汽轮机设计分级步骤

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2.4 汽轮机级通流部分主要尺寸的确定
四、喷嘴叶栅尺寸的确定 已知参数：级前蒸汽参数p0、t0和c0，级后压力p2和反动度（p1 可计算出）。 任务： 1）喷嘴形式的选择。 2）通流面积和叶片高度的确定。 在进行喷嘴尺寸计算之前，应根据喷嘴压力比εn选择喷嘴 型式。当εn>εcr时，应采用渐缩斜切喷嘴；当0.3<εn<εcr时，仍 采用渐缩斜切喷嘴，此时，蒸汽通过在斜切部分膨胀获得超声 速汽流；当εn<0.3时，才采用缩放斜切喷嘴，这是因为缩放喷 嘴加工较困难，且工况效率低，故在汽轮机中应尽量避免采用 缩放斜切喷嘴。
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2.4 汽轮机级通流部分主要尺寸的确定
二、叶栅及叶型参数的选择
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2.4 汽轮机级通流部分主要尺寸的确定
三、反动度的选择
a. 当根部反动度较大时 ，则平均反动度会更大， b. 当根部反动度太小或者为负时 c.当根部反动度 = 0.03 ~0.05 ，会造成叶片 时可以达到以 要使动叶根部不发生吸汽和漏汽，必须抑制泵浦效应、射 会造成叶顶和平衡孔漏汽，因而产生损失； 根部吸汽，或者使级后蒸汽通过平衡孔回到动 上目的，同时也可以使动叶前后压力差不至太 汽抽汽效应，并使隔板的漏汽全部通过平衡孔流入级后。 叶前，造成损失； 大以至造成大的叶顶漏汽损失。
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2.4 汽轮机级通流部分主要尺寸的确定
二、叶栅及叶型参数的选择 2. 汽流出口角α1、β2的选择 （1）高压级：选择出口角较小的叶型，冲动级α1=11-14°， 反动级α1=14-20°。 由于体积流量小，为了不使叶片高度太小，减少端部损失。 （2）中、低压部分：选择出口角较大的叶型，α1=13-17°。 由于体积流量大，为了不使叶片高度太大。 3. 叶片个数和高度的选择 气动特性→相对节距→计算叶片数目； 强度核算→高度。 4. 叶片宽度的选择 通过叶片制造工艺和通用性的要求进行选择。

汽轮机叶片几何建模和网格划分采取的设计方法步骤1.叶片几何建模：（1）确定叶片的轴向布局：根据汽轮机的设计要求和工况参数，确定叶片的位置、数量和布局形式。

（2）确定叶片的主要几何尺寸：包括叶片根部和尖部的宽度、厚度、弯度曲率等关键参数。

（3）确定叶片的截面形状：根据汽轮机的工况要求和流体力学性能要求，确定叶片的截面曲线形状，常见的有矩形、椭圆形、轮廓线等。

（4）构建叶片整体几何模型：根据叶片的轴向布局和主要几何尺寸，构建叶片的整体三维几何模型，通常使用CAD软件进行建模。

2.叶片网格划分：（1）准备网格划分工具：选择适合的流体力学分析软件和网格划分工具，如ANSYS Fluent、NUMECA等。

（2）预处理：导入叶片几何模型，进行预处理操作，如清理模型、修复几何错误、切割几何体等。

（3）网格生成：根据汽轮机叶片的几何模型和工况要求，通过网格生成工具生成初始网格。

常用的网格划分方法有结构化网格和非结构化网格。

（4）网格优化：对初始网格进行优化处理，以改善网格质量，并满足流体力学计算的要求。

通常通过剖分和加密网格来实现。

（5）边界条件划定：根据汽轮机的工况要求，对叶片的边界条件进行划定，如壁面边界条件、进出口边界条件等。

（6）验证和修正：对生成的叶片网格进行验证，如检查网格划分的质量和流体力学计算的准确性，并根据需要进行修正和优化。

以上是汽轮机叶片几何建模和网格划分的基本设计方法步骤。

需要注意的是，叶片几何建模和网格划分的精度和合理性对汽轮机的性能和工作效率有着重要影响，因此在实际设计过程中需要进行反复验证和优化，确保叶片流动特性的准确性和稳定性。

