第二章 汽轮机级内能量转换过程

1 汽轮机做功原理公式解释汽轮机能量转换过程中，由于存在各种损失，其理想焓降t H ∆不能全部转换为有用功，所以变为有用功的有效焓降i H ∆，总是小于理想焓降t H ∆，两者之比称为汽轮机的内效率ri η。

即：iri tH H η∆=∆ 汽轮机的内功率i N 正比于蒸汽流量0D （kg/h ）与有效焓降i H ∆的乘积，故：0036003600i t rii D H D H N η∆∆==g g g由于存在机械损失，汽轮机轴端功率ax N 为：ax N =03600t ri axi ax D H N ηηη∆=g g g ；ax η为机械效率以轴端功率带动发电机时，要考虑发电机效率el η，故发电机出线端功率el N 为：03600t ri ax elel ax el D H N N ηηηη∆==g g g g当令ax el αηη=g时，最后便得到汽轮机带动发电机的出线端功率为： 03600t riel D H N ηα∆=g g2 初温0t 对汽轮机功率i N 的影响当锅炉热耗量Q 不变的条件下，讨论蒸汽初温与汽轮机功率的变化关系： 由功率方程式：036003600()t ri t rii fw D H Q H N h h ηη∆∆==-g g g g已知，D ：汽轮机进汽量； t H ∆：理想焓降；ri η：内效率； Q ：锅炉吸收热量；0()fw Q D h h =-g0h ：进汽焓值；fw h ：出口焓值；可知，由于初温变化引起的功率增量为：00002000000123[]3600()ri t t ri t ri i fw fw fw H H h H QN t t t h h t h h t h h t ηηη∂∆∆∂∆∂∆=∆-∆+∆-∂-∂-∂1444244431444244431442443或：000000132111(]i t rii t fw ri N H h t N H t h h t t ηη∆∂∆∂∂=-+∆∆∂-∂∂1424314243142431：表示因焓降改变所引起功率的变化；tH t ∂∆∂可直接由焓熵（h-s ）图查得；或者把蒸汽作为理想气体，用下述公式求得：1200[1()]1k k t p kH RT k p -∆=--12000[1()]1k t t k H H p kRt k p T -∂∆∆=-=∂- 其中，k ：绝热系数，对于过热蒸汽k =1.3； R ：通用气体常数，R =461.76(J/(kg .K))； 0T ：绝对温度（K ），00273T t =+； 2p ：排气压力； 0p ：初压；2：表示热耗一定，初温（初焓）升高后，蒸汽流量减小引起的功率变化；h t ∂∂可由焓熵（h-s ）图查得；对过热蒸汽00p h c T =g，p c =0h t ∂∂；p c 为定压比热容(J/(kg .K))； 3：表示初温变化时汽轮机效率改变引起的功率变化，它对非再热凝汽式汽轮机不可忽略。

汽轮机基本工作原理简介通流部分－汽轮机本体做功汽流通道称为汽轮机的通流部分，它包括主汽门，导管，调节汽门，进汽室，各级喷嘴和动叶及汽轮机的排汽管。

汽轮机的级－是由一列喷嘴叶栅和其后紧邻的一列动叶栅构成的工作单元。

级的工作过程－蒸汽在喷嘴中降压增速，热力学能转变为汽流的动能；在动叶中一方面继续降压增速，热力学能转变为汽流的动能，另一方面汽流在动叶中改变运动方向，将动能转换成转子的旋转机械能。

前者属于反动能，后者属于冲动能级的工作过程蒸汽膨胀增速的条件－－是有合理的汽流通道结构，另一是蒸汽需具有一定的可用热能且有压差存在速度三角形：C:汽流的绝对速度 W:相对速度 U:圆周速度:旋转平面与 W 的夹角:旋转平面与 C 的夹角动叶进口速度三角形 ： W1=C1－u动叶出口速度三角形： W2=C2+u热力过程分析热力过程线――蒸汽在动、静叶栅中膨胀过程在h-s 图上的表示。

