汽轮机设备及运行全解
汽轮机工作原理及结构
汽轮机工作原理及结构汽轮机是一种热力机械设备，其工作原理是利用高温和高压下的高速蒸汽通过叶轮叶片的作用，驱动轴，从而将热能转化为机械能。
汽轮机具有高效率、大功率、可靠性高等优点，广泛应用于发电、船舶、火车等领域。
本文将介绍汽轮机的工作原理及其结构组成。
### 一、汽轮机的工作原理汽轮机的工作原理基于卡诺循环的热力学理论，并且符合热力学第一、第二定律。
其工作过程可分为四个主要步骤：压缩、加热、膨胀、排放。
下面将对每个步骤进行详细说明：1. 压缩过程：在压缩过程中，汽轮机从外部介质（如空气、燃气等）吸入气体，并将其压缩至较高的压力。
这一步骤一般利用压缩机完成，其主要目的是提高进入汽轮机的工作流体的压力和密度，以便提高膨胀过程的能量转化效率。
2. 加热过程：在加热过程中，压缩后的工作流体进入锅炉或燃烧室，与燃料发生反应并吸收热量。
这使得工作流体的温度和能量进一步增加。
加热过程一般通过燃烧器来完成，通过燃料的燃烧释放的热量将水转化为高温高压的蒸汽。
3. 膨胀过程：在膨胀过程中，高温高压的蒸汽进入汽轮机的叶轮叶片中，使叶轮以高速旋转。
这一过程中，蒸汽的热能被转化为机械能，从而驱动汽轮机的输出轴转动。
4. 排放过程：在排放过程中，膨胀后的工作流体离开汽轮机，并进入冷凝装置或排放系统。
蒸汽在冷凝器中冷却并凝结为水，然后被泵送回锅炉以完成循环。
排放过程的主要目的是回收剩余的热量，并将工作流体恢复为液体状态，以便重新进入压缩过程。
以上四个步骤连续循环进行，从而使汽轮机持续输出机械能，满足各类工业和交通运输领域的需求。
### 二、汽轮机的结构组成汽轮机通常由以下几个主要组成部分构成：压缩机、燃烧器、涡轮机、冷却系统和辅助系统。
下面将对每个部分进行详细介绍。
1. 压缩机：压缩机是汽轮机中的重要组成部分，其主要功能是提高进入汽轮机的工作流体的压力和密度。
压缩机一般采用离心式、轴流式或混流式结构，通过旋转的叶轮将气体压缩并提供给燃烧器。
第五章_汽轮机抽汽系统详解
研究内容：新型 抽汽止回阀的设 计、制造、测试 和应用
应用前景：提高 抽汽系统的效率 和稳定性，降低 能耗和维护成本
研究进展：国内 外相关研究机构 和企业正在进行 新型抽汽止回阀 的研究和应用， 取得了一定的成 果
抽汽系统智能化控制的研究和应用
智能化控制技术在抽汽系统中的应用 智能化控制技术的发展趋势 智能化控制技术在抽汽系统中的应用案例 智能化控制技术在抽汽系统中的应用前景
功能：在紧急情况下快速关闭抽 汽口，防止蒸汽泄漏
应用：在汽轮机启动、停机、故 障处理等过程中使用
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原理：通过电磁阀或气动阀控制 抽汽口的开闭
优点：提高汽轮机运行的安全性 和可靠性
调节抽汽压力和流量
调节抽汽压力：通过调节抽汽压力，可以控制汽轮机的输出功率和转速，从而实现对电力系统的 稳定控制。
调节抽汽流量：通过调节抽汽流量，可以控制汽轮机的输出功率和转速，从而实现对电力系统的 稳定控制。
调节抽汽压力和流量的关系：抽汽压力和流量是相互关联的，调节抽汽压力可以改变抽汽流量， 调节抽汽流量也可以改变抽汽压力。
调节抽汽压力和流量的方法：可以通过改变抽汽阀门的开度、改变抽汽管道的长度、改变抽汽管 道的直径等方式来调节抽汽压力和流量。
安全阀的作用： 在压力超过规定 值时自动开启， 释放压力，防止 设备损坏
安全阀的设置： 应安装在汽轮机 抽汽系统的关键 部位，如高压缸、 低压缸等
安全阀的选型： 应根据汽轮机抽 汽系统的压力、 温度、流量等参 数选的密封性能、开 启压力等参数， 确保其正常运行
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结构：由阀体、阀芯、阀座等部 件组成
汽轮机轴封系统全解ppt课件
轴封加热器多级水封 水封的级数可以用公式：
n p1 p2
gh
P1:轴加内的压力，kPa; P2:外界压力，kPa; h :每级水封管的高度； ρ：水的密度，kg/m3.