汽轮机级在火力发电厂中具有较 高的运行稳定性。通过精确的控 制系统和调节装置，能够保持汽 轮机的稳定运行，并适应不同负
荷需求。
汽轮机级在核能发电厂中的应用
高温高压环境
核能发电厂中的汽轮机级需要面对高温高压的蒸汽环境。 因此，在材料选择和结构设计上需要充分考虑耐高温、耐 高压的特性。
辐射防护
由于核能发电过程中存在放射性物质，汽轮机级在设计和 运行过程中需采取辐射防护措施，确保设备的安全可靠运 行。
蒸汽进入
蒸汽阀门逐渐打开，高温高压 蒸汽进入级的喷嘴。
叶轮旋转
高速蒸汽冲击叶轮，使叶轮开 始旋转。
初始状态
汽轮机级在启动前处于静止状 态，蒸汽阀门关闭，级内无压 力。
喷嘴膨胀
蒸汽在喷嘴中膨胀加速，将热 能转化为动能。
排出蒸汽
蒸汽在叶轮中动能转化为机械 能，随后从排汽口排出。
级的稳定工作过程
蒸汽持续供应
按蒸汽流动方向分
轴流式和径流式。轴流式汽轮机级中蒸汽沿轴向流动，径流式汽轮机级中蒸汽 沿径向流动。
汽轮机级在汽轮机中的地位和作用
地位
汽轮机级是汽轮机的基本组成单元，汽轮机的整体性能取决于各个级的性能和设 计。
作用
汽轮机级的主要作用是将蒸汽的热能转化为机械能，驱动转子旋转，从而带动发 电机或其他负载工作。各级之间的配合和优化可实现汽轮机的高效、稳定运行， 满足电力、化工、冶金等行业的动力需求。
汽轮机级的工作原理 及过程课件
contents
目录
• 汽轮机级的基本概述 • 汽轮机级的工作原理 • 汽轮机级的工作过程 • 汽轮机级的性能分析与优化 • 汽轮机级的应用与发展
01
汽轮机级的基本概述
汽轮机级的定义和构成

第六节级的热力设计原理根据叶片的形状，汽轮机的叶片可分为两种，一种是型线沿叶高不变的等截面叶片，也称直叶片，由这种叶片构成的级称为直叶片级，一种是型线沿叶高变化的变截面叶片，也称扭叶片，由这种叶片构成的级称为扭叶片级。

本节重点讨论直叶片级的热力设计问题，因为直叶片级不仅可用于一些多级汽轮机的高压部分，面且它的热力设计也是扭叶片级的热力设计的基础。

级的热力设计的主要任务是确定级的几何结构参数、热力参数以及级的效率和功率，设计方法有速度三角形法和模拟法两种。

直叶片级大多采用速度三角形法，它的特点是以一元流动为理论基础，以平面叶撒静吹风试验资科为依据，以平均截面的参数为代表，通过基本方程和速度三角形的求解来完成级的热力计算。

级的相对内效率的大小与所选用的叶型、速比、反动度和级的结构参数等一系列因素有关。

只有实现这些参数的最优选择，才能使设计的级具有较大的作功能力和较高的效率。

一、叶型的选择1．叶栅类型的选择选择喷嘴和动叶栅类型的依据是其工作汽流马赫数的大小。

我国使用的部分喷嘴叶型相动叶叶型如表1．6．L相表1．6．2所示。

表1.6.1 国产机组常用喷嘴叶栅的基本几何特性复速级的马赫数较高，常选用超音速叶撒。

单列级一般作为压力级使用，在大功率汽轮机中也可作为调节级使用，其工作马超数大多在亚音速范围内。

一般都选用亚音速叶撒。

单列级即使汽流出口速度为超音速，但由于超音速叶栅的变工况性能较差，加工复杂。

且亚音速叶撒可利用斜切部分膨胀得到超音速汽流，因此尽管马赫数较高，只要在斜切部分膨胀可以满足要求的情况下，以及在喷嘴叶扭压比0.45nε≥时，仍应采用亚音速叶栅。

只有当0.3nε≤0.4、出口马赫数1.5aM>时，才采用跨音速或超音速叶扭。

2．汽流出口角1α和2β的选择喷嘴和动叶的汽流出口角1α、2β的大小对级的通流能力、作功能力及级效率都有直接的影响，设计时必须考虑级所处的条件，选择适当的汽流出口角。

