《汽轮机原理》第01章01PPT课件
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汽轮机原理 第一章
而大多数情况下复速级都是部分 进汽的，故其反动度不宜过大， 否则，由于反动度的增大会使动 叶通道内的漏汽损失增大，导致 级效率降低。
目前常见的复速级内总的反动度 值约在5%～15%之间。
图1-23 带反动度的复速级的热力过程线
复速级的轮周功：复速级的轮周功等于两列动叶 上产生的机械功之和。
Wu Wu Wu u c1 cos1 c2 cos2 c1cos1 c2cos2
➢ β 的大小与喷嘴的进口状态（ 、 p0* v0* ）、压力比εn和蒸汽的 绝热指数κ有关。
Gn Gnc
k
2
1
2
k n
k 1
nk
k 1
2 k 1 k 1
1
0.546 n 1
n 0.546
三、蒸汽在喷嘴斜切部分中的膨胀
汽轮机弯曲型渐缩叶栅通道，在喉部后形成斜切出口通道，将此称为 斜切部分。它的存在极大地改变了叶栅通道的流动特性。
极限膨胀压力比 1d
k
1d
p1d p0
2 k1
k 1
sin 1
2k k1
汽流偏转角
sin 1 1
sin
1
ccr c1t
cr 1t
图1-13 蒸汽在喷嘴斜切部分的膨胀
第三节 蒸汽在动叶中的流动
圆周速度： u dmn
60
相对速度：W1、W2
绝对速度：C1、C2
➢ 进口速度三角形 ➢ 出口速度三角形
➢ 叶栅流道：喷嘴叶栅和动叶栅的安
装角s和s、喷嘴叶栅和动叶栅的 叶型进口几何角0g和0g、喷嘴叶 栅和动叶栅的叶型出口几何角1g和 1g、喷嘴出口汽流角1和动叶出口 汽流角2等
喷嘴叶栅和动叶栅的几何参数
喷嘴叶栅结构尺寸：
目前常见的复速级内总的反动度 值约在5%～15%之间。
图1-23 带反动度的复速级的热力过程线
复速级的轮周功：复速级的轮周功等于两列动叶 上产生的机械功之和。
Wu Wu Wu u c1 cos1 c2 cos2 c1cos1 c2cos2
➢ β 的大小与喷嘴的进口状态（ 、 p0* v0* ）、压力比εn和蒸汽的 绝热指数κ有关。
Gn Gnc
k
2
1
2
k n
k 1
nk
k 1
2 k 1 k 1
1
0.546 n 1
n 0.546
三、蒸汽在喷嘴斜切部分中的膨胀
汽轮机弯曲型渐缩叶栅通道，在喉部后形成斜切出口通道，将此称为 斜切部分。它的存在极大地改变了叶栅通道的流动特性。
极限膨胀压力比 1d
k
1d
p1d p0
2 k1
k 1
sin 1
2k k1
汽流偏转角
sin 1 1
sin
1
ccr c1t
cr 1t
图1-13 蒸汽在喷嘴斜切部分的膨胀
第三节 蒸汽在动叶中的流动
圆周速度： u dmn
60
相对速度：W1、W2
绝对速度：C1、C2
➢ 进口速度三角形 ➢ 出口速度三角形
➢ 叶栅流道：喷嘴叶栅和动叶栅的安
装角s和s、喷嘴叶栅和动叶栅的 叶型进口几何角0g和0g、喷嘴叶 栅和动叶栅的叶型出口几何角1g和 1g、喷嘴出口汽流角1和动叶出口 汽流角2等
喷嘴叶栅和动叶栅的几何参数
喷嘴叶栅结构尺寸：
汽轮机原理第一章课件
c1t
1 p1 kk 2k 0 0 p0 v0 [1 ( 0 ) ] k 1 p0 k 1 2k 0 0 p0 v0 (1 n k ) k 1
0 h Δhn
Δhn
1 1t
p1
式中： n
p1 0 p0
喷嘴压比
s
一、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程
（一）喷嘴出口汽流速度
（2）喷嘴实际出口速度：
三. 级的类型和特点
带反动度的冲动级（冲动级）
在冲动级中带少量反动度
特点：
m 0.05 ~ 0.30
①蒸汽主要在喷嘴中膨胀，小部分在 动叶中膨胀； ②作用力：主要是冲动力； ③作功能力大，级所承担的滞止理想 焓降较大，效率有所提高； ④喷嘴：渐缩喷嘴；动叶：汽道横截 面沿汽流方向有所收缩； 实际的冲动级汽轮机都是带反动度 的冲动级，应用广泛。
u
ห้องสมุดไป่ตู้
db n
u －动叶平均直径处的圆周速度 60 c －喷嘴出口速度（动叶进口绝对 w1 c12 u 2 2uc1 cos 1 1 速度 ）
c1 sin 1 1 arcsin w1
w1 －动叶进口的相对速度
c2－动叶出口的相对速度 2 c2 w2 u 2 2uw2 cos 2 w2－动叶出口绝对速度 w2 sin 2 2 arcsin c2
2、压力级和速度级
（1）压力级：蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程 在级内只进行一次的级。 （2）速度级：蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程 在级内进行一次以上的级。
3、调节级和非调节级
（1）调节级：通流面积能随负荷改变的级，如喷嘴调 节的第一级。 （2）非调节级：通流面积能不随负荷改变的级，可以 全周进汽，也可以部分进汽。
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0 h Δhn
Δhn
1 1t
p1
式中： n
p1 0 p0
喷嘴压比
s
一、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程
（一）喷嘴出口汽流速度
（2）喷嘴实际出口速度：
