汽轮机工作原理
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。
汽轮机工作原理及构造
汽轮机工作原理及构造汽轮机是一种常用于发电厂和船舶动力系统中的热力机械设备。
它通过燃烧燃料产生高温高压的蒸汽，然后利用蒸汽的能量驱动涡轮机进行旋转，最终将旋转的动能转化为电能或机械动力。
本文将介绍汽轮机的工作原理及构造。
一、汽轮机的工作原理汽轮机的工作原理基于热力学循环和流体力学原理。
一般而言，汽轮机采用的热力学循环是朗肯循环，其主要由以下四个过程组成：压缩、加热、膨胀和冷却。
1. 压缩过程：冷凝器中的凝汽泵将凝结的蒸汽吸入压缩机中，通过压缩使其压力和温度升高。
2. 加热过程：高温高压的蒸汽进入到汽轮机的燃烧室中，其中的燃料燃烧产生高温高压的气体，使蒸汽进一步增加温度和压力。
3. 膨胀过程：高温高压的气体通过喷嘴喷射到涡轮机中，推动涡轮机旋转，由于涡轮机叶片的设计，气体内部的压力和温度降低。
同时，涡轮机的转动也将转动轴上的发电机或其他机械装置带动。
4. 冷却过程：膨胀后的蒸汽进入冷凝器，通过冷凝器中的冷却水吸热，使蒸汽冷凝成水，并回路循环。
二、汽轮机的构造汽轮机的主要构造包括压缩机、燃烧室、涡轮机和冷凝器等组成部分。
下面将对这些部分进行简要介绍。
1. 压缩机：压缩机通常是由多个级数的离心式或轴流式压缩机组成。
其主要作用是将低温低压的蒸汽压缩成高温高压的蒸汽，为燃烧室提供所需的工作介质。
2. 燃烧室：燃烧室是燃烧燃料的地方，其设计可以使燃料尽量充分燃烧，并产生高温高压的气体。
不同类型的汽轮机有不同的燃烧室结构，常见的有环形燃烧室和燃气轮机中的燃烧室。
3. 涡轮机：涡轮机是汽轮机中最核心的部分，它是通过高温高压气体的推动而旋转，将热能转化为机械能。
涡轮机一般包括高压涡轮和低压涡轮。
高压涡轮接受来自燃烧室的高温高压气体推动，低压涡轮接受来自高压涡轮排出的低温低压气体推动。
4. 冷凝器：冷凝器是一个换热器，用于将膨胀后的蒸汽冷凝成水。
冷凝器通常通过冷却水来吸热，使蒸汽冷凝成水，并将冷凝后的水再次引入蒸汽循环中。
汽轮机结构及原理
汽轮机结构及原理一、组成部件：1. 压气机：用于将空气压缩，提高进入燃烧室的压力。
2. 燃烧室：将燃料与压缩空气混合并燃烧，产生高温高压的燃气。
3. 喷气管：用于引导和加速燃气流出燃烧室，产生冲力。
4. 轴：将压气机、涡轮机和发电机等部件连接起来。
5. 涡轮机：通过燃气的冲力驱动，使轴产生旋转运动。
6. 发电机：通过轴的运动，将机械能转化为电能。
二、工作原理：1. 压缩空气：气体由进气口进入压气机，压气机的叶片逐渐减少叶片间的空隙，从而将气体压缩，提高气体的压力和密度。
2. 燃烧过程：压缩后的空气经过燃油喷嘴喷入燃烧室，与燃料混合并点燃。
燃烧产生的高温高压燃气通过喷气管流向后方。
3. 燃气驱动：燃气通过涡轮机，将燃气的高速和高温转化为轴的旋转运动，产生机械能。
4. 电能发电：轴的旋转运动通过发电机，将机械能转化为电能。
发电机的旋转子产生交流，通过定子的线圈而感应电流，最终输出电能。
三、工作过程：1. 进气：外部空气通过进气口进入压气机。
2. 压缩：压气机的叶片将空气逐渐压缩，提高气体的压力和密度。
3. 燃烧：压缩后的空气通过燃油喷嘴喷入燃烧室，与燃料混合并点燃。
4. 转动涡轮：燃烧产生的高温高压燃气通过喷气管流向后方，驱动涡轮机旋转。
5. 转动轴：涡轮机的旋转运动通过轴传递，使轴产生旋转运动。
6. 发电：轴的旋转运动通过发电机，将机械能转化为电能，供应电力负载使用。
7. 排气：燃烧后的废气排出机外，通过喷气管排出。
四、特点和应用：1. 汽轮机具有高效率和大功率输出的优点，广泛应用于发电厂、船舶推进系统、航空器动力装置等领域。
