蒸汽进行能量转换的基本单元。

根据蒸汽在汽轮机内能量转换的特点，可将汽轮机的级分为纯冲动级、反动级、带反动度的冲动级和复速级等几种。

各类级的特点：（1）纯冲动级：蒸汽只在喷嘴叶栅中进行膨胀，而在动叶栅中蒸汽不膨胀。

它仅利用冲击力来作功。

在这种级中：p1 = p2；Dhb =0；Ωm=0。

（2）反动级：蒸汽的膨胀一半在喷嘴中进行，一半在动叶中进行。

它的动叶栅中不仅存在冲击力，蒸汽在动叶中进行膨胀还产生较大的反击力作功。

反动级的流动效率高于纯冲动级，但作功能力较小。

在这种级中：p1 > p2；Dhn≈Dhb≈0.5Dht；Ωm=0.5。

（3）带反动度的冲动级：蒸汽的膨胀大部分在喷嘴叶栅中进行，只有一小部分在动叶栅中进行。

这种级兼有冲动级和反动级的特征，它的流动效率高于纯冲动级，作功能力高于反动级。

在这种级中：p1 > p2；Dhn >Dhb >0；Ωm=0.05～0.35。

（4）复速级：复速级有两列动叶，现代的复速级都带有一定的反动度，即蒸汽除了在喷嘴中进行膨胀外，在两列动叶和导叶中也进行适当的膨胀。

由于复速级采用了两列动叶栅，其作功能力要比单列冲动级大。

2．什么是冲击原理和反击原理？在什么情况下，动叶栅受反击力作用？解答：冲击原理：指当运动的流体受到物体阻碍时，对物体产生的冲击力，推动物体运动的作功原理。

流体质量越大、受阻前后的速度矢量变化越大，则冲击力越大，所作的机械功愈大。

反击原理：指当原来静止的或运动速度较小的气体，在膨胀加速时所产生的一个与流动方向相反的作用力，称为反击力，推动物体运动的作功原理。

流道前后压差越大，膨胀加速越明显，则反击力越大，它所作的机械功愈大。

当动叶流道为渐缩形，且动叶流道前后存在一定的压差时，动叶栅受反击力作用。

分析喷嘴面积的变化规律当Ma<1时，即气流为亚声速。

因为Ma 2-1<0所以气道截面积的变化同气流速度变化符号相反，就是说亚声速汽流在汽道中的膨胀加速时，通道的横截面积随气流速而逐渐减少，这样喷嘴成为渐缩喷嘴。

当Ma>1时，即汽流为超声速时，因为Ma 2-1>0所以汽道横截面积的变化同汽流速度的变化符号相同。

与亚声速汽流相反，超速波汽流的汽道横截面积应随汽流加速而逐渐增加。

这样的喷嘴称为渐扩喷嘴。

当Ma=1时，即汽流速度等于当地声速，此时汽道的横截面积变化等于0，即dA=0喷嘴的横截面积达到最小值。

何为多级汽轮机的重热现象和重热系数答 重热现象：各级累计理想比焓降t h ∆∑大于整机理想比焓降t H ∆的现象。

重热系数：增大那部分比焓降与没有损失时整机总理想比焓降之比：0>=∆∆-∆∑t t t H H h a其大小与下列因素有关：1) 和级数有关，级数多，α大；2) 与各级内效率有关，级内效率低，则α大；3) 与蒸汽状态有关，过热区α大，湿汽区α小。

汽轮机的相对内效率 蒸汽实际比焓降与理想比焓降之比 。

电功率：el m el P P η⨯=轴端功率乘以发电机效率轴端功率:汽轮机内功率Pi 减去机械损失δPm 即为了汽轮机主轴输出的轴端功率。

热耗率 每生产电能所消耗的热量 。

汽耗率：每产生1KW*h 电能所消耗的蒸汽量汽轮发电机组的汽耗率 汽轮发电机组每发1KW ·h 电所需要的蒸汽量。

汽轮机的极限功率在一定的初终参数和转速下�单排气口凝汽式汽轮机所能发出的最大功率。

汽轮机的绝对内效率 蒸汽实际比焓降与整个热力循环中加给1千克蒸汽的热量之比。

汽轮发电机组的相对电效率和绝对电效率答 1千克蒸汽所具有的理想比焓降中最终被转化成电能的效率称为汽轮发电机组的相对电效率。

1千克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1千克蒸汽的热量之比称为绝对电效率。

汽轮机给水加热器热经济性评价方法的探究摘要：通过对汽轮机给水加热器热经济性进行有效评价对促进机组优化具有重要作用。

本文对汽轮机给水加热器热经济性评价方法进行探究，对相关运行参数进行计算，对相应设计值进行对比对应的计算方式。

以某机组比例为例展开计算，能够对给水加热器相关特征参数进行分析，比如加热器经济性受到疏水温度、给水出口温度的影响等，能够为热经济性评价方法提供理论参考依据。

关键词：汽轮机；给水加热器；热经济性；评价方法在热力系统中回热加热器是重要应用设备，对机组运行热经济性具有较大影响，其中主要体现在抽汽管道压损、散热损失、加热器端差等，加热器端差就是热器内压力对应的加热器出口与的温度之间的差值。