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轴加多级水封图
至凝汽器
放 水
排 空放
水
排 空
放
排 空
放水
水
轴加疏水来
凝结水来
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多级水封作为轴加的疏水装置的优缺点： 优点：没有机械传动，因而无磨损、无卡涩；没有电气 元件，因而不需要调试，不耗电；结构简单，维护方便。 缺点 ：停机后水封管内有残留积水，易造成金属锈蚀， 因而影响再次启动时凝结水的质量；占地面积大，需挖深坑 放置水封，以及仅能在加热器间压力差不大的情况下使用。
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4、轴封风机 本系统采用两台100%容量轴封风机(其中一台备用)。 作用是用以抽出轴封加热器内的不凝结气体，以保证轴
封加热器在良好的换热条件下工作，并维持汽封腔室一定的 负压，使轴封汽的外挡漏气不向外冒汽。
21
6、减温器 作用：用新蒸汽供汽温度，以免低压汽封体和转子产生
热变形。 减温器的水来自凝结水，由设置在喷水减温器底部的法兰 口进入喷嘴，喷嘴使冷却水雾化，且沿蒸汽流动方向喷出， 同蒸汽充分混合，使其出口温度保证在所要求的供汽温度范 围内。
9
1、轴端汽封 本机组高压缸和低压缸共有2组汽封。
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DAS汽封其结构形式与梳齿类似，但汽封块两侧的高 齿部分齿宽加厚，它与轴的径向间隙略小于其它齿，并采 用铁素体类材料将其嵌入汽封块中，与转子摩擦时产生的 热量小，不易弯轴。开机过临界时如产生碰磨就会先与大 齿磨，由于它厚不易磨掉故不会磨到其它的齿，保证正常 运行时的汽封间隙。
汽轮机设备运行与检修演示文稿
把所转动的轴瓦固定后再进行工作，以防人手被打伤。
第十七页，共25页。
❖ (3)在轴瓦就位时不准用手拿轴瓦的边缘，以免在轴瓦下
滑时使手受伤。
❖ (4)用吊车直接对装在汽缸盖内的转子进行微吊工作，须
检查吊车的制动装置动作可靠。微吊时钢丝绳要垂直， 操作要缓慢，装千分表监视，并应派有经验的人员进行 指挥和操作。
❖ (4)指挥人员和其他协助的人员应注意站立的位置，防止在大盖翻
转时被打伤。
第十六页，共25页。
❖ 第424条 使用加热棒拆装汽缸螺栓时，应先测绝缘。现
场电线应放置整齐。工作人员离开现场应切断电源。
❖ 第425条 拆装轴承工作必须遵守下列各项：
❖ (1)揭开和盖上轴承盖应使用吊环螺栓，将丝扣牢固地
第二十二页，共25页。
❖ 第431条 拆卸自动主汽阀、调速汽阀及离心式调 速器时，应根据其构造使用专用工具(如长丝扣螺 栓等)，均衡地放松弹簧，以防弹簧弹出伤人。不准将
手插入阀门与阀座之间。
❖ 第432条 在清理端部轴封、隔板轴封或其他带有尖
锐边缘的零件时，应戴手套。
❖ 第433条 在下汽缸中工作时，凝汽器喉部的孔和各抽汽
❖ (1)只许在一个现场负责人的指挥下进行吊大盖的工作；
❖ (2)使用专用的揭盖起重工具，起吊前应按照第826条的 要求进行检查：
❖ (3)检查大盖的起吊是否均衡时，以及在整个起吊时 间内，禁止工作人员将头部或手伸入汽缸法兰接合 面之间。
