第六章 供热式汽轮机
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汽轮机设备运行(中级工)
汽轮机设备运行（中级工）章节练习及答案第一篇汽轮机运行第一章汽轮机的工作原理一、名词解释1、冲动力答：由力学可知，当一运动物体在碰到另一物体时，就会受到阻碍而改变其速度和方向，同时给阻碍它运动的物体一作用力，通常称这个作用力为冲动力。
2、轮周功率答：周向力F u在动叶片上每秒钟所作的功，它等于周向力F u与圆周速度之积。
P u＝F uｕ3、汽耗率答：汽轮发电机每发1kw.h电所消耗的蒸汽量，称为汽耗率d，单位为kg／（kw.h）。
4、最佳速比答：圆周速度u与出口汽流速度c1之比称作速比，用符号x1表示。
人们把轮周效率最高的速比称作最佳速比（x1）op。
x1＝u／c1。
二、填空题1、汽轮机是一种以具有一定温度和压力的水蒸汽为工质，将热能转换为机械能的回转式原动机。
2、反动力是由原来静止或运动速度较小的物体，在离开或通过另一物体时，骤然获得一个较大的速度增加而产生的。
3、汽轮机按工作原理可分为冲动式汽轮机、反动式汽轮机和冲动反动联合式汽轮机。
4、型号“N300-16.7／537／537-3型”中，N表示凝汽式，额定功率为300M ，主蒸汽压力为16.7mpa，主、再热蒸汽温度为537℃，3表示第三次改型设计。
5、对于具有反动度的冲动式叶片，不仅受蒸汽的冲动力作用，而且受蒸汽的在动叶片内膨胀加速所产生的反动力作用。
6、多级汽轮机由若干个级，按压力高低顺序依次排列组成。
7、蒸汽作用在动叶片的轴向力，由叶片反动度引起叶片前后产生压力差产生的轴向力和蒸汽对动叶片作用力轴向分力两部分组成。
8、汽轮机损失分为外部损失和内部损失两种。
9、汽轮机级内损失包括叶高损失、扇形损失、叶栅损失、余速损失、叶轮摩擦损失、撞击损失、部分进汽损失湿汽损失及漏汽损失。
10、汽轮机的外部损失包括机械损失和外部漏汽损失两种。
11、汽轮机变工况时，如果级的焓降增加，则反动度减少。
12、供热式汽轮机有背压式和调整抽汽凝汽式汽轮机两类。
13、汽轮发电机组每小时所耗用的蒸汽量叫汽耗量。
汽轮机复习题
汽轮机复习题第三章多级汽轮机一、名词解释1.重热现象2.重热系数3.汽耗率4.热耗率为5.汽轮机的相对内效率二、填空题1.汽轮机相对内效率的表达式为_____________。
2.重热系数α=____________________________。
3.汽轮发电机组电功率的表达式为________________（并无回热抽汽）；_______________（存有回热抽汽）。
4.汽轮发电机组的绝对电效率ηael=___________________。
5.汽耗率就是指_______________________，用______________去则表示，单位就是___________。
6.___________________称作热耗率为，以________________去则表示，单位就是____________。
7.多级汽轮机轴向升力的均衡方法存有：______________。
三．判断题1.多级汽轮机的有效焓降等于各级有效焓降之和。
（）2.多级汽轮机的理想焓降等于各级理想焓降之和。
（）3.汽轮机级数越多，重热所废旧的热量越大，汽轮机的相对内效率就越高。
（）4.烫蒸汽区的重热系数大于失灵区重热系数。
（）5．由于汽轮机的高压部分工作压力高、比体积小，通流面积小，所以其叶片短，可以采用等截面直叶片，但为了提高级的效率，现代汽轮机大多采用扭曲叶片。
（）6.汽轮机轴封的自密封系统在任何情况下都不需要外界汽源。
（）7.多级汽轮机的级数越多，工作时所产生的轴向升力越大，升力轴承上分担的轴向力也越大。
（）四、选择题[下列各题答案中选择一个正确答案编号填入（）内]1.为增大排气压力损失提升机组经济性，汽轮机的排汽室通常设计成（）。
a.等横截面型；b.圆筒形型；c.翻转性；d.渐扩性。
