汽轮机的原理及结构分析
汽轮机 工作原理
汽轮机工作原理
汽轮机是利用高速旋转的涡轮叶轮产生动能，以及转换流体内部能量的热机。
其工作原理主要包括以下几个步骤：
1. 压气过程：在汽轮机中，气体（通常为空气或燃气）首先被压缩，提高了气体的压力和温度。
这一步骤通常是通过压缩机来完成，压缩机使用机械或涡轮叶轮将气体压缩。
2. 加热过程：在压缩后，气体进一步加热，提高了其温度和内部能量。
加热通常是通过燃烧燃料来完成的，将燃料喷入到高温高压的燃烧室中，与压缩空气混合并燃烧。
3. 膨胀过程：在加热后，高温高压气体被引导到涡轮叶轮上，涡轮叶轮受到气流的冲击而开始旋转。
这一旋转运动在轴上带动涡轮产生动能，同时也消耗了气体的内部能量。
4. 输出功过程：涡轮带动的轴通过传动装置将旋转动能转变为有用功。
轴可以用来驱动发电机、涡轮泵或其他机械设备。
整个过程中，汽轮机通过将热能转化为机械能或电能，实现了能源转换的目的。
汽轮机的效率通常由其膨胀过程中的能量转化效率来决定，这也是优化设计与运行的关键所在。
汽轮机原理
此工况条件如下： 1）额定主蒸汽参数及再热蒸汽参数，所规定的汽水品质 2）背压为35kPa
3）补给水率为3%
4）所规定的最终给水温度 5）全部回热系统正常运行，但不带厂用辅助蒸汽 6）2台50％容量的电动给水泵投入运行，并满足锅炉需要的 给水参数 7）发电机额定功率因数、额定氢压、额定电压、额定频率， 一次冷却水温38℃。 此工况为机组出力保证值的验收工况，此工况的进汽量称为 汽轮机铭牌进汽量。
k 1 k
pcr * 上两式相等可得： cr p0
2 k 1 过热蒸汽： cr 0.546 干饱和蒸汽： cr 0.577
k k 1
2、喷嘴截面的变化规律（画图分析）
在亚音速区域压力降低，流速增加，截面积逐渐减小； 在超音速区域压力降低，流速增加，截面积逐渐增大。 结论：
级的理想热力过程
p0 p0 t0 Δht Δh n Δht Δh b p1 级的理想焓降： Δht 喷嘴理想焓降： Δhn 动叶理想焓降： Δhb 级的理想滞止焓降 p2
h
s
级的反动度
反动度：蒸汽在动叶中的理想焓降与级的理想焓降之 比的意义：反映了蒸汽在动叶中的膨胀程度
n cr n cr
3、通过喷嘴的实际流量
c ccr 采用缩放喷嘴， c1t ccr
采用渐缩喷嘴， 1t
c11 1 G Anc11 Anc1t 1t Gt nGt c1t 1t 1t
c1t
能量方程导出的喷嘴出口速度：
2 c0 2 c1t 2h0 h1t c0 1.414 hn 2
c1t 1.414 h
n
hn ——喷嘴的理想焓降 hn ——喷嘴的滞止理想焓降
课程设计汽轮机
课程设计汽轮机一、教学目标本课程的目标是让学生掌握汽轮机的基本原理、结构和工作流程，了解汽轮机在现代工业中的应用及其重要性。
知识目标：学生能够描述汽轮机的基本原理、结构和工作流程，了解汽轮机的分类和特点。
技能目标：学生能够运用所学知识分析汽轮机的工作性能，进行简单的故障诊断和维护。
情感态度价值观目标：学生能够认识到汽轮机在现代工业中的重要性，培养对汽轮机技术的兴趣和热情。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括汽轮机的基本原理、结构、工作流程及其在现代工业中的应用。
1.汽轮机的基本原理：学生将学习汽轮机的工作原理，包括蒸汽的生成、膨胀和做功过程。
2.汽轮机的结构：学生将了解汽轮机的主要组成部分，如转子、静子、调速系统等，并学习其功能和相互关系。
3.汽轮机的工作流程：学生将掌握汽轮机的工作流程，包括蒸汽的进入、膨胀、排气等阶段。
4.汽轮机在现代工业中的应用：学生将学习汽轮机在电力、石油、化工等领域的应用及其重要性。
三、教学方法本课程将采用讲授法、案例分析法和实验法等多种教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性。
1.讲授法：教师将通过讲解汽轮机的基本原理、结构和工作流程，引导学生掌握相关知识。
