汽轮机原理-1-3

汽轮机的工作原理讲解

汽轮机是一种利用燃料燃烧释放的热能，通过燃气在高温和高压条件下对涡轮叶片进行推动，从而驱动发电机产生电能的热能转换设备。它的工作原理基于热力学循环原理，主要包括热能转换、能量变化、动力传递和工作过程四个方面。

1.热能转换过程：

2.能量变化过程：

高温高压的燃气通过喷嘴进入涡轮，燃气对涡轮叶片的推动力会导致涡轮旋转。而涡轮旋转则会转化为机械能，进而传递到轴上。涡轮上的叶片被高速旋转的燃气推动，能量逐渐从燃气转移到涡轮上。

3.动力传递过程：

燃气转动涡轮的运动被传递到轴上，然后再传输给发电机、泵或机械设备等。涡轮旋转的能量会带动连接在轴上的部件进行工作。通常情况下，轴会与发电机驱动装置连接，涡轮运动的能量最后会被传递到发电机上，从而产生电能。

4.工作过程：

具体而言，汽轮机的工作过程通常分为四个过程：加热过程、定容过程、膨胀过程和排气过程。

-加热过程：燃料在燃烧室中燃烧，释放出高温高压的燃气。

-定容过程：高温高压的燃气进入涡轮，将热能转化为机械能，完成能量的转化。 -膨胀过程：涡轮旋转的机械能被传递到轴上，进而传输给发电机等部件以产生有用功。

-排气过程：燃气经过涡轮之后，被排出汽轮机系统。

总的来说，汽轮机的工作原理是通过燃料的燃烧产生高温高压气体，再利用燃气对涡轮的推动作用将热能转化为机械能，然后通过轴将机械能传递给发电机等部件，最终转化为电能或其他形式的能量输出。汽轮机广泛应用于发电站、船舶、航空、石化等领域，是一种高效可靠的能源转换装置。

汽轮机原理与设备 复习题

1、基本概念

（1）汽轮机的级，冲动级，反动级，速度级；

级是汽轮机中最基本的工作单位，由静叶栅（喷嘴栅）和动叶栅组成

（1）冲动级：在纯冲动级中，蒸汽只在喷嘴叶栅中膨胀、压力降低，在动叶栅中不膨胀、压力保持不变，其动叶片为对称叶片，动叶进口安装角等于动叶的出口安装角，即气流在动叶栅中的速度（指相对速度）的大小在理论上保持不变，由于叶片形状的弯曲，气流的方向发生了变化，对动叶片产生一个冲击力，使叶轮旋转作功。纯冲动级做功能力大，但流动效率低，现代汽轮机中已不采用。

（2）反动级：在反动级中，蒸汽不仅在喷嘴中膨胀加速，而且在汽流流经动叶栅通道时，继续膨胀加速，即蒸汽在动叶栅中，不仅气流的方向发生变化，而且其相对速度也有所增加。因此，动叶片不仅受到喷嘴出口高速气流的冲动力作用，而且还受到蒸汽离开动叶栅时的反作用力， 所以反动级既有冲动力做功又有反动力做功。由于蒸汽在动叶栅中膨胀加速，是在冲动力和反动力的合力下使叶轮转动做功的，所以反动级的效率比冲动级高，但做功能力较小。

