《汽輪機(jī)原理》第01-10章

1、1 第一章第一章 概概 述述 第一節(jié)第一節(jié) 汽輪機(jī)的發(fā)展汽輪機(jī)的發(fā)展 一、國(guó)外發(fā)展情況一、國(guó)外發(fā)展情況 18841884年，英國(guó)人年，英國(guó)人Thomas Parsons Thomas Parsons 第一個(gè)反動(dòng)式汽輪機(jī)；第一個(gè)反動(dòng)式汽輪機(jī)； 18951895年，年，WestingWesting-house-house公司和公司和Allis-ChalmersAllis-Chalmers公司先后買了公司先后買了Parsons Parsons 的的 專利。專利。 WestingWesting-house-house公司于公司于18971897年開始生產(chǎn)第一臺(tái)年開始生產(chǎn)第一臺(tái)120KW120KW汽輪機(jī)

2、。汽輪機(jī)。 19011901年，年，BBCBBC公司在公司在Parsons Parsons 的專利基礎(chǔ)上生產(chǎn)了的專利基礎(chǔ)上生產(chǎn)了250KW250KW汽輪機(jī)，轉(zhuǎn)速為汽輪機(jī)，轉(zhuǎn)速為 3000r/min3000r/min，19881988年年BBCBBC與與AseaAsea合并為合并為ABBABB公司。公司。 19001900年，年，GEGE公司開始生產(chǎn)沖動(dòng)式汽輪機(jī)。公司開始生產(chǎn)沖動(dòng)式汽輪機(jī)。 2020世紀(jì)世紀(jì)3030年代以來，年代以來，汽輪機(jī)發(fā)展很快：壓力：達(dá)到超臨界或超超臨界，最汽輪機(jī)發(fā)展很快：壓力：達(dá)到超臨界或超超臨界，最 高壓力達(dá)高壓力達(dá)31MPa31MPa，最高溫度達(dá)，最高溫度達(dá)62062

3、0。機(jī)組單機(jī)容量一般在。機(jī)組單機(jī)容量一般在6001000MW6001000MW。 2 二、世界主要汽輪機(jī)生產(chǎn)廠家：二、世界主要汽輪機(jī)生產(chǎn)廠家： GEGE（美國(guó)）、（美國(guó)）、SiemensSiemens（西門子）、（西門子）、AlstomAlstom（法國(guó)）、（法國(guó)）、Hitachi-Hitachi-ToshbaToshba （日本）、（日本）、MItsubishiMItsubishi （日本）、（日本）、 LMZ(LMZ(列寧金屬工廠）。列寧金屬工廠）。 機(jī)組最大容量和末級(jí)葉高：機(jī)組最大容量和末級(jí)葉高：3000r/m3000r/m轉(zhuǎn)速單軸機(jī)組達(dá)轉(zhuǎn)速單軸機(jī)組達(dá)1200MW1200MW；轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)速

4、 3600r/m3600r/m達(dá)達(dá)1000MW1000MW；核電濕蒸汽汽最大容量達(dá)；核電濕蒸汽汽最大容量達(dá)1550MW(1500r/min,Alstom)1550MW(1500r/min,Alstom)；對(duì)；對(duì) 于于3000r/min3000r/min機(jī)組，末級(jí)葉片達(dá)機(jī)組，末級(jí)葉片達(dá)1800mm1800mm。 三、我國(guó)火電發(fā)展情況三、我國(guó)火電發(fā)展情況 2020世紀(jì)世紀(jì)2020年代，上海江邊電廠有年代，上海江邊電廠有AlstomAlstom產(chǎn)汽輪機(jī)組運(yùn)行；產(chǎn)汽輪機(jī)組運(yùn)行； 19551955年，上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)第一臺(tái)年，上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)第一臺(tái)6000KW6000KW的汽輪機(jī)組；的汽輪機(jī)組； 汽輪機(jī)

5、生產(chǎn)廠家：上海汽輪機(jī)廠，哈爾濱汽輪機(jī)廠，東方汽輪機(jī)廠、北汽輪機(jī)生產(chǎn)廠家：上海汽輪機(jī)廠，哈爾濱汽輪機(jī)廠，東方汽輪機(jī)廠、北 京重型電機(jī)廠等。京重型電機(jī)廠等。 機(jī)組容量：機(jī)組容量：從從6000KW200MW6000KW200MW，近，近3030年來，主要生產(chǎn)年來，主要生產(chǎn)300600MW,1000MW300600MW,1000MW機(jī)組。機(jī)組。 裝機(jī)總?cè)萘浚貉b機(jī)總?cè)萘浚焊黝悪C(jī)組總和近各類機(jī)組總和近8 8億億KWKW（20082008年底）。年底）。到到20102010年底，各類發(fā)年底，各類發(fā) 電機(jī)組裝機(jī)容量為電機(jī)組裝機(jī)容量為9.69.6億億KWKW。 3 第二節(jié)第二節(jié) 采用汽輪機(jī)的發(fā)電方式采用汽輪機(jī)的

6、發(fā)電方式 熱力發(fā)電是目前主要發(fā)電方式，采用的燃料是煤、石油、天然氣。熱力發(fā)電是目前主要發(fā)電方式，采用的燃料是煤、石油、天然氣。 一、燃煤發(fā)電一、燃煤發(fā)電 燃煤發(fā)電是目前世界上主要的發(fā)電形式，也是我國(guó)主要的發(fā)電形式。燃煤發(fā)電是目前世界上主要的發(fā)電形式，也是我國(guó)主要的發(fā)電形式。 我國(guó)燃煤電廠站裝機(jī)總?cè)萘康奈覈?guó)燃煤電廠站裝機(jī)總?cè)萘康?0%70%。 1. 1. 主機(jī)和輔機(jī)主機(jī)和輔機(jī)：三大主機(jī)：鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)；：三大主機(jī)：鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)； 主要輔機(jī)：主要輔機(jī)： 風(fēng)機(jī)、水泵、加熱器、冷凝器、除氧器、制粉設(shè)備等。風(fēng)機(jī)、水泵、加熱器、冷凝器、除氧器、制粉設(shè)備等。 2. 2. 生產(chǎn)過程：生產(chǎn)過程：煤

7、粉燃燒將煤粉燃燒將化學(xué)能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為高溫?zé)煔獾霓D(zhuǎn)化為高溫?zé)煔獾臒崮軣崮埽瑹崮芡ㄟ^鍋爐的，熱能通過鍋爐的 省煤器、水冷壁、過熱器（再熱器）使工質(zhì)水變成過熱蒸汽，蒸汽推動(dòng)汽輪省煤器、水冷壁、過熱器（再熱器）使工質(zhì)水變成過熱蒸汽，蒸汽推動(dòng)汽輪 機(jī)旋轉(zhuǎn)，將熱能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機(jī)旋轉(zhuǎn)，將熱能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能機(jī)械能，以帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電（，以帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電（電能電能）。汽輪機(jī)的）。汽輪機(jī)的 排汽排凝汽器凝結(jié)成水；水通過低壓加熱器、除氧器、給水泵、高壓加熱器排汽排凝汽器凝結(jié)成水；水通過低壓加熱器、除氧器、給水泵、高壓加熱器 送鍋爐的省煤器，完成閉合循環(huán)（圖送鍋爐的省煤器，完成閉合循環(huán)（圖1-61-6）。現(xiàn)代先進(jìn)燃煤電

8、廠熱效率可達(dá)）。現(xiàn)代先進(jìn)燃煤電廠熱效率可達(dá) 42%42%。其參數(shù)可達(dá)：。其參數(shù)可達(dá)：35MPa35MPa，700/720700/720C C。 4 二、二、 燃?xì)馊細(xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電 根據(jù)熱力學(xué)基本定律可知，熱力循環(huán)的理想熱效率只取決于循環(huán)的根據(jù)熱力學(xué)基本定律可知，熱力循環(huán)的理想熱效率只取決于循環(huán)的平均平均 吸熱溫度吸熱溫度和和平均放熱溫度平均放熱溫度。提高平均吸熱溫度和降低平均放熱溫度都可以提。提高平均吸熱溫度和降低平均放熱溫度都可以提 高循環(huán)的熱效率。高循環(huán)的熱效率。理想的熱機(jī)的循環(huán)熱效率理想的熱機(jī)的循環(huán)熱效率可表達(dá)為：可表達(dá)為： 在實(shí)際中，一種工質(zhì)能達(dá)較高的平均吸熱溫度在