三. 级的类型和特点
带反动度的冲动级（冲动级）
在冲动级中带少量反动度
特点：
m 0.05 ~ 0.30
①蒸汽主要在喷嘴中膨胀，小部分在 动叶中膨胀； ②作用力：主要是冲动力； ③作功能力大，级所承担的滞止理想 焓降较大，效率有所提高； ④喷嘴：渐缩喷嘴；动叶：汽道横截 面沿汽流方向有所收缩； 实际的冲动级汽轮机都是带反动度 的冲动级，应用广泛。
u
ห้องสมุดไป่ตู้
db n
u －动叶平均直径处的圆周速度 60 c －喷嘴出口速度（动叶进口绝对 w1 c12 u 2 2uc1 cos 1 1 速度 ）
c1 sin 1 1 arcsin w1
w1 －动叶进口的相对速度
c2－动叶出口的相对速度 2 c2 w2 u 2 2uw2 cos 2 w2－动叶出口绝对速度 w2 sin 2 2 arcsin c2
2、压力级和速度级
（1）压力级：蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程 在级内只进行一次的级。 （2）速度级：蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程 在级内进行一次以上的级。
3、调节级和非调节级
（1）调节级：通流面积能随负荷改变的级，如喷嘴调 节的第一级。 （2）非调节级：通流面积能不随负荷改变的级，可以 全周进汽，也可以部分进汽。
汽轮机原理第一章汽轮机级的工作原理
• 由捕水口，捕水室和疏水通道组成的级内捕水装置。 • 具有吸水缝的空心喷嘴 • 采用出汽边喷射蒸汽Байду номын сангаас空心喷嘴
•
提高动叶本身抗冲蚀能力
– 采用耐侵蚀性能强的的叶片材料 – 在叶片进汽边背弧上镶焊硬质合金 – 对叶片表面镀铬，局部高频淬应，电火花强化，氮化
• 冲动级的实际热力过程线 • 级效率
（连接）
x
– 又称端部损失，实质属于喷嘴和动叶的流动损失。主要决定于叶高。
• 叶轮摩擦损失
– 叶轮两侧及围带表面的粗糙度引起的摩擦损失 – 子午面内的涡流损失引起的损失
• 部分进汽损失
– 装有喷嘴的弧段长度Z*L（Z为喷嘴片数）于整个圆周长度∏*Dm的比值来表 示部分进汽的程度，称为部分进气度，用e表示。 – 由于部分进汽带来的能量损失称为部分进汽损失，由鼓风损失和斥汽损失组 成。鼓风损失发生再不装喷嘴的弧段内，斥汽损失欲鼓风损失相反。
• 简单流动模型易用一元稳定等比熵流动的基本方程
– 连续方程：G*v=A*c – 能量方程： h0 + c02/2 = h + c12/2 + w – 状态或过程方程：p*v=const
蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程
• 临界参数的概念
– 蒸汽流量不变时，当喷嘴中等比熵焓降达到临界值时，喷嘴通道面积为最小， 此处便是临界截面，其蒸汽流速等于当地音速。临界状态下的参数称为临界参 数。 – 临界速度，临界压力，临界压比，临界流量，实际流量
下一页
•
漏气损失（隔板的气封装置）
– 对于冲动级，隔板前后存在较大的压差，而隔板和转轴之间又存在着间隙，因此有一部分蒸 汽从隔板前通过间隙漏到隔板与本级动叶之间的汽室内，由于这部分蒸汽不通过喷嘴，因此 不做功，形成了漏气损失。为了避免隔板汽混入动叶中干扰主汽流，一方面在叶轮上开设平 衡孔，使隔板漏气通过平衡孔流到级后，另一方面在动叶根部设置汽封片加以阻挡，并设置 合理的反动度，尽量使动叶根部不出现吸汽或漏汽现象。 – 对于反动级，其漏汽损失比冲动级大因为
•
提高动叶本身抗冲蚀能力
– 采用耐侵蚀性能强的的叶片材料 – 在叶片进汽边背弧上镶焊硬质合金 – 对叶片表面镀铬，局部高频淬应，电火花强化，氮化
• 冲动级的实际热力过程线 • 级效率
（连接）
x
– 又称端部损失，实质属于喷嘴和动叶的流动损失。主要决定于叶高。
• 叶轮摩擦损失
– 叶轮两侧及围带表面的粗糙度引起的摩擦损失 – 子午面内的涡流损失引起的损失
• 部分进汽损失
– 装有喷嘴的弧段长度Z*L（Z为喷嘴片数）于整个圆周长度∏*Dm的比值来表 示部分进汽的程度，称为部分进气度，用e表示。 – 由于部分进汽带来的能量损失称为部分进汽损失，由鼓风损失和斥汽损失组 成。鼓风损失发生再不装喷嘴的弧段内，斥汽损失欲鼓风损失相反。
• 简单流动模型易用一元稳定等比熵流动的基本方程
– 连续方程：G*v=A*c – 能量方程： h0 + c02/2 = h + c12/2 + w – 状态或过程方程：p*v=const
蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程
• 临界参数的概念
– 蒸汽流量不变时，当喷嘴中等比熵焓降达到临界值时，喷嘴通道面积为最小， 此处便是临界截面，其蒸汽流速等于当地音速。临界状态下的参数称为临界参 数。 – 临界速度，临界压力，临界压比，临界流量，实际流量
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•
漏气损失（隔板的气封装置）
– 对于冲动级，隔板前后存在较大的压差，而隔板和转轴之间又存在着间隙，因此有一部分蒸 汽从隔板前通过间隙漏到隔板与本级动叶之间的汽室内，由于这部分蒸汽不通过喷嘴，因此 不做功，形成了漏气损失。为了避免隔板汽混入动叶中干扰主汽流，一方面在叶轮上开设平 衡孔，使隔板漏气通过平衡孔流到级后，另一方面在动叶根部设置汽封片加以阻挡，并设置 合理的反动度，尽量使动叶根部不出现吸汽或漏汽现象。 – 对于反动级，其漏汽损失比冲动级大因为