在高压级中，由于级的容积流量v G 一股较小，为了减少端部损失，不应使叶片高度太小，往往选取出口角1α较小的叶型，通常取1α=11︒14︒；在汽轮机的中低压部分，容积流量较大，为了减缓叶片高度的急剧增长，往往选择出口角较大的叶型，通常取1α=13︒ 17︒。

船用汽轮机课程设计说明书摘要 (3)前言 (3)一、汽轮机定型 (4)1. 初终参数的选择 (4)2. 缸数的选择 (4)3. 调节级型式的选择 (5)4. 非调节级型式的选择 (5)5. 低压缸流路的选择 (6)二、机组近似膨胀过程 (7)1. 机组近似膨胀线和各状态点参数 (7)2. 详细计算 (7)三、低压缸热计算 (10)1. 主要尺寸计算 (10)2. 通流部分绘制 (11)3. 分级和焓降分配 (13)4. 详细计算 (14)4.1 第1级 (14)4.2 第2级 (19)4.3 第3级 (23)四、高压缸热计算 (28)1. 调节级热计算 (28)1.1 预先估算 (28)1.2 详细计算 (28)2. 非调节级热计算 (31)2.1 预先计算 (31)2.2 详细计算 (33)五、机组功率和效率 (37)附录1 机组预先计算 (38)附录2 高压缸热计算 (40)附录3 低压缸热计算 (48)附录4 机组功率与效率 (52)另：附图1 机组近似膨胀线附图2 低压缸膨胀过程线本次课程设计针对船用汽轮机，在给定蒸汽初温、初压和排汽压力的情况下，确定了蒸汽在整个机组内膨胀的近似热力过程，计算了高、低压缸内各级的主要尺寸、功率和效率。

最后根据计算结果，画出了蒸汽在高压缸调节级、非调节级和低压缸的h-s图，以及汽轮机低压缸通流部分的剖视图。

前言本组汽轮机功率是40000马力，入口蒸汽过热。

根据老师建议，并经过简单估算，我们采用双缸汽轮机，并在低压缸入口分流，调节级采用双列速度级。

在计算过程中，不考虑抽汽和漏汽，即整个机组内蒸汽流量恒定。

设计过程大致如下：●方案论证：对蒸汽初终参数、汽轮机缸数、调节级型式等进行选择。

●近似膨胀过程：根据蒸汽初终参数和自己选取的高、低压缸内焓降比例，画出机组的近似膨胀线，并算出线上各节点的热力参数，以此确定高压缸调节级、非调节级和低压缸的进出口参数。