9、實(shí)際中，一種工質(zhì)能達(dá)較高的平均吸熱溫度 ，但不一定能達(dá)較，但不一定能達(dá)較 低的平均放熱溫度低的平均放熱溫度 ，反之亦然。為了提高熱機(jī)的熱效率，可以采用多種，反之亦然。為了提高熱機(jī)的熱效率，可以采用多種 工質(zhì)組成的聯(lián)合循環(huán)裝置，從而達(dá)到較高的平均吸熱溫度工質(zhì)組成的聯(lián)合循環(huán)裝置，從而達(dá)到較高的平均吸熱溫度 和較低的和較低的 放熱溫度放熱溫度 。燃?xì)廨啓C(jī)裝置燃?xì)廨啓C(jī)裝置的平均吸熱溫度較高（一般為的平均吸熱溫度較高（一般為 11001100 12001200C C ），但其排氣溫度也較高（一般為），但其排氣溫度也較高（一般為500500 600600C C ）。在）。在蒸汽動(dòng)蒸汽動(dòng) 力循環(huán)力循環(huán)中，汽

10、輪機(jī)的進(jìn)汽溫度不可能很高（一般為中，汽輪機(jī)的進(jìn)汽溫度不可能很高（一般為540540 560560C C ）。循環(huán)的）。循環(huán)的 平均放熱溫度很低（一般為平均放熱溫度很低（一般為3030 3838C C ）。把這兩種循環(huán)聯(lián)合起來組成）。把這兩種循環(huán)聯(lián)合起來組成燃燃 氣氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)蒸汽聯(lián)合循環(huán)，此循環(huán)則具有，此循環(huán)則具有較高的平均吸熱溫度較高的平均吸熱溫度和和 。則根據(jù)熱力學(xué)原理，可使整個(gè)循環(huán)的熱效率大大提高（。則根據(jù)熱力學(xué)原理，可使整個(gè)循環(huán)的熱效率大大提高（60%60%）。）。 1 T 1 2 1 T T t 2 T 2 T 1 T 5 三、核能發(fā)電三、核能發(fā)電 核裂變和輕核聚變時(shí)，都能釋放出巨

11、大的熱量，即核能。利用核能發(fā)核裂變和輕核聚變時(shí)，都能釋放出巨大的熱量，即核能。利用核能發(fā) 電的電廠稱為核電站。目前作為商業(yè)運(yùn)行的核電都是利用電的電廠稱為核電站。目前作為商業(yè)運(yùn)行的核電都是利用鈾核裂變鈾核裂變釋放熱能，釋放熱能， 1kg1kg鈾核裂變釋放熱能，相當(dāng)于鈾核裂變釋放熱能，相當(dāng)于2700t2700t標(biāo)準(zhǔn)煤所釋放的熱能。標(biāo)準(zhǔn)煤所釋放的熱能。核反應(yīng)堆（原子核反應(yīng)堆（原子 爐）相當(dāng)于火電廠中的鍋爐，為最主要的設(shè)備，用以生產(chǎn)蒸汽，蒸汽通過汽爐）相當(dāng)于火電廠中的鍋爐，為最主要的設(shè)備，用以生產(chǎn)蒸汽，蒸汽通過汽 輪機(jī)作功帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。輪機(jī)作功帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。 輕核聚變輕核聚變所釋放的熱能是十分巨大

12、大，如所釋放的熱能是十分巨大大，如1kg1kg的氦聚變所釋放的熱能，的氦聚變所釋放的熱能， 相當(dāng)于相當(dāng)于10000t10000t標(biāo)準(zhǔn)煤所釋放的熱能標(biāo)準(zhǔn)煤所釋放的熱能。地球上可用來作為聚變的物質(zhì)很多，如。地球上可用來作為聚變的物質(zhì)很多，如 海水中的氘就有海水中的氘就有2525萬億萬億t t，其所釋放的熱能可供人類使用十億年之久。但熱核，其所釋放的熱能可供人類使用十億年之久。但熱核 聚變?nèi)蕴幱谠缙谘芯侩A段。聚變?nèi)蕴幱谠缙谘芯侩A段。 6 四、地?zé)岚l(fā)電四、地?zé)岚l(fā)電 地球內(nèi)部所蘊(yùn)藏的地球內(nèi)部所蘊(yùn)藏的熱能熱能非常巨大，據(jù)估計(jì)，僅貯藏在地球非常巨大，據(jù)估計(jì)，僅貯藏在地球表層表層10km10km之之 內(nèi)內(nèi)的溫

13、度可達(dá)的溫度可達(dá)50005000C C，地?zé)崃康責(zé)崃烤陀芯陀?0.5 10.5 焦?fàn)?，相?dāng)于焦?fàn)?，相?dāng)于99509950萬億噸萬億噸 標(biāo)煤當(dāng)量標(biāo)煤當(dāng)量，即相當(dāng)于地球上煤的總儲(chǔ)量的，即相當(dāng)于地球上煤的總儲(chǔ)量的1.71.7億倍，可滿足人類億倍，可滿足人類幾十萬年幾十萬年能源能源 之用。僅在地面之用。僅在地面3km3km范圍內(nèi)的可開發(fā)的地?zé)崃浚拖喈?dāng)于范圍內(nèi)的可開發(fā)的地?zé)崃?，就相?dāng)于2.92.9萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的 熱量。熱量。 人類很早以前開始利用地?zé)?，如：開采人類很早以前開始利用地?zé)?，如：開采溫泉溫泉洗澡、取暖等。但直到洗澡、取暖等。但直到2020 世紀(jì)，人們才把地?zé)嵋暈橐环N儲(chǔ)量巨大、有

14、經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力的世紀(jì)，人們才把地?zé)嵋暈橐环N儲(chǔ)量巨大、有經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力的能源能源，并且可用于，并且可用于 發(fā)電。但目前所開發(fā)的地?zé)嶂皇菧\層地?zé)?，蒸汽參?shù)不高。發(fā)電。但目前所開發(fā)的地?zé)嶂皇菧\層地?zé)?，蒸汽參?shù)不高。 25 10 7 五、太陽能集熱發(fā)電五、太陽能集熱發(fā)電 利用太陽輻射能發(fā)電的形式有：太陽能集熱發(fā)電，光伏電池發(fā)電等形式。利用太陽輻射能發(fā)電的形式有：太陽能集熱發(fā)電，光伏電池發(fā)電等形式。 太陽能集熱發(fā)電太陽能集熱發(fā)電：接收或聚集太陽的輻射能，使之轉(zhuǎn)化為熱能，加熱工：接收或聚集太陽的輻射能，使之轉(zhuǎn)化為熱能，加熱工 質(zhì)成蒸汽去驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。目前，其成本較高。但隨著科學(xué)技術(shù)的質(zhì)成蒸汽去驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電

15、機(jī)組發(fā)電。目前，其成本較高。但隨著科學(xué)技術(shù)的 發(fā)展，大規(guī)模利用太陽能是必然趨勢(shì)，在不久的將來，太陽能發(fā)電將成為重發(fā)展，大規(guī)模利用太陽能是必然趨勢(shì)，在不久的將來，太陽能發(fā)電將成為重 要的發(fā)電方式。要的發(fā)電方式。 六、水力發(fā)電六、水力發(fā)電 水力發(fā)電是無碳能源。水能資源是人類最早開發(fā)的自然能源之一。目水力發(fā)電是無碳能源。水能資源是人類最早開發(fā)的自然能源之一。目 前水能利用的形式基本上就是水力發(fā)電。水能資源的開發(fā)仍然具有極其重要前水能利用的形式基本上就是水力發(fā)電。水能資源的開發(fā)仍然具有極其重要 的價(jià)值，水能資源在整個(gè)能源構(gòu)成中具有不可替代的地位。的價(jià)值，水能資源在整個(gè)能源構(gòu)成中具有不可替代的地位。 8

16、 煤煤、石油石油等長(zhǎng)期、大規(guī)模燃燒造成等長(zhǎng)期、大規(guī)模燃燒造成。 礦物燃料的礦物燃料的儲(chǔ)量?jī)?chǔ)量也不能夠支撐人類社會(huì)的長(zhǎng)期發(fā)展。也不能夠支撐人類社會(huì)的長(zhǎng)期發(fā)展。 風(fēng)能、太陽能等風(fēng)能、太陽能等新能源新能源，目前還不能進(jìn)行大規(guī)模的開發(fā)。所以水能資源的開，目前還不能進(jìn)行大規(guī)模的開發(fā)。所以水能資源的開 發(fā)，不僅僅是發(fā)，不僅僅是滿足經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)滿足經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)需要的措施，同時(shí)也是需要的措施，同時(shí)也是保護(hù)環(huán)境保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā) 展的重要措施。展的重要措施。 2.2. 水資源具有多方面的使用價(jià)值，水力水資源具有多方面的使用價(jià)值，水力發(fā)電發(fā)電、防洪防洪、灌溉灌溉、供水供水、航運(yùn)航運(yùn)、 淡水養(yǎng)殖淡水養(yǎng)殖、

