汽轮机原理-6-1供热式汽轮机的热经济性
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》 讲义
《汽轮机》讲义一、汽轮机的概述汽轮机是一种将蒸汽的能量转换为机械功的旋转式动力机械。
它广泛应用于现代工业中，尤其是在电力生产、船舶推进和大型工业驱动等领域发挥着至关重要的作用。
汽轮机的工作原理基于热力学中的能量转换定律。
高温高压的蒸汽进入汽轮机后，通过一系列的动叶和静叶，蒸汽的热能转化为动能，推动叶轮旋转，从而输出机械功。
二、汽轮机的分类1、按工作原理分类冲动式汽轮机：蒸汽主要在喷嘴中膨胀，在动叶中不膨胀或膨胀很少。
反动式汽轮机：蒸汽在喷嘴和动叶中膨胀程度大致相等。
2、按热力特性分类凝汽式汽轮机：排汽在凝汽器中凝结成水，蒸汽的潜热得到充分利用。
背压式汽轮机：排汽压力高于大气压，用于供热等。
抽汽式汽轮机：部分蒸汽在中间抽出供工业或采暖用。
3、按进汽参数分类低压汽轮机：进汽压力低于 15MPa。
中压汽轮机：进汽压力为 20 40MPa。
高压汽轮机：进汽压力为 60 100MPa。
超高压汽轮机：进汽压力为 120 140MPa。
三、汽轮机的结构1、静止部分汽缸：是汽轮机的外壳，起支撑和容纳蒸汽的作用。
隔板：将汽缸分成若干个汽室，引导蒸汽的流动。
喷嘴：将蒸汽的热能转化为动能。
2、转动部分叶轮：安装动叶片，并带动轴旋转。
叶片：分为动叶片和静叶片，是实现能量转换的关键部件。
轴：传递扭矩和功率。
3、汽封轴端汽封：防止蒸汽沿轴向外泄漏。
隔板汽封：减少蒸汽在隔板前后的泄漏。
四、汽轮机的运行1、启动暖机：使机组各部件均匀受热，避免热应力过大。
升速：逐渐提高转速至额定值。
2、正常运行监控各项参数，如温度、压力、转速等。
保持蒸汽品质，防止杂质对叶片的侵蚀。
3、停机正常停机：逐步降低负荷，直至停机。
紧急停机：在出现故障时迅速停机，以保护设备。
五、汽轮机的维护1、日常巡检检查设备的运行状况，包括声音、振动、温度等。
检查润滑油、密封油系统的工作情况。
2、定期检修对设备进行全面检查、维修和更换磨损部件。
进行叶片探伤、轴系校中、汽缸清理等工作。
热经济性
e
3600Pe i m g Q0
(5－4)
电厂的热经济性
XJU
四. 锅炉效率
p
Q0 Qb
六. 凝汽式发电厂热效率
cp
cp
(5－6)
3600Pe b p i m g b p e BqL
(5－7) ηcp是发电的热效率，又称为电厂的毛效率。
cp 扣除厂用电量Pap(kW)的全厂热效率称“净热效率”或“供电热效率”
3600 Pe Qcp Q j
cp
g
Qg Pe 1 Pax 3600 ax P
g
j
=0.98～0.99 =0.259～0.42
cp
3600 Pe 1 Qcp
Q
cp
cp
Qcp
电厂的热经济性
XJU
二. 汽轮机机组绝对内效率 对于凝汽式汽轮机，其能量平衡式为：
发电厂的热耗率
qcp 为：
Qcp Pe q0
(5－15)
qcp
b p
3600
cp
(5－16)
(3) 发电厂的煤耗量和标准煤耗率
全厂煤耗量
B
Qcp qL
3600Pe q Lcp
(5－17)
发电厂标准煤耗率为
b 3600 0.123 29270 cp cp
(5－18)
d0 D0 3600 Pe Wi m g
(5－11)
电厂的热经济性
XJU
