汽轮机原理-抽气器
汽轮机原理第四章
（2）海勒式间接空冷系统
缺点：系统结构 复杂，设备多， 投资大；系统容 易发生冰冻；化 学水耗水大。
海勒式间接空冷机组
第一节
凝汽设备的工作原理、任务和类型
（3）哈蒙式间接空冷系统
优点：节约厂用 电、设备少、冷 却水系统与汽水 系统分开，两者 水质均可保证、 冷却水系统防冻 性能好。
缺点：空冷塔占 地大，基建投资 多；系统中要进 行两次表面式换 热，使全厂热效 率有所降低。
多区域汽向侧流动
凝汽设备的结构模型
600MW凝汽器三维结构图
600MW凝汽器三维结构图
600MW凝汽器三维结构图
凝汽器冷却管束隔板
凝汽器冷却管束隔板
凝汽器冷却管的安装
第一节
凝汽设备的工作原理、任务和类型
（2）表面式凝汽器的类型
汽流向下式 汽流方向 单流程 冷却水流程 双流程
汽流向上式
1000Dwcp (tw2 tw1 )
第二节
凝汽设备的真空与传热
循环水泵容量
循环倍率m：m Dw Dc 冷却水量与被凝结蒸汽量之比。 初投资 m
t 真空
循环水管路阻力
末级叶片长度
m=50~120
循环水泵电耗 双流程（水阻大）
开启台数
单流程（水阻小） m取较 m取较 (4.2.3) 大值 小值 直流（开式）供水 循环（闭式）供水
第二节
凝汽设备的真空与传热 A.由新蒸汽带入汽轮机
三、空气对凝汽器工作的影响
1.凝汽器的空气来源：
B.由设备不严密处漏入 管表面附近聚积形成气膜阻碍了蒸汽的凝结放热 2.危害： 凝结水过冷度增大
过冷现象:凝水温度低于凝汽器入口蒸汽温度的现象。 所低的度数称为过冷度
浅谈火力发电厂凝汽器真空系统原理及故障处理
浅谈火力发电厂凝汽器真空系统原理及故障处理发表时间：2016-12-07T15:00:13.553Z 来源：《科学教育前沿》2016年11期作者：李永强[导读] 主要原因是由于汽轮机的排汽被冷却成凝结水，其比容急剧缩小。
如蒸汽在绝对压力4Kpa时蒸汽的体积比水的体积达3万多倍。
（大唐国际张家口发电厂河北张家口 075133）【摘要】汽轮发电机组真空系统运行是否正常直接影响着汽轮机组的热经济性和安全性，及时发现和处理凝汽器真空泄露是十分必要的。
【关键词】凝汽器；真空；泄露中图分类号：TM621 文献标识码：Ａ文章编号：ISSN1004-1621（2016）11-0076-02 一、汽轮机真空抽气系统的工作原理1主要原因是由于汽轮机的排汽被冷却成凝结水，其比容急剧缩小。
如蒸汽在绝对压力4Kpa时蒸汽的体积比水的体积达3万多倍。
当排汽凝结成水后，体积就大为缩小，使凝汽器内形成高度真空。
2真空的形成和维持必须具备三个条件：1）凝汽器钛管必须通过一定的冷却水量。
2）凝结水泵必须不断地把凝结水抽走，避免水位升高，影响蒸汽的凝结。
3）抽气器必须把漏入的空气和排气中的其它气体抽走。
对于凝汽式汽轮机组，需要在汽轮机的汽缸内和凝汽器中建立一定的真空，正常运行时也需要不断地将由不同途径漏入的不凝结气体从汽轮机及凝汽器内抽出。
真空系统就是用来建立和维持汽轮机组的低背压和凝汽器的真空。
低压部分的轴封和低压加热器也依靠真空抽气系统的正常工作才能建立相应的负压或真空。
二、抽真空系统的作用和形式在机组启动过程中，除氧器加热凝结水后，就可能会有热水进入凝汽器，待到锅炉点火汽轮机进汽暖机时，将有更多的蒸汽进入凝汽器。
如果凝汽器内没有建立一定的真空，汽水进入凝汽器就会使凝汽器形成正压，损坏设备。
凝汽器建立真空更是汽轮机冲转必不可少的条件。
凝汽器及一些低压设备（如凝结水泵、疏水泵及部分低压加热器等）在正常运行时，内部处于真空状态，由于管道和壳体不严密，空气就会漏人，从而破坏凝汽器真空，危及汽轮机的安全经济运行。
汽轮机原理