（3）速度级：速度级的特点是在一个叶轮上装有两列或三列动叶栅，在两列动叶栅之间有一列装在汽缸上的、固定不动的导向叶栅。

（2）滞止焓降，反动度，速度系数，彭台门系数；

a) 反动度Ωm——动叶内理想比焓降Δhb与级滞止理想比焓降Δht*之比，表示蒸汽在{Ωm=0时称为纯冲动级 Ωm=0.5时动叶内的膨胀程度。

称为典型反动级}

b) 当喷嘴进出口压力比处于某个数值时，其相应的流量Gn与同一初状态下的临界流量Gnc之比值称为流量比，也称为彭台门系数，记为β。

（3）余速损失，轮周效率，最佳速度比，相对内效率；

a) 当蒸汽以速度c2离开本级时，蒸汽所带走的动能不能本级利用，称为该级余速损失

b) 单位蒸汽量流过某级所产生的轮周功与蒸汽在该级中理想可用能之比，称为该级的轮周效率

第一章汽轮机级的工作原理

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，这特有助于理解和掌握全机的内在规律性。"级"是汽轮

机中最基本的工作单元。在结构上它是由静叶栅(喷嘴栅)和对应的动叶栅所组

成。从能量观点上看，它是将工质(蒸汽)的能量转变为汽轮机机械能的一个能量

转换过程。工质的热能在喷嘴栅中(也可以有部分在动叶栅中)首先转变为工质的

动能，然后在动叶栅中再使这部分动能转变为机械能。

工质的热能之所以能转变为汽轮机的机械能，是由工质在汽轮机喷嘴栅和动

叶栅中的热力过程所形成，因此，研究级的热力过程，也就是研究工质在喷嘴栅

和动叶栅中的流动特点和做功原理，以及产生某些损失的原因，并从数量上引出

它们相互之间的转换关系，这是本章的主要内容。

第一节蒸汽在级内的流动

一、基本假设和基本方程式

(一)基本假设

为了讨论问题的方便，除把蒸汽当作理想气体处理外，还假设：

(1)蒸汽在级内的流动是稳定流动，即蒸汽的所有参数在流动过程中与时间

尤关。实际上，绝对的稳定流动是没有的，蒸汽流过一个级时，由于有动叶在喷

嘴栅后转过，蒸汽参数总有一些波动。当汽轮机稳定工作时，由于蒸汽参数波动

不大，可以相对地认为是稳定流动。

(2)蒸汽在级内的流动是一元流动，即级内蒸汽的任一参数只是沿一个坐标

(流程)方向变化，而在垂直截面上没有任何变化。显然，这和实际情况也是不相

符的，但当级内通道弯曲变化不激烈，即曲率牛径较大时，可以认为是一元流动。

(3)蒸汽在级内的流动是绝热流动，即蒸汽流动的过程中与外界无热交换。

由于蒸汽流经一个级的时间很短暂，可近似认为正确。

考虑到即使用更复杂的理论来研究蒸汽在级内的流动，其结论与汽轮机真实

的工作情况也不完全相符，而且推算也甚为麻烦，因此，上述的假设在用一些实

验系数加以修正后，在工程实践中也证明是可行的。

汽轮机工作原理和结构

一、汽轮机工作原理

汽轮机是将蒸汽的热能转换成机械能的蜗轮式机械。在汽轮机中，蒸汽在喷嘴中发生膨胀，压力降低，速度增加，热能转变为动能。如图1所示。高速汽流流经动叶片3时，由于汽流方向改变,产生了对叶片的冲动力，推动叶轮2旋转做功，将蒸汽的动能变成轴旋转的机械能。

图1 冲动式汽轮机工作原理图

1-轴；2—叶轮；3-动叶片；4-喷嘴

二、汽轮机结构

汽轮机主要由转动部分(转子）和固定部分(静体或静子）组成。转动部分包括叶栅、叶轮或转子、主轴和联轴器及紧固件等旋转部件。固定部件包括气缸、蒸汽室、喷嘴室、隔板、隔板套（或静叶持环）、汽封、轴承、轴承座、机座、滑销系统以及有关紧固零件等。 套装转子的结构如图2所示。套装转子的叶轮、轴封套、联轴器等部件和主轴是分别制造的，然后将它们热套（过盈配合）在主轴上,并用键传递力矩。

图2 套装转子结构

1—油封环 2-油封套 3—轴 4—动叶槽 5—叶轮 6-平衡槽

汽轮机主要用途是在热力发电厂中做带动发电机的原动机。为了保证汽轮机正常工作，需配置必要的附属设备，如管道、阀门、凝汽器等,汽轮机及其附属设备的组合称为汽轮机设备。图3为汽轮机设备组成图。来自蒸汽发生器的高温高压蒸汽经主汽阀、调节阀进入汽轮机。由于汽轮机排汽口的压力大大低于进汽压力，蒸汽在这个压差作用下向排汽口流动，其压力和温度逐渐降低，部分热能转换为汽轮机转子旋转的机械能.做完功的蒸汽称为乏汽,从排汽口排入凝汽器，在较低的温度下凝结成水,此凝结水由凝结水泵抽出送经蒸汽发生器构成封闭的热力循环。为了吸收乏汽在凝汽器放出的凝结热，并保护较低的凝结温度，必须用循环水泵不断地向凝汽器供应冷却水。由于汽轮机的尾部和凝汽器不能绝对密封，其内部压力又低于外界大气压，因而会有空气漏入，最终进入凝汽器的壳侧。若任空气在凝汽器内积累，凝汽器内压力必然会升高,导致乏汽压力升高，减少蒸汽对汽轮机做的有用功，同时积累的空气还会带来乏汽凝结放热的恶化，这两者都会导致热循环效率的下降，因而必须将凝汽器壳侧的空气抽出.凝汽设备由凝汽器、凝结水泵、循环水泵和抽气器组成，它的作用是建立并保持凝汽器的真空，以使汽轮机保持较低的排汽压力，同时回收凝结水循环使用，以减少热损失，提高汽轮机设备运行的经济性。