2. 热耗量和热耗率 (1) 汽轮发电机组的热耗量和热耗率 汽轮发电机组的热耗量Q0是指所发功率Pe时所消耗的热量 ，它的基本概念是：Q0 ＝工质带入汽轮机组热量－工质进入锅炉的热量。对于朗肯循环 (5－12) Q0 D0 h0 D0 h fw D0 (h0 h fw )
《汽轮机》 讲义
《汽轮机》讲义一、汽轮机的定义与工作原理汽轮机是一种将蒸汽的热能转化为机械能的旋转式动力机械。
它在现代工业中有着广泛的应用，特别是在发电领域。
其工作原理基于热力学中的朗肯循环。
高温高压的蒸汽进入汽轮机后，通过一系列的喷嘴和动叶片，蒸汽的热能被转化为动能，进而推动叶片旋转，输出机械能。
蒸汽在汽轮机中的流动过程是一个连续的能量转换过程。
从喷嘴出来的高速蒸汽冲击动叶片，使动叶片带动转子旋转。
在这个过程中，蒸汽的压力和温度逐渐降低，流速也相应发生变化，最终以低温低压的状态排出汽轮机。
二、汽轮机的分类根据不同的分类标准，汽轮机可以分为多种类型。
按工作原理，可分为冲动式汽轮机和反动式汽轮机。
冲动式汽轮机中，蒸汽主要在喷嘴中膨胀加速，在动叶片中不膨胀或膨胀很小；而反动式汽轮机中，蒸汽在喷嘴和动叶片中都膨胀做功。
按热力特性，可分为凝汽式、背压式、抽汽式和多压式汽轮机等。
凝汽式汽轮机是最常见的类型，其排汽在凝汽器中凝结成水，循环使用；背压式汽轮机的排汽压力高于大气压，可直接用于供热；抽汽式汽轮机则在运行过程中可抽出部分蒸汽用于供热或其他用途；多压式汽轮机则是在不同的压力段采用不同的热力循环，以提高效率。
按蒸汽参数，可分为低压、中压、高压、超高压、亚临界和超临界汽轮机等。
蒸汽参数越高，汽轮机的效率通常也越高。
按用途，可分为电站汽轮机、工业汽轮机和船用汽轮机等。
电站汽轮机主要用于发电；工业汽轮机用于驱动各种工业设备，如压缩机、风机等；船用汽轮机则用于船舶的动力系统。
三、汽轮机的结构汽轮机的结构复杂，主要由静止部分和转动部分组成。
静止部分包括汽缸、隔板、喷嘴、汽封等。
汽缸是汽轮机的外壳，承受蒸汽的压力和温度；隔板将汽缸分成若干个汽室，引导蒸汽的流动；喷嘴将蒸汽的热能转化为动能；汽封则用于减少蒸汽的泄漏。
转动部分包括转子、叶轮、叶片和联轴器等。
转子是汽轮机的核心部件，由主轴和安装在其上的叶轮、叶片等组成；叶轮用于安装叶片，并传递扭矩；叶片则是实现能量转换的关键部件；联轴器用于连接汽轮机的转子和其他设备的轴。
热力发电厂第一章 评价电厂热经济性的方法--杨义波
(五)发电机效率
(六)、纯凝汽式发电厂的总效率1.已知电厂的各项上述损失，则纯凝汽式发电厂的总效率ηndc为:2.若已知汽轮发电机组输出功率户Pd、燃料消耗量Bd、燃料低位发热量QDW，则纯凝汽式发电厂的总效率也可由下式进行计算：
返回
以发电厂每发出1kW·h的电能为基础，根据发电厂的能量分配情况，得出其热平衡式为：
三、发电厂的热平衡
热效率
效率分析法的实质是能量的数量平衡，所以也称为热力学第一定律效率。
热量法
1.1 热力发电厂热经济性的评价方法
1.1.2 做功能力分析法
1. 熵分析法—孤立系统熵增原理
熵分析法是通过计算熵增来确定做功能力损失的方法，通常取环境状态作为衡量系统做功能力大小的参考状态，即认为系统与环境相平衡时，系统不再有做功能力。
返回
(四)汽轮机机械效率 汽轮机输出给发电机轴端的功率与汽轮机的内功率之比的百分数，称之为机械效率，即： 汽轮机机械效率反映了汽轮机支持轴承、推力轴承与轴和推力盘之间的机械摩擦耗功，以及拖动主油泵、凋速系统耗功量的大小。机械效率一般为 96％一99％。
返回
发电机的输出电功率与轴端输入功率之比的百分数称为发电机效率ηd ，即 ：