17、改善環(huán)境改善環(huán)境和和旅游旅游等多方面的效益。等多方面的效益。 3.3. 河流的水資源還可河流的水資源還可梯級(jí)開發(fā)利用梯級(jí)開發(fā)利用，上游的水電站發(fā)電后，仍然可為下游，上游的水電站發(fā)電后，仍然可為下游 各級(jí)水電站再用來發(fā)電。各級(jí)水電站再用來發(fā)電。 4.4. 興建興建水力發(fā)電工程水力發(fā)電工程不僅僅是不僅僅是能源能源的開發(fā)，而且也是的開發(fā)，而且也是水資源水資源的開發(fā)。對(duì)于的開發(fā)。對(duì)于 我國(guó)這樣水資源不足的國(guó)家，意義更具重大。我國(guó)這樣水資源不足的國(guó)家，意義更具重大。 9 七、風(fēng)力發(fā)電七、風(fēng)力發(fā)電 風(fēng)是由風(fēng)是由太陽輻射太陽輻射所引起的。風(fēng)力的利用很早以前就所引起的。風(fēng)力的利用很早以前就 開始了，如風(fēng)車、灌

18、溉、磨面等。但發(fā)展很慢。開始了，如風(fēng)車、灌溉、磨面等。但發(fā)展很慢。 風(fēng)能的主要應(yīng)用是風(fēng)能的主要應(yīng)用是風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電。在。在2020世紀(jì)初，丹麥、世紀(jì)初，丹麥、 英國(guó)就研究英國(guó)就研究中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。在。在2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代以后，年代以后， 風(fēng)力發(fā)電才得到較快速的發(fā)展。當(dāng)今世界上大約有風(fēng)力發(fā)電才得到較快速的發(fā)展。當(dāng)今世界上大約有 在運(yùn)行，總發(fā)電功率約為在運(yùn)行，總發(fā)電功率約為400400百萬百萬KWKW，最，最 大的大的。也發(fā)展很快，也發(fā)展很快， 已投入運(yùn)行的已投入運(yùn)行的。 我國(guó)我國(guó) 河西走廊建河西走廊建1200萬萬KW風(fēng)力發(fā)電廠。風(fēng)力發(fā)電廠。 常用的水平軸風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)常

19、用的水平軸風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī) 如右圖所示，主要有如右圖所示，主要有風(fēng)輪風(fēng)輪1 1、機(jī)頭、回轉(zhuǎn)體機(jī)頭、回轉(zhuǎn)體2 2、尾舵尾舵3 3及及塔架塔架4 4等部件組成。等部件組成。 圖11-41 水平軸風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī) 10 第三節(jié)第三節(jié) 蒸汽動(dòng)力循環(huán)及系統(tǒng)蒸汽動(dòng)力循環(huán)及系統(tǒng) 一、一、蒸汽動(dòng)力循環(huán)和汽輪機(jī)作功過程蒸汽動(dòng)力循環(huán)和汽輪機(jī)作功過程 （一）蒸汽動(dòng)力循環(huán)（一）蒸汽動(dòng)力循環(huán) 1.1. 朗肯循環(huán)朗肯循環(huán) 根據(jù)熱力學(xué)第二定律，根據(jù)熱力學(xué)第二定律，卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)的熱效率是最高的。但實(shí)際上所采用的熱效率是最高的。但實(shí)際上所采用 的是最簡(jiǎn)單的蒸汽動(dòng)力裝置理想循環(huán)的是最簡(jiǎn)單的蒸汽動(dòng)力裝置理想循環(huán)朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)。它由。它由

20、 和和所組成，如圖所組成，如圖1-71-7所示。所示。 鍋爐鍋爐，煤在爐中燃燒、放熱，水在鍋爐，煤在爐中燃燒、放熱，水在鍋爐 中定壓吸熱、汽化為中定壓吸熱、汽化為飽和蒸汽飽和蒸汽。 過熱器過熱器，飽和蒸汽在其中吸熱成為，飽和蒸汽在其中吸熱成為過熱蒸汽過熱蒸汽。 汽輪機(jī)汽輪機(jī)，蒸汽在汽輪機(jī)膨脹、作功、乏汽排出。，蒸汽在汽輪機(jī)膨脹、作功、乏汽排出。 凝汽器凝汽器，乏汽進(jìn)入凝汽器并凝結(jié)、放出，乏汽進(jìn)入凝汽器并凝結(jié)、放出潛熱潛熱。 給水泵給水泵，將凝結(jié)水提高壓力并泵入鍋爐，完成一個(gè)循環(huán)。，將凝結(jié)水提高壓力并泵入鍋爐，完成一個(gè)循環(huán)。 11 2.2. 回?zé)嵫h(huán)回?zé)嵫h(huán) 在朗肯循環(huán)中，造成熱效率低的主要原因

21、是工質(zhì)在朗肯循環(huán)中，造成熱效率低的主要原因是工質(zhì)平均吸熱溫度平均吸熱溫度。 為了提高蒸汽平均吸熱溫度，除了為了提高蒸汽平均吸熱溫度，除了提高蒸汽初參數(shù)提高蒸汽初參數(shù)之外，最好的辦法是采之外，最好的辦法是采 用用給水回?zé)峤o水回?zé)帷?就是把汽輪機(jī)中作過功的蒸汽，逐級(jí)抽出來加熱給水，就是把汽輪機(jī)中作過功的蒸汽，逐級(jí)抽出來加熱給水，減少減少 冷源損失冷源損失，同時(shí)，同時(shí)提高鍋爐給水溫度提高鍋爐給水溫度（提高蒸汽平均吸熱溫度），則（提高蒸汽平均吸熱溫度），則提高了提高了 循環(huán)熱效率，如圖循環(huán)熱效率，如圖1-81-8、圖、圖1-61-6所示所示。 12 3. 3. 中間再熱循環(huán)的采用中間再熱循環(huán)的采用 提

22、高蒸汽初壓，可以提高循環(huán)熱效率。但是，蒸汽初壓的提高，提高蒸汽初壓，可以提高循環(huán)熱效率。但是，蒸汽初壓的提高， 將會(huì)引起：乏汽的將會(huì)引起：乏汽的，對(duì)汽輪機(jī)的工作產(chǎn)生不利影響。如果同時(shí)提高，對(duì)汽輪機(jī)的工作產(chǎn)生不利影響。如果同時(shí)提高 蒸汽的初壓和初溫，又要受到金屬蒸汽的初壓和初溫，又要受到金屬的限制。的限制。 為了解決這一問題，為了解決這一問題，采用蒸汽中間再過熱采用蒸汽中間再過熱的辦法。（圖的辦法。（圖1-91-9） 采用采用中間再熱中間再熱，就是讓新，就是讓新蒸汽蒸汽首先進(jìn)入汽輪機(jī)首先進(jìn)入汽輪機(jī) 高壓部分高壓部分膨脹作功膨脹作功，到某一中間壓力時(shí)，到某一中間壓力時(shí)， ，送到鍋爐的再熱器中，送到

23、鍋爐的再熱器中再過熱再過熱，然后再，然后再 送到汽輪機(jī)的中、低壓部分繼續(xù)膨脹作功，如送到汽輪機(jī)的中、低壓部分繼續(xù)膨脹作功，如 圖圖11-511-5所示。經(jīng)再熱后，膨脹末了的所示。經(jīng)再熱后，膨脹末了的乏汽的干乏汽的干 度明顯增大度明顯增大。這樣，就避免了提高初壓或者同。這樣，就避免了提高初壓或者同 時(shí)提高初壓、初溫而帶來的困難。時(shí)提高初壓、初溫而帶來的困難。 13 （二）汽輪機(jī)作功過程（二）汽輪機(jī)作功過程 圖圖1-101-10為為300MW300MW汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)圖，它是由許多級(jí)串聯(lián)組成的，總的內(nèi)功汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)圖，它是由許多級(jí)串聯(lián)組成的，總的內(nèi)功 率為各級(jí)內(nèi)功率之和。率為各級(jí)內(nèi)功率之和。 從從鍋爐