2.汽轮机入汽机构的节流损失使蒸汽入口焓（）。
a.减小；b.增大；c.保持不变；d.以上变化都有可能。
3.评价汽轮机热功转换效率的指标为（）a.循环热效率；b.汽耗率；c.汽轮机相对内效率；d.汽轮机绝对内效率。
工程热力学第11讲-第6章热力循环
2
2'
s
乏汽压力对朗肯循环热效率的影响
t1 , p1不变，p2 ↓
T
1
优点： •T2 ↓ ηt ↑ 4
5
6
缺点： 3 •p2↓ 受环境限制 •现在大型机组p2为3.5~5kPa， 相应的饱和 温度约为27~ 33℃ ，已接近可能达到的最低 限度。 •冬天热效率高
4'
2
3'
2'
s
提高循环热效率的途径
' 2
' h2 h2
t,RG t
物理意义： kg工质100%利用,1- kg工质效率未变。
蒸汽抽汽回热循环的特点
优点： 提高热效率 减小汽轮机低压缸尺寸，末级叶片变短 减小凝汽器尺寸，减小锅炉受热面 可兼作除氧器 缺点： 循环比功减小，汽耗率增加 增加设备复杂性 回热器投资 小型火力发电厂回热级数一般为1～3级，中大型火力发电厂 一般为 4～8级。
蒸汽回热循环热效率计算
T 吸热量： 1
1kg
6 kg a
q1,RG h1 h5 h1 ha'
放热量：
4
3
5
(1- )kg 2
q2,RG 1 h2 h2'
净功： s
wRG h1 ha 1 ha h2
热效率：
整体煤气化联合循环发电（IGCC）
IGCC技术把高效的燃气-蒸汽联合循环发电系统与洁净的煤 气化技术结合起来，既有高发电效率，又有极好环保性能， 是一种有发展前景的洁净煤发电技术。
整体煤气化联合循环发电（IGCC）
整体煤气化联合循环发电（IGCC）
化工热力学第六章 蒸汽动力循环与制冷循环
WS=(1-)(H3- H2)+(H2-H1)
6.1 蒸汽动力循环
ws 热效率 QH ws Qh 能量利用参数 QH
6 蒸汽动力循环与制冷循环
6.1 蒸汽动力循环 6.2 膨胀过程 6.3 制冷循环
6.2 膨胀过程
膨胀过程在实际当中经常遇到，如：高压流 体流经喷嘴、汽轮机、膨胀器及节流阀等 设备或装置所经历的过程，都是膨胀过程。 下面讨论膨胀过程的热力学现象。着重讨 论工业上经常遇到的节流膨胀和绝热膨胀 过程及其所产生的温度效应
⑵H1升高，因为水不可压缩耗功很少，一般 可忽略不计，但H1增加，必须使P1、t1增加， P1太大会使设计的强度出现问题，从而使制 造成本增加，提高效率的收益，并不一定 能弥补成本提高的花费。
6.1 蒸汽动力循环
卡诺循环要求等温吸热和等温放热以及等 熵膨胀和等熵压缩。在朗肯循环中，等温 放热、等熵膨胀和等熵压缩这三各过程基 本上能够与卡诺循环相符合，差别最大的 过程是吸热过程。现在主要问题是如何能 使吸热过程向卡诺循环靠近，以提高热效 率。显然改造不等温吸热是提高热效率的 关键，由此提出了蒸汽的再热循环和回热 循环。
6.1 蒸汽动力循环
1）蒸汽动力循环与正向卡诺循环 2）蒸汽动力循环工作原理及T-S图 3）朗肯循环 4）提高朗肯循环热效率的措施 5）应用举例
6.1 蒸汽动力循环
4）提高朗肯循环热效率的措施
要提高朗肯循环的热效率，首先必须找出影响热 效率的主要因素，从热效率的定义来看
对卡诺循环 对朗肯循环
ws TL c 1 QH TH
H ( )T P H ( )p T
H ( ) P CP T
6.2 膨胀过程
H ( )T T J ( ) H P P CP
化工热力学-第六章
S C p T p T
说明了任何气体在任何状 态下经绝热膨胀，都可致
T V
冷。这与节流膨胀不同。
S
T p
S
T Cp
T 0 Cp 0
（6-16）
V T
p
0
∴μS衡大于0
将（6-16）式与（6-13）式比较，得
S
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
J
V Cp
∵ 任何气体均有V>0 Cp>0
∴ S J 恒大于零.