《汽轮机原理》幻灯
13
§ 1—6
长 叶 片 级
一
长叶片级概述
(1)沿叶高圆周速度不同引起损失：
从叶根到叶顶，其相应的圆周速度相差很 大。（如200MW汽轮机的末级叶片，平均 直径为2000 mm, 叶高为665 mm, 径高比 = 3，其叶顶的圆周速度为418.6 m/s， 而叶根的的圆周速度为209.7m / s，二者相 差一半）。 除了平均直径附近处之外，其余直径处 的汽流在进入动叶通道时，都会有不同 程度的撞击现象发生。
12
思考题：
8.降低部分进汽损失，可以采取下列哪个措施？ A. 加隔板汽封 B. 减小轴向间隙 C. 选择合适的反动度 D. 在非工作段的动叶两侧加装护罩装置 9.火力发电厂汽轮机的主要任务是： A. 将热能转化成电能 B. 将热能转化成机械能 C. 将电能转化成机械能 D. 将机械能转化成电能 10.在纯冲动式汽轮机级中，如果不考虑损失，蒸汽在动叶通道中 A. 相对速度增加 B. 相对速度降低； C. 相对速度只改变方向，而大小不变 D. 相对速度大小和方向都不变 11 蒸汽流动过程中，能够推动叶轮旋转对外做功的有效力是______。 A. 轴向力 B. 径向力 C. 周向力 D. 蒸汽压差 12.在其他条件不变的情况下，余速利用系数增加，级的轮周效率ηu A. 增大 B. 降低 C. 不变 D. 无法确定 13.工作在湿蒸汽区的汽轮机的级，受水珠冲刷腐蚀最严重的部位是： A. 动叶顶部背弧处 B. 动叶顶部内弧处 C. 动叶根部背弧处 D. 喷嘴背弧处
5
四、级通流部分主要尺寸的确定 本节的主要内容是计算级通流部分的主要尺寸，即喷嘴叶栅 和动叫栅的出口高度。需要注意以下几点： １、部分进汽度 部分进汽度小，可使叶高增大，反之使叶高减小。它的选择 依据，应使部分进汽损失和叶高损失之和最小，这时的叶高为 最有利的叶高，这时的部分进汽度为最合适的部分进汽度。 ２、动叶栅进口高度的选择：盖度。 ３、冲动级反动度的选择 平均直径处反动度选择的主要依据足使叶根处的蒸汽不泄 不漏。 ４、动、静叶栅面积比 反动度对级效率有极大的影响，保证的办法是用动、静叶栅 的面积比来实现，一定的反动度必有一定的动静叶栅面积比与 之对应。
§ 1—6
长 叶 片 级
一
长叶片级概述
(1)沿叶高圆周速度不同引起损失：
从叶根到叶顶，其相应的圆周速度相差很 大。（如200MW汽轮机的末级叶片，平均 直径为2000 mm, 叶高为665 mm, 径高比 = 3，其叶顶的圆周速度为418.6 m/s， 而叶根的的圆周速度为209.7m / s，二者相 差一半）。 除了平均直径附近处之外，其余直径处 的汽流在进入动叶通道时，都会有不同 程度的撞击现象发生。
12
思考题：
8.降低部分进汽损失，可以采取下列哪个措施？ A. 加隔板汽封 B. 减小轴向间隙 C. 选择合适的反动度 D. 在非工作段的动叶两侧加装护罩装置 9.火力发电厂汽轮机的主要任务是： A. 将热能转化成电能 B. 将热能转化成机械能 C. 将电能转化成机械能 D. 将机械能转化成电能 10.在纯冲动式汽轮机级中，如果不考虑损失，蒸汽在动叶通道中 A. 相对速度增加 B. 相对速度降低； C. 相对速度只改变方向，而大小不变 D. 相对速度大小和方向都不变 11 蒸汽流动过程中，能够推动叶轮旋转对外做功的有效力是______。 A. 轴向力 B. 径向力 C. 周向力 D. 蒸汽压差 12.在其他条件不变的情况下，余速利用系数增加，级的轮周效率ηu A. 增大 B. 降低 C. 不变 D. 无法确定 13.工作在湿蒸汽区的汽轮机的级，受水珠冲刷腐蚀最严重的部位是： A. 动叶顶部背弧处 B. 动叶顶部内弧处 C. 动叶根部背弧处 D. 喷嘴背弧处
5
四、级通流部分主要尺寸的确定 本节的主要内容是计算级通流部分的主要尺寸，即喷嘴叶栅 和动叫栅的出口高度。需要注意以下几点： １、部分进汽度 部分进汽度小，可使叶高增大，反之使叶高减小。它的选择 依据，应使部分进汽损失和叶高损失之和最小，这时的叶高为 最有利的叶高，这时的部分进汽度为最合适的部分进汽度。 ２、动叶栅进口高度的选择：盖度。 ３、冲动级反动度的选择 平均直径处反动度选择的主要依据足使叶根处的蒸汽不泄 不漏。 ４、动、静叶栅面积比 反动度对级效率有极大的影响，保证的办法是用动、静叶栅 的面积比来实现，一定的反动度必有一定的动静叶栅面积比与 之对应。
汽轮机原理课件第一章
概述
• 汽轮机本体作工气流的通道称为汽轮机的通流部分，他包括主气门，导 管，调节气门，进汽室，各级喷嘴和动叶及汽轮机的排汽管。
• 汽轮机的级是由一列喷嘴叶栅和其后紧邻的一列动叶栅构成的工作单元。 • 动叶栅进出口汽流速度三角形 • 喷嘴及动叶的热力过程及热力过程线，以及蒸汽在此的流动过程 • 喷嘴损失，动叶损失和余速损失之和称为轮周损失。
– 复速级的优点，在圆周速度相同时，能承担比单列及大的多的理想比焓降，采 用复速级Байду номын сангаас使汽轮机的级数减少；当他作为多级汽轮机的调节级时，蒸汽压力， 温度在这一级下降较多，缩小了汽轮机在高温高压下工作的区域，节省高温材 料，降低制造成本，有利于改善汽轮机的变工况特性。
叶栅的气动特性
• 叶栅的损失由叶型损失和端部损失所组成。