24、鍋爐來的新蒸汽首先經(jīng)高壓主汽閥、高壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)入來的新蒸汽首先經(jīng)高壓主汽閥、高壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)入高壓缸高壓缸，逐級(jí)作，逐級(jí)作 功后排出，送鍋爐功后排出，送鍋爐再熱器再過熱再熱器再過熱；過熱后的再熱蒸汽經(jīng)中壓主汽閥、中壓調(diào)；過熱后的再熱蒸汽經(jīng)中壓主汽閥、中壓調(diào) 節(jié)閥進(jìn)入節(jié)閥進(jìn)入中壓缸作中壓缸作功，然后排出，經(jīng)低壓導(dǎo)汽管送功，然后排出，經(jīng)低壓導(dǎo)汽管送低壓缸低壓缸繼續(xù)作功，從末級(jí)繼續(xù)作功，從末級(jí) 排出后送凝汽器。排出后送凝汽器。 蒸汽通過某蒸汽通過某級(jí)級(jí)時(shí)，首先進(jìn)入噴嘴通道，在其中膨脹加速，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闀r(shí)，首先進(jìn)入噴嘴通道，在其中膨脹加速，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)?動(dòng)能，然后進(jìn)入動(dòng)葉通道，在其中改變方向，或者既改變方向

25、又繼續(xù)膨脹加動(dòng)能，然后進(jìn)入動(dòng)葉通道，在其中改變方向，或者既改變方向又繼續(xù)膨脹加 速，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)機(jī)械能，使葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)作功。速，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)機(jī)械能，使葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)作功。 14 二、汽輪機(jī)設(shè)備及系統(tǒng)二、汽輪機(jī)設(shè)備及系統(tǒng) 汽輪機(jī)設(shè)備及系統(tǒng)包括：汽輪機(jī)本體、控制保安系統(tǒng)、輔助設(shè)備及系汽輪機(jī)設(shè)備及系統(tǒng)包括：汽輪機(jī)本體、控制保安系統(tǒng)、輔助設(shè)備及系 統(tǒng)等。統(tǒng)等。 汽輪機(jī)本體汽輪機(jī)本體由轉(zhuǎn)動(dòng)部分（轉(zhuǎn)子）和固定部分（汽缸）組成；由轉(zhuǎn)動(dòng)部分（轉(zhuǎn)子）和固定部分（汽缸）組成； 控制保安系統(tǒng)控制保安系統(tǒng)包括：主汽閥、調(diào)節(jié)閥、控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)變送器、包括：主汽閥、調(diào)節(jié)閥、控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)變送器、 控制油系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)

26、控制系統(tǒng)、安全保護(hù)裝置等；控制油系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、安全保護(hù)裝置等； 輔助設(shè)備及系統(tǒng)輔助設(shè)備及系統(tǒng)包括：凝汽器、抽氣器、（水環(huán)式真空泵）、高、低包括：凝汽器、抽氣器、（水環(huán)式真空泵）、高、低 壓加熱器、除氧待壓加熱器、除氧待 器、給水泵、凝結(jié)水泵、凝升水泵、循環(huán)水泵等。器、給水泵、凝結(jié)水泵、凝升水泵、循環(huán)水泵等。 汽輪機(jī)重要系統(tǒng)汽輪機(jī)重要系統(tǒng)包括：主蒸汽、再熱蒸汽系統(tǒng)、給水回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)、包括：主蒸汽、再熱蒸汽系統(tǒng)、給水回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)、 凝汽系統(tǒng)、潤(rùn)滑油系統(tǒng)等。凝汽系統(tǒng)、潤(rùn)滑油系統(tǒng)等。 15 第四節(jié)第四節(jié) 汽輪機(jī)基本組成汽輪機(jī)基本組成 汽輪機(jī)本體由轉(zhuǎn)動(dòng)部分（轉(zhuǎn)子）和固定部分（汽缸）組成。其中，汽

27、輪機(jī)本體由轉(zhuǎn)動(dòng)部分（轉(zhuǎn)子）和固定部分（汽缸）組成。其中， 轉(zhuǎn)動(dòng)部分包括主軸、葉輪、動(dòng)葉片、聯(lián)軸節(jié)等；固定部分包括汽缸、蒸汽室、轉(zhuǎn)動(dòng)部分包括主軸、葉輪、動(dòng)葉片、聯(lián)軸節(jié)等；固定部分包括汽缸、蒸汽室、 噴嘴組、隔板、隔板套（或靜葉持環(huán)）、汽封、軸承、軸承座、機(jī)座、滑銷噴嘴組、隔板、隔板套（或靜葉持環(huán)）、汽封、軸承、軸承座、機(jī)座、滑銷 系統(tǒng)等。系統(tǒng)等。 一、汽輪機(jī)的級(jí)一、汽輪機(jī)的級(jí) 汽輪機(jī)的級(jí)由噴嘴葉柵（或靜葉柵）汽輪機(jī)的級(jí)由噴嘴葉柵（或靜葉柵） 和與之相對(duì)應(yīng)的動(dòng)葉柵組成。噴嘴的作用是和與之相對(duì)應(yīng)的動(dòng)葉柵組成。噴嘴的作用是 讓蒸汽在其中流動(dòng)、加速，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)讓蒸汽在其中流動(dòng)、加速，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)

28、能，并以一定方向進(jìn)入動(dòng)葉通道作功。噴嘴能，并以一定方向進(jìn)入動(dòng)葉通道作功。噴嘴 是安裝在噴嘴室或隔半板上的，圖是安裝在噴嘴室或隔半板上的，圖1-111-11。 葉片分靜葉片和動(dòng)葉片。靜葉片安裝在隔板葉片分靜葉片和動(dòng)葉片。靜葉片安裝在隔板 或汽缸上；動(dòng)葉片安裝在葉輪或轉(zhuǎn)鼓上。或汽缸上；動(dòng)葉片安裝在葉輪或轉(zhuǎn)鼓上。 圖1-11 16 二、汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)自是汽輪機(jī)的重要部件，由主軸、軸套、葉輪、葉片、聯(lián)軸節(jié)、轉(zhuǎn)自是汽輪機(jī)的重要部件，由主軸、軸套、葉輪、葉片、聯(lián)軸節(jié)、 軸封套（汽封套）等組成，有的轉(zhuǎn)子還帶動(dòng)主油泵和調(diào)速器等附加設(shè)備。軸封套（汽封套）等組成，有的轉(zhuǎn)子還帶動(dòng)主油泵和調(diào)速器等附加設(shè)備。 三、汽

29、輪機(jī)的汽缸和隔板 汽缸的主要作用是將汽輪機(jī)的通流部分與外界隔開，保證蒸汽在其汽缸的主要作用是將汽輪機(jī)的通流部分與外界隔開，保證蒸汽在其 中作功。此外，它還支承汽輪機(jī)的一些靜止部件（隔板、噴嘴室、汽封套中作功。此外，它還支承汽輪機(jī)的一些靜止部件（隔板、噴嘴室、汽封套 等）。汽缸一般做成具有中分面的對(duì)開形式，分別稱上汽缸和下汽缸。上下等）。汽缸一般做成具有中分面的對(duì)開形式，分別稱上汽缸和下汽缸。上下 汽缸在中分面用法蘭螺栓連接。但現(xiàn)代大型氣輪機(jī)也有采用無中分面的結(jié)構(gòu)汽缸在中分面用法蘭螺栓連接。但現(xiàn)代大型氣輪機(jī)也有采用無中分面的結(jié)構(gòu) 形式的。形式的。 多級(jí)汽輪機(jī)是用隔板將各級(jí)分開的，以保證級(jí)之間的壓

30、差、便于安多級(jí)汽輪機(jī)是用隔板將各級(jí)分開的，以保證級(jí)之間的壓差、便于安 裝靜葉片和防止漏汽。隔板是安裝在汽缸、隔板套（或靜葉持環(huán)）上的。隔裝靜葉片和防止漏汽。隔板是安裝在汽缸、隔板套（或靜葉持環(huán)）上的。隔 板也做成上下兩半，便于安裝轉(zhuǎn)子。反動(dòng)式汽輪機(jī)沒有隔板，其靜葉安裝在板也做成上下兩半，便于安裝轉(zhuǎn)子。反動(dòng)式汽輪機(jī)沒有隔板，其靜葉安裝在 轉(zhuǎn)鼓上的。轉(zhuǎn)鼓上的。 17 四、汽封四、汽封 汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子和固定部分必須留有一定間隙，防止摩擦。但是汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子和固定部分必須留有一定間隙，防止摩擦。但是 有間隙就會(huì)漏汽，產(chǎn)生損失，還會(huì)影響機(jī)組安全。為了減小漏汽和防止空氣漏有間隙就會(huì)漏汽，產(chǎn)生損失，