S
耗功过程：耗功量最小。
实际过程的耗功量要大于逆向卡诺循环
二.蒸汽压缩制冷循环
1. 工作原理及T-S图 主要设备有： 压缩机 冷凝器 膨胀机（节流阀） 蒸发器 四部分组成。
在制冷过程中，要涉及到相变、工质、压力、沸点等问题
(1)卡诺压缩制冷循环
特点： 传热过程可逆
T
T放 3
T吸 4
压缩、膨胀过程可逆
由热力学第一定律： H Q Ws
2 WS
1
S
H 0 循环过程
Q Ws Q Q放 Q吸
Q放 TH S3 S2 TH（S4 S1）
Q吸 T（L S1 S4） T（L S4 S1）
故：
Q （TH TL）(S4 S1) Ws （TH TL）(S4 S1)
衡量制冷效果好坏的一个技术指标是制冷系数。
（1）工质进汽轮机状态不同
卡诺循环：湿蒸汽 郎肯循环：干蒸汽
（2）膨胀过程不同
卡诺循环：等熵过程 郎肯循环：不可逆绝热过程
（3）工质出冷凝器状态不同 卡诺循环：气液共存
（4）压缩过程不同 （5）工作介质吸热过程不同
郎肯循环：饱和水
卡诺循环：等熵过程 郎肯循环：不可逆绝热过程，若忽 略掉工作介质水的摩擦与散热，可 简化为可逆过程。
汽轮机-调节系统
对象特性对动态特性的影响： 转子时间常数: 转子在额定驱动力矩下，转速由0上升到额
定转速所需的时间 中间容积时间常数：以额定工况进汽量向中间容积充汽，
使其空间中的蒸汽比容达到额定状态比容所需的时间 调节系统特性对动态特性的影响： 速度变动率： δ增大，则波动时间缩短，波动幅度减
小，但飞升转速提高。 滞缓率：越小越好 油动机时间常数：增大，则抗内扰能力提高，但飞升转速
摩擦阻力矩
随转子转速的增加而增大
同步发电机特性
同步发电机的端电压决定于无功功率，频率决 定于有功功率。
无功功率决定于励磁，有功功率决定于原动机 的功率。
故电网的电压调节归励磁系统，频率调节归汽 轮机的功率控制系统。
汽轮机的主蒸汽系统简化结构
Ｓ
电
自
动
动
主
主
汽
汽
门
Байду номын сангаас
门
汽轮机
调 节 汽 门
力小 满负荷防止过载，静态特性曲 n2
线也较陡
带基本负荷的机组，在额定负
荷下陡一些，调峰机组特性曲
P
线较平
同步器的作用
同启 控动步制时器汽:外轮界机负进荷汽不量变，,能够改变调节nn阀1 开度的机构
控制升速过程中转速，
n2
创造并网条件。
并网带负荷后
当外界负荷大幅度波动时，调整同步器位置能 P 改变调节系统静态特性曲线（平移），使机组
一、设置调节系统的原因：
供电品质：电压，频率，相位 频率的稳定取决于原动机出力和电网负载
的平衡。 维持频率的稳定要求：原动机出力＝负载 汽轮机出力在运行中必须能根据负载要求
进行调整。
定转速所需的时间 中间容积时间常数：以额定工况进汽量向中间容积充汽，
使其空间中的蒸汽比容达到额定状态比容所需的时间 调节系统特性对动态特性的影响： 速度变动率： δ增大，则波动时间缩短，波动幅度减
小，但飞升转速提高。 滞缓率：越小越好 油动机时间常数：增大，则抗内扰能力提高，但飞升转速
摩擦阻力矩
随转子转速的增加而增大
同步发电机特性
同步发电机的端电压决定于无功功率，频率决 定于有功功率。
无功功率决定于励磁，有功功率决定于原动机 的功率。
故电网的电压调节归励磁系统，频率调节归汽 轮机的功率控制系统。
汽轮机的主蒸汽系统简化结构
Ｓ
电
自
动
动
主
主
汽
汽
门
Байду номын сангаас
门
汽轮机
调 节 汽 门
力小 满负荷防止过载，静态特性曲 n2
线也较陡
带基本负荷的机组，在额定负
荷下陡一些，调峰机组特性曲
P
线较平
同步器的作用
同启 控动步制时器汽:外轮界机负进荷汽不量变，,能够改变调节nn阀1 开度的机构
控制升速过程中转速，
n2
创造并网条件。
并网带负荷后
当外界负荷大幅度波动时，调整同步器位置能 P 改变调节系统静态特性曲线（平移），使机组
一、设置调节系统的原因：
供电品质：电压，频率，相位 频率的稳定取决于原动机出力和电网负载
的平衡。 维持频率的稳定要求：原动机出力＝负载 汽轮机出力在运行中必须能根据负载要求
进行调整。
供热工程-第六章集中供热系统
热水网路供水通过表面式水-水 换热器将城市上水加热。冷却了的 网路水全部返回热网回水管。在热 水供应系统的供水管上宜装置温度 调节器，使系统的供水温度控制在 60~65℃ 范围内，否则供应热水的 温度将会随用水量的大小而剧烈地 变化。
应用: 常用于一般的住宅或公用 建筑中。
2.1.3热水供应热用户与热水网路的连接方式