– 叶型损失（指平面汽流绕流叶栅产生的能量损失）
• 附面层中的摩擦损失：与叶栅表面的粗糙度和压力分布有关 • 附面层脱离引起的涡流损失 • 尾迹损失 • 冲波损失
– 端部损失
• 端部损失就是端面附面层中的摩擦损失，补偿流动损失和对涡损失的 总和，对涡损失所占比重最大。
级内损失和级的相对效率
• 常见的级内损失
汽轮机级的工作原理
• •
• • • • • •
第 示第 原第 的第 特第 率第 流嘴第 第
八 例七 理六 相五 性四 和三 动和二 一
节 节 节 对节 节 轮节 动节 节
扭 叶 片 级
级 的 热 力 计 算
级 内级 的 效内 热 率损 力失 设和 计级
叶 栅 的
轴 效 率
级 的 轮
汽轴
动功
叶 通蒸 道汽 概 中在 述 的喷
– 汽流离开动叶通道时具有一定的速度，这个速度对应的动能在该级内已不 能转换为机械功，称为余速损失。
第一章 汽轮机的工作原理
压力级：蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程在级内只进行一次的级称为压 力级。这种级在叶轮上只装一列动叶栅，故又称单列级。压力级可以是冲动级， 也可以是反动级。 速度级：蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程在级内进行一次以上的级称为 速度级，速度级可以是双列的和多列的。只能是冲动式的。
第二节 汽轮机的工作过程
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。例如火箭内燃料燃烧所产生的高压气体以很高的速 度从火箭尾部喷出，这时从火箭尾部喷出的高速气流就给火箭一个与气流方向相反 的作用力，在此力的推动下火箭就向上运动。这种由于膨胀加速产生的作用力称为 反动力。 在汽轮机中，蒸汽在动叶构成的汽道内膨胀加速时，汽流必然对动叶片作用一个 反动力，推动叶片运动，做机械功。这就是反动做功原理。
二、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程
蒸汽在喷嘴中的膨胀过程 （一）喷嘴中的汽流速度 1.喷嘴出口汽流的理想速度： 可由能量方程求得
c1t
2h0 h1t c
2 hn c
* n
2 0
2 0
2h
因蒸汽在喷嘴中的流动为等熵过程，则：
则能量方程式：
εn喷嘴压力比
2. 临界速度和临界压力比
蒸汽流过无膨胀动叶通道时速度 的变化(冲动做功) 工质在动叶内仅作方向改变 蒸汽以速度w 1 进入通道，由于 受到动叶的阻碍不断地改变运动 方向，最后以速度w2 流出动叶， 则蒸汽对动叶施加了一个轮周方 向的冲动力F i （impulse），该力 对动叶做功使动叶带动转子转动。
蒸汽在动叶通道内膨胀时对动叶 的作用力（反动做功） 工质在动叶内发生方向和速度大 小的改变 蒸汽在动叶通道中流动时，一方面给 动叶栅一个冲动力 F i的作用，另一 方面，在动叶栅中继续膨胀，给动叶 栅一个反动力 F r （reaction）的作 用，这两个力的方向都不与轮周方向 一致。
汽轮机培训讲义(PPT59页)
叶轮工作时，主要承受的力有以下几种。 1、叶轮自身质量引起的离心力。 2、叶片、围带和拉筋引起的离心力。 3、套装转子由于叶轮套装在轴上的过盈产生的接触应力 4、在较高温度区域内的叶轮以及在透平启动过程中，叶
若工艺过程中有某一个压力的蒸汽用不完 时，就把这股多余的蒸汽用管路注入汽轮 机中的某个中间级内，与原来的蒸汽一起 工作，这样就可以从多余的蒸汽中获得能 量，得到一部分有用功，作为蒸汽热量的 综合利用，称为注入式汽轮机。
另外，汽轮机按工作原理可分为冲动 式、反动式、冲动与反动组合式汽轮机； 按结构可单级汽轮机、多级汽轮机和速度 级汽轮机。
汽轮机培训讲义
第一章 概述
汽轮机又叫蒸汽透平，它是以水蒸汽为工质，转子按一定方向作旋转运动的 连续工作的原动机。广泛地应用于发电、船舰、冶金、石油、化工等工业部 门，已有一百多年的历史。
工业汽轮机是指除去中心电站、中心热电站及船舰用汽轮机以外的其它有关 行业中使用的汽轮机都统称为工业汽轮机。三十年代冶金工业加速了工业汽 轮机的发展，尤其是六十年代初期高压离心式压缩机用于合成氨、乙烯生产， 使工业汽轮机获得极其广泛地使用。
3.汽轮机的转速易于调节，变转速运行的灵敏性及稳定性使工业生产的实际 要求获得满意地实现，自动化控制十分方便；
4.汽轮机的防爆、防潮性比电动机好，可以露天运行，在化工等防爆要求严 格的场所使用汽轮机，安全性好。
5.汽轮机起动几乎不用电，减少对电网供电的依赖性，使运行费用降低。 6.汽轮机在高转速下效率更高，因此用它来驱动在高速运转的离心式压缩机、
泵等，这样机组运行时经济性好。 7.便于实现热能的综合利用，这是最主要的优点。
第二章 汽轮机的分类
1.按热力过程分类： 1）凝汽式汽轮机： 纯凝汽式汽轮机一般简
若工艺过程中有某一个压力的蒸汽用不完 时，就把这股多余的蒸汽用管路注入汽轮 机中的某个中间级内，与原来的蒸汽一起 工作，这样就可以从多余的蒸汽中获得能 量，得到一部分有用功，作为蒸汽热量的 综合利用，称为注入式汽轮机。
另外，汽轮机按工作原理可分为冲动 式、反动式、冲动与反动组合式汽轮机； 按结构可单级汽轮机、多级汽轮机和速度 级汽轮机。
汽轮机培训讲义
第一章 概述