滞止参数－-相对于叶栅通道速度为零的气流热力参数。

用后上标为”0”来表示。

βα反动度——或反动率,表征蒸汽在动叶通道中的膨胀程度,定义为动叶中的理想焓降与级的等熵绝热焓降之比,用Ω来表示。

即：00b m tn bh h hh h ∆∆Ω=≈∆∆+∆级的类型和特点纯冲动级――Ω＝０,汽流在动叶通道中不膨胀。

●结构特点：动叶为等截面通道；●流动特点：动叶进出口处压力和汽流的相对速度相等。

因压降主要●发生在静叶栅通道中,故又称为压力级。

反动级――Δhn=Δhb=Δht，动静叶中焓降相等.●结构特点：动、静叶通道的截面基本相同；●流动特点：动、静叶中增速相等.冲动级――膨胀主要发生于喷嘴中,一般Ω＝0.05～0.30复速级――由固定的喷嘴叶栅、导向叶栅和安装在同一叶轮上的两列动叶栅所组成的级称为复速级，又称双列速度级。

级的轮周功率和轮周效率轴向蒸汽的轴向力应是汽流轴向力、压差力的总和。

设动叶压差作用有效面积为Az ，则总的轴向力轴向力使汽轮机转子轴向产生移动，故采用轴向推力轴承对转子作轴向定位。

第二章 汽轮机级内能量转换过程第一节 汽轮机级的基本概念一 汽 轮 机 的 级 、级内能量转换过程1，汽轮机的级：是由一组安装在喷嘴汽室或隔板上的静叶栅和一组安装在叶轮上的动叶栅所组成，它是汽轮机作功的最小单元。

2，级内能量转换过程：具有一定压力、温度的蒸汽通过汽轮机的级时，首先在静叶栅通道中得到膨胀加速，将蒸汽的热能转化为高速汽流的动能，然后进入动叶通道，在其中改变方向或者既改变方向同时又膨胀加速，推动叶轮旋转，将高速汽流的动能转变为旋转机械能。

华中科技大学 能源与动力工程学院3，冲动级：当汽流通过动叶通道时，由于受到动叶通道形状的限制而弯曲被迫改变方向，因而产生离汽轮机低压转子（含动叶栅）0* 0'1sh2 p2 p1p0* p0Δht*Δhn*Δh’bΔhb4，反动级：当汽流通过动叶通道时，一方面要改变方向，同时还要膨胀加速，前者会对叶片产生一个冲动力，后 者会对叶片产生一个反作用力，即反动力。

蒸汽通过这种级，两种力同时作功。

蒸汽对动叶栅的作用力二 反 动 度（在第6页补上字母）为了描述蒸汽通过汽轮机某一级时在动叶通道中的膨胀程度大小，通常用反动度 来描述。

反动度 等于蒸汽在动叶通道中膨胀时的焓降 和在整个级的理想焓降之比，即(1 - 1)称为级的平均反动度，即平均直径上的反动度。

蒸汽通过级的热力过程曲线用图1-3表示。

其中， 、 、 分别为喷嘴前、动叶前、后的蒸汽压力， 为喷嘴前 的滞止压力。

、 和 分别为级的滞 止焓降、喷嘴的滞止焓降、动叶的焓降。

三 冲 动 级 和 反 动 级在第7页补上字母（一） 冲 动 级 的 三 种 不 同 形 式1，纯冲动级说， = 、 = 0 、 = ，蒸汽流出动叶的速度C 具有一定的动能，由于未被利用而损失，称为余速损失，用 表示。

2 ，带反动度的冲动级 = 0.05 0.20 ) ，称为带反动度的冲动级，它具有作功能力大、效率高的特点。

bn b t b m h h h h h ∆+∆∆≈∆∆=Ω****)1(t m n h h ∆Ω-=∆*tm b hh ∆Ω=∆0* 0' 1 sh 2 p2 p1 p0* p0 Δht* Δhn*Δh’bΔhb冲动式汽轮机的结构特点：因为汽流在动叶栅内膨胀量较少，所以动叶栅的截面形状是近似对称的。

第二章多级汽轮机随着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容量，而且要有更高的经济性。

为提高汽轮机的经济性，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，除应增大汽轮机的进汽量外，还应增大蒸汽在汽轮机内的比焓降。