●低压缸热计算：1)主要尺寸计算：即确定最末级的尺寸。

汽轮机级的工作原理
汽轮机级的工作原理是基于汽轮机的能量转换过程。

汽轮机级通常由一组连续的转子和静子（定子）组成。

以下是汽轮机级的工作原理的一般步骤：
1. 压缩阶段：在压缩阶段，某种工质（例如蒸汽）通过大型风扇或轴向压缩机进入汽轮机级。

风扇或压缩机的工作是将气体压缩至较高压力。

2. 燃烧阶段：在燃烧阶段，压缩后的气体进入燃烧室。

在燃烧室内，燃料（通常是液体燃料或天然气）被注入，并与气体混合。

然后，点燃混合物，产生高温高压的燃烧气体。

3. 扩张阶段：在扩张阶段，高温高压的燃烧气体进入高速旋转的涡轮。

涡轮通常由一系列的叶片组成，当气体通过时会转动。

涡轮的转动产生的动能将一部分能量传递给驱动装置，例如发电机或涡喷引擎。

同时，气体的压力和温度下降。

4. 排气阶段：在最后的排气阶段，气体通过涡轮之后进入排气系统。

在排气系统中，气体通过冷却和减压过程，最终被排放到大气中。

整个汽轮机级循环将不断循环进行，以产生持续的动力输出。

每个级别的性能参数，如压缩比、燃烧温度和涡轮效率等，都会影响整体效率和功率输出。

汽轮机级的设计需要考虑多个因素，如材料、燃料效率和热损失等，以确保高效率和可靠性。

汽轮机本体各部套工艺流程目录目录 .................................................................................................................................................. I I 前言 .. (1)第一章转子 (2)1.转子简介 (2)2.转子材料 (2)3.工艺过程 (2)第二章动叶片 (4)1.动叶片简介 (4)2.动叶片材质 (5)3.动叶片工艺过程 (6)4.叶片安装 (9)第三章隔板套 (11)1.隔板套简介 (11)2.隔板套材质 (13)3.隔板套工艺过程 (13)4.隔板套安装 (19)第四章低压内缸 (22)1.低压内缸简介 (22)2.低压内缸材质 (22)3.低压内缸工艺过程 (22)4.低压内缸安装 (25)第五章低压外缸 (27)1.低压外缸简介 (27)2.低压外缸材质 (27)3.低压外缸加工工序 (27)4.低压外缸的安装 (30)第六章高压内缸 (32)1.高压内缸简介 (32)2.高压内缸材质 (32)3.高压内缸的加工工序 (32)4.高压内缸的安装 (35)第七章高压外缸 (36)1.高压外缸简介 (36)2、高压外缸材质 (36)3、高压外缸加工工序 (36)4.高压外缸的安装 (41)第八章阀门 (42)1.阀门简介 (42)2.阀门材质 (45)3.阀门加工工序 (45)4.阀门的安装 (52)第九章总装 (54)1.低压部分总装数据记录 (54)2.低压部分总装 (67)参考文献 (85)前言本书是由山西国锦煤电有限公司发电部学员张君瑞编写。

本书重点讲述汽轮机本体结构，详细阐述汽机本体各部套的加工工艺过程。

主要从原理、材料、工艺、安装等四个方面进行介绍。

由于编者水平有限，书中难免有不妥之处，诚恳希望广大读者批评指正。

δ
公式
由热力系统平衡计算得到 参照母机选定 参照母机选定 参照母机选定 参考文献（1） 参考文献（1） 按参考资料的公式计算 D=(D0-Dy)/3600 由焓分配和速比决定 u=π dn/60 由焓降分配决定 由上一级的排汽压力计算 同上 同上 由焓降分配决定 Δ h0=λ Δ hc2
' i0 i0 h0
压力级热力过程详细计标表
号数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 计算量名称
进气量 轴封间隙 轴封平均直径 轴封环数目
轴封流量系数
符号
D0 δ dy Z μ
np kp
﹪ ﹪ ﹪ ﹪ ﹪ ﹪
4.3 1.25 5.375 1.2 6.575 2.45 0.05 0.1225 2.5725 9.1475 0.953166 223.4515
ζ ζ ζ ζ
∞ kp np kd
参按资料选取 参按资料选取
k / kd
k
k c
ζ ζ
w1相当得热降 动叶总热降 动叶出口理想速度 动叶出口理想焓 动叶出口密度 该级出口压力 动叶出口比容 动叶出口音速 马赫数 动叶型线 安装角 相对节距 出口几何角 汽流偏转角 出口汽流角 出口汽流角正弦 出口汽流角余弦 动叶片宽度 动叶弦长 动叶节距 动叶片个数 动叶片个数取整 动叶流量系数 动叶出口相当高度 动叶出口高度 弦长叶高比 出口厚度相当量 边界层损失系数 修正系数 边界层损失系数 尾迹损失系数 型面损失 端部次流损失 修正量/端部次流 修正量 端部次流损失 总的损失系数 动叶速度系数 动叶出口速度

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。

45
2. 轴向推力的平衡
平衡的方法除了在叶轮轮面上开平衡孔外 ，主要采用下列两种方法：
1．平衡活塞法； 2．相反流动布置法。
47
第四节 汽轮机本体
汽轮机本体包括静止和转动两大部分。 静止部分：汽缸、喷嘴、隔板、汽封、轴承和滑销
系统等；
转动部分：主轴、叶轮和叶片等组成的转子。 通流部分：汽轮机本体中作功汽流的通道称为汽轮
57
汽缸
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汽轮机下缸及转子图
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内缸的支撑
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（三）滑销系统
设置原因：
汽轮机动、静部分直径留有一很小的间隙，一旦 此间隙消失，就会造成动静部分摩擦，汽轮机部 件受热膨胀时，会在各个方向产生变形，可能因 此导致动、静间隙消失。
汽轮机本体设置有系列滑销，以引导汽缸的膨胀
63
某300 MW汽轮机的滑销系统
调节级：中、小容量汽轮机的调节级喷嘴调节 汽轮机的第一级称为调节级，一般采用复速级 。大容量汽轮机多采用单列冲动级。
还把汽轮机的级分为速度级和压力级两种。
17
第二节 汽轮机的基本作功原理
近代大功率汽轮机都是由若干个级构成的多级 汽轮机，由于级的工作过程在一定程度上反映 了整个汽轮机的工作过程，所以对汽轮机工作 原理的讨论一般总是从汽轮机“级”开始的，有 助于理解和掌握全机的内在规律性。
汽轮机级的工作原理及过程等_图文.ppt
第一节 汽轮机概述
汽轮机以蒸汽为工质，将热能转 变为机械能，为发电机发电提供 机械能。
火力发电厂三大主要设备之一， 单机功率大、效率高、运行平稳 、使用寿命长
2
一、汽轮机的工作原理
“级”是汽轮机中最基本的工 2叶轮 作单元。在结构上它是由静