2. 汽轮机结构简单，可靠性高，适应性强，同时可根据实际需求进行多机组联网运行，提高整体系统的可靠性和性能。
3. 由于汽轮机使用燃汽轮机使用化石燃料，其燃烧过程会产生大量的二氧化碳和其他排放物，对环境造成污染。
因此，在环保意识增强的背景下，与其他清洁能源技术相比，汽轮机在未来的发展中面临一定限制和挑战。
汽轮机的工作原理和基本结构
一、汽轮机设备结构与工作原理1．汽轮机工作的基本原理是怎样的？汽轮机发电机组是如何发出电来的？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，按一定的速度均匀转动。
这就是汽轮机最基本的工作原理。
从能量转换的角度讲，蒸汽的热能在喷嘴内转换为汽流动能，动叶片又将动能转换为机械能，反动式叶片，蒸汽在动叶膨胀部分，直接由热能转换成机械能。
汽轮机的转子与发电机转子是用联轴器连接起来的，汽轮机转子以一定速度转动时，发电机转子也跟着转动，由于电磁感应的作用，发电机静子线圈中产生电流，通过变电配电设备向用户供电。
2．汽轮机如何分类？汽轮机按热力过程可分为：⑴凝汽式汽轮机（代号为N）。
⑵一次调整抽汽式汽轮机（代号为C）。
⑶二次调整抽汽式汽轮机（代号为C、C）。
⑷背压式汽轮机（代号为B）。
按工作原理可分为：⑴冲动式汽轮机。
⑵反动式汽轮机。
⑶冲动反动联合式汽轮机。
按新蒸汽压力可分为：⑴低压汽轮机新汽压力为1.18～1.47MPa。
⑵中压汽轮机新汽压力为1.96～3.92MPa。
⑶高压汽轮机新汽压力为5.88～9.81MPa。
⑷超高压汽轮机新汽压力为11.77～13.75MPa。
⑸亚临界压力汽轮机新汽压力为15.69～17.65MPa。
⑹超临界压力汽轮机新汽压力为22.16MPa。
按蒸汽流动方向可分为：⑴轴流式汽轮机。
⑵辐流式汽轮机。
3．汽轮机的型号如何表示？汽轮机型号表示汽轮机基本特性，我国目前采用汉语拼音和数字来表示汽轮机型号，其型号由三段组成：× ××-×××／×××／×××-×（第一段)(第二段)(第三段）第一段表示型式及额定功率（MW），第二段表示蒸汽参数，第三段表示设计变型序号。
汽轮机的工作原理
汽轮机的工作原理汽轮机是一种重要的能源转换设备，广泛应用于发电、航空、船舶等领域。
它通过将燃料的热能转换为机械能，再进一步转换为电能或动力。
下面将详细介绍汽轮机的工作原理。
1. 蒸汽产生：汽轮机是以水蒸气作为工作介质的，首先需要产生高温高压的蒸汽。
通常使用锅炉将水加热至高温并产生蒸汽。
锅炉内设有水冷壁，当燃料燃烧时释放热能，通过水冷壁传递给水，使水迅速升温并转化为蒸汽。
2. 压力增加：蒸汽经过锅炉后的压力通常较低，需要通过汽轮机的压缩与扩张过程来增加压力。
压缩过程中，燃气通过多级压缩器，逐级提高压力。
扩张过程中，蒸汽通过汽轮机的转子产生动能，将转子带动旋转，从而提取出热能。
3. 能量转换：汽轮机的核心部件是转子。
转子上装有多个叶片，当蒸汽通过叶片时，会改变叶片上蒸汽的动能和压力。
蒸汽逐渐扩张，动能转化为机械能，驱动转子旋转。
转子将机械能传递给发电机或其他设备，实现能量的转换。
4. 排放与循环：汽轮机在工作过程中会产生废气，其中包含大量的烟尘、二氧化碳等物质。
为了减少环境污染，需要经过处理以达到排放标准。
同时，为了提高能源利用率，汽轮机通常采用循环系统，将一部分废气重新引入锅炉再利用。
5. 效率与性能：汽轮机的工作效率通常由热效率和机械效率两部分组成。
热效率是指输入燃料能量中被转化为有用能量的比例，机械效率是指能量转换过程中传递到负载的比例。
提高汽轮机的效率是研发和设计的重要目标，可以通过改进叶片形状、降低内部损失等手段来实现。
6. 应用领域：汽轮机广泛用于发电厂，特别是火电厂，它们使用燃煤、燃油或其他能源来产生高温高压的蒸汽，驱动汽轮机发电。
此外，汽轮机也被用于航空领域，作为飞机的动力源。