31、還會(huì)影響機(jī)組安全。為了減小漏汽和防止空氣漏 入，采用了汽封裝置。汽封分入，采用了汽封裝置。汽封分端軸封端軸封和和通流部分汽封通流部分汽封。而通流部分汽封又有。而通流部分汽封又有隔隔 板汽封、葉頂汽封板汽封、葉頂汽封和和軸向汽封軸向汽封。反動(dòng)式汽輪機(jī)還有平衡活塞汽封。反動(dòng)式汽輪機(jī)還有平衡活塞汽封。 為了回收漏汽（工質(zhì)）和熱量，通常在軸端汽封加設(shè)連接管道、閥門為了回收漏汽（工質(zhì)）和熱量，通常在軸端汽封加設(shè)連接管道、閥門 及附屬設(shè)備，形成軸封供汽系統(tǒng)。及附屬設(shè)備，形成軸封供汽系統(tǒng)。 五、汽輪機(jī)軸承五、汽輪機(jī)軸承 汽輪機(jī)軸承包括汽輪機(jī)軸承包括支持軸承支持軸承和和推力軸承推力軸承。支持軸承是承擔(dān)轉(zhuǎn)子質(zhì)量

32、和旋。支持軸承是承擔(dān)轉(zhuǎn)子質(zhì)量和旋 轉(zhuǎn)動(dòng)反力，保證轉(zhuǎn)子的徑向位置。推力軸承是承擔(dān)部分軸向推力，保證轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)反力，保證轉(zhuǎn)子的徑向位置。推力軸承是承擔(dān)部分軸向推力，保證轉(zhuǎn)子的 軸向位置，保證通流部分的軸向間隙。推力軸承工作面也是轉(zhuǎn)子的對(duì)于靜子的軸向位置，保證通流部分的軸向間隙。推力軸承工作面也是轉(zhuǎn)子的對(duì)于靜子的 相對(duì)死點(diǎn)相對(duì)死點(diǎn)。 18 六、聯(lián)軸節(jié)六、聯(lián)軸節(jié) 汽輪機(jī)的高、中、低轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是用聯(lián)軸節(jié)聯(lián)結(jié)成一起的，形汽輪機(jī)的高、中、低轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是用聯(lián)軸節(jié)聯(lián)結(jié)成一起的，形 成軸系。用來傳遞轉(zhuǎn)矩。成軸系。用來傳遞轉(zhuǎn)矩。 七、盤車裝置七、盤車裝置 汽輪機(jī)在沖轉(zhuǎn)前和停機(jī)后，必須讓轉(zhuǎn)子連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)

33、間，以保證其汽輪機(jī)在沖轉(zhuǎn)前和停機(jī)后，必須讓轉(zhuǎn)子連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間，以保證其 均勻受熱和冷卻，避免產(chǎn)生永久性彎曲。帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置稱為盤車裝置。均勻受熱和冷卻，避免產(chǎn)生永久性彎曲。帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置稱為盤車裝置。 盤車轉(zhuǎn)速分盤車轉(zhuǎn)速分低速（低速（35r/min35r/min）盤車）盤車和和高速（高速（4070r/min4070r/min）盤車）盤車。在盤車期間，。在盤車期間， 采用高壓油頂軸裝置將轉(zhuǎn)子頂起來。采用高壓油頂軸裝置將轉(zhuǎn)子頂起來。 八、汽輪機(jī)控制與保護(hù)系統(tǒng)八、汽輪機(jī)控制與保護(hù)系統(tǒng) 汽輪機(jī)控制系統(tǒng)的主要作用是：當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)荷變化時(shí)，改變主汽閥、汽輪機(jī)控制系統(tǒng)的主要作用是：當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)荷變化時(shí)

34、，改變主汽閥、 調(diào)節(jié)閥的開度以改變進(jìn)汽量，調(diào)節(jié)機(jī)組輸出功率，使之與外界負(fù)荷相適應(yīng)，調(diào)節(jié)閥的開度以改變進(jìn)汽量，調(diào)節(jié)機(jī)組輸出功率，使之與外界負(fù)荷相適應(yīng)， 維持發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速在規(guī)定維持發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速在規(guī)定 范圍內(nèi)，保證供電頻率。范圍內(nèi)，保證供電頻率。 汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的作用是汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的作用是：當(dāng)某些參數(shù)（轉(zhuǎn)速、軸向位移、低油壓、真空等）：當(dāng)某些參數(shù)（轉(zhuǎn)速、軸向位移、低油壓、真空等） 超出安全范圍時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作，關(guān)閉所有汽閥，實(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)，避免事故超出安全范圍時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作，關(guān)閉所有汽閥，實(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)，避免事故 發(fā)生與擴(kuò)大，保證機(jī)組安全。發(fā)生與擴(kuò)大，保證機(jī)組安全。 19 第五節(jié)第五節(jié) 汽輪機(jī)分類和

35、型號(hào)表示汽輪機(jī)分類和型號(hào)表示 20 二、汽輪機(jī)的型號(hào)二、汽輪機(jī)的型號(hào) 汽輪機(jī)的型號(hào)隨著廠家的不同而有所不同。一般型號(hào)中都包含了形汽輪機(jī)的型號(hào)隨著廠家的不同而有所不同。一般型號(hào)中都包含了形 式、容量、新汽、再熱汽溫度等信息。根據(jù)汽輪機(jī)的型號(hào)可看出其基本特征。式、容量、新汽、再熱汽溫度等信息。根據(jù)汽輪機(jī)的型號(hào)可看出其基本特征。 我國(guó)國(guó)產(chǎn)汽輪機(jī)的型號(hào)一般包含我國(guó)國(guó)產(chǎn)汽輪機(jī)的型號(hào)一般包含3 3個(gè)信息。最前面的漢語拼音字母表個(gè)信息。最前面的漢語拼音字母表 示汽輪機(jī)的形式（表示汽輪機(jī)的形式（表1-11-1）；接著的數(shù)字表示容量；在短橫之后分別表示新汽）；接著的數(shù)字表示容量；在短橫之后分別表示新汽 壓力、新

36、汽溫度，斜杠后的表示再熱汽溫度或供汽參數(shù)（表壓力、新汽溫度，斜杠后的表示再熱汽溫度或供汽參數(shù)（表1-21-2）。）。 表表1-11-1 代代 號(hào)號(hào)N NB BC CCCCCCBCBH HY Y 形式形式凝汽式凝汽式背壓式背壓式單抽式單抽式雙抽式雙抽式抽背式抽背式船用船用移動(dòng)式移動(dòng)式 21 形形 式式參參 數(shù)數(shù) 表表 示示 法法示示 例例 凝汽式主蒸汽壓力/主蒸汽溫度N100-8.83/535 中間再熱式主蒸汽壓力/主蒸汽溫度/再熱溫度N300-16.6/538/538 抽汽式主蒸汽壓力/高壓抽汽壓力/低壓抽汽壓力C50-8.3/0.98/0.118 背壓式主蒸汽壓力/背壓B50-8.83/0.