2.案例分析法：教师将提供汽轮机实际运行案例，引导学生运用所学知识进行分析，提高学生的实际操作能力。
3.实验法：学生将有机会进行汽轮机模型实验，观察和验证汽轮机的工作原理，增强对知识的理解和记忆。
四、教学资源本课程将使用教材、参考书、多媒体资料和实验设备等多种教学资源。
1.教材：将选用权威、实用的教材，为学生提供全面、系统的学习资料。
2.参考书：提供相关的参考书籍，丰富学生的知识视野。
3.多媒体资料：利用多媒体课件、视频等资料，生动展示汽轮机的工作原理和实际运行场景。
4.实验设备：提供汽轮机模型实验设备，让学生亲自动手操作，提高实践能力。
五、教学评估本课程的评估方式将包括平时表现、作业、考试等多种形式，以全面客观地评价学生的学习成果。
汽轮机培训课件
汽轮机在启动、运行和停机过程中，必须严格遵守各 项规定。
任何情况下，不得将汽轮机超速运转。 操作人员应佩戴齐全劳动防护用品。
汽轮机的事故处理流程
立即停机并切断电源，保持汽轮机的静止状态。 对事故现场进行安全评估，确保不会发生次生事故。
汽轮机的发展历程
19世纪初的汽轮机雏形
01
随着蒸汽机的发明，人们开始尝试将蒸汽机与旋转机械相结合
，最早的汽轮机雏形开始出现。
20世纪初的汽轮机发展
02
随着汽轮机技术的不断发展和改进，汽轮机开始广泛应用于电
力、化工等领域。
现代汽轮机的应用与挑战
03
随着能源结构的转变和环保要求的提高，汽轮机面临着新的挑
根据系统需要逐步增加 汽轮机的负荷，直至达 到满负荷运行。
汽轮机的运行维护
监视仪表
密切关注汽轮机各项运行参数，如 转速、轴向位移、润滑油压力等是 否正常。
巡检设备
定期对汽轮机本体及辅助设备进行 巡检，发现异常及时处理。
调整参数
根据系统需求及汽轮机运行状态， 及时调整运行参数，保证汽轮机稳 定运行。
汽轮机的技术展望与挑战
材料技术的突破
为了适应高参数化的发展趋势，汽轮机需要采用更高级的材料和技术，提高设备的可靠性 和耐久性。
控制技术的优化
为了实现智能化控制和多元化能源利用，汽轮机需要采用更先进的控制技术，提高设备的 能源利用效率和可靠性。
环保技术的创新
为了符合环保要求，汽轮机需要采用创新的环保技术，降低排放和噪音等对环境的影响。
3. 冷却系统故障：冷 却系统故障可能导致 设备过热、效率下降 等问题。解决方案包 括检查冷却水流量、 清洗冷却器、更换故 障元件等
燃气轮机设备及运行
燃 一、燃气轮机简单循环 P41
气
轮
机
设
备
及
运 简单循环热力过程： 理想：1-2s：等熵压缩过程
行
2s-3s：等压燃烧过程
3s-4´s 等熵膨胀过程
4´s-1 等压放热过程
实际：1-2 2-3 3-4 4-1
燃 简单循环主要性能指标
气 1、热效率
P41
轮
机
设
——工质经过工作循环，把加入到循环中的 热量转变为输出功的百分数
轮 静叶出气边小孔排至主燃气流中。另一部分经一级护环去
机
冷却二级静叶，其中一部分再经二级护环去冷却三级静叶， 流入二级静叶的空气，一部分冷却叶片后从出气边排至主
设 燃气流中，另一部分从内环前端的孔流出，冷却一级叶轮
备
出气侧和二级叶轮进气侧。第二股冷却空气从压气机第5 级引来，经气缸上均布的一圈孔道冷却气缸后，进入排气
机
设
备
we wimg wT wc mg
及 运
we
Ne G
行
G——空气流量，kg/s
燃 3、压比
——压气机出口压力与进口压力之比
气 轮
p2
p1
p2 p1
机 4、温比
设 ——工质的最高温度与最低温度之比，它代表工质被加热
备 的程度．
及
T3
运
Ta
行 Ta——大气温度，K
T3*——透平进口燃气滞止温度，K
设
备
及
运
行
燃 4、透平的绝热膨胀有效效率 T (或 T )
气
透平实际绝热膨胀功与等熵膨胀功与之比
轮
机 设
T*
i3* i4* i3* i4*s
汽轮机