锅炉效率反映了锅炉设备运行经济性的完善程度，其影响因素很多，如锅炉的参数、容量、结构特性及燃料种类等。大、中型锅炉的效率一般在85％一94％范围内。
返回
(二)管道效率 在工质流过蒸汽管道和给水管道时，会有一部分热损失。热损失的大小用汽轮机组的热耗量与锅炉设备热负荷的比值的百分数来表示。其表达式为： 对于给水管道的散热损失，可视为水在水泵中的焓升值与之相平衡。 管道效率反映了管道绝热保温的完善程度，若不计工质损失，则管道效率的数值一般为99％。若考虑工质损失，则其值为96％一97％。
汽轮机原理(附课后题答案)
汽轮机原理第一章汽轮机的热力特性思考题答案1．什么是汽轮机的级？汽轮机的级可分为哪几类？各有何特点？解答：一列喷嘴叶栅和其后面相邻的一列动叶栅构成的基本作功单元称为汽轮机的级，它是蒸汽进行能量转换的基本单元。
根据蒸汽在汽轮机内能量转换的特点，可将汽轮机的级分为纯冲动级、反动级、带反动度的冲动级和复速级等几种。
各类级的特点：（1）纯冲动级：蒸汽只在喷嘴叶栅中进行膨胀，而在动叶栅中蒸汽不膨胀。
它仅利用冲击力来作功。
在这种级中：p1 = p2；Dhb =0；Ωm=0。
（2）反动级：蒸汽的膨胀一半在喷嘴中进行，一半在动叶中进行。
它的动叶栅中不仅存在冲击力，蒸汽在动叶中进行膨胀还产生较大的反击力作功。
反动级的流动效率高于纯冲动级，但作功能力较小。
在这种级中：p1 > p2；Dhn≈Dhb≈0.5Dht；Ωm=0.5。
（3）带反动度的冲动级：蒸汽的膨胀大部分在喷嘴叶栅中进行，只有一小部分在动叶栅中进行。
这种级兼有冲动级和反动级的特征，它的流动效率高于纯冲动级，作功能力高于反动级。
在这种级中：p1 > p2；Dhn >Dhb >0；Ωm=0.05～0.35。
（4）复速级：复速级有两列动叶，现代的复速级都带有一定的反动度，即蒸汽除了在喷嘴中进行膨胀外，在两列动叶和导叶中也进行适当的膨胀。
由于复速级采用了两列动叶栅，其作功能力要比单列冲动级大。
2．什么是冲击原理和反击原理？在什么情况下，动叶栅受反击力作用？解答：冲击原理：指当运动的流体受到物体阻碍时，对物体产生的冲击力，推动物体运动的作功原理。
流体质量越大、受阻前后的速度矢量变化越大，则冲击力越大，所作的机械功愈大。
反击原理：指当原来静止的或运动速度较小的气体，在膨胀加速时所产生的一个与流动方向相反的作用力，称为反击力，推动物体运动的作功原理。
流道前后压差越大，膨胀加速越明显，则反击力越大，它所作的机械功愈大。
当动叶流道为渐缩形，且动叶流道前后存在一定的压差时，动叶栅受反击力作用。
汽轮机原理简答题
分析喷嘴面积的变化规律当Ma<1时，即气流为亚声速。
因为Ma 2-1<0所以气道截面积的变化同气流速度变化符号相反，就是说亚声速汽流在汽道中的膨胀加速时，通道的横截面积随气流速而逐渐减少，这样喷嘴成为渐缩喷嘴。
当Ma>1时，即汽流为超声速时，因为Ma 2-1>0所以汽道横截面积的变化同汽流速度的变化符号相同。
与亚声速汽流相反，超速波汽流的汽道横截面积应随汽流加速而逐渐增加。
这样的喷嘴称为渐扩喷嘴。
当Ma=1时，即汽流速度等于当地声速，此时汽道的横截面积变化等于0，即dA=0喷嘴的横截面积达到最小值。
何为多级汽轮机的重热现象和重热系数答 重热现象：各级累计理想比焓降t h ∆∑大于整机理想比焓降t H ∆的现象。