37、98 抽汽背壓式主蒸汽壓力/抽汽壓力/背壓CB25-8.83/0.98/0.118 表表1-2 例：例：N100-8.83/535N100-8.83/535，表示表示 CC25-8.83/0.98/0.118CC25-8.83/0.98/0.118, ,表示表示 國(guó)外廠家的型號(hào)表示：國(guó)外廠家的型號(hào)表示： 如：日本三菱如：日本三菱（MitsubishiMitsubishi）TC2F-33.5TC2F-33.5，T T表示單軸，表示單軸，C C表示雙缸，表示雙缸，2F2F表示雙排汽，表示雙排汽， 33.533.5表示末級(jí)葉片高度為表示末級(jí)葉片高度為33.533.5英寸（英寸（851mm)851mm

38、)。 法國(guó)法國(guó)（AlstomAlstom）T2A330-30-2F1044T2A330-30-2F1044，T T表示汽輪機(jī)，表示汽輪機(jī)，2 2表示表示2 2次過熱，次過熱，A A表示對(duì)稱布置，表示對(duì)稱布置， 330330為為330MW330MW，3030表示轉(zhuǎn)速為表示轉(zhuǎn)速為3000r/min3000r/min， 2F2F表示雙排汽，表示雙排汽，10441044表示末級(jí)葉片高度為表示末級(jí)葉片高度為 1024mm1024mm。 22 第二章第二章 汽輪機(jī)級(jí)內(nèi)能量轉(zhuǎn)換過程汽輪機(jī)級(jí)內(nèi)能量轉(zhuǎn)換過程 第一節(jié)第一節(jié) 汽輪機(jī)級(jí)的概念汽輪機(jī)級(jí)的概念 一、汽輪機(jī)的級(jí)一、汽輪機(jī)的級(jí) ：是由一組安裝在噴嘴汽室或隔板

39、上的靜葉柵和一組安裝是由一組安裝在噴嘴汽室或隔板上的靜葉柵和一組安裝 在葉輪上的動(dòng)葉柵所組成，它是汽輪機(jī)在葉輪上的動(dòng)葉柵所組成，它是汽輪機(jī)作功的最小單元作功的最小單元。 汽輪機(jī)的級(jí)如圖汽輪機(jī)的級(jí)如圖2-12-1所示。為了分析方便，取極的所示。為了分析方便，取極的 三個(gè)特征面：即噴嘴前的三個(gè)特征面：即噴嘴前的0-00-0，噴嘴出口截面，噴嘴出口截面1-11-1和和 級(jí)后出口截面級(jí)后出口截面2-22-2。 ：具有一定壓力、溫度的蒸具有一定壓力、溫度的蒸 汽通過汽輪機(jī)的級(jí)時(shí)，首先在靜葉柵通道中得到膨汽通過汽輪機(jī)的級(jí)時(shí)，首先在靜葉柵通道中得到膨 脹加速，將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為高速汽流的動(dòng)能，然脹加速，將蒸

40、汽的熱能轉(zhuǎn)化為高速汽流的動(dòng)能，然 后進(jìn)入動(dòng)葉通道，在其中改變方向或者既改變方向后進(jìn)入動(dòng)葉通道，在其中改變方向或者既改變方向 同時(shí)又膨脹加速，推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，將高速汽流的動(dòng)同時(shí)又膨脹加速，推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，將高速汽流的動(dòng) 能轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)機(jī)械能。能轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)機(jī)械能。 圖2-1 23 3. 3. 蒸汽通過汽輪機(jī)的級(jí)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的條件蒸汽通過汽輪機(jī)的級(jí)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的條件：蒸汽必須具有一定的壓力和蒸汽必須具有一定的壓力和 溫度，而且噴嘴前后截面必須具有溫度，而且噴嘴前后截面必須具有壓差壓差。葉柵通道必須具備。葉柵通道必須具備一定的結(jié)構(gòu)形狀一定的結(jié)構(gòu)形狀。 4.4.蒸汽在級(jí)內(nèi)作功的熱力過程曲線（圖蒸汽在級(jí)內(nèi)作功的

41、熱力過程曲線（圖2-22-2） 0 0是級(jí)前蒸汽狀態(tài)點(diǎn)，是級(jí)前蒸汽狀態(tài)點(diǎn)，0 0* *是級(jí)前蒸汽滯止?fàn)顟B(tài)點(diǎn)。是級(jí)前蒸汽滯止?fàn)顟B(tài)點(diǎn)。 1 1是噴嘴后的實(shí)際狀態(tài)點(diǎn)，是噴嘴后的實(shí)際狀態(tài)點(diǎn)，2 2是級(jí)（即動(dòng)葉）后的是級(jí)（即動(dòng)葉）后的 實(shí)際狀態(tài)點(diǎn)，實(shí)際狀態(tài)點(diǎn)，1t1t是蒸汽理想等熵膨脹到級(jí)后壓力是蒸汽理想等熵膨脹到級(jí)后壓力 狀態(tài)點(diǎn)。狀態(tài)點(diǎn)。 是級(jí)前滯止壓力，是級(jí)前滯止壓力， 是級(jí)前壓力，是級(jí)前壓力， 是噴嘴后的壓力，是噴嘴后的壓力， 是級(jí)后壓力。曲線是級(jí)后壓力。曲線0-10-1是蒸是蒸 汽在噴嘴通道中的膨脹加速過程線，汽在噴嘴通道中的膨脹加速過程線，1-21-2是蒸汽是蒸汽 在動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程線。在

42、動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程線。 0 0* *-0-1-2-0-1-2為級(jí)的為級(jí)的 熱力過程曲線。熱力過程曲線。 為級(jí)的滯止理想焓降，為級(jí)的滯止理想焓降， 為為 級(jí)的理想焓降，級(jí)的理想焓降， 為噴嘴的滯止理想焓降，為噴嘴的滯止理想焓降， 為噴嘴的理想焓降，為噴嘴的理想焓降， 為動(dòng)葉的理想焓降。為動(dòng)葉的理想焓降。 圖圖2-2 * 0 p 0 p 1 p 2 p * t ht h * n h b h n h 24 二、級(jí)的反動(dòng)度二、級(jí)的反動(dòng)度 1.1. 蒸汽作用力：蒸汽作用力： 沖動(dòng)力沖動(dòng)力當(dāng)汽流通過動(dòng)葉通道時(shí)，由于受到動(dòng)葉通道形狀的限制而彎曲當(dāng)汽流通過動(dòng)葉通道時(shí)，由于受到動(dòng)葉通道形狀的限制而彎曲 被迫改

43、變方向，因而產(chǎn)生離心力，離心力作用于葉片上，被稱為被迫改變方向，因而產(chǎn)生離心力，離心力作用于葉片上，被稱為沖動(dòng)力沖動(dòng)力。 反動(dòng)力反動(dòng)力：當(dāng)汽流通過動(dòng)葉通道時(shí)，一方面要改變方向，同時(shí)還要膨脹加當(dāng)汽流通過動(dòng)葉通道時(shí)，一方面要改變方向，同時(shí)還要膨脹加 速，前者會(huì)對(duì)葉片產(chǎn)生一個(gè)沖動(dòng)力，后速，前者會(huì)對(duì)葉片產(chǎn)生一個(gè)沖動(dòng)力，后 者會(huì)對(duì)葉片產(chǎn)生一個(gè)反作用力，者會(huì)對(duì)葉片產(chǎn)生一個(gè)反作用力， 即即反動(dòng)力反動(dòng)力。 這時(shí)蒸汽在汽輪機(jī)的級(jí)所作的機(jī)械功等于蒸汽微團(tuán)流進(jìn)、流出動(dòng)葉通道時(shí)這時(shí)蒸汽在汽輪機(jī)的級(jí)所作的機(jī)械功等于蒸汽微團(tuán)流進(jìn)、流出動(dòng)葉通道時(shí) 其動(dòng)能的變化量。其動(dòng)能的變化量。 通常，動(dòng)葉所受到的作用力有沖動(dòng)力通常，動(dòng)葉

44、所受到的作用力有沖動(dòng)力 ，也有，也有 反動(dòng)力反動(dòng)力 ，合力為，合力為 。合力可分解為圓周分量。合力可分解為圓周分量 和軸向分量和軸向分量 （圖（圖2-32-3）。）。 圖2-3 i F r F u F a F F 25 2. 2. 反動(dòng)度反動(dòng)度：為了描述蒸汽通過汽輪機(jī)某一級(jí)時(shí)在動(dòng)葉通道中的膨脹程度大小，為了描述蒸汽通過汽輪機(jī)某一級(jí)時(shí)在動(dòng)葉通道中的膨脹程度大小， 通常用反動(dòng)度通常用反動(dòng)度 來描述。反動(dòng)度來描述。反動(dòng)度 等于蒸汽在動(dòng)葉通道中膨脹時(shí)的焓等于蒸汽在動(dòng)葉通道中膨脹時(shí)的焓 降降 和在整個(gè)級(jí)的理想焓降和在整個(gè)級(jí)的理想焓降 之比，即之比，即 稱為級(jí)的稱為級(jí)的平均反動(dòng)度平均反動(dòng)度，它是指級(jí)的平均