(2) 速度级和压力级 前面已经介绍级的概念，从结构上看，汽轮机的一个级 是有喷嘴（几个或整个圆周布置的喷嘴）和一列动叶片组合 起来的装置，从动作原理来看，就是能造成高速气流、能将 速度能转换成机械能，并产生推力对外做功的基本单元。级 可以分成压力级和速度级，简单介绍如下。 A 压力级 在可以利用的蒸汽能量很大的情况下，只有一个级不能 充分利用这些能量。这时，我们把由喷嘴和动叶片组成的级 串联在同一根轴上，将蒸汽的能量分别在若干个级中加以利 用。从结构来看，就是一列喷嘴和一列动叶片，其后又是一 列喷嘴和一列动叶片
B 支撑与滑销系统： 目的是承受汽缸重量， 并使汽缸在受热状况下按一定方向 进行膨胀。 C 喷嘴组和隔板： 喷嘴作用如前所述， 它是将蒸汽热能转化为动能的重要部 件； 隔板则使各组叶轮在单独的蒸汽室中运行， 达到热能的充 分利用。 D 汽封装置： 在汽缸两端、 叶轮和隔板处， 为避免动静部件碰撞而留有 间隙。 由于这些间隙前后压力差存在， 主轴通过间隙处必然有 漏气， 从而降低机组运行的经济性并造成损失。 汽封装置作用
汽轮机是用蒸汽来作功的旋转式原动机。 来自锅炉或热网的 蒸汽，经脱扣节流法阀或事故切断阀、调速阀进入汽轮机， 依次高速流经一系列环形配置的喷嘴(或静叶栅)和动叶栅而 膨胀作功推动汽轮机转子旋转，将蒸汽的动能转换成机械功。 这便是汽轮机简单的工作原理。汽轮机可按工作原理分为： 冲动式、反动式、冲动式与反动式的组合式汽轮机。 首先，我们对这几类汽轮机的工作原理作一下介绍。 1.汽轮机的工作原理 (1) 冲动式汽轮机 冲动式汽轮机的最简单的结构如图 4 所示。叶轮上装配一圈 动叶片与喷嘴配合在一起，构成一个做功的简单机械。我们
汽轮机，又叫蒸汽透平，是用蒸气来做功的旋转式原动机。 来自锅炉或其它汽源的蒸汽通过调速阀进入汽轮机，依次高速流 过一系列环形配置的喷嘴(或静叶栅)和动叶栅而膨胀作功，推动汽 轮机转子旋转(将蒸汽的动能转换成机械功)，汽轮机又则带动电机 或压缩机、泵等负荷机旋转。 汽轮机按照热力过程分为: 1、凝汽式汽轮机 蒸汽在汽轮汽机中作功后全部排入凝汽器冷凝，凝汽器内部压 力比大气压低。 2、抽汽凝汽式汽轮机 蒸汽在汽轮机膨胀至某级时，将其中一部分蒸汽从汽轮机中抽出 来，供给其它的蒸汽用户；其余蒸汽在后面级中作功后排入凝汽器。 二期的空气压缩机/增压机及发电机驱动透平就是抽汽凝汽式的。
汽轮机基础知识
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αt ct
pt
p1d为极限压力：特征线与AC 重合时的出口压力。
1.2.2 反动式汽轮机
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1.2.2 反动式汽轮机
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由反动级组成，其基本工作原理为：在反 动式汽轮机中，蒸汽不仅在喷嘴中膨胀加速， 而且在流经动叶片通道时继续膨胀加速。因此， 汽轮机动叶片不仅受到喷嘴出口高速汽流的冲 动力作用，而且还受到蒸汽离开动叶片时的反 作用力作用，叶轮在蒸汽的冲动力和反动力的 联合作用下旋转做功。
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1.2 按作用原理分类
1.2.1 冲动式汽轮机
由冲动级组成，其基本 工作原理为：在冲动式汽轮 机中，蒸汽主要在喷嘴中膨 胀，压力降低，速度增加， 在流经动叶片时压力和速度 保持不变，只是改变了汽流 方向，因此，对动叶片产生 了一个冲动力，叶轮在这个 冲动力的作用下旋转做功。
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凝汽式汽轮机低压部分的动叶片通常采 用自由状态的扭曲和变截面的叶片。
轴向力产生的原因