汽轮机又叫蒸汽透平，它是以水蒸汽为工质，转子按一定方向作旋转运动的 连续工作的原动机。广泛地应用于发电、船舰、冶金、石油、化工等工业部 门，已有一百多年的历史。
工业汽轮机是指除去中心电站、中心热电站及船舰用汽轮机以外的其它有关 行业中使用的汽轮机都统称为工业汽轮机。三十年代冶金工业加速了工业汽 轮机的发展，尤其是六十年代初期高压离心式压缩机用于合成氨、乙烯生产， 使工业汽轮机获得极其广泛地使用。
3.汽轮机的转速易于调节，变转速运行的灵敏性及稳定性使工业生产的实际 要求获得满意地实现，自动化控制十分方便；
4.汽轮机的防爆、防潮性比电动机好，可以露天运行，在化工等防爆要求严 格的场所使用汽轮机，安全性好。
5.汽轮机起动几乎不用电，减少对电网供电的依赖性，使运行费用降低。 6.汽轮机在高转速下效率更高，因此用它来驱动在高速运转的离心式压缩机、
泵等，这样机组运行时经济性好。 7.便于实现热能的综合利用，这是最主要的优点。
第二章 汽轮机的分类
1.按热力过程分类： 1）凝汽式汽轮机： 纯凝汽式汽轮机一般简
汽轮机的工作原理培训(PPT 59页)
凯迪12MW汽轮机转子临界转速：1533.5转/分 凯迪30MW汽轮机转子一阶临界转速： 2536rpm；二阶临界转速：5845rpm
2）转子临界转速的安全校核 • 汽轮机升速过程中迅速平稳地通过临界转速。 • 临界转速与正常工作转速之间错开一定范围。 刚性转子——一阶临界转速高于正常工作转速
的转子。
横销：引导汽缸沿横向滑动，并在轴向起 定位作用。
纵销：引导轴向滑动。纵销与横销中心线 的交点为膨胀的固定点，称为“死点”。
立销：引导汽缸沿垂直方向膨胀，并与纵 销共同保持机组的轴向中心不变。
角销：也称为压板，作用是防止轴承座与 基础台板脱离。
三、汽封
1、作用：减小漏汽损失。 根据装设部位不同，汽封可分为：
静止部分（静子）：汽缸、 隔板、轴承和汽封
一、转子 1.转子的结构
2、转子的临界转速 1）定义。在汽轮发电机组启动和停机过程中，
当转速达到某些数值时，机组发生强烈振动， 而越过这些转速后，振动便迅速减弱。这些 机组发生强烈振动时的转速称为转子的临界 转速。
转子有无穷多个临界转速，分别称为一阶、二 阶、三阶、…临界转速。
润滑油； 3）两表面间要有相对运动，且运动方向
是使润滑油从楔形间隙的宽口流向窄口。
2、轴承的结构 1）支持轴承 作用：承担转子的重量及转子不平衡质量
产生的离心力；确定转子的径向位置。
形式：
（1）圆筒形轴承 （2）椭圆形轴承 （3）三油楔轴承 （4）可倾瓦轴承
2）推力轴承 作用：承受转子上未平衡的轴向推力，
凯迪12MW汽轮机部分保护值： ETS超速动作：3270r/min 危急遮断器动作转速：3270—3330r/min 轴向位移停机保护值：+1.3或-0.7 mm （
汽轮机原理(第一章)
微分形式程
dA dc d
0
AC -
2.动量方程
dpRdxcdc
式中 R－作用在单位质量汽流上的摩擦阻 力，若流动是无损失的等熵流动，则R＝0, 于是
dp cdc
-
3.能量方程 h0c202 qh1c212 w
式中 h0、h1－蒸汽进入和流出系统的比焓值； c0、c1－蒸汽进入和流出系统的速度； q－1kg蒸汽通过系统时从外界吸入的热量； w－ 1kg蒸汽通过系统时对外界所做的机 械功。
负荷改变时，级的通流面积不变。
-
四、级的工作过程的研究方法
（一）基本假设 （1）一元流动，也称轴对称流动。 （2）定常流动，也称稳定流动。 （3）绝热流动。
-
（二）基本方程 1.连续方程
G c A1 c 1 A 12 c 2A 2 常数
式中
G－蒸汽质量流量； A－汽道内任一横截面积； c －垂直于截面A的蒸汽流速； ρ－截面A上的蒸汽密度。
Ωm＝0的级， Δhb＝0, Δh*n= Δh*t， 做功能力较大，但效率较低，如图1－3所示。 2.冲动级（带反动度的冲动级）
ΔhbΩ＜mΔ＝h0n，.0做5～功0能.2力0的和级效，率介Δ于hb纯＞冲0,动但级和 反动级之间。
-
图1－3 纯冲动级中蒸汽压力和速度的变化 示意
图1－4 反动动级中蒸汽压力和速度的变化示意
-
3.反动级 Ωm≈0 .5的级， Δhb＝Δhn，动、静叶
型相同，做功能力较小，但效率高，如图1－ 4所示。 （二）按能量转换过程分 1.速度级
以利用蒸汽流速为主的级，有双列和多列之 分。双列速度级又称复速级，如图1－5所示。
-
复速级是由一列喷嘴叶栅和 装在同一叶轮上的两列动叶栅以 及第一列动叶栅后的固定不动的 导向叶栅所组成。蒸汽在喷嘴中 膨胀，在第一列动叶栅中作一部 分功，在固定的导向叶栅中改变 蒸汽流动方向，在第二列动叶栅 内继续作功。
汽轮机-级的工作原理PPT课件
第一章 汽轮机级的工作原理
第一节 概述
• 1.概念：级是汽轮 机中最基本的做功 单元
• 2.组成：级由静叶 栅（喷管）和动叶 栅组成
1
一、冲动作用原理和反动作用原理
图1-1单级汽轮机结构图（立体图，结构图）
2
一、蒸汽的冲动作用原理和反动作用原理
• 动叶栅：动叶按一定的距离和角度安装在叶 轮上形成动叶栅，并构成许多相同的蒸汽通 道。
21
• 作业：画出带反动度的冲动级的压力和速度变化示意 图。
• 参考教材p7图1-5
22
（2）反动级：
通常把反动度m = 0.5的级称为反动级。 对于反动级来说，蒸汽在喷管和动叶通道的 膨胀程度相同。 当汽流通过动叶通道时，一方面要改变方向， 同时还要膨胀加速，前者会对叶片产生一个冲 动力，后 者会对叶片产生一个反作用力，即 反动力。蒸汽通过这种级，两种力同时作功。