❖ 第422条 汽缸揭盖后，在汽缸的平面上行走应防止裤脚 被机件或螺栓钩住而引起摔跌。
§7-1 一般注意事项
汽轮机轴封系统全解
关闭。
2、轴封系统投运
1 开启轴封加热器进水门。 2. 热器出水门。 3 关闭轴封加热器旁路门。 4 运行值班人员送上轴加风机电源，启动轴加风机，开启轴加风机进口风
门。 5 关闭轴加疏水排地沟门。 6 开启轴封汽至轴封加热器进汽门。 7 检查轴加排汽正常，轴加疏水U型水封管不烫手。 8 开启轴加U型疏水至疏水箱门，注意凝汽器真空变化。（三期轴加疏水因
b)如一抽压力达不到要求，而汽平衡达到要求，轴封供汽切 至汽平衡供给；如汽平衡也达不到要求，则打开主汽至轴
封进气门，将轴封供汽切至主蒸汽供给。 c)机组运行时，如机组跳闸或机组停机时，应调整打开主汽
至轴封进气门及减温水，调整冷再压力在2.94-29.4kPa， 温度在180～220℃，调整轴封压力至正常，保证汽机惰
维持正常的轴封母管压力，并联系维修处理。旁路门误开，
应立即关闭。 B:开、停机时，若轴封供汽阀失灵，联系维修处理。有关阀
门误关，应立即开启。 2、轴封温度过低
1）原因 A:轴加满水了，水通过轴封回汽管路进入轴封母管，引起温
度下降
B:轴封减温水自动失灵，大量的减温水进入轴封母管， 引起轴封温度骤降。
有良好的负荷适应性
在汽轮机起动和低负荷时所有汽缸中压力都低于大气压 力。密封汽供到“X”腔室，通过汽封片一边漏入汽轮机，另 一边漏到“Y”腔室。“Y”腔室与轴封加热器相连，轴加风 机抽吸此漏气，控制该室压力具有一定的真空度。因而，外
界空气通过外部汽封片漏入“Y”腔室后，与从“X”腔室来 的密封蒸汽混合，再流向轴封冷却器。
1、轴端汽封 本机组高压缸和低压缸共有2组汽封。
DAS汽封其结构形式与梳齿类似，但汽封块两侧的高 齿部分齿宽加厚，它与轴的径向间隙略小于其它齿，并采 用铁素体类材料将其嵌入汽封块中，与转子摩擦时产生的 热量小，不易弯轴。开机过临界时如产生碰磨就会先与大 齿磨，由于它厚不易磨掉故不会磨到其它的齿，保证正常
凝汽式汽轮机讲解
使用说明书产品名称：凝汽式汽轮机产品代号：HS产品型号：NH25/04编制: 校核: 批准:日期: 日期: 日期:目录2、汽轮机转速、功率 (4)3、蒸汽参数 (4)4、启动升速曲线 (5)5、公共工程消耗指标 (6)6、汽轮机外形尺寸及重量 (6)9、汽轮机油 (7)三、汽轮机本体及辅机 (8)1、概述 (8)2、纵剖面图 (9)3、汽缸 (10)4、喷嘴组和转向导叶环 (10)5、隔板 (11)6、汽封 (11)7、转子 (12)8、前支座 (14)9、推力轴承前轴承 (15)10、径向轴承 (16)11、后支座 (17)13、盘车装置 (18)14、调阀总成 (20)15、速关阀 (23)16、危急遮断器 (25)17、危急遮断油门 (26)18、错油门油动机 (27)19、速关组合装置 (30)20、蓄能器 (34)21、凝汽器 (35)22、疏水膨胀箱 (41)23、抽气器 (42)24、排汽安全阀 (43)25、转速监测 (46)26、振动监测 (47)27、轴位移监测 (48)28、温度监测 (49)29、505调速器 (49)五、汽轮机管道系统 (52)1、蒸汽管道 (52)2、油管道 (53)3、汽封、疏水管路 (54)七、起动和运行 (54)1、起动前准备 (54)2、起动 (56)3、停机 (56)4、起动、运行、停机的其余要求 (57)5、汽轮机常见故障 (57)九、维护和保养 (60)1、运行时的保养工作 (60)2、停机保养 (60)3、蒸汽系统清洗指南 (62)4、加油和油管理 (64)2、汽轮机转速、功率设计汽轮机型号NH25/04型式凝汽式被驱动机械压缩机旋转方向（从汽轮机向被驱动机械方向看）顺时针功率kW额定功率2458转速r/min汽轮机（额定转速）10639临界转速4300最大连续转速11171最小连续转速7980机械跳闸转速12177～12400 电子跳闸转速12065发讯盘齿数60齿3、蒸汽参数3.1、蒸汽压力以下压力指汽轮机主汽门前的压力，均为绝对压力。
汽轮机工作原理及流程
汽轮机工作原理及流程
汽轮机是一种利用蒸汽动力的热力机械，其工作原理和流程是由蒸汽的能量转
换为机械能，从而驱动发电机或其他机械设备。
汽轮机工作原理及流程主要包括蒸汽进汽轮机、蒸汽膨胀、蒸汽冷凝和蒸汽排出等过程。
首先，蒸汽进汽轮机。
在汽轮机中，蒸汽从锅炉中产生，经过调节阀进入汽轮
机的高压缸，然后通过叶片的作用使汽轮机转动。
蒸汽的进入使得汽轮机内部产生高速旋转，从而转动发电机或其他机械设备。
其次，蒸汽膨胀。
在汽轮机内部，蒸汽受到叶片的作用，从而产生膨胀，使得
汽轮机转动更加迅速。
蒸汽的膨胀过程是汽轮机工作中非常重要的一环，它直接影响着汽轮机的工作效率和输出功率。
接着是蒸汽冷凝。
在汽轮机工作过程中，蒸汽膨胀后的温度降低，需要通过冷
凝器进行冷凝。
蒸汽在冷凝器内部散发热量，经过冷凝后变成凝结水，然后排出系统。
这一过程是为了保证汽轮机内部循环的蒸汽能够继续被利用，提高能源利用率。
最后是蒸汽排出。
冷凝后的凝结水排出系统，蒸汽的循环过程完成，汽轮机重
新进入下一个循环。
蒸汽排出过程是汽轮机工作流程的最后一环，也是为了保证系统内部蒸汽循环的顺利进行。
总的来说，汽轮机工作原理及流程是一个连续循环的过程，通过蒸汽的进入、
膨胀、冷凝和排出，实现了能量的转换和机械设备的驱动。
汽轮机作为一种重要的能源转换设备，在发电、工业生产等领域有着广泛的应用，其工作原理和流程的理解对于提高能源利用效率和保障设备安全稳定运行具有重要意义。
电厂汽轮机设备及系统
（三）汽封的作用 汽轮机通汽部分的动静部分之间，为了防
止碰擦，必须留有一定的间隙。而间隙的存 在必将导致漏汽，使汽轮机的经济性下降。 为了解决这一矛盾，在汽轮机动、静部件的 有关部位设有密封装置，通常称为汽封。可 分为轴端汽封（又称轴封）、隔板汽封和围 带汽封三种。
（四）轴承
轴承的作用与类型
汽轮机工作时其转子受蒸汽的作用以高速旋转着， 这时将产生各种不同方向的作用力，因此汽轮机必 须有可靠的支承装置—轴承。
4. 反动度
定义：指工作叶片焓降与级的总焓降之比
m
hb ht*
hb hn* hb
hn* (1 m )ht*
hb mht*
反动度表明蒸汽在叶片中 的膨胀程度
5. 冲动级和反动级
冲动级有三种不同的形式：
纯冲动级:通常把反动度等于零的级称为纯冲动级。对于纯冲
动级来说， =p1 、p2 = 0、hb = hn*，蒸汽ht流* 出动叶的速
（3）挠性联轴器：一般有齿轮式和弹簧式两种。这 类联轴器不传递轴向推力，基本不传递振动，对中 要求低，但易磨损，需要润滑，造价高。多用于小 型汽轮机。