答：由•列喷嘴和•列动叶栩组成的汽轮机最基本的工作单元称为汽轮机的级.齐：当汽轮机负荷变化时，各调节汽阀按规定顺序依次开、关，通过改变进汽量来调节机组的功率，第-级的实际通流面积将随负荷变化而变化，因此该级称为调节级。

答：调节级以外的级统称为压力级。

压力级是以利用级组中合理分配的压力降或焰降为主的级，是单列冲动级或反动级。

什么是双列速度级？答：为了增大调节级的始降，利用第一列动叶出口的余速，减小余速损失，使第一列动叶片出口汽流经固定在汽缸上的导叶改变流动方向后，进入第二列动叶片继续做功。

这时把具有•列喷喷，但•级叶轮上有两列动叶片的级，称为双列速度级答：汽轮机中所有转动部件的组合体称为转子。

转子的作用是承受蒸汽对所有工作叶片的回转力，并带动发电机转了、主油泵和调速冷转动答：在冲动式汽轮机中，由喷嘴射出的汽潦给动叶片一冲动力，聘蒸汽的动能转变成转子上的机械能。

在反动式汽轮机中，除喷喷出来的高速汽流冲动动叶片做功外，蒸汽在动叶片中也发生膨胀，使动叶出口蒸汽速度增加，对动叶片产生反动力，推动叶片旋转做功，将蒸汽热能转变为机械能.答：叶片工作时受到的作用力主要有两种：一种是叶片本身质量和用带、拉金质量所产生的离心力：另一种是汽流通过叶棚槽道时使叶片弯曲的作用力以及汽轮机启动、停机过程中，叶片中的温度差引起的热应力。

答：叶片由叶型、叶根和叶顶三部分组成。

叶型部分是叶片的工作部分，它构成汽流通道。

按照叶型部分的横截面变化规律，可以把叶片分成等截面叶片和变做而叶片。

等被面叶片的截面面积沿叶高是相同的，各被面的型线通常也一样。

变被而叶片的技面面积则沿叶高按一定规律变化，一般地，叶型也沿叶高逐渐变化，即叶片绕各截面形心的连线发生扭转，所以通常称为扭曲叶片。

叶根是叶片与轮缘相连接的部分，它的结构应保证在任何运行条件卜叶片都能牢彝地固定在叶轮上，同时应力求制造简单.，装配方便。

叶型以上的部分称叶顶。

随叶片成组方式不同，叶顶结构也各异.采用削接与饵接围带时，叶顶做成凸出部分(端钉)：采用弹性拱形用带时，叶顶必须做成与弹性拱形片相配合的视接部分。

摘要本文在具体分析300MW汽轮机的工作环境和汽轮机设计要求的情况下，对调节级和压力级进行了合理的选型与设计，并探讨了调节级、压力级的热降、效率和结构特点，进一步明确了调节级、压力级在汽轮机经济运行中的作用。

同时，针对高压级段某级具体的参数，对该级进行了详细的热力计算，得到了较合理的计算结果，该结果也印证了高压级段的工作特性：高压级段通流部分的高度一般不大，几何尺寸的变化比较平缓，叶栅的端部损失和级内各个间隙的漏气损失在级的损失中所占的比重较大，级效率不够高。