3、作图说明冲动级与反动级的区别 ①、纯冲动级（Ωm=0） 特点：蒸汽只在喷嘴叶栅中膨胀，在动叶栅中不膨胀加速而只改变其流动方向。 当不考虑损失时，动叶通道进出口压力相等，相对速度也相等。 结构：动叶叶型对称弯曲，通道内各通流截面近似相同；做功能力大、效率低。 ②、反动级 （Ωm=0.5） 特点： 蒸汽在喷嘴和动叶中的膨胀程度相同。 效率比冲动级高， 但做功能力较小。 结构：喷嘴和动叶采用的叶型相同，流道均为收缩型。
3、如何评价汽轮机的经济性？ 答：通常要用各种效率来评价整个能量装换过程的完善程度。 1、汽轮机的相对内效率：有效比焓降与理想比焓降的比值； 2、机械效率：除克服机械损失之外的有效功率与汽轮机内功率的比值； 3、发电机效率：考虑机械损失和电气损失后，发电机出线端的功率与汽轮机轴 端功率的比值； 4、汽轮机发电机组的相对电效率：1kg 蒸汽所具有的理想比焓降中有多少能量 最终被转换成电能。是评价汽轮发电机组工作完善程度的一个重要指标； 5、汽轮发电机组的绝对电效率：1kg 蒸汽理想比焓降中转换成电能的部分与整 个热力循环中加给 1kg 蒸汽的热量之比； 6、汽耗率：机组每生产 1kw·h 电能所消耗的蒸汽量； 7、热耗率：机组每生产 1kw·h 电能所消耗的热量。 从上述可知， 热耗率和绝对电效率都是衡量汽轮发电机组经济性的主要指标，一 个以热量形式表示，一个以效率形式表示，但均未考虑锅炉效率、管道效率以及 厂用电等。 4、轴向推力是如何产生的？如何平衡它？ 答：1、在轴流式汽轮机中，通常是高压蒸汽由一端进入，低压蒸汽由另一端流 出， 从整体上来看， 蒸汽对汽轮机转子施加了一个由高压端指向低压端的轴向力， 使汽轮机转子存在一个向低压端移动的趋势，这个力就称为转子的轴向推力； 2、平衡方法：①、平衡活塞法：在转子通流部分的对侧，加大高压外轴封的直 径， 加大了直径的鼓形部分称为平衡活塞。 在活塞的两端作用着不同的蒸汽压力， 以产生相反方向的轴向推力；②、叶轮上开平衡孔：叶轮上开平衡孔后，叶轮前 后的压差自然就小了， 特别是对前后压差较大的高中压级叶轮一般都采用这种方 法； ③、 相反流动布置法： 适当布置气缸， 使不同气缸中的汽流作相反方向流动， 这样不同方向的汽流所引起的轴向推力方向相反，可互相抵消一部分；④、采用 推力轴承：采用上述方法平衡后，剩余的部分由推力轴承承担。 5、轴封系统有什么特点？ 答：1、轴封汽的利用：将漏汽引出加以利用，以减小漏汽损失；2、低压低温汽 源的应用： 为了防止轴承温度过高常向高压轴封供给低压低温蒸汽，为防止高压 缸真空空气漏入必须具有备用汽源向轴封供汽；3、防止蒸汽由端轴封漏入大气： 为了避免端轴封漏汽漏入轴承， 同时为了减小车间内的湿度，也为了减小汽水损 失， 常在高低压端轴封出口处人为地造成一个比大气压力稍低的压力，将漏出的 蒸汽和漏入的空气一起抽出，送到轴封加热器，蒸汽冷凝后被回收，空气排入大 气；4、防止空气漏入真空部分：为防止空气漏入低压缸真空部分，常在低压缸 端轴封中间通入压力比大气压力稍高的沿着主轴背离气缸方向流动的蒸汽， 以阻 止外界空气漏入气缸。 6、试解释下列概念 1、重热现象：上一级的损失（客观存在）造成比熵的增大使后面级的理想比焓 降增大， 即上一级损失中的小部分可以在以后各级中得到利用，这种现象称为多 级汽轮机的重热现象。 2、重热系数：损失使各级的累计理想比焓降Δhi，大于没有损失时全机总的理 想比焓降 himac。增大的那部分比焓降与没有损失时全机总的理想比降之比，称 为重热系数 α(α >0),凝汽式，α＝0.04～0.08。 3、曲径轴封：在轴封内蒸汽从高压侧流向低压侧，当蒸汽通过环形孔口时，由
汽轮机的原理及结构分析
汽轮机控制系统..课件
• 汽轮机控制系统概述 • 汽轮机控制系统的组成与结构 • 汽轮机控制系统的功能实现 • 汽轮机控制系统的性能指标评价方法 • 汽轮机控制系统的优化设计与改进方向 • 汽轮机控制系统在工业生产中的应用案例
分析 • 总结与展望
CHAPTER
汽轮机控制系统概述
汽轮机控制系统的定义和作用
趋势1 趋势2 趋势3
CHAPTER
汽轮机控制系统在工业生产 中的应用案例分析