三、汽轮机型号
Δ XX - XX - XX 型式
额定功率
变型设计次序 蒸汽参数
例：N300-16.7/538/538
300MW凝汽式汽轮机,主蒸汽压力为16.7MPa，温度为538ºC,再热蒸 汽温度538ºC。
汽轮机型式代号见下表：
代号 N B C CC
型式 凝汽式 背压式 一次调整抽汽式 两次调整抽汽式
（七）联轴器
联轴器又称对轮或靠背轮。作用是传递扭矩。
（1）刚性联轴器：结构简单，能够承受相邻转子分 配来的重量，，减少支撑轴承数，并缩短机组长度。 缺点是传递振动和轴向位移，对找中心要求高
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变型设计次序
蒸汽参数
例：N300-16.7/538/538
300MW凝汽式汽轮机,主蒸汽压力为16.7MPa，温度为 538º C,再热蒸汽温度538º C。 汽轮机型式代号见下表： 代号 N B C CC 型式 凝汽式 背压式 一次调整抽汽式 两次调整抽汽式 代号 CB CY Y HN 型式 抽汽背压式 船用 移动式 核电汽轮机
动叶通道是逐渐收缩的
三、反动度和级的类型
基本概念
级滞止理想焓降：0点是级前
的蒸汽状态点，0*点是汽流被等 熵滞止到初速等于零的状态，p1、 p2分别为喷嘴出口压力和动叶出 口压力，蒸汽在级内从滞止状态 0*等熵膨胀到p2时的焓降称为级 的滞止理想焓降
级理想焓降：蒸汽在级内从0点等熵膨胀到p源自时的焓降 ht称为 级的理想焓降。
反动度：表示蒸汽在动叶通道内膨
胀程度大小的指标。 它等于蒸汽在动叶通道中的理想焓降 与喷嘴的滞止理想焓降和动叶通道中 理想焓降之和的比值 级的平直径处（即1/2叶高处）的反 动度用Ωm表示，其表达式为：
hb hb hb m * * hn hb hn hb ht*
喷嘴出口处：蒸汽以 相对速度w1进入动叶 通道，由于受到动叶 的阻碍，汽流方向不 断改变，最后以相对 速度w2流出动叶通道， 在流道中蒸汽对动叶 产生一个轮周方向的 冲动力F1，该力对动 叶作功使动叶转动
（二）反动作用原理
反动力定义：蒸汽在动 叶汽道内膨胀时对动叶 的作用力。根据动量守 恒定律，当气体从容器 中加速流出时，要对容 器产生—个与流动方向 相反的力。 基本特点：蒸汽在动叶 流道中不仅要改变方向， 而且还要膨胀加速，从 结构上看动叶通道是逐 渐收缩的。
（一）冲动作用原理
冲动力的定义：根据力学知识，当 一运动物体碰到另一个静止的物体或 者运动速度低于它的物体时，就会受 到阻碍而改变其速度的大小或方向， 同时给阻碍它的物体的一个作用力 特点：蒸汽仅把从喷嘴中获得的动能 转变为机械功，蒸汽在动叶通道中不 膨胀，动叶通道不收缩
（一）冲动作用原理
2、按热力特性分
多压式汽轮机
3、按主蒸汽压力分
汽轮机类别 低压汽轮机 中压汽轮机 主蒸汽压力（MPa) 0.12~1.5 2~4
高压汽轮机
超高压汽轮机 亚临界压力汽轮机 超临界压力汽轮机
6~10
12~14 16~18 >22.1
超超临界压力汽轮机
>32
三、汽轮机型号的表示方法
汽轮机型号的组成为：
Δ XX - XX - XX
结构特点：动叶叶型与喷嘴叶型完全相
同。反动级的效率高于冲动级，但整级 的理想焓降较小。
调节级
喷嘴调节：多数汽轮机采用改变第一级喷嘴面积 的方法调节进汽量，称之为喷嘴调节。