可以看出，这两方面的共同要求是增大蒸汽在汽轮机内的比焓降。

如果一个比较大的比焓降只在单级内加以利用，其结果将是：要么因为级的最佳速度比大大偏离最佳值而使效率显著降低；要么因为蒸汽的容积流量急骤增大，要求有相当大的级的直径和叶片高度，这在制造上是无法实现的。

因此，为保证汽轮机有较高的效率和较大的单机功率，就必须将汽轮机设计成多级汽轮机。

在多级汽轮机中每个级只承担部分比焓降，使很大的比焓降逐级有效地加以利用。

本章将讨论由单级组成多级汽轮机后的一些问题，如蒸汽的进、排汽损失，轴向推力，以及轴封系统等。

第一节多级汽轮机的优越性及其特点一、多级汽轮机的优点(1)在全机总比焓降一定时，每个级的比焓降较小，每级都可在材料强度允许的条件下，设计在最佳速度比附近工作，使级效率较高；(2)除级后有抽汽口，或进汽度改变较大等特殊情况外，多级汽轮机各级的余速动能可以全部或部分地被下一级所利用，提高了级的效率；(3)多级汽轮机的大多数级可在不超临界的条件下工作，使喷嘴和动叶在工况变动条件下仍保持一定的效率。

同时，由于各级的比焓降较小，速度比一定时级的圆周速度和平均直径也较小，根据连续性方程可知，在容积流量相同的条件下，更使得喷嘴和动叶的出口高度增大，减小了叶高损失，或使得部分进汽度增大，减小了部分进汽损失，这都有利于级效率的提高；(4)与单级汽轮机相比，多级汽轮机的比焓降增大很多，相应地进汽参数大大提高，排汽压力也可显著降低，同时，由于是多级，还可采用回热循环和中间再热循环，这些都使循环热效率大大提高；(5)由于重热现象的存在，多级汽轮机前面级的损失可以部分地被后面各级利用，使全机效率提高。

汽轮机内蒸汽的能量转换过程汽轮机是一种将蒸汽能量转换为机械能的装置。

在汽轮机中，蒸汽通过一系列的转化过程，将热能转化为驱动轴转动的机械能。

以下是汽轮机内蒸汽的能量转换过程的主要方面：1.蒸汽膨胀：蒸汽在进入汽轮机后，会经过一个或多个膨胀阶段，压力和温度逐渐降低。

这是通过将蒸汽引入渐缩喷嘴或转鼓型喷嘴而实现的。

蒸汽膨胀有助于减小蒸汽密度，增加其速度和动能。

2.动能转换：蒸汽在喷嘴中以高速度流动，产生高速气流。

这些高速气流通过撞击汽轮机的叶片，将动能传递给叶片。

叶片将这部分动能转化为旋转的动能，使汽轮机的输出轴转动。

3.输出轴转动：汽轮机的输出轴通常与发电机或其他机械装置相连。

当叶片接收到蒸汽的动能并转化为旋转的动能时，输出轴开始转动。

这产生电力或驱动其他机械装置。

4.摩擦损失：汽轮机内部的部件（如叶片、喷嘴和汽缸）在高速旋转和高温下会受到摩擦损失。

这些摩擦损失会降低汽轮机的效率。

为了减少摩擦损失，汽轮机通常会进行定期维护和润滑。

5.泄漏损失：在汽轮机中，蒸汽通常会通过间隙或泄漏孔从高压区域向低压区域流动。

这部分蒸汽不参与能量转换过程，因此会导致能量损失。

为了减少泄漏损失，汽轮机会采取密封措施来控制蒸汽的流动。

6.热能回收：在汽轮机的排气系统中，剩余的蒸汽被排出汽轮机并进入凝汽器中进行冷却。

这部分热能可以被回收并用于加热给水或其他用途。

热能回收可以提高整个系统的效率。

7.控制系统：汽轮机的控制系统用于监视和控制汽轮机的运行状态。

这包括蒸汽压力、温度、流量和转速等参数。

控制系统可以通过调节蒸汽进入汽轮机的速度、温度和压力来优化汽轮机的运行效率。

此外，安全保护系统也属于控制系统的范畴，确保汽轮机的安全运行。

综上所述，汽轮机内蒸汽的能量转换过程是一个复杂而高效的过程。

通过合理设计和维护汽轮机，可以最大限度地提高其能量转换效率，实现能源的高效利用。