采用间接连接,需要在建筑物用户入口处或热力 站内设置表面式水-水换热器和循环水泵等设备,造 价高。但热源的补水率大大减少,同时热网的压力工 况和流量工况不受用户的影响,便于热网运行管理。
2.1.2通风系统热用户与热水网路的连接方式
通风系统热用户与热网的连接 由于通风系统中加热空气的设备能承受较高
1 概述
(3)其它热源供热系统 除了上述介绍的热电厂与区域锅炉房集中供热系统外，
还可以利用工业余热、核能和地热等能源形式作为系统的 热源，以节约在供热系统中对一次能源的消耗。
1）工业余热
工业余热是指工业生产过程的产品和排放物料所含的 热或设备的散热。
2）核能供热系统
核能是指核裂变产生的能量，以这种能量为热源的城 市集中供热称为核能供热。
（供暖用户要求的压力一般为1～2mH2O）。
2.1.1供暖热用户与热水网路的连接方式
（1）直接连接 直接连接是用户系统直接连接于热水网路上。
2）装有水喷射泵的直连(图3b)
a. 喷射泵的工作原理: 热网的高温高压水在喷射泵 的喷嘴处造成负压,在引水室中抽引系统回水,使外网 的高温供水与系统的低温回水在喷射泵的混合室中混 合成中间温度的用户供水。
按热源形式的不同，可分为以下种类： (1)区域锅炉房供热系统 1）区域热水锅炉房供热系统，其组成如图1所示。
应用: 常用于一般的住宅或公用 建筑中。
2.1.3热水供应热用户与热水网路的连接方式
采用间接连接,需要在建筑物用户入口处或热力 站内设置表面式水-水换热器和循环水泵等设备,造 价高。但热源的补水率大大减少,同时热网的压力工 况和流量工况不受用户的影响,便于热网运行管理。
2.1.2通风系统热用户与热水网路的连接方式
通风系统热用户与热网的连接 由于通风系统中加热空气的设备能承受较高
1 概述
(3)其它热源供热系统 除了上述介绍的热电厂与区域锅炉房集中供热系统外，
还可以利用工业余热、核能和地热等能源形式作为系统的 热源，以节约在供热系统中对一次能源的消耗。
1）工业余热
工业余热是指工业生产过程的产品和排放物料所含的 热或设备的散热。
2）核能供热系统
核能是指核裂变产生的能量，以这种能量为热源的城 市集中供热称为核能供热。
（供暖用户要求的压力一般为1～2mH2O）。
2.1.1供暖热用户与热水网路的连接方式
（1）直接连接 直接连接是用户系统直接连接于热水网路上。
2）装有水喷射泵的直连(图3b)
a. 喷射泵的工作原理: 热网的高温高压水在喷射泵 的喷嘴处造成负压,在引水室中抽引系统回水,使外网 的高温供水与系统的低温回水在喷射泵的混合室中混 合成中间温度的用户供水。
按热源形式的不同，可分为以下种类： (1)区域锅炉房供热系统 1）区域热水锅炉房供热系统，其组成如图1所示。
供热式汽轮机参数系列
表1
额定功率 kW
主蒸汽参数
压力
温度
kgf/cm2(绝对)
℃
背压 kgf/cm2(绝对)
500
13
340
3
750
13
340
3
750
13
340
5
750
24
390
3
750
24
390
5
1000
24
390
3
1000
24
390
5
1500
24
390
3
1500
24
390
5
1500
35
435
10
3000
35
435
3
320～350
24
390
22～26
370～400
35
435
32～37
420～445
50
435
47～52
420～445
90
525
85～95
525～540
130
550
125～135
540～555
130
535/535
125～135
525～540/525～540
135
535/535
130～140
525～540/525～540
中华人民共和国国家标准 供热式汽轮机参数系列
Parameters of steam turbines in conventional combined heating and power stations
UDC 621.165 GB 4773—84
国家标准局 1984-11-27 发布
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南华大学 热能与动力工程系
特点： （1）理想比焓降小——级数小——机组结构简单
（2）低压级设计容易 （3）背压高，进汽流量大 （4）喷嘴配气；调节级——复速级
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二、背压式汽轮机热、电负荷间的关系 强制工况： 以热定电——与凝汽式汽轮机并列运行