45、直徑上，它是指級(jí)的平均直徑上 的反動(dòng)度。反動(dòng)度沿葉高是變化的的反動(dòng)度。反動(dòng)度沿葉高是變化的 有了反動(dòng)度之后，顯然有：噴嘴的滯止焓降、動(dòng)有了反動(dòng)度之后，顯然有：噴嘴的滯止焓降、動(dòng) 葉的焓降可寫成：葉的焓降可寫成： b h * t h m m m * )1 ( tmn hh * tmb hh * bb m tnb hh hhh (1 1) 26 三、級(jí)的分類三、級(jí)的分類 根據(jù)級(jí)的反動(dòng)度的大小，可分為沖動(dòng)級(jí)和反動(dòng)級(jí)。根據(jù)級(jí)的反動(dòng)度的大小，可分為沖動(dòng)級(jí)和反動(dòng)級(jí)。 （一）沖動(dòng)級(jí)：（一）沖動(dòng)級(jí)：在在0 0 0.50.5之間的級(jí)稱為沖動(dòng)級(jí)。而把反動(dòng)度之間的級(jí)稱為沖動(dòng)級(jí)。而把反動(dòng)度 =0=0的級(jí)稱為的級(jí)稱為

46、純沖動(dòng)級(jí)。把反動(dòng)度純沖動(dòng)級(jí)。把反動(dòng)度 =0=000.2.2的級(jí)稱為帶反動(dòng)度的沖動(dòng)級(jí)。的級(jí)稱為帶反動(dòng)度的沖動(dòng)級(jí)。 對(duì)于純沖動(dòng)級(jí)來說，蒸汽只在噴嘴通道中進(jìn)行膨脹，在動(dòng)葉中只改變方對(duì)于純沖動(dòng)級(jí)來說，蒸汽只在噴嘴通道中進(jìn)行膨脹，在動(dòng)葉中只改變方 向，動(dòng)葉柵進(jìn)出口處壓力相等，即向，動(dòng)葉柵進(jìn)出口處壓力相等，即 。 純沖動(dòng)級(jí)效率比較低。純沖動(dòng)級(jí)效率比較低。 沖動(dòng)式汽輪機(jī)由于級(jí)的反動(dòng)度較小，葉輪前后壓差小，則輪盤上的沖動(dòng)式汽輪機(jī)由于級(jí)的反動(dòng)度較小，葉輪前后壓差小，則輪盤上的 軸向推力小，故沖動(dòng)式汽輪機(jī)可采用質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊的輪盤式轉(zhuǎn)子；可采軸向推力小，故沖動(dòng)式汽輪機(jī)可采用質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊的輪盤式轉(zhuǎn)子；可采 用

47、較大的徑向間隙。而噴嘴前后壓差大，為了減少軸向漏汽，則可減少漏汽用較大的徑向間隙。而噴嘴前后壓差大，為了減少軸向漏汽，則可減少漏汽 面積，采用隔板結(jié)構(gòu)，隔板汽封直徑較小。面積，采用隔板結(jié)構(gòu)，隔板汽封直徑較小。 m m * 12, 0, btn pphhh 27 （二）（二） 通常把反動(dòng)度通常把反動(dòng)度 = 0.5= 0.5的級(jí)稱為反動(dòng)級(jí)。的級(jí)稱為反動(dòng)級(jí)。對(duì)于反動(dòng)級(jí)來說，蒸汽在靜葉對(duì)于反動(dòng)級(jí)來說，蒸汽在靜葉 和動(dòng)葉通道的膨脹程度相同，即是和動(dòng)葉通道的膨脹程度相同，即是 ， 。 反動(dòng)級(jí)是在沖動(dòng)力和反動(dòng)力同時(shí)作用下作功。反動(dòng)級(jí)是在沖動(dòng)力和反動(dòng)力同時(shí)作用下作功。 反動(dòng)級(jí)的效率比沖動(dòng)級(jí)高，但作功能力小。反

48、動(dòng)級(jí)的效率比沖動(dòng)級(jí)高，但作功能力小。 對(duì)于反動(dòng)級(jí)，噴嘴和動(dòng)葉的膨脹程度相等，故動(dòng)靜葉片可采用相同的葉型對(duì)于反動(dòng)級(jí)，噴嘴和動(dòng)葉的膨脹程度相等，故動(dòng)靜葉片可采用相同的葉型 但動(dòng)葉前后壓差大，為了減少軸向推力，反對(duì)示汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子采用轉(zhuǎn)鼓形但動(dòng)葉前后壓差大，為了減少軸向推力，反對(duì)示汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子采用轉(zhuǎn)鼓形 結(jié)構(gòu)，沒有葉輪。噴嘴葉片直接安裝在汽缸上，動(dòng)葉安裝在轉(zhuǎn)鼓上。結(jié)構(gòu)，沒有葉輪。噴嘴葉片直接安裝在汽缸上，動(dòng)葉安裝在轉(zhuǎn)鼓上。 但是轉(zhuǎn)鼓質(zhì)量大，啟動(dòng)熱慣性大，需要較長(zhǎng)的暖機(jī)時(shí)間。但是轉(zhuǎn)鼓質(zhì)量大，啟動(dòng)熱慣性大，需要較長(zhǎng)的暖機(jī)時(shí)間。 反動(dòng)級(jí)一般采用全周進(jìn)汽。反動(dòng)級(jí)一般采用全周進(jìn)汽。 調(diào)節(jié)級(jí)和壓力級(jí)：調(diào)節(jié)級(jí)和壓力

49、級(jí)：通常把一級(jí)稱為調(diào)節(jié)級(jí)，調(diào)節(jié)級(jí)的進(jìn)汽面積可以控制。通常把一級(jí)稱為調(diào)節(jié)級(jí)，調(diào)節(jié)級(jí)的進(jìn)汽面積可以控制。 其余的級(jí)稱為壓力級(jí)，壓力級(jí)進(jìn)汽面積不能改變。其余的級(jí)稱為壓力級(jí)，壓力級(jí)進(jìn)汽面積不能改變。 復(fù)速級(jí)：復(fù)速級(jí)：在級(jí)的動(dòng)葉輪上安裝有在級(jí)的動(dòng)葉輪上安裝有2 2列動(dòng)葉的級(jí)稱為復(fù)速級(jí)，也稱速度級(jí)。列動(dòng)葉的級(jí)稱為復(fù)速級(jí)，也稱速度級(jí)。 中小機(jī)組用復(fù)速級(jí)作為調(diào)節(jié)級(jí)。中小機(jī)組用復(fù)速級(jí)作為調(diào)節(jié)級(jí)。 * 2 1 * tnb hhh 21 pp 28 圖圖2-42-4，圖，圖2-52-5，圖，圖2-62-6分別表示沖動(dòng)級(jí)、反動(dòng)級(jí)和復(fù)速級(jí)做功示意圖。分別表示沖動(dòng)級(jí)、反動(dòng)級(jí)和復(fù)速級(jí)做功示意圖。 29 （三）基本假設(shè)：（三

50、）基本假設(shè)： 為了研究方便，通常作如下基本假設(shè)：為了研究方便，通常作如下基本假設(shè)： 1. 通過葉柵通道的流動(dòng)是通過葉柵通道的流動(dòng)是穩(wěn)定流動(dòng)穩(wěn)定流動(dòng)：即蒸汽通過葉柵通道時(shí)，參數(shù)不隨時(shí)：即蒸汽通過葉柵通道時(shí)，參數(shù)不隨時(shí) 間變化；間變化； 2. 通過葉柵通道的流動(dòng)是通過葉柵通道的流動(dòng)是絕熱流動(dòng)絕熱流動(dòng)：即蒸汽通過葉柵通道時(shí)，與外界沒有：即蒸汽通過葉柵通道時(shí)，與外界沒有 熱交換。熱交換。 3. 通過葉柵通道的流動(dòng)是通過葉柵通道的流動(dòng)是一元流動(dòng)一元流動(dòng)：即蒸汽通過葉柵通道時(shí)，蒸汽參數(shù)只：即蒸汽通過葉柵通道時(shí)，蒸汽參數(shù)只 沿著流動(dòng)方向變化，而在與流動(dòng)方向相垂直的截面上不變化。沿著流動(dòng)方向變化，而在與流動(dòng)方

51、向相垂直的截面上不變化。 30 第二節(jié)第二節(jié) 蒸汽在級(jí)內(nèi)的流動(dòng)過程蒸汽在級(jí)內(nèi)的流動(dòng)過程 一、蒸汽在噴嘴中的流動(dòng)過程一、蒸汽在噴嘴中的流動(dòng)過程 （一）蒸汽參數(shù)與噴嘴形狀的關(guān)系 1. 1. 連續(xù)方程式：連續(xù)方程式：蒸汽流過圖蒸汽流過圖2-72-7所示噴嘴時(shí)，其連續(xù)方程式為：所示噴嘴時(shí)，其連續(xù)方程式為： 其微分形式：其微分形式： 式中，式中，G G質(zhì)量流量，質(zhì)量流量，kg/skg/s， c c汽流速度，汽流速度，m/sm/s； A A通流面積，通流面積， ； 蒸汽密度，蒸汽密度， 。 . cA GcAconst v 2 m 3 /kg m 0 dAdcd Ac (2-5) 31 2. 動(dòng)量方程式：動(dòng)