案例一：某火电厂汽轮机控制系统应用实例
控制系统类型
采用数字化电液调节系统，实现对汽轮机的全面控制。
应用效果
提高机组运行效率，降低能耗，减少排放，提高经济效益。
技术特点
采用先进的控制算法，实现汽轮机的快速响应和精确控制，具有 自动化程度高、可靠性强的特点。
控制系统软件设计
掌握汽轮机控制系统的软件设计方法 和实现过程，包括控制算法、人机界 面设计等。
控制系统调试与维护
了解汽轮机控制系统的调试方法和维 护技巧，掌握常见故障的排查和处理 方法。
学生自我评价报告
学习成果
学习不足
改进措施
对未来工作的展望和期待
01
深化理论与实践
02
探索新技术
03
拓展应用领域
保护与联锁控制
保护控制
联锁控制
CHAPTER
汽轮机控制系统的性能指标 评价方法
静态性能指标评价方法
精度
1
稳定性
2
灵敏度
3
动态性能指标评价方法
调节时间
超调量
阻尼比
综合性能指标评价方法
积分性能指标
积分性能指标是对控制系统在整个工作 范围内性能的综合评价，包括误差积分 指标、绝对误差积分指标和时间乘绝对 误差积分指标等。
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汽轮机的原理及结构分析
作者：张佳慧董思含孟凡丹
来源：《中国科技博览》2013年第18期
【分类号】：TK26
摘要：随着经济的发展，进一步凸显了电力设施完好度的重要性，特别是对汽轮机机组的重要性，更得到了肯定。
而且汽轮发电机组是经过长时间，耗费大量人力、物力才研究出来的成果，工作原理和内部结构都极其复杂，还要适应各种不同的运行环境，所以汽轮发电机组有较高的故障率，而且一旦发生故障，所产生的危害也是相当巨大的。
所以，深入推进汽轮发电机组的故障诊断技术的研究是汽轮机的重中之重。
关键词：汽轮机；结构；原理；故障
利用当今先进的科学技术，合理可持续地利用自然能源已成为世界性话题。
作为主要能源的电力已与工业生产及人们日常生活紧密联系在一起，这就需要在不断增加供电总量的同时，减少对资源的消耗。
在我国，主要的发电手段仍然为火力发电，但我国的火力发电水平相对较低，厂用电率及供电煤耗等主要参数明显低于日、美等发达国家。
一、汽轮机的结构及工作原理
汽轮机主要由转动部分（转子）和固定部分（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。
汽轮机的工作原理是，具有一定压力、温度的蒸汽，进入汽轮机，流过喷嘴并在喷嘴内膨胀获得很高的速度。
高速流动的蒸汽流经汽轮机转子上的动叶片做功，当动叶片为反动式时，蒸汽在动叶中发生膨胀产生的反动力亦使动叶片做功，动叶带动汽轮机转子，按一定的速度转动。
二、汽轮机的节能原理
2.1机组汽轮机的选取
截至 2009 年初，全国在用 500 MW 以上等级机组 281 台，300 MW 等级机组 529 台，200 MW 等级机组 210 台。
2008 年，综合考虑发电总量、设备数量及其使用时间，300 MW 机组节能改造工程获得政府万吨节煤政策奖励，成为节能减排的重点。
而汽轮机本体则是火力发电机组节能减排的重要症结，如何调整改造汽轮机，在设备运行与维护的过程中实现热损耗的最小化，在保证电力设备稳定运行的前提下提高电厂经济性，已经成为国内外电力研究的重要课题。
2.2 汽轮机节能指标
2.3 汽轮机节能原理
为了达到火电厂节能减排的目的，需要对汽轮机进行诊断、评估，找出影响能耗的主要因素，展开定量偏差原因分析，分析节能潜力，然后提出节能降耗的措施，并实施技术改造，最终达到节能减排的目的。
根据理论分析以及电厂运行维护经验可知，影响汽轮机热效率的因素主要有高压缸效率、中压缸效率、低压缸效率，调节阀运行方式及开度，主蒸汽压力，主蒸汽温度，再热蒸汽温度，机组补水率，凝汽器压力，最终给水温度，小汽轮机进汽流量，
阀门内漏等。
下面对影响节能减排的几个主要因素进行原理分析。
三、汽轮机故障检修分析
3.1汽轮机检修
