汽轮机的基本概念及其分类

汽轮机的基本概念及其分类

一、汽轮机的基本工作原理

汽轮机是用蒸汽来作功的旋转式原动机。蒸汽的热能转变为汽轮机转子旋转的机械功需要经过两次能量转换，即：蒸汽流过汽轮机喷嘴时，将热能转换成蒸汽高速流动的动能；高速汽流流过工作叶片时，将蒸汽动能转换成汽轮机转子旋转的机械功。这就是汽轮机能作功的原理。

1．冲动式汽轮机的工作原理

什么是汽轮机的列和级：所谓列是不能构成整台汽轮机的，也即是不能进行二次能量转换的。级可以构成整台汽轮机，有二次能量转换的机能。如单级背压式汽轮机，一般是由喷嘴和一个双列速度级组成。而不能说它是由两级组成。

所谓冲动式汽轮机就是蒸汽的热能变成动能的过程仅在喷嘴中进行，工作叶片上只是把蒸汽的动能转换成机械功的汽轮机，称冲动式汽轮机。

2．反动式汽轮机的工作原理

在反动式汽轮机中，(如图3-4)蒸汽在静叶（起着喷嘴的作用）中膨胀，压力、温度下降，流速增加，然后进入动叶片（即工作叶片）。但这种汽轮机中，沿汽流方向上动叶片间槽道的截面形状与静叶片间的槽道截面变化完全相同，所以蒸汽在动叶片中继续膨胀，压力从P1继续降低到P2。由于汽流沿着动叶片内弧流动时，方向是改变的，因此动叶片上既受到冲动力P冲的作用，同时又因蒸汽在动叶片中膨胀，以高速喷离动叶片，所以动叶片又受到反动力P反的作用。因此，反动式汽轮机的动叶片上所承受的力，应该是P冲与P反的总合。严格地说，反动式汽轮机实际上既利用了冲动原理，又利用了反动原理。

二、汽轮机的分类：

目前制造的汽轮机类别、型式很多，

现仅就小型汽轮机的分类予以说明。

1．按构造分类

（1）单级汽轮机：（前面已叙述过）。

（2）速度级汽轮机：单级汽轮机的热降很

大，排汽还有很多大的动能没有利用，所

以效率较低。为了尽可能地利用这种汽轮

机排汽的动能，因而进一步制造出速度级

汽轮机。图3－6为具有双列速度级的单级

汽轮机。

图上部，表示蒸汽压力和速度在汽轮

机中的变化情况。压力为P0的新蒸汽进入

喷嘴4，其压力降低到P1，速度由C0增加到C1，热能

转变成动能，然后进入第一列动叶片中，改变流动方向，

动能转换为机械功。蒸汽作功后离开第一列动叶片时虽

然速度降低一些，但仍有较大的速度C2可以利用。蒸

汽经过导向叶片改变流动方向后进入第二列动叶片6

中继续作功。蒸汽在导向叶片中不再膨胀、降压，但是

由于汽流的流动损失，所以速度由C2略降低到C2′。

在第二列动叶片中，蒸汽也不再膨胀，可是由于蒸汽的

动能进一步被利用，而排汽的速度又降低到C2′了。

这种汽轮机和单级冲动式汽轮机一样，蒸汽的全部膨胀是在一级喷嘴中进行的。其不同处是，第一列动叶片的排汽的动能可进一步得到利用。因此，这种汽轮机的功率可做得比单级冲动式汽轮机大一些。

速度级汽轮机的优点是可以利用较大的热焓降，构造简单，制造成本低，运行维护方便，适用既供热又供电的工矿企业小型自备电站。

（3）多级汽轮机：随着汽轮机向高参数、大功率和高功效方面发展，单级汽轮机不能适应需要，所以相继出现多级冲动式和多级反动式汽轮机。

图3－7所示，为一多级冲动式汽轮机。该机由三个压力级组成，第一级喷嘴装在汽缸上，以后的各级喷嘴都装在隔板上。

新蒸汽进

入蒸汽室1中，

然后依次通过

各级的喷嘴和

动叶片，将蒸汽

的热能转变成

动能，动能在转

换成机械功，作

过功的蒸汽最

后由排汽管排

出。

蒸汽在各

级喷嘴中膨胀，

压力降低，流速

增加，然后流入各级动叶片槽道。在各级动叶片中，汽流方向改变，利用蒸汽的动能作功，蒸汽在各级动叶片中压力不再下降，或只有少许的下降，而蒸汽的动能由于作功而减低。这种汽轮机由于上一级排出的蒸汽动能可以在下一级中得到部分利用，所以排汽的余速损失小。

由于这种汽轮机的蒸汽总热焓降是分配给每一级中加以利用的，而每一级发出功率的总和就是汽轮机的总功率。所以，就可以在每一级蒸汽热焓降不大的情况下（即每一级的蒸汽流速不太高，损失较小，效率较高的情况下），得到汽轮机较大的功率。这就实际上解决了汽轮机既要功率大又要效率高的矛盾。