10
反动力 轮周力
Fz
冲动力
11
m
二、汽轮机级的反动度
1、汽轮机级的反动度
ΔhC0
Δht*—级的滞止理想 焓降， Δhn*—蒸汽在喷管 中的滞止理想焓降， Δhb—蒸汽在动叶中 的理想焓降。
12
反动度：蒸汽在动叶栅中膨胀时的理想焓降和蒸汽在 整个级中的理想滞止焓降之比。
Δhb
Δhb
反动度m=---------------- = --------
17
• 1）纯冲动级
• 通常把反动度m等于零的级称为纯冲动级。
18
• 纯冲动级的特点： • 对于纯冲动级来说，W1=W2，P1=P2,Δht*
=Δhn* 、Δhb = 0 、 m = 0； • 动叶叶型几乎对称弯曲； • 蒸汽在动叶栅中不膨胀只改变流动方向； • 动叶进出口压力p相等，相对速度w也相等； • 纯冲动级做功能力大，但效率低。
第一节 概述
• 1.概念：级是汽轮 机中最基本的做功 单元
• 2.组成：级由静叶 栅（喷管）和动叶 栅组成
1
一、冲动作用原理和反动作用原理
图1-1单级汽轮机结构图（立体图，结构图）
2
一、蒸汽的冲动作用原理和反动作用原理
• 动叶栅：动叶按一定的距离和角度安装在叶 轮上形成动叶栅，并构成许多相同的蒸汽通 道。
21
• 作业：画出带反动度的冲动级的压力和速度变化示意 图。
• 参考教材p7图1-5
22
（2）反动级：
通常把反动度m = 0.5的级称为反动级。 对于反动级来说，蒸汽在喷管和动叶通道的 膨胀程度相同。 当汽流通过动叶通道时，一方面要改变方向， 同时还要膨胀加速，前者会对叶片产生一个冲 动力，后 者会对叶片产生一个反作用力，即 反动力。蒸汽通过这种级，两种力同时作功。
10
反动力 轮周力
Fz
冲动力
11
m
二、汽轮机级的反动度
1、汽轮机级的反动度
ΔhC0
Δht*—级的滞止理想 焓降， Δhn*—蒸汽在喷管 中的滞止理想焓降， Δhb—蒸汽在动叶中 的理想焓降。
12
反动度：蒸汽在动叶栅中膨胀时的理想焓降和蒸汽在 整个级中的理想滞止焓降之比。
Δhb
Δhb
反动度m=---------------- = --------
17
• 1）纯冲动级
• 通常把反动度m等于零的级称为纯冲动级。
18
• 纯冲动级的特点： • 对于纯冲动级来说，W1=W2，P1=P2,Δht*
=Δhn* 、Δhb = 0 、 m = 0； • 动叶叶型几乎对称弯曲； • 蒸汽在动叶栅中不膨胀只改变流动方向； • 动叶进出口压力p相等，相对速度w也相等； • 纯冲动级做功能力大，但效率低。
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《汽轮机原理》
：刘 华 堂
2011.12
1
第一章 概 述
第一节 汽轮机的发展
一、国外发展情况
1884年，英国人Thomas Parsons 第一个反动式汽轮机； 1895年，Westing-house公司和Allis-Chalmers公司先后买了
Parsons 的专利。 Westing-house公司于1897年开始生产第一台 120KW汽轮机。 1901年，BBC公司在Parsons 的专利基础上生产了250KW汽轮机，转 速为3000r/min，1988年BBC与Asea合并为ABB公司。 1900年，GE公司开始生产冲动式汽轮机。 20世纪30年代以来，汽轮机发展很快：压力：达到超临界或超超临界， 最高压力达31MPa，最高温度达620℃。机组单机容量一般在
轻核聚变所释放的热能是十分巨大大，如1kg的氦聚变所释放的热能， 相当于10000t标准煤所释放的热能。地球上可用来作为聚变的物质很多，如 海水中的氘就有25万亿t，其所释放的热能可供人类使用十亿年之久。但热核 聚变仍处于早期研究阶段。
9
四、地热发电
地球内部所蕴藏的热能非常巨大，据估计，仅贮藏在地球表层10km之内
国燃煤电厂站装机总容量的70%。
1. 主机和辅机：三大主机：锅炉、汽轮机、发电机；
主要辅机： 风机、水泵、加热器、冷凝器、除氧器、制粉设备等。
2. 生产过程：煤粉燃烧将化学能转化为高温烟气的热能，热能通过锅炉的省
煤器、水冷壁、过热器（再热器）使工质水变成过热蒸汽，蒸汽推动汽轮机
旋转，将热能转化为旋转机械能，以带动发电机发电（电能）。汽轮机的排
循环的热效率。理想的热机的循环热效率可表达为：
t
1 T2 T1
❖ 在实际中，一种工质能达较高的平均吸热温度 T1，但不一定能达较低的
平均放热温度 ，T反2之亦然。为了提高热机的热效率，可以采用多种工质组
成度的联。合燃循气环轮T装机2 置装，置从的而平达均到吸较热高温的度平较均高吸（热一温般度为110和0较~1T低21的00平ºC均）放，热但温
2
600~1000MW。
二、世界主要汽轮机生产厂家：
GE（美国）、Siemens（西门子）、Alstom（法国）、Hitachi-
Toshba（日本）、MItsubishi （日本）、 LMZ(列宁金属工厂）。
• 机组最大容量和末级叶高：3000r/m转速单轴机组达1200MW；转速
3600r/m达1000MW；核电湿蒸汽汽最大容量达
10
五、太阳能集热发电
利用太阳辐射能发电的形式有：太阳能集热发电，光伏电池发电等形式。 • 太阳能集热发电：接收或聚集太阳的辐射能，使之转化为热能，加热工 质成蒸汽去驱动汽轮发电机组发电。目前，其成本较高。但随着科学技术的 发展，大规模利用太阳能是必然趋势，在不久的将来，太阳能发电将成为重 要的发电方式。