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三、背压式汽轮机的工况图 P D
三、二次调节抽气式汽轮机 （一）功率与流量的关系
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由
和
由可得：
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（二）工况图
De1
De 2
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第四节 调节抽汽式汽轮机的热力设计特点 一、调节抽汽式汽轮主要热力设计特点 （一）热力系统方面的特点
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内蒙古乌海市京海电厂
江西金佳谷物生物质能源有限公司热电联产项目
煤 矸 石 热 电 联 产
沼气热电联产项目 南华大学 热能与动力工程系
2.效率
Pi （1）凝汽式汽轮机的内效率 i D0 (h0 h fw )
理论热效率
Pel el Q1
由于有了调节抽汽，使流经各缸的流量相差很大。此外， 调节抽汽机组的回热抽汽量占总进汽量的比例也较小。
（二）通流部分热力设计特点
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（三）设计流量的选择和中、低压缸部分的配气方式
（四）轴向推力的变化特点来自（五）调节抽汽压力的选择
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二、几种调节抽汽式汽轮及主要热力设计特点 （一）C25-8.8/0.49高压抽汽凝汽式汽轮机
第六章 供热式汽轮机
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6—1 供热式汽轮机的经济性 6—2 背压式汽轮机 6—3 调节抽气式汽轮机 6—4 调节抽气式汽轮机的热力设计特点
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第一节 供热式汽轮机的经济性
一、供热式汽轮机的经济性 1.热电联产与热电分产 化学能 热电联产 电能 热能
化学能
1，背压式汽轮机的汽耗微 增率比凝汽式汽轮机的大； 2，背压式汽轮机的空载汽 耗量也较大； 3，在其它条件相同的情况 下，背压越高，空载汽耗量 越大。
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第三节 调节抽汽式汽轮机
一、调节抽汽式汽轮的特点 （1）供应1或2种参数的蒸汽 （2）工作过程——一次调节抽汽 （3）设计过程的考虑
热电分产
电能 热能
热电冷三联产
热电冷气四联产
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供热式机组热电联产的经济性体现在两个方面： 一、是与单独生产热能相比，蒸汽要先发电作功后再供热，需要锅炉将燃料 的化学能转换成高参数蒸汽的高位热能，这与分别生产热能只要求燃料在锅 炉中转换成低参数蒸汽的低位热能相比，锅炉中的换热温差和相应的损失较 小； 二、是与单独生产电能相比，热电联产因利用已作功的低位热能对外供热， 南华大学 热能与动力工程系 从而避免了冷源损失。
（2）供热式汽轮机的理论效率 Pel Q Q el el (1 )
Q1 Pel
热电比
Ph （3）热化发电率 w Q
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3.热电联产的经济性 换热温差和热损失小 避免冷源损失 4.热电联产的特点
（1）热电联产通过综合用能、按质用能，使燃料化学 能得到合理利用，节约能源； （2）减轻大气污染，改善环境； （3）提高供热质量，改善劳动条件； （4）获得其他效益，如煤场和灰场面积减小，煤和灰 的运输量减少等。
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（二）C300-16.7/0.3/537/537亚临界抽汽凝汽式汽轮机
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（三）CC50-8.83/3.82/0.9高压单缸、冲动、双抽汽凝汽 式汽轮机