随着端差不断变化，在一段时间内热损失没有较为明显的变化，但是热交换不可逆性会不断扩大，还会产生额外的冷源损失，导致装置自身热经济性不断降低。

正常情况下都是通过加热器端差对加热器热经济性进行评价，但是端差与加热器实际运行情况与运行负荷之间具有直接关系。

比如对加热器水位控制、管道堵塞情况等。

从对汽轮机给水加热器热经济性进行监测可知，在传统加热器不同段，传热系数的基本计算对结垢、水管泄漏等问题会产生较大影响，计算数据偏差较为明显。

一、加热器的特征参数分析本文在对三段式加热器进行实际计算过程中需要对相关影响要素进行分析，由于蒸汽进入凝结段时没有布设测控点，所以不能掌握相应的蒸汽温度，所以可以将冷却与凝结段进行整合计算。

目前针对加热器特征计算，在工业中通过疏水出口温度、给水进出口温度等对加热器端差进行确定。

可以获取相应关系式：TTD=Tsat（p）-Tfwo、DCA=Tdo-Tfwi。

其中TTD表示的是上端差温度，DCA是下端差，Tsat（p）是加热器壳程压下饱和水正常温度。

依照能量守恒基本原则可知，加热中蒸汽实际放热量与上级疏水放热量之和就是加热器给水吸热量，能得出实际蒸汽量。

其中加热器疏水总流量是mdo=mss=mdi，关系式中mdo是总疏水流量。

汽轮机低真空供热技术及经济性分析摘要：随着经济和科技水平的快速发展，冷端损失是汽轮机最大的能量损失项目，若能加以采暖利用，是对电厂能量最大程度的利用。

但是汽轮机的乏汽能量品质较低，容量巨大，且要求机组运行时负荷稳定，不同容量的机型，或者即使相同容量的机型在不同的运行条件和模式下，机组的供热方案和运行要求也是不一样的。

与传统的抽凝供热式机组相比，低真空循环水供热机组的供热经济性根本的优势为：在供热工况下运行时低真空循环水供热机组的冷源损失能够全部被利用，但是抽凝式供热机组只有抽汽的部分被用于供热而避免冷源损失，汽轮机排汽流量减少，但是这些排汽仍然带来了很大的冷源损失。

由此可以看出，高背压低真空循环水供热的方式运行必将是北方具有采暖供热要求的热电企业未来发展的一个总体趋势。

关键词：低真空供热；双转子；余热利用；热经济性引言热电联产机组具有良好的节能效果，但是目前对于抽凝式热电联产机组仍然存在大量的余热未经进一步的利用而被浪费掉。

电厂的热源损失主要分为两部分，一部分为锅炉排烟带走的热量，另一部分为汽机排汽被循环水带走的热量。

锅炉排烟的温度一般在100℃以上，因此利用这部分余热相对比较容易，目前在工程实际应用中，电厂往往对低温省煤器进行改造从而利用这部分热量。

低温循环水的热量，也即汽机乏汽余热，约占电厂耗能总量的30%以上，回收利用这部分能量，将大大降低机组煤耗，提高全厂综合热效率。

但是由于循环水的供回水温度较低，温差也较小，这部分热量的利用往往比较困难。

针对上述问题，本文详细介绍了目前业界存在的各种乏汽余热回收技术，包括吸收式热泵余热回收技术、电动式余热回收技术和低真空余热回收技术，并就这些技术的特点及优劣进行了详细分析，从而为今后热电联产机组的节能改造提供一定的技术选择指导作用。

1汽轮机低真空供热原理凝汽式汽轮机运行原理为朗肯循环，由锅炉、汽轮机、冷凝器和给水泵等四种主要设备组成朗肯循环系统，其工作过程下图所示，排汽的汽化潜热在凝汽器内被冷却循环水带走，经过冷却塔冷却后以冷源损失的形式而白白损失了。