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一般情况下，汽轮机转子的轴向推力主要来源于蒸汽 作用于动叶片上的轴向分力、动叶片和叶轮的前后压差、 轴变径产生的压差等。
1）作用于动叶片上的轴向分力 汽轮机转子工作时，蒸汽 作用在动叶片上的力除沿圆周 方向的力外，还有一个沿轴向 的分力，这使转子产生一定的 轴向力。现代应用的汽轮机大 都带有一定的反动度，动叶片 前后存在一定的压差，该压差 也会使动叶片产生轴向力。
凝汽器是热力循环的冷源。其基本功能是接收汽轮机的排汽并将其凝结成水，使汽 轮机排汽口形成最佳真空，使工质膨胀到最低压力，尽可能多地将蒸汽热能转换为机械 能。凝汽器是一个工作在真空条件下的表面式热交换器，其具体功能有： 1）冷却汽轮机的排汽，使之凝结为水，使凝汽器形成机组安全、经济运行的真空。 2）把排汽的凝结水循环使用。 3）在正常运行时，凝汽器还可以起到一级真空除氧器的作用，能够除去凝结水中所含有 的气体，从而提高水的质量，防止设备腐蚀。
汽轮机设备介绍
轴端汽封
轴封上的 汽封体
转子上的 汽封槽
为了完全阻止漏汽（气），采用轴封系统，将蒸汽相入汽 汽封中，阻断泄漏通道。
●隔板汽封：隔板内圆与转子之间的汽封。阻止蒸汽绕过喷嘴流 到隔板后。
●通流部分汽封（叶顶、叶根汽封）：阻止动叶顶、叶根处漏汽。
喷嘴
隔板体
（四）轴承 ●类型（按作用）：支持轴承、推力轴承。 1.支持轴承工作原理： （1）作用： 支撑转子重力+转动引起的附加加力，并确定转子的 径向位置，保证动、静部分的径向间隙。
2.热耗率：汽轮发电机组每发1KW.h的电所消耗的 热量。
汽轮机主要设备
汽轮机本体 汽 轮 机 设 备
汽轮机辅助设备
静子
转子 凝汽器 加热器
汽缸、隔板、 汽封、轴承
动叶片、主轴、 叶轮（转鼓）、 联轴器、盘车装置
除氧器
抽气器（真空泵）
一、汽轮机静子
（一）汽缸：是汽轮机的外壳。
1.作用：将汽轮机的通流部分与大气隔开，将蒸汽包容 在汽缸中膨胀做功，完成其能量转换。
汽轮机设备及系统
汽轮机的一般概念
1.定义： 汽轮机----将蒸汽的热能转换成机械能的高速旋转机械。 汽轮机设备----汽轮机本体设备及其附属设备。 汽轮发电机组----汽轮机与发电机的组合。
2.主要用途：在火电厂和核电站中，做为带动发电机的原动 机；也可直接用来驱动给水泵（称汽动给水泵）。
汽轮机的分类
2.结构特点：圆筒形或圆锥形；采用水平对分式，即分 为上、下汽缸，其垂直结合面用法兰螺栓连接。
3.根据功率不同，汽轮机有单缸、多缸结构。 单缸结构：用于功率100MW以下汽轮机。 双缸结构（1高、1低压缸）：如功率100MW、125MW汽轮机。 三缸结构（高、中、低压缸）：如200MW汽轮机。 四缸结构（1高、1中、2低）：如300MW、600MW汽轮机。 4.根据蒸汽参数不同，汽轮机有单层缸、多层缸结构。 超高压参数以上汽轮机高压缸、中压缸采用双层汽缸 低压缸用双层或三层汽缸（排汽室仍用单层结构）。 排汽室：汽轮机末级动叶排出的蒸汽导入凝汽器的部分。
汽轮机工作原理__结构
汽轮机工作原理和结构1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2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。
汽轮机设备构造原理知识
汽轮机设备构造原理知识1、汽轮机本体，汽轮机包括汽轮机本体，调节、保安系统及辅助设备三大部分。
蒸汽轮机本体包括：(1)静体（固定部位）——汽缸、喷嘴、隔板、汽封等。
(2)转子（转动部分）——轴、叶轮、叶片等。
(3)轴承（支承部分）——径向和止推。
2、汽缸(1)汽缸的组成：汽缸是汽轮机的外壳，汽轮机本体的主要零部件几乎包含在汽缸内。
汽缸内部装有喷嘴室、喷嘴、隔板、隔板套和汽封等零部件。
汽缸外部装有调节汽阀及进汽、排汽和回热抽汽管道等。