汽轮机是电厂机组安全、经济运行中最重要的设备之一。
以前汽轮机检修采取传统的事后维修和计划性检修两种方法，但是往往都有很多不足之处，事后维修往往因为故障发生突然，对故障的了解不足。
而计划检修的方式则会因为以固定时间段作为检修的周期，容易造成检修过度或检修不足，浪费人力、物力，却得不到很高的效率。
现在，经过工作人员的不断研究摸索，得出了预测检修和状态检修的先进方法，大大提高了检修的主动性，而且降低检修费用，提高设备的投用率和汽轮发电机组运行的安全性、可靠性以及经济性。
3.2 汽轮机故障分析
汽轮机故障原因很多，如根管堵塞、发电机机组滑环、调速汽门卡涩、器管漏泄等。
发电机机组滑环会造成发电机转子环火电路短接，烧坏转子。
调速汽门卡涩原因是调速汽门凸轮架轴承套磨损严重，齿板稳定架偏移，造成调速系统卡涩后，脉动油压偏高，这种故障在正常运行中要细心认真才能发现问题，做到及时处理。
调速马达由于电气开关粘连造成减负荷方向旋转，将同步器丝杆退出55mm，会引起机调速汽门关闭，同步器失灵，保护动作停机。
发生此类事故时，值班员应迅速的做好手电动的切换，以免事故扩大。
运行值班员，在对设备进行检查时，要对设备表计和运行状态发生不正常变化时及时处理，并且在运行参数发生变化时做好记录，为事故的分析提供依据，在各项操作中应核对操作开关的序号，确定操作位置，再进行操作，尤其是重大操作必须执行监护制度，以免发生误操作。
由于汽轮机油含水量多导致轴瓦烧损，机组强烈振动，发生此类事故时，首先要从漏水的源头上下功夫，尽量查出漏水点，分析原因，减少直至消除漏水现象。
然而，很多机组的漏水现象是长期存在的现实，特别是一些老机组的漏水顽疾，受到很多条件的局限，很难解决。
在漏水难以改变的情况下，采用合适的脱水设备将漏入汽轮机油系统的水分脱出，是解决油中含水量大的一个有效途径。
四、汽轮机故障诊断的发展前景与趋势
随着工作技术人员对汽轮机的研究和故障诊断技术的发展，进一步认识到了以上问题对汽轮机发展的影响。
知识表达、获取和系统自学习：知识的表达、获取和学习一直是诊断系统研究的热点，但并未取得重大突破，它仍将是继续研究的热点；综合诊断：汽轮机故障诊断，将从以振动诊断为主向考虑热影响诊断、性能诊断、逻辑顺序诊断、油液诊断、温度诊断等的综合诊断发展，更符合汽轮机的特点和实际；信息融合：汽轮机信息融合诊断将重点在征兆级和决策级展开研究，目的是要通过不同的信息源准确描述汽轮机的真实状态和整体状态；故障机理的深入研究：任何时候，故障机理的深入研究都将推动故障诊断技术的发展。
故障机理的研究将集中在对渐发故障定量表征的研究上，研究判断整个系统故障状态的指标体系及其判断阈值将是另一个重要方向；诊断与仿真技术的结合：诊断与仿真技术的结合将主要表现在，通过故障仿真辨识汽轮机故障、通过系统仿真为诊断专家系统提供知识规则和学习样本、通过逻辑仿真对系统中部件故障进行诊断。
总之，随着经济的发展，科技事业不断的创新，进一步凸显了电力设施完好度的重要性，特别是对汽轮机机组的重要性，更得到了肯定。
但是作为机械设备必然会收到很多因素的制约，比如环境因素、技术因素等。
汽轮机经过了长时间了技术研究改进，但是仍旧有一些很难克服的环节，造成机组的故障率偏高。
由于设备要应对各种各样的环境、技术影响，导致设备故障的发生原因非常复杂。
只有我们的技术工作者坚持长期的致力于汽轮机的原理和结构的创新以及故障诊断技术的研究，进一步推进汽轮机的技术改造创新，才能从根本上推动电力产业的发展壮大，才能更好的为社会经济更快更强的发展服好务。
参考文献：
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[2]张倩，田松峰. “汽轮机原理”课程设计的改革与实践[J]. 中国电力教育，2012，（15）.
[3]胡丹梅，何平. “汽轮机原理”重点课程建设与教学改革[J]. 中国电力教育，2011，（17）.
[4]郑文敬，秦文防，王维斌. 新型汽轮机快速冷却方法的原理及应用[J]. 通用机械，2010，（10）.。