重热系数：增大那部分比焓降与没有损失时整机总理想比焓降之比：0>=∆∆-∆∑t t t H H h a其大小与下列因素有关：1) 和级数有关，级数多，α大；2) 与各级内效率有关，级内效率低，则α大；3) 与蒸汽状态有关，过热区α大，湿汽区α小。
汽轮机的相对内效率 蒸汽实际比焓降与理想比焓降之比 。
电功率：el m el P P η⨯=轴端功率乘以发电机效率轴端功率:汽轮机内功率Pi 减去机械损失δPm 即为了汽轮机主轴输出的轴端功率。
热耗率 每生产电能所消耗的热量 。
汽耗率：每产生1KW*h 电能所消耗的蒸汽量汽轮发电机组的汽耗率 汽轮发电机组每发1KW ·h 电所需要的蒸汽量。
汽轮机的极限功率在一定的初终参数和转速下�单排气口凝汽式汽轮机所能发出的最大功率。
汽轮机的绝对内效率 蒸汽实际比焓降与整个热力循环中加给1千克蒸汽的热量之比。
汽轮发电机组的相对电效率和绝对电效率答 1千克蒸汽所具有的理想比焓降中最终被转化成电能的效率称为汽轮发电机组的相对电效率。
1千克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1千克蒸汽的热量之比称为绝对电效率。
汽轮机原理
两列动叶栅及一组固定在汽缸上 的导向叶栅所组成的级，称为复 速级。导向叶栅用来改变汽流的 方向，使之顺利进入第二列动叶 栅通道继续作功。复速级也采用 一定的反动度。复速级具有作功 能力大的特点。
14
2 反动级
通常把反动度 = 0.5的级称为反动级。
特点： p1 p2 ， 反动级的效率比冲动级高，但作功能力小。 结构：喷嘴和动叶采用的叶型相同。
对于可逆过程：
wt
2
1 2
pdv ( pv) pdv d ( pv)
1 2 1 2
1
vdp
q h wt h vdp
1
2
适用于稳定流动系统 任何工质、可逆过程
21
基本方程式
4. 状 态 及 过 程 方 程 式 状态方程
pv RT
等熵过程
17
四
汽轮机级内能量转换过程
（一 ） 基 本 假 设
流过叶栅通道的蒸汽是具有粘性、非连续性和不稳定的三
元流动的实际流体。为了研究方便，特作如下假设： 1 . 蒸汽在叶栅通道的流动是稳定的：即在流动过程中，通道中 任意点的蒸汽参数不随时间变化而改变。 2. 蒸汽在叶栅通道的流动是一元流动：即蒸汽在叶栅通道中流
（1－6）
3. 动量方程式
cdc -vdp
（1－5 ）
19
稳定流动能量方程式的分析
1 2 q h c gz ws 2
此三项为机械能，是技术上可资利用 的功，称为技术功，用 wt 表示
q h wt
适用于稳定流动系统任何工质、任何过程
20
wt q h q u ( pv) w ( pv)
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
三、热电厂的热负荷与对外供热系统
供汽方案： (一)由锅炉来的蒸汽经减压减温后 直接供汽，如图中p1所示； (二)由背压式机组的排汽或抽汽凝 汽式供热机组的调节抽汽对外直接 供汽， p3所示； (三) 采用蒸汽喷射泵，提高蒸汽压 力，供给热用户， 通过蒸汽喷射泵，将供热机组的压 力为p3的蒸汽增压至p2后再对外直 接供汽； (四)利用调节抽汽为蒸汽发生器的 加热（一次）蒸汽，生产压力稍低 的二次蒸汽（p4）对外间接供汽。
4
第六章 供热式汽轮机
3. 热电联产 安装有供热式汽轮机的电厂称为热电厂。
除了供应电能以外，同时还利用作过功（即发了电） 的汽轮机抽汽或排汽来满足生产和生活上所需热量。 这种能量生产方式称为热电联产。
4. 热电联产特点 一次能源利用得比较合理,做到按质供能，梯级用能，