(2)汽缸作用：汽缸是汽轮机的外壳。
其作用是将汽轮机的通流部分与大气隔开，形成封闭的汽室，保证蒸汽在汽轮机内完成其能量转换过程。
3、汽缸内部构件(1)喷嘴、隔板。
喷嘴和隔板的作用和特点：喷嘴是组成汽轮机的主要部件之一。
它的作用是把蒸汽的热能转变为高速汽流的动能，使高速汽流以一定的方向从喷嘴喷出，进入动叶栅，推动叶轮旋转做功。
隔板由外缘，喷嘴和板体三部分组成，为便于安装，隔板一般都做成对分的，上半隔板装在汽缸上盖内，下半隔板装在下汽缸内。
第一级喷嘴直接安装在汽缸高压端专门的喷嘴室上。
第二级及以后各级喷嘴安装在各级隔板上，隔板用来安装喷嘴，并将各级叶轮分隔开。
冲动式汽轮机每一级由一个隔板和一个叶轮组成。
冲动式汽轮机的隔板可分为焊接隔板和铸造隔板。
反动式汽轮机不采用隔板式结构，各级喷嘴片（也叫静叶栅）直接安装在汽缸上。
(2)汽封1)汽轮机汽缸两端轴孔处与转轴间有一定间隙，这样在工作时，汽缸内进汽端将发生高压蒸汽大量外漏，进入前轴承箱污染润滑油。
此外凝汽式汽轮机的排汽压力在0.05公斤/厘米2（绝对）左右，即排汽端处于高真空状态，这样大气中的空气将沿边后轴孔大量漏入排汽管和凝汽器，就会破坏汽轮机的真空。
因此为了减少高压端的向外漏汽和排汽端往里漏空气，要求在汽缸两端轴孔处配备气封。
2)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。
汽轮机基础知识
汽轮机基础知识：1、汽轮机的工作原理：汽轮机使用蒸汽热能做功的旋转式原动机，其工作过程经过两次能量转换，即通过喷嘴将蒸汽的热能转化为动能，使蒸汽的流速得到提高，高速气流流经动叶片（动叶栅），对动叶片（动叶栅）产生作用力，带动转子旋转，从而再将动能转化为转子转动的机械能。
汽轮机工作的基本原理是力的冲动作用原理和反动作用原理。
冲动作用原理：在汽轮机中，蒸汽在喷嘴中膨胀加速，压力降低，速度增加，热能转变为动能，高速气流进入动叶片，速度方向改变，对动叶片产生了冲动力，推动叶轮旋转做功，将蒸汽的动能转变为机械能，这种利用冲动力做功的称为冲动作用原理。
反动作用原理：蒸汽不仅在喷嘴中膨胀加速，而且在动叶栅中继续膨胀加速，同时对动叶栅产生一反作用力，利用此力推动叶轮旋转做功的称为反动作用原理。
2、汽轮机结构：由转子和静子两大部分组成，转子包括：主轴、叶轮、叶片、推力盘、联轴器等，静子包括：汽缸、滑销系统、隔板、隔板套、喷嘴、汽封、轴承等。
各个部件介绍如下：主轴：起支持旋转零件及传递扭矩作用。
叶轮：由轮缘、轮面、轮毂三部分组成。
轮缘是安装叶片的部分，具有与叶根相配合的形状；轮毂是将叶轮套在主轴上的配合部分，是靠近轮孔的部分；轮面是轮毂与轮缘的连接部分。
叶片：作用是将蒸汽的热能转换为动能，再将动能转换为汽轮机转子旋转的机械能。
有静叶和动叶之分。
冲动式汽轮机每一级由一个隔板和一个叶轮组成，动叶片安装在叶轮或转鼓上，随转子一起转动；而反动式汽轮机不采用隔板式结构，没有叶轮和隔板，动叶片直接装在转子的外缘上，静叶则固定在汽缸内壁或静叶持环上。
推力盘：将转子的部分轴向推力传递给推力轴承平衡。
联轴器：又叫靠背轮或对轮，是用来连接汽轮机转子和压缩机转子的部件，将汽轮机转子的扭矩传给压缩机转子。
汽缸：即汽轮机的外壳，其作用是将汽轮机的通流部分与大气隔开，形成封闭的汽室，保证蒸汽在汽轮机内完成能量转换过程。
滑销系统：隔板：用来安装喷嘴，并将各级叶轮分开。
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后，最后扩压至略高于大气压力的时候排出。
射水抽气器不消耗新蒸汽，运行费用较射汽抽
气器低。系统简单、运行可靠、维护方便。 但需
要另外安装射水泵。现代大型汽轮机都采用射水
抽气器。国产200MW汽轮机就是采用射水抽气器
作为主抽汽器。中小型汽轮机多采用射汽抽气器
作为主抽汽器。