船舶也使用汽轮机作为主要动力设备，提供推进力。
7. 发展趋势：随着科技的进步和对环境保护的要求，汽轮机在结构和材料上都在不断改进。
新型材料而例如高温合金的应用可以提高汽轮机的工作温度和效率。
另外，燃料技术的创新也为汽轮机的发展创造了更多可能，如采用天然气、生物质等作为燃料，减少对传统化石燃料的依赖。
《汽轮机的工作原理》课件
控制系统：通过传感器、控制器和执行器来控制汽轮机的运行状态和参数
调节系统与控制系统的关系：调节系统是控制系统的一部分，两者共同作用于汽轮机的运 行 调节系统和控制系统的作用：保证汽轮机的稳定运行，提高效率，降低能耗，延长使用寿 命
汽轮机的运行和维 护
汽轮机的发展趋势 和未来展望
提高汽轮机的效率和可靠性
采用先进的材料和 制造工艺，提高汽 轮机的耐久性和可 靠性
优化汽轮机的设计， 提高其效率和性能
采用先进的控制技 术和监测系统，提 高汽轮机的运行稳 定性和可靠性
加强汽轮机的维护 和保养，延长其使 用寿命和可靠性
发展新型的汽轮机技术
提高效率：通过改进设计、材料和制造工艺，提高汽轮机的热效率和机械效率 降低排放：采用环保技术，减少废气排放，降低对环境的影响
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汽轮机的工作原理
汇报人：
目录
PART One
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PART Two
汽轮机的概述
PART Three
汽轮机的工作流程
PART Four
汽轮机的结构特点
PART Five
汽轮机的运行和维 护
PART Six
汽轮机的发展趋势 和未来展望
单击添加章节标题
汽轮机的概述
汽轮机的定义
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。 主要由汽缸、转子、叶片、轴承等部件组成。 工作原理：蒸汽进入汽缸，推动转子旋转，从而输出机械能。 应用领域：广泛应用于发电、船舶、化工、冶金等行业。
THANK YOU
汇报人：
提高可靠性：通过优化设计、提高制造精度和加强维护，提高汽轮机的可靠性和寿命
汽轮机基础知识
汽轮机基础知识一、工作原理：汽轮机工作原理，简单的讲就是利用具有一定压力、温度的蒸汽进人汽轮机，驱动汽轮机旋转，输出轴功；在此过程中，将蒸汽的热能转化成机械转动的动能。
热能转化的多少，与蒸汽的焓值大小有关，即一定压力、温度的蒸汽，其焓值是一定的，单位是KJ/Kg，具体数值可查工程热力学焓值表或焓熵图，所以当汽轮机进汽、排汽参数一定时，进汽与排汽的焓值差既是每千克蒸汽的能量输出量，再乘以进汽量、汽轮机效率、机械效率，既是汽轮机的输出轴功率。
蒸汽焓值的大小，与其压力、温度有关，在目前使用的汽轮机参数范围内，压力或温度升高，其焓值也增加，所以当汽轮机输出功率一定时，进汽参数升高或排汽参数降低，汽轮机进汽量要减少；反之亦然。
若进汽、排汽参数一定，则进汽量增加意味着汽轮机输出功率增加；对于发电型机组，由于其运行转速是恒定的，进汽量增加，发电机输出功率也增加；而对于拖动型机组，进汽量增加时，会引起机组转速的增加，从理论上讲，若不考虑能量损失等因素，转速(n)的变化与其拖动设备的扬程（H）、流量(Q)、功率(N)有如下关系：n1/n2=H1/H2;(n1/n2)**2=Q1/Q2;(n1/n2)**3=N1/N2;对于拖动型机组，其设备及管道系统在设计时已基本定型，当设备负荷发生变化时，其流量变化必然引起系统压力的变化，而压力的变化是现场最易直接观测到的，系统压力的变化又引起汽轮机转速的变化，所以此时应及时调整汽轮机进汽量来维持转速，保持系统压力的稳定，故只要能够满足所驱动设备的负荷要求，汽轮机并不一定在额定转速下运行；汽轮机的设计在额定转速下运行其效率最佳，所以在机组选型时，应使所拖动的设备负荷近可能接近汽轮机设计功率，以提高系统的运转效率。