能尽其用，使地区的整个能量供应系统节约了能源。
热负荷：发电厂通过热网向热用户供应的不同用途的热量 非季节性热负荷：生产热负荷（包括工艺热负荷、动力热负 荷）、热水供应热负荷 季节性热负荷：采暖及通风热负荷等。 生产热负荷：所用蒸汽压力稍高，约为1.4~4.0MPa； 生活用热：多数压力为0.1MPa，温度为150℃左右。
第一节 供热式汽轮机的经济性
5
第六章 供热式汽轮机
6
第一节 供热式汽轮机的经济性
一. 供热式汽轮机的经济性
在动力循环中，不可避免地有一部分热能没有转换为机械能，而排放 到低温热源中，形成冷源损失，使循环的热效率降低。这一部分低位热 能，数量是相当可观的。对于凝汽式汽轮机来说 ，排汽压力一般为
0.005Mpa左右，排汽焓值和相应凝结水的焓值之差 (hc h'c ) ，一般有
热电厂不同供汽方案示意图
汽轮机原理 Principle of Steam Turbine
主讲老师：密腾阁
适用专业：能源与动力工程专业
第六章 供热式汽轮机
教学目标及基本要求 1）掌握热电联产的概念； 2）掌握供热式汽轮机的类型 ； 3）掌握背压式汽轮机的特点 ； 4）掌握一次调节抽汽式汽轮机的工况图 ；
2
第六章 供热式汽轮机
9
第一节 供热式汽轮机的经济性
二. 各种供热机组的特点
供热式汽轮机有背压式汽轮机和调节抽汽式汽轮机两大类： 背压式汽轮机排汽压力（背压）高于一个大气压力。 调节抽汽式汽轮机是将在汽轮机内作过功的蒸汽从某个中间级后 抽出来供给热用户。根据热用户对用汽参数的不同要求，调节抽 汽式汽轮机可以是单抽汽的，也可以是双抽汽的。
7
第一节 供热式汽轮机的经济性
对于凝汽式汽轮机，其理论热效率为 ： el
Pel Q1
( 6 -1 )
其中，Pel为汽轮发电机组的电功率，Q1为单位时间内锅炉燃料所供给的 总热量。
对于供热式汽轮机来说，同时发电Pel和供热Q，其热效率为：
el ,th
Pel Q1
Q
el (1
Q Pel
第一节 供热式汽轮机的热经济性 第二节 背压式汽轮机
第三节 调节抽汽式汽轮机 第四节 调节抽汽式汽轮机的热力设计特点
3
第六章 供热式汽轮机
1. 供热式汽轮机 能同时对外供电、供热的汽轮机称为供热式汽轮机
（或者称热电联产汽轮机）。 2. 分产发电
一般发电厂都采用凝汽式机组，只生产电能向用户供 电。工业生产和人们生活用热则由特设的工业锅炉及采暖 锅炉房单独供应。这种能量生产方式称为热、电分产。
)
( 6-2 )
式中，Q / Pel称为供热式汽轮机热电比。
由于
(1 Q ) PelFra bibliotek> 1，因此，el,th el。这就表明，供热式汽轮机的热效
率比凝汽式汽轮机高。
8
第一节 供热式汽轮机的经济性
目前，大功率火电机组的热效率约4 0 %。 但实行热电联产之后，由 于热电比 Q > 0，因此，热效率就会提高。对于背压式汽轮机，热 电比可达6 P~el 8 ，从而可以使整机热效率达85 % 左右。而调节抽汽式 汽轮机组，由于保留了冷源损失装置，其热效率高于凝汽式汽轮机组 而低于背压式汽轮机组，约为（40 ~ 85）%之间。
供热式汽轮机的供热参数一般有两种，即工业用汽和采暖用汽两种不 同的参数。工业用汽的压力一般为 0.8 ~ 1.3 Mpa (8 ~13 a t a ) ；采 暖用汽压力一般为0.05 ~ 0.12Mpa （0.5 ~1.2 a t a )。
10
第一节 供热式汽轮机的经济性
三、热电厂的热负荷与对外供热系统