汽轮机工作原理示。

蒸汽在喷嘴1流冲击台面上的木块3二、汽轮机的基本工作原理最简单的汽轮机如图蒸汽的压力温度降低，完成动能到机械能的转换。

三、汽轮机的分类汽轮机的类型很多，在实际运用当中，常按下列方法对汽轮机进行分类。

１、按工作原理分类１）冲动式汽轮机：按冲动作功原理工作的汽轮机称为冲动式汽轮机。

它在工作时，蒸汽的膨胀主要在喷嘴中进行，少部分在动叶片中膨胀。

２）反动式汽轮机：按反动作功原理工作的汽轮机称为反动式汽轮机。

它在工作时，蒸汽的膨胀在喷嘴动叶片中各进行大约一半。

３）冲动反动联合式汽轮机：由冲动级和反动级组合而成的汽轮机称为冲动反动联合式汽轮机。

２、按热力过程分类１）凝汽式汽轮机：进入汽轮机作功的蒸汽，除少量的漏气外，全部或大部分排入凝汽器的汽轮机。

蒸汽全部排入凝汽器的汽轮机又称纯凝汽式汽轮机；采用回热加热系统，除部分抽气外，大部分蒸汽排入凝汽器的汽轮机，称为凝汽式汽轮机２）背压式汽轮机：蒸汽在汽轮机作功后，以高于大气压的压力排出，供工业或采暖使用。

这种汽轮机称为背压式汽轮机。

若排汽供给中低压汽轮机使用时，又称为前置式汽轮机。

３）调整抽汽式汽轮机：将部分作过功的蒸汽在一种或两种压力下抽出，供工业或采暖用汽，其余蒸汽仍排至凝汽器，这类汽轮机叫调整抽汽式汽轮机。

调整抽汽式汽轮机和背压式汽轮机统称为供热式汽轮机。

４）中间再热式汽轮机：将在汽轮机高压缸部分作过功的蒸汽，引至锅炉再热器再次加热到一定温度，然后再重新返回汽轮机的中低压缸部分继续做功，这类汽轮机叫中间再热式汽轮机。

再热次数可以是一次，两次或多次，但一般采用一次中间再热。

３、按蒸汽初参数分类１）低压汽轮机：新蒸汽压力为1.176～1.47MPa;２）中压汽轮机：新蒸汽压力为1.96～3.92 MPa;３）高压汽轮机：新蒸汽压力为5.88～9.8 MPa;４）超高压汽轮机：新蒸汽压力为11.76～13.72 MPa;５）亚临界压力汽轮机：新蒸汽压力为15.68～17.64 MPa;６）超临界压力汽轮机：新蒸汽压力大于22.06 MPa。

汽轮机的工作原理过冷度是指在一定压力下冷凝水的温度低于相应压力下饱和温度的差值。

（循环水温升）:是凝汽器冷却水出口温度与进口水温的差值，温升是凝汽器经济运行的一个重要指标，温升可监视凝汽器冷却水量是否满足汽轮机排汽冷却之用，因为在一定的蒸汽流量下有一定的温升值。

（饱和温度和饱和压力）是气液平衡中的术语。

如果在一封闭的容器中未充满液体。

则部分液体凝汽器的饱和蒸汽温度与凝汽器的循环水回水温度之差，为凝汽器（端差）分子将进入上部空间，称为“蒸发”。

随着空气内蒸汽分子数目增加，它所产生的蒸汽压力也提高，到一定的时候，空间内的蒸汽分子数目不在增加，此时，离开液体的分子数与空间返回液体的分子数达到了动态平衡，也叫达到了饱和状态。

这时蒸汽产生的压力叫“饱和压力”。

对同一种物质，饱和压力的高低与温度有关。

温度越高，分子具有的能量越大，越容易脱离液化而汽化，相应的饱和压力也越高。

一定的温度，对应一定的饱和压力二者不是独立的，因此，在饱和状态下，饱和压力所对应的温度也叫“饱和温度"汽轮机是能将蒸汽热能转化为机械功的外燃回转式机械，来自锅炉的蒸汽进入汽轮机后，依次经过一系列环形配置的喷嘴和动叶，将蒸汽的热能转化为汽轮机转子旋转的机械能。

蒸汽在汽轮机中，以不同方式进行能量转换，便构成了不同工作原理的汽轮机。

配套设施汽轮机通常在高温高压及高转速的条件下工作，是一种较为精密的重型机械，一般须与锅炉（或其他蒸汽发生器）、发电机(或其他被驱动机械)以及凝汽器、加热器、泵等组成成套设备，一起协调配合工作。

编辑本段结构部件由转动部分和静止部分两个方面组成。

转子包括主轴、叶轮、动叶片和联轴器等。

静子包括进汽部分、汽汽轮机缸、隔板和静叶栅、汽封及轴承等。

汽缸汽缸是汽轮机的外壳，其作用是将汽轮机的通流部分与大气隔开，形成封闭的汽室，保证蒸汽在汽轮机内部完成能量的转换过程，汽缸内安装着喷嘴室、隔板、隔板套等零部件；汽缸外连接着进汽、排汽、抽汽等管道。