在分析汽轮机通流部分特点的基础上，绘制了汽轮机结构示意图。

关键词：汽轮机热力计算调节级压力级目录摘要 (1)第一章绪论 (3)1.1 我国电力工业发展概况 (3)1.2我国汽轮机发展概况 (4)1.3毕业论文的主要内容 (5)第二章流通部分选型设计 (7)2.1压力级的选型与设计 (7)2.2 喷嘴的热力计算 (9)2.3 动叶部分计算 (14)2.4级内损失和级效率 (18)2.5调节级的选型与设计 (22)第三章汽轮机结构设计 (24)3.1汽轮机本体结构 (24)3.2汽轮机冷却蒸汽系统 (28)3.3高压主汽调节联合阀支架 (28)3.4高压调节阀 (30)3.5滑销系统 (32)第四章小结 (34)4.1本文的主要工作 (34)4.2存在的问题和不足 (34)4.3心得体会 (34)参考文献 (36)第一章绪论1.1 我国电力工业发展概况电力是国民经济发展的基本条件，是社会基础设施的重要组成部分。

经济要发展，电力要先行。

电力工业的发展，不但推动了电力设备制造业和安装业的发展，同时也推动了与之相关的科研工作的发展。

我国是世界上电力生产最早的国家之一，早在19世纪80年代初（1882年）就开始生产电力。

然而直到“六五”之前，我国的电力工业发展一直非常缓慢。

因此在“六五”、“七五”特别是“八五”计划期间，国家将增加发电设备装机容量作为一件大事来抓，取得了明显的成绩。

第一章汽轮机级的工作原理第一节 概述一、蒸汽的冲动作用原理和反动作用原理在汽轮机中，级是最基本的工作单元，在结构上它是由喷嘴和其后的动叶栅所组成。

蒸汽的热能转变成机械能的能量转变过程就是在级内进行的。

汽轮机从结构上可分为单级汽轮机和多级汽轮机。

只有一个级的汽轮机称单级汽轮机。

有多个级的汽轮机称多级汽轮机。

图1-1是最简单的单级汽轮机主要部分结构图。

动叶按一定的距离和一定的角度安装在叶轮上形成动叶栅，并构成许多相同的蒸汽通道。

动叶栅装在叶轮上，与叶轮以及转轴组成汽轮机的转动部分，称为转子。

静叶按一定的距离和一定的角度排列形成静叶栅，静叶栅固定不动，构成的蒸汽通道称为喷嘴。

具有一定压力和温度的蒸汽先在喷嘴中膨胀，蒸汽压力、温度降低，速度增加，使其热能转换成动能，从喷嘴出来的高速汽流，以一定的方向进入动叶通道，在动叶通道中汽流速度改变，对动叶产生一个作用力，推动转子转动，完成动能到机械能的转换。

图1-1 单级汽轮机结构简图（a）立体图（b）剖面图1-主轴2—叶轮3—动叶4—喷嘴5—汽缸6—排汽口在汽轮机的级中能量的转变是通过冲动作用原理和反动作用原理两种方式实现的。

（一）冲动作用原理由力学可知，当一运动的物体碰到另一个静止的或速度不同的物体时，就会受到阻碍而改变其速度的大小和方向，同时给阻碍它运动的物体一个作用力，这个力称为冲动力。

冲动力的大小取决于运动物体的质量和速度变化，质量越大，冲动力越大；速度变化越大，冲动力越大。

若在冲动力的作用下，阻碍运动的物体速度改变，则运动物体就做出了机械功。

根据能量守恒定律，运动物体动能的变化值就等于其做出的机械功。

利用冲动力做功的原理就是冲动作用原理。

在汽轮机中，从喷嘴中流出的高速汽流冲击在汽轮机的动叶上，受到动叶的阻碍，而改变了其速度的大小和方向，同时汽流给动叶施加了一个冲动力。

图1-2所示为无膨胀的动叶通道，蒸汽以速度w r 1进入通道，由于受到动叶的阻碍不断地改变运动方向，最后以速度w r 2流出动叶，则蒸汽对动叶施加了一个轮周方向的冲动力i F ，该力对动叶做功使动叶带动转子转动。

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汽轮机级的设计
汽轮机的级由喷嘴叶栅（静叶栅）和动叶栅组成，喷嘴叶栅安装在隔板或汽缸上，起喷嘴作用，动叶栅安装在叶轮上。