1、转动部分：主轴、叶轮、动叶片、联轴器 2、静止部分：汽缸、隔板、静叶、轴承
六、本书的内容：
原理（一、二、三章） 本体（第四章） 内容 结构 辅机 调节保护（第六章） 运行（第七章）
凝汽设备（第五章）
第一章 汽轮机级的工作原理
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级是汽轮机中最基本的 工作单位 级由静叶栅（喷嘴栅） 和动叶栅组成 本章着重阐述单级汽轮 机的工作原理
从作用力方面分析原理
蒸汽流经级时先在喷嘴中膨胀压力 降低，速度增加一方面通过速度方 向的改变，产生冲动力F1 蒸汽在动叶中继续膨胀，压力降低， 所产生的焓降转化为动能造成动叶 出口的相对速度w2大于进口相对速 度w1，使汽流产生了作用于动叶上 的与汽流方向相反的反动力Fr。 在蒸汽的冲动力和反动力合力作用 下推动动叶旋转作功。
（二）汽轮机级的类型和特点 1.按反动度的大小进行分类 2.按通流面积是否随负荷而变分类 3.按蒸汽的动能转换为转子机械能的过程 分类
级的类型及特点
汽轮机的级可分为冲动级和反动级两大类
冲动级
冲动级又分：纯冲动级、带反动度的冲动级速度级 1) 纯冲动级：反动度为零的级称为纯冲动级
工作特点：是蒸汽只在喷嘴中膨胀，在动叶通道中不膨胀 结构特点：动叶叶型近似对称弯曲，作功能力大，但效率 比带反动度的冲动级低。
汽轮机设备及 运行
机械与电力工程系
绪论
汽轮机是以蒸汽为工质的旋转式机械，主要用作发 电原动机，也用来直接驱动各种泵、风机、压缩机 和船舶螺旋桨等。
一、汽轮机装置在电厂中的地位
锅 化学能 (燃料)
炉
发电机 电能 机械能
蒸汽
热能
二、汽轮机的分类
1、按工作原理分
冲动式汽轮机 反动式汽轮机 凝汽式汽轮机 背压式汽轮机 抽汽式汽轮机 抽汽背压式汽轮机
四、汽轮机的发展
1、1883年研制出第一台轴流式汽轮机 1903-1907 出现了热电联产的汽轮机 1920年左右出现回热循环 1925年 第一台中间再热式 2、发展趋势 （1）增大单机功率 （2）提高蒸汽参数 （3）采用中间再热 （4）采用燃气—蒸汽联合循环 （5）提高机组的运行水平
五、现代汽轮机的结构
带反动度的冲动级
现代冲动式汽轮机中广泛采用具有一定 反动度的冲动级，简称为冲动级 工作特点:蒸汽的膨胀主要喷嘴中进行， 在动叶通道中仅有小部分膨胀，产生的 反动力较小，主要利用冲动力作功 结构特点：作功能力比反动级的大，效 率又比纯冲动级高。
反动级
定义：蒸汽在级中的理想焓降平均分配
在喷嘴和动叶通道中的级称为反动级 工作特点：蒸汽在喷嘴和动叶通道中的 膨胀程度相等，作功的力冲动力和反动 力各占一半
第一节概述
一、汽轮机通流部分结构
1、通流部分：蒸汽流动做功的通 道 2、通流部分的结构： 级：是汽轮机中最基本的工作单 元。在结构上它是由静叶（喷 嘴）和对应的动叶所组成；一 列固定的喷嘴和与它配合的动 叶片构成了汽轮机的基本作功 单元，称为汽轮机的级。
2叶轮 3动叶栅
4喷嘴
1轴
二、冲动作用原理和反动作用原理
汽轮机的反动度 蒸汽在动叶通道内膨 胀时的理想焓降hb， 和在整个级的滞止理想 焓降ht* 之比，即
m
m hb
二、反动度和级的类型
hb ht*
* hn hb
hb * hn hb
* hb mht* hn 1 m ht*
反动度