52、量方程式： 適用于一元穩(wěn)定流動(dòng)的動(dòng)量方程式為：適用于一元穩(wěn)定流動(dòng)的動(dòng)量方程式為： 根據(jù)（根據(jù)（2-52-5）（）（2-62-6）式，有）式，有 根據(jù)流體力學(xué)有音速：根據(jù)流體力學(xué)有音速： ，代入（，代入（2-72-7），令），令 可得：可得： 式中，式中， 為馬赫數(shù)；為馬赫數(shù)； 噴嘴截面積的變化率；噴嘴截面積的變化率； 汽流速度的變化率。汽流速度的變化率。 0() dp cdccdcvdp 2 1 dAdcc Acdp d 2 adp d/ , a Mc a 2 1 a dAdc M Ac a M /dA A /dc c （2-6） （2-7） （2-8） 32 由（由（2-82-8）可知，噴嘴

53、截面積的變化規(guī)律，不僅和汽流速度有關(guān)，同時(shí)還和）可知，噴嘴截面積的變化規(guī)律，不僅和汽流速度有關(guān)，同時(shí)還和 馬赫數(shù)馬赫數(shù)M M的大小有關(guān)。即的大小有關(guān)。即 （1 1）當(dāng)汽流速度小于音速）當(dāng)汽流速度小于音速，即，即 1 0dc/c0，則必須，則必須dAdA/A 0,/A1 1 時(shí)，若要使汽流能繼續(xù)加速，即時(shí)，若要使汽流能繼續(xù)加速，即 dc/c0dc/c0，則必須，則必須dAdA/A0/A0，也就是說噴嘴截面積必須沿流動(dòng)方向逐漸增加，即，也就是說噴嘴截面積必須沿流動(dòng)方向逐漸增加，即 做成漸擴(kuò)噴嘴。做成漸擴(kuò)噴嘴。 （3 3）當(dāng)汽流速度在噴嘴某截面上剛好等于音速）當(dāng)汽流速度在噴嘴某截面上剛好等于音速，即

54、，即 =1=1，這時(shí)，這時(shí)，dAdA/A /A =0=0。表明橫截面。表明橫截面A A不變化，即不變化，即A A達(dá)到最小值。達(dá)到最小值。 根據(jù)上述分析可知，簡(jiǎn)單的漸縮噴嘴是得不到超音速汽流的。為了根據(jù)上述分析可知，簡(jiǎn)單的漸縮噴嘴是得不到超音速汽流的。為了 達(dá)到超音速，除了噴嘴出口蒸汽壓力必須小于臨界壓力外，還必須在噴嘴形達(dá)到超音速，除了噴嘴出口蒸汽壓力必須小于臨界壓力外，還必須在噴嘴形 狀上加以保證，即作成狀上加以保證，即作成縮放噴嘴縮放噴嘴。汽流通過縮放噴嘴時(shí)，在噴嘴喉部。汽流通過縮放噴嘴時(shí)，在噴嘴喉部達(dá)音速達(dá)音速， 然后在漸擴(kuò)部分達(dá)然后在漸擴(kuò)部分達(dá)超音速超音速。 a M a M a M 3

55、3 對(duì)于對(duì)于漸縮噴嘴漸縮噴嘴: : 當(dāng)出口汽壓降低時(shí)，流速逐漸增加；當(dāng)出口汽壓降低時(shí)，流速逐漸增加； 當(dāng)出口汽壓降低，到臨界壓力時(shí)，汽流速度達(dá)音速；當(dāng)出口汽壓降低，到臨界壓力時(shí)，汽流速度達(dá)音速； 當(dāng)出口汽壓繼續(xù)降低到低于臨界壓力時(shí)，流速仍未臨界速度；當(dāng)出口汽壓繼續(xù)降低到低于臨界壓力時(shí)，流速仍未臨界速度； 如果要得到超音速汽流，則應(yīng)采用縮放噴嘴，汽流在漸擴(kuò)部分由音速繼續(xù)如果要得到超音速汽流，則應(yīng)采用縮放噴嘴，汽流在漸擴(kuò)部分由音速繼續(xù) 升速到超音速。升速到超音速。 圖2-8 34 之所以有這種結(jié)果，是因?yàn)樵谥杂羞@種結(jié)果，是因?yàn)樵?11或或 11時(shí)，蒸汽的比容時(shí)，蒸汽的比容v v和速度和速度 c

56、 c 沿流動(dòng)方向有不同的變化規(guī)律，但必須滿足連續(xù)方程式。沿流動(dòng)方向有不同的變化規(guī)律，但必須滿足連續(xù)方程式。 當(dāng)當(dāng) 111時(shí)，速度時(shí)，速度c c的增加比體積（比容）的增加比體積（比容）v v慢慢 ，因此，截面，因此，截面 積積A A要相應(yīng)增大才能保持每個(gè)截面流量要相應(yīng)增大才能保持每個(gè)截面流量G G不變，如圖不變，如圖2-82-8所示。所示。 35 3. 臨界狀態(tài)、臨界參數(shù) 由圖由圖2-82-8可見，蒸汽在噴嘴中膨脹時(shí)，汽流速度可見，蒸汽在噴嘴中膨脹時(shí)，汽流速度c c逐漸增加，壓力逐漸增加，壓力p p和焓值和焓值h h 逐漸降低，對(duì)應(yīng)的音速相應(yīng)減少。蒸汽在噴嘴中膨脹中，在某一截面上達(dá)臨逐漸降低，對(duì)

57、應(yīng)的音速相應(yīng)減少。蒸汽在噴嘴中膨脹中，在某一截面上達(dá)臨 界（汽流速度等于音速）速度，用界（汽流速度等于音速）速度，用 表示。該截面稱為表示。該截面稱為臨界截面臨界截面，在臨界，在臨界 面上面上 =1=1。這時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)稱為。這時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)稱為臨界狀態(tài)臨界狀態(tài)，相應(yīng)參數(shù)稱為，相應(yīng)參數(shù)稱為臨界參數(shù)臨界參數(shù)，如，如臨臨 界壓力界壓力 ，臨界溫度，臨界溫度 。 （1 1）臨界速度：）臨界速度： 臨界速度的大小取決于蒸汽初終參數(shù)，與過程無關(guān)。臨界速度的大小取決于蒸汽初終參數(shù)，與過程無關(guān)。 （2 2）臨界壓力：）臨界壓力： （3 3）臨界壓力比）臨界壓力比：由（：由（2-92-9）可得，）可得， （2-1

58、0） cr c cr pcr t a M * 0 * 0 2 1 cr cr cr ppk ck k * 0 * 0 2 1 cr cr pp k 1 * 0 2 () 1 k cr k cr p pk （2-9） 36 對(duì)于對(duì)于過熱蒸汽過熱蒸汽（k=1.3)k=1.3)則則 =0.546;=0.546; 對(duì)于對(duì)于飽和蒸汽飽和蒸汽（k =1.135 )k =1.135 )則則 =0.577 .=0.577 . （二）噴嘴出口汽流速度計(jì)算 1. 1. 噴嘴出口汽流理想速度噴嘴出口汽流理想速度 在進(jìn)行噴嘴流動(dòng)計(jì)算時(shí)，噴嘴前的參數(shù)在進(jìn)行噴嘴流動(dòng)計(jì)算時(shí)，噴嘴前的參數(shù) p(p(初速）是已知的條件。按初速

59、）是已知的條件。按 等熵過程膨脹，其過程曲線如圖等熵過程膨脹，其過程曲線如圖1-71-7所示。根據(jù)式能量方程，則噴嘴出口所示。根據(jù)式能量方程，則噴嘴出口 汽流理想速度為汽流理想速度為 式中，式中， 噴嘴出口汽流理想速度，噴嘴出口汽流理想速度，m/sm/s； 噴嘴進(jìn)口汽流初速度，噴嘴進(jìn)口汽流初速度，m/sm/s； 噴嘴進(jìn)口汽流的焓值，噴嘴進(jìn)口汽流的焓值，J/kgJ/kg； 噴嘴出口汽流的焓值，噴嘴出口汽流的焓值，J/kgJ/kg。 cr cr 