蒸汽通过汽轮机的级时，首先在喷嘴叶栅中将热能转变为动能，然后在动叶栅中将其动能转变为机械能。

0至1t为理想状态下蒸汽在喷嘴内的等熵膨胀过程，1t点是无任何损失理想情况下，蒸汽从喷嘴膨胀过后在进入动叶栅之前的状态点。

但实际上蒸汽在级中做功的过程是不可逆过程，在喷嘴内做功时会有一些不可逆损失，此过程熵是增加的，所以1点才是蒸汽从喷嘴出来后的实际状态点，Δha为喷嘴能量损失。

同理1至2t为理想状态下蒸汽在动叶内的等熵膨胀过程，因为过程是不可逆的熵增过程，所以2点才是级的实际出口状态点。

Δhc 为动叶能量损失。

0点是级前的蒸汽状态点，0*点是蒸汽被等熵地滞止到初速等于零的状态点。

蒸汽从滞止状态0*在级内等熵膨胀到p2时的比焓降
Δht*称为级的滞止理想比焓降（蒸汽在级内膨胀转化出最大的功）蒸汽从0点在级内等熵膨胀到p2时的比焓降Δht称为级的理想比焓降。

同样的道理，Δhn*为喷嘴的滞止理想比焓降，Δhb为动叶的理想比焓降。

等压线向着熵增方向有扩张趋势（直白说就是p1与p2两条等压线是不平行的，沿着横坐标熵增的方向是越来越远的）所以，Δhb与Δhb’是不相等的，但在研究某一单级可认为两者近似相等。

实质上，级的滞止理想比焓降表示了在理想情况下单位质量的蒸汽流
过一个级时能够做功的大小。

汽轮机调节级，看图说话。

按级通流面积是否随负荷的大小而变，汽轮机级可分为调节级和非调节级。

对多级汽轮机，它是指汽轮机的第一个做功级，其通流面积由于部分进气可以随负荷变化而改变，达到调节的作用，因此被称为调节级。

调节级▼由于从汽轮机调节级喷嘴内喷出的蒸汽是汽轮机新蒸汽经调节级喷嘴减压降温而来，因此此时的蒸汽具有很高的流速。

在很大程度上，蒸汽对调节级叶轮的做功就是靠这极大的汽流速度冲击而获得，因此，早期就把调节级称做速度级。

双列速度级▼由于在汽轮机所有级中进汽温度最高、压力最大、蒸汽速度也很大、又是部分进汽，因此调节级所处的工况比其它压力级都更恶劣。

而且调节级的做功能力也很强，因此，从外形上看，调节级叶轮直径要比其后的几个普通压力级的叶轮直径大一些，调节级叶片及叶根也设计得很厚实，以适应其恶劣的工作环境。

分流式调节级▼高、中压第一级斜置静叶在高、中压汽缸两个径向进汽通道向轴向叶片级折转过程中配置了一种独特的斜置静叶，其主要特点如下：l）第1级为低反动度叶片级（反动度约为20%)，静叶有较大的焓降，可以降低转子的下作温度。

2）采用切向进汽的第1级斜置静叶结构，结构合理紧凑．漏汽损失小，效率高。

3）全周进汽模式对动叶片无任何附加激振力。

4）采用滑压运行方式，大幅度提高超超临界机组带部分负荷时的经济性。

5）动、静叶片间的距离加大，有利干避免硬质颗粒冲蚀．6）滑压运行及全周进汽使第1级动、静叶片的最大载荷大幅度下降，从根本上解决了采用单流程的第1叶片级强度设计问题。