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（二）工况图 假定：高低压缸的理想比焓降和内效率不随流 量变化 讨论内容：进汽量、调节抽汽量和功率
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1.凝汽工况线—— De 0
汽轮机的总功率：
——0a线
2.背压工况线—— Dc 0 —— cd线
汽轮机的总功率：
( Dc )min 0 —— c’d’线
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逆止阀：又称为逆流阀
、对夹止回阀、背压阀、 单向阀。这类阀门是靠管 路中介质本身的流动产生 的力而自动开启和关闭的 ，属于一种自动阀门。
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讨论：
ri Ⅱ ri
高压 设计 流量
高压级组相对内效率 低压级组相对内效率
调整抽汽式汽轮机两种典型工况： 1.抽汽量最大时，凝汽流量用来维持低压缸的排汽 温度不过分升高，并不能使低压缸发出多少有效功，这 时供热机组的工作十分接近背压机，机组热效率接近 背压机的热效率。 2.抽汽量为零时，抽汽式供热汽轮机就相当于一台 凝汽式汽轮机，它们的热效率也基本相同。
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三、热电厂的热负荷与对外供热系统 生产热负荷 热负荷 非季节性热负荷 热水供应热负荷 采暖及通风热负荷 季节性热负荷 工艺热负荷
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热电厂的供汽方案
p1
p2
直接供汽
调节抽汽对外直接供汽
p3
p4
蒸汽喷射泵直接供汽
间接供汽
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第二节 背压式汽轮机 一、背压式汽轮机的特点
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3.等抽汽量工况线—— De 常数——平行oa线
汽轮机的总功率：
4.等凝汽工况线—— Dc 常数——平行cd线
汽轮机的总功率：
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考虑回热抽汽量+进汽阀的节流作用
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二、一次调节抽汽式汽轮机 （一）功率与流量的关系
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截止阀（stop valve,Globe Valve）
1.截止阀是指关闭件（阀瓣）沿阀座中心 线移动的阀门。 2.启闭件是塞形的阀瓣，密封面呈平面或 锥面，阀瓣沿流体的中心线作直线运动。 阀杆的运动形式，（通用名称：暗杆）， 也有升降旋转杆式，（通用名称：明杆） 3.由于该类阀门的阀杆开启或关闭行程相 对较短，而且具有非常可靠的切断功能， 又由于阀座通口的变化与阀瓣的行程成正 比例关系，非常适合于对流量的调节。因 此，这种类型的阀门非常适合作为切断或 调节以及节流用。
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二、各种类型供热机组的特点 单独背压供热 背压式 供热式 带调节抽汽的背压供热 多级抽汽供热 调节抽汽凝气式 单级调节抽汽供热
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效率：
凝汽式汽轮机：汽轮机排汽的热量完全不利用，成
为废热。 热电比为零，即不生产热能， 发电厂的热效率约为30%~46%。 背压式汽轮机: 排汽的热量完全作为低温热源供热， 基本上全部被利用。 装置的热效率可达到80%~85%。
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高压级组功率 低压级组功率
H td 高压级组在设计工况下的绝热比焓降 H td 低压级组在设计工况下的绝热比焓降
低压 设计 流量
H t a H td
高压级组的功率修正系数
H t a H td
低压级组的功率修正系数
南华大学 热能与动力工程系