六、水力发电
水力发电是无碳能源。水能资源是人类最早开发的自然能源之一。目前水 能利用的形式基本上就是水力发电。水能资源的开发仍然具有极其重要的价 值，水能资源在整个能源构成中具有不可替代的地位。
11
水能资源具有独特的优点： 1．水能是目前世界上唯一可以大规模开发的清洁可再生能源 煤、石油等长期、大规模燃烧造成环境污染。 矿物燃料的储量也不能够支撑人类社会的长期发展。 风能、太阳能等新能源，目前还不能进行大规模的开发。所以水能资源的开 发，不仅仅是满足经济增长需要的措施，同时也是保护环境，实现可持续发 展的重要措施。 2. 水资源具有多方面的使用价值，水力发电、防洪、灌溉、供水、航运、淡 水养殖、改善环境和旅游等多方面的效益。 3. 河流的水资源还可梯级开发利用，上游的水电站发电后，仍然可为下游各 级水电站再用来发电。 4. 兴建水力发电工程不仅仅是能源的开发，而且也是水资源的开发。对于我 国这样水资源不足的国家，意义更具重大。
8
三、核能发电
核裂变和轻核聚变时，都能释放出巨大的热量，即核能。利用核能发电 的电厂称为核电站。目前作为商业运行的核电都是利用铀核裂变释放热能， 1kg铀核裂变释放热能，相当于2700t标准煤所释放的热能。核反应堆（原子 炉）相当于火电厂中的锅炉，为最主要的设备，用以生产蒸汽，蒸汽通过汽 轮机作功带动发电机发电。
其排气温度也较高（一般为500~600ºC ）。在蒸汽动力循环中，汽轮机的
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
进汽温度不可能很高（一般为540~560ºC ）。循环的平均放热温度很低
（一般为30~38ºC ）。把这两种循环联合起来组成燃气—蒸汽联合循环，
此循环则具有较高的平均吸热温度和较低的平均放热温度。则根据热力学原
理，可使整个循环的热效率大大提高（60%）。
的温度可达5000ºC，地热量就有10.5 1025焦尔，相当于9950万亿吨标煤
当量，即相当于地球上煤的总储量的1.7亿倍，可满足人类几十万年能源之用。 仅在地面3km范围内的可开发的地热量，就相当于2.9万亿吨标准煤的热量。
人类很早以前开始利用地热，如：开采温泉洗澡、取暖等。但直到20世 纪，人们才把地热视为一种储量巨大、有经济竞争力的能源，并且可用于发 电。但目前所开发的地热只是浅层地热，蒸汽参数不高。
重型电机厂等。
• 机组容量：从6000KW~200MW，近30年来，主要生产
300~600MW,1000MW机组。
3
• 装机总容量：各类机组总和近8亿KW（2008年底）。到2010年底，各类
第二节 采用汽轮机的发电方式
热力发电是目前主要发电方式，采用的燃料是煤、石油、天然气。
一、燃煤发电
燃煤发电是目前世界上主要的发电形式，也是我国主要的发电形式。我
汽排凝汽器凝结成水；水通过低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器送
锅炉的省煤器，完成闭合循环（图1-6）。现代先进燃煤电厂热效率可达42%。
其参数可达：35MPa，700/720ºC。
4
5
6
7
二、 燃气—蒸汽联合循环发电
根据热力学基本定律可知，热力循环的理想热效率只取决于循环的平均吸
热温度和平均放热温度。提高平均吸热温度和降低平均放热温度都可以提高
1550MW(1500r/min,Alstom)；对于3000r/min机组，末级叶片达
1800mm。
三、我国火电发展情况
• 20世纪20年代，上海江边电厂有Alstom产汽轮机组运行；
• 1955年，上海汽轮机厂生产第一台6000KW的汽轮机组；
• 汽轮机生产厂家：上海汽轮机厂，哈尔滨汽轮机厂，东方汽轮机厂、北京
：刘 华 堂
2011.12
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第一章 概 述
第一节 汽轮机的发展
一、国外发展情况
1884年，英国人Thomas Parsons 第一个反动式汽轮机； 1895年，Westing-house公司和Allis-Chalmers公司先后买了
Parsons 的专利。 Westing-house公司于1897年开始生产第一台 120KW汽轮机。 1901年，BBC公司在Parsons 的专利基础上生产了250KW汽轮机，转 速为3000r/min，1988年BBC与Asea合并为ABB公司。 1900年，GE公司开始生产冲动式汽轮机。 20世纪30年代以来，汽轮机发展很快：压力：达到超临界或超超临界， 最高压力达31MPa，最高温度达620℃。机组单机容量一般在
轻核聚变所释放的热能是十分巨大大，如1kg的氦聚变所释放的热能， 相当于10000t标准煤所释放的热能。地球上可用来作为聚变的物质很多，如 海水中的氘就有25万亿t，其所释放的热能可供人类使用十亿年之久。但热核 聚变仍处于早期研究阶段。
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四、地热发电
地球内部所蕴藏的热能非常巨大，据估计，仅贮藏在地球表层10km之内
国燃煤电厂站装机总容量的70%。
1. 主机和辅机：三大主机：锅炉、汽轮机、发电机；
主要辅机： 风机、水泵、加热器、冷凝器、除氧器、制粉设备等。
2. 生产过程：煤粉燃烧将化学能转化为高温烟气的热能，热能通过锅炉的省