斜置静叶▼汽轮发电机组振动监测智能诊断系统（专利产品）轴承圆周方向振动监测：为机组保护、振动分析和故障诊断提供更有效的依据。

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一， 多级汽轮机的流程图:671:锅炉2:高压回热加热器 3：给水泵4：混合出氧器5：气轮机6：凝汽器7：给水泵8：低压回热加热器一、已知设计参数：○1蒸汽初参数： o p =3.34Mpa 0t =435℃ ○2凝汽器进口处压力：cp =4.9kPa ○3给谁温度：nt =160℃ ○4汽轮机发电机经济功率：e p =12000KW ○5汽轮机转速：n=3000r/min ○6机械效率： 取ηm= 99% ○7发电效率： 取 ηg= 97%二、 回热系统设计计算：设计一个具有三级回热（其中一级是除氧器）的热力系统；拟定原则性热力系统图计算汽轮机装置的汽耗率，热耗率.①已知蒸汽初参数o p =3.34Mpa 0t =435℃ 主气门和调节阀中节流损失：ΔP 0=0.04 o p =0.04⨯3.34Mpa=0.1336Mpa所以'0p =MPa MPa MPa p p 2064.31336.034.300=-=∆-根据h 0=3306 kJ/kg P 0=3.34Mpa 查h-s 图得0S =6.98 kJ/(kg.K) 0h =3306 kJ/kg'0t =434.2℃ '0S = kJ/(kg.K)②根据表2-10假设取相对内效率ri η=0.850根据KPa P C 0049.0=与'0S 的交点查得Kg kJ /.2135h 0=‘（△mach 1）=0h -'0h Kg kJ Kg kJ /1171/)21353306(=-= mac lmaci ri h h∆∆=ηm acih ∆=m aclh ∆ri η⨯=Kg kJ /1171Kg kJ /35.995850.0=⨯ -=∴0"0h h △mach 1=g k kj Kg kJ /65.2310/)35.9953306(=-③估算进汽量：D h PemD gm r mcal O ∆+⨯⨯⨯∆=ηηη16.3 其中m=1.08~1.25 ∆D=3%O Dh t D Kg KJ KWD O /13.5503.02.12.1990.0850.0/11171120006.30=+⨯⨯⨯⨯⨯=∴h t D /91.550=④凝汽器进口处压力：kpa p c 9.4=查图得C t s 052.32=凝水泵出口水温为C t s 052.32=⑤根据除氧器中压力MPa p d 118.0= 查表得C t s 031.104=5+n t 0160C t n =0231.104C t w =1h1'h6.6781=w h Kg kJ /根据165 C 0查表得39.697'1=h Kg kJ / M P a p 70029.01'= )./(192.42k kg kj Cp =23.4372=w h Kg kJ /回热抽汽中压力损失：e e p p 08.0=∆Mpa p p 08.170029.008.1'11⨯=⨯==0.7563Mpa 1p 线与实际热力过程线交点 30111=h Kg kJ /0D D fw =005.1⨯=h t h t /19.56/005.191.55=⨯)()(21'111w w fw h h h D h h D -=-η∴1D =hw w fw h h h h D η)()('1121--=h t h t /058.6/98.0)39.6973001()23.4376.678(41.55=⨯--⨯⑥除氧器mD cD补充水： h t D D m /91.5501.0%0⨯===0.5591t/hkg kj h m /66.125=C t w 0321.88=)./(188.43K kg Kj Cp w = kg kj h w /439.3693=Mpa Mpa P d 13.017.1118.0==d P 与实际热力过程线交点 kg kj h d /2725=流量守恒 c m d fw D D D D D +++=1能量守恒 2'113w fw m m w c d d h D h D h D h D h D =+++ 55.41=5.899+c D D ++5513.0d23.43741.5566.1255513.039.697533.3652725c d ⨯=⨯+⨯++D D d D =1.042h t / h t D c /531.48= ⑦43+w t 0324.87C t w =052.32C t s =3h 3'h 33.3653=w h 1534+=w w h h 77.137=s hkg kj C t h w /27.386)4(189.403'2=+⨯=Mpa P 0736.0'2= kg kj h s /30.139=kg kj h h s w /30.1541530.139154=+=+= '2208.1P P =MpaMpa 0763.00736.008.1=⨯2P 的热力过程线交点 kg kj h /26502=)()(43'222w w fw h h h D h h D -=-ηh t D /98.0)3822650()77.15233.365(41.552⨯--⨯∴=5.41h t /抽气压力与过程线的交点pt 0'p maxth ∆1p 2p 3p cp 0"h 0h汽耗率与过程线的交点：汽轮机的三级抽气压力分为：Mpa P Mpa P Mpa P 086.0,138.0,756.0321=== 汽耗率：)./(17.397.011713600360010000h kw kg h P P d el t el =⨯=∆==η 热耗率：)./(1.2364)25603306(694.3)(0h kw kj h h d q c =-⨯=-=kw h h D P g m 05.87296.0)03.27663306(36001000058.6)(1011=⨯-⨯÷⨯=-=ηη kw h h D P g m d 31.2196.0)34.268903.2766(36001000042.1)(212=⨯-⨯÷⨯=-=ηη kw h h D P g m 94.3396.0)33.266834.2689(36001000058.6)(3213=⨯-⨯÷⨯=-=ηη kw h h D P g m w 2.291296.0)28.13633.2668(36001000313.4)(434=⨯-⨯÷⨯=-=ηη kw P P P P P 5.38392.291294.3331.2105.8724321=+++=+++=机械 kw P 3000=理论28.130005.3839=÷=理论机械P P三、 调节级的热力计算采用喷嘴调节的汽轮机在运行时，主汽门全开。