二、分类：汽轮机分类方式有多种，一般按热力系统方式分为凝汽式（N）、背压式（B）、抽凝式（C）、抽背式（CB），凝汽式机组一般用于发电厂进行发电，当用户具备固定的热用户和热负荷时，可根据热负荷的参数及负荷量选择背压式（B）、抽凝式（C）或抽背式（CB）机组。
汽轮机工作原理
汽轮机工作原理
保定电力职业技术学院 热动1101 第一组
汽轮机是什么？
第一点
• 汽轮机是一种能量转换装置
第二点
• 汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋 转式动力机械
第三点
•汽轮机有成蒸汽透平
一. 汽轮机的工作原理
汽轮机内的能量转换
• 一定压力和温度的蒸汽流经固定不动的喷嘴， 并在其中膨胀，蒸汽的压力、温度不断降低， 速度不断增加，使蒸汽的热能转化为动能 。
蒸汽流过无膨胀动叶通道时速度的变化
（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。
从作用力方面分析原理
蒸汽热能
喷嘴
气流的动能
动叶
轴的机械能
一、汽轮机的工作原理
“级”是汽轮机中最基本的
工作单元。在结构上它是由
2叶轮 3动叶栅
静叶（喷嘴）和对应的动叶
所组成；一固定的喷嘴和
与它配合的动叶片构成了汽
轮机的基本作功单元，称为
1轴
4喷嘴
汽轮机的“级”
单级冲动式汽轮机工作原理结构立体图
（一）冲动作用原理
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
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式。音速实际上就是压力波的传播速度。根据小压力扰动理论，音
速a可以表示为： a dp
d
将等熵过程微分方程式 dp k d 0 代入上式得
p
a
kp
kpv
kRT
音速标志了工质可压缩性的大小， 是流体的一个状态参数
对理想气体，k =cp/cv只是温度的函数，故音速也只是温度的函数 流体的速度c与当地音速a的比值叫作马赫数M。即 M c a
Ap ( p dp )dA ( p dp)( A dA) dR dm dc
2 Adp dR dm dc
dt
dt
dm Adx / v R dR dm ⇒ vdp Rdx cdc
对等熵流动，R =0，则 vdp cdc
式中负号说明在无损失的流动过程中，压力和速度的变化方向相反
界凝汽式机组。目前我国已具备生产百万级机组的能力。
➢上汽厂、哈汽厂和东方厂——北重、青汽和武——杭汽、南汽等
➢美国的通用电气公司(GE)，西屋电气公司(WH)。瑞士ABB、法
国的阿尔斯通——大西洋公司(AA)。俄罗斯的列宁格勒金属工厂
(ЛМ3)。日本的三大企业：日立、东芝及三菱等。 3
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即质量平衡方程: qm
或
A1
连续性方程的微分形式:
dA dc dv 0
Ac v
表明了稳定流动中通流截面与汽流速度及蒸汽比容之间的变化关系
3. 运动方程式 ——蒸汽流动变化与作用于流体上的力
的关系式
微元段上的力:压力p及阻力dR，重力垂
直流动方向，在运动方向上的分量为零
2. 几何条件(截面变化与流速之间的关系)
将运动方程式 vdp cdc 代入等熵过程分方程式 dp k dv 0有
dv v
1 k
dp p
cdc kpv
c2 a2
dc c
M
2
dc c
代入连续性方程有
p
v
dA dc M 2 dc 0 dA (M 2 1) dc
Ac
c
A
c
可见，c↑时A应扩大还是缩小取决于M ⋛ 1?