煤器、水冷壁、过热器（再热器）使工质水变成过热蒸汽，蒸汽推动汽轮机
旋转，将热能转化为旋转机械能，以带动发电机发电（电能）。汽轮机的排
循环的热效率。理想的热机的循环热效率可表达为：
t
1 T2 T1
❖ 在实际中，一种工质能达较高的平均吸热温度 T1，但不一定能达较低的
平均放热温度 ，T反2之亦然。为了提高热机的热效率，可以采用多种工质组
成度的联。合燃循气环轮T装机2 置装，置从的而平达均到吸较热高温的度平较均高吸（热一温般度为110和0较~1T低21的00平ºC均）放，热但温
2
600~1000MW。
二、世界主要汽轮机生产厂家：
GE（美国）、Siemens（西门子）、Alstom（法国）、Hitachi-
Toshba（日本）、MItsubishi （日本）、 LMZ(列宁金属工厂）。
• 机组最大容量和末级叶高：3000r/m转速单轴机组达1200MW；转速
3600r/m达1000MW；核电湿蒸汽汽最大容量达
10
五、太阳能集热发电
利用太阳辐射能发电的形式有：太阳能集热发电，光伏电池发电等形式。 • 太阳能集热发电：接收或聚集太阳的辐射能，使之转化为热能，加热工 质成蒸汽去驱动汽轮发电机组发电。目前，其成本较高。但随着科学技术的 发展，大规模利用太阳能是必然趋势，在不久的将来，太阳能发电将成为重 要的发电方式。
六、水力发电
水力发电是无碳能源。水能资源是人类最早开发的自然能源之一。目前水 能利用的形式基本上就是水力发电。水能资源的开发仍然具有极其重要的价 值，水能资源在整个能源构成中具有不可替代的地位。
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水能资源具有独特的优点： 1．水能是目前世界上唯一可以大规模开发的清洁可再生能源 煤、石油等长期、大规模燃烧造成环境污染。 矿物燃料的储量也不能够支撑人类社会的长期发展。 风能、太阳能等新能源，目前还不能进行大规模的开发。所以水能资源的开 发，不仅仅是满足经济增长需要的措施，同时也是保护环境，实现可持续发 展的重要措施。 2. 水资源具有多方面的使用价值，水力发电、防洪、灌溉、供水、航运、淡 水养殖、改善环境和旅游等多方面的效益。 3. 河流的水资源还可梯级开发利用，上游的水电站发电后，仍然可为下游各 级水电站再用来发电。 4. 兴建水力发电工程不仅仅是能源的开发，而且也是水资源的开发。对于我 国这样水资源不足的国家，意义更具重大。
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三、核能发电
核裂变和轻核聚变时，都能释放出巨大的热量，即核能。利用核能发电 的电厂称为核电站。目前作为商业运行的核电都是利用铀核裂变释放热能， 1kg铀核裂变释放热能，相当于2700t标准煤所释放的热能。核反应堆（原子 炉）相当于火电厂中的锅炉，为最主要的设备，用以生产蒸汽，蒸汽通过汽 轮机作功带动发电机发电。
其排气温度也较高（一般为500~600ºC ）。在蒸汽动力循环中，汽轮机的
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
进汽温度不可能很高（一般为540~560ºC ）。循环的平均放热温度很低
（一般为30~38ºC ）。把这两种循环联合起来组成燃气—蒸汽联合循环，
此循环则具有较高的平均吸热温度和较低的平均放热温度。则根据热力学原
理，可使整个循环的热效率大大提高（60%）。
的温度可达5000ºC，地热量就有10.5 1025焦尔，相当于9950万亿吨标煤
当量，即相当于地球上煤的总储量的1.7亿倍，可满足人类几十万年能源之用。 仅在地面3km范围内的可开发的地热量，就相当于2.9万亿吨标准煤的热量。
人类很早以前开始利用地热，如：开采温泉洗澡、取暖等。但直到20世 纪，人们才把地热视为一种储量巨大、有经济竞争力的能源，并且可用于发 电。但目前所开发的地热只是浅层地热，蒸汽参数不高。
重型电机厂等。
• 机组容量：从6000KW~200MW，近30年来，主要生产
300~600MW,1000MW机组。
3
• 装机总容量：各类机组总和近8亿KW（2008年底）。到2010年底，各类
第二节 采用汽轮机的发电方式
热力发电是目前主要发电方式，采用的燃料是煤、石油、天然气。
一、燃煤发电
燃煤发电是目前世界上主要的发电形式，也是我国主要的发电形式。我
汽排凝汽器凝结成水；水通过低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器送
锅炉的省煤器，完成闭合循环（图1-6）。现代先进燃煤电厂热效率可达42%。
其参数可达：35MPa，700/720ºC。
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二、 燃气—蒸汽联合循环发电
根据热力学基本定律可知，热力循环的理想热效率只取决于循环的平均吸
热温度和平均放热温度。提高平均吸热温度和降低平均放热温度都可以提高
1550MW(1500r/min,Alstom)；对于3000r/min机组，末级叶片达
1800mm。
三、我国火电发展情况
• 20世纪20年代，上海江边电厂有Alstom产汽轮机组运行；
• 1955年，上海汽轮机厂生产第一台6000KW的汽轮机组；
• 汽轮机生产厂家：上海汽轮机厂，哈尔滨汽轮机厂，东方汽轮机厂、北京