6
第四节 抽气器 射水抽汽器
混合室 高压工作水 （循环水）
射水泵
工作水室
与凝汽器 抽气口相连 喷嘴 喉部 扩压管
高压水在喷嘴 中降压增速，形成高 速射流，卷吸混合室 的气体并带出混合室 ，混合室内形成高度 真空。射流与空气混 合物流出混合室，进 入扩压管流出。
抽气器垂直布 置，可以利用水柱自 重流动，减小水泵耗 功。
7
第四节 抽气器
四. 水环式真空泵
国产300MW和600MW汽轮机组的抽气装置都是采用水环式真空泵。其主 要部件有叶轮和壳体。壳体内形成一个圆柱体空间，叶轮偏心地安装在壳体内。 在壳体上开有吸气口和出气口，实行轴向吸气和排气。叶轮带有前弯叶片，偏 心地安装在充有适量工作水（密封水）的椭圆形泵体内。 当叶轮旋转时，由 于离心力作用，水向周围运动， 形成一个运动着的圆环（密封水环）。由于 偏心地安装的，水环的内表面也就与叶轮偏心，叶轮轮毂与水环间形成一个月 形空间。叶轮每转一周，每两个 相邻叶片与水环间所形成的空间由小到大， 又由大到小地周期性变化。当空间处于由小 到大变化时，该空间产生真空，由进气口吸 入气体。当空间处于由大到小变化时，该空 间产生压力，吸入的气体被压缩并经排气口 排出。这样，当叶轮连续运转时，就不断地 重复上述过程，起到一个连续抽气的作用。
启动抽气器功率大建立真空快，但工质和工质的热量不能回收，有经济损失。故它
只作为启动时用。一旦汽轮机正常工作以后，主 抽气器便投入工作，启动抽气器停
止工作。
4
第四节 抽气器
2. 主抽气器
主抽气器的作用 ：是在汽轮机正常工作时使用，以维持凝汽器的高度真空。 主抽气器一般都采用带中间冷却器的多级型式。其目的在于可以得到更高的真 空度，同时也可以回收工质和热量，提高经济性。
2
2. 抽气器的型式 抽气器
第四节 抽气器
喷射式 机械式
射气汽抽 气式
射水抽气 式
水环式真 空泵
启动抽气 器
主抽气器
3
第四节 抽气器
二. 射汽抽气器 1.启动抽气器的结构和工作原理
启动抽气器的作用是在汽轮机启动时，快速抽除汽轮机、凝气器系统和管路中的空 气，建立真空，以缩短机组启动时间。
图为启动抽气器示意图，它主要由工作喷嘴A、混合室B和扩压管C所组成。工质是 新蒸汽，新蒸汽进入工作喷嘴A，在喷嘴A膨胀加速造成一个远高于音速的高速汽流射 入混合室。高速汽流有很强的空吸作用，从而将从抽气口来的汽气混合汽流带走，并进 入扩压管C。混合汽流在扩压管C中不断扩压，直到压力稍高于大气压力后排入大气。
8
吸气口
第四节 抽气器
排气口
9
五、课堂小结
第四节 抽气器
射水抽 气器
射汽抽 气器
抽气 器
水环式 真空泵
10
第四节 抽气器
三. 射水抽气器
射水抽气器的工作原理：射水抽气器的
工作原理同射汽抽气器相同，如图所示。它
主要由工作水进口1、喷嘴2、混合室3、扩 压管4和逆止阀5等部件所组成。压力水由射 水泵供给，经喷嘴形成高速射流射出，在混
合室内形成高度真空，从而将凝汽器中的汽
气混合物抽出 。汽气混合物与高速水流混合
图为两级射汽抽气器工作原理图。凝汽器内的汽气混合物由第一级抽气 器抽出，并压缩到某一中间压力（低于大气压力），然后进入中间冷却器2。 在中间冷却器2中，混合物中的部分蒸汽被凝结成水，而未凝结的 汽气混合物又被第二级抽走。在第二级 抽气器中，汽气混合物被压缩到略高于 大气压力，再经第二级冷却器4进一步 凝结并回收工质和热量。最后的空气 和少 量未凝结的蒸汽一起排入大气。
汽轮机原理
Principles of Steam Turbine
主讲老师：密腾阁 适用专业：能源与动力工程专业
第四节 抽气器
一 、抽气器概述
1. 抽气器的作用
一是汽轮机组正常运行时，抽除凝汽器内不能凝结的气体， 维持凝汽器真空，改善传热效果，提高机组的热经济性。
二是当机组启动时，抽除凝汽器、汽轮机和管路中的空气， 在凝汽器内建立真空，加快机组的启动速度。