①当M<1(亚音速),即c<a时，dA与 dc符号相反。膨胀(c↑):面积应渐缩. 扩压(p↑c↓):面积应渐扩。
②当M>1(超音速),即c>a时，dA与 dc符号相同。膨胀(c↑):面积应渐扩. 扩压(p↑c↓):面积应渐缩。
可见，若要使汽流从亚音速变为超 音速(膨胀加速)，管道(喷管)的形状 应先渐缩—再渐扩[称为缩放喷嘴或 拉伐尔(De laval)喷嘴]。
1.1 预备知识
1.1.1 热力学及流体力学的一些基本公式
1. 状态及过程方程式
理想气体的状态方程
pv RT
理想气体的定压比热
k cp k 1 R
式中 k—等熵指数。对于过热蒸汽k=1.3；对干饱和蒸汽k=1.135;
对湿蒸汽k=1.035+0.1x，x表示膨胀过程初态蒸汽干度
R—气体常数。R=R/=8410/[J/(kg∙K)]
➢1903年至1907年间，出现了热能电能联合生产的汽轮机，即背压
式及调节抽汽式汽轮机；1920年左右，出现了给水回热式汽轮机；
1925年，生产出第一台中间再热式汽轮机
➢20世纪70年代，美国生产了最大单机功率为1300MW的双轴汽轮
机，1980年前苏联制造的1200MW五缸六排汽一次中间再热超临界
③当M=1，即c=a时，称为临界。 dA=0，最小截面。
因此，速度的变化需两个条件：①压差—力7学条件；②通道形状变化—2几020何/8/条2 件
M=1时的气流状态称为临界状态，此时气流速度c称为临界速度
ccr，参数都称为临界参数，如pcr，vcr等。
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1.1.2 促使流动变化的条件
1. 力学条件(速度变化与压力变化之关系)
由运动方程式 vdp cdc 知：在气体流动中，如果流速是增加的，则压力必
然降低，如果压力升高，则流速必然降低。
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汽轮机发展史
➢第一台轴流式汽轮机由瑞典工程师拉伐尔(De Laval)1883年创造
冲动式，容量3.7kW，转速26000r/min，轮周速度475m/s。拉伐尔解决了等强
度轮盘，挠性轴和缩放喷嘴等较复杂的技术问题。
➢第 一 台 多 级 反 动 式 汽 轮 机 由 英 国 工 程 师 查 尔 斯 ·帕 森 斯 (Charles Parsons) 1884年设计
汽轮机原理
任课教师：张丁旺 联系电话：021-54748084
13501860320 E-mail：zdw@
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第一章 汽轮机工作原理
概述
汽轮机——一种将蒸汽的热能转变为机械功的旋转式原动机
•优点——单机功率大，热经济性高，运行平稳可靠，使 用寿命长，单位功率造价低，能使用各种廉价燃料等。 •缺点——体积庞大、变负荷能力差，必须配套有锅炉、 凝汽器、水泵、给水处理等大型设备以及给水回热等复杂 的热力系统。因而机动性差，不便用于移动式装备中。 •用途： ➢现代火力发电厂和核电厂的主要原动机 ➢可作为大型船舶及军舰的推进动力 ➢冶金、化工等部门用以驱动各种大型工作机 ➢供热式汽轮机还可满足生产和生活用汽、用热的需要， 实现高效益的热电联合生产。
单轴汽轮机投入运行
➢1955年，上汽厂制造了中国第一台功率为6MW的汽轮机，此后我
国 分 别 设 计 制 造 出 了 50MW 、 100MW 、 125MW 、 200MW 和
300MW等容量的凝汽式汽轮机及不同容量和型式的供热式汽轮机。
80年代，我国引进消化技术，自行制造出了300MW及600MW亚临
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4. 能量方程式
对于稳定流动，进入系统的能量必然等于离开系统的能量。若忽
略汽流进出系统的势能变化，则系统的能量方程可写为：
h0
c02 2
gz0
q
h1
c12 2
gz1
wi
h0
c02 2
h1
c12 2
wi
5. 音速与马赫数M
研究气体的流动经常用到临界概念，因此必须首先给出音速表达
R为通用气体常数=8410J/(kmol∙K)，为气体分子量。
对水蒸汽=18.016，R=461.26[J/(kg∙K)]。
理想气体的焓
h
cpT
k RT k 1
k k 1
pv
等熵膨胀过程方程
pvk p / k 常数
dp k dv 0 pv
dp k d 0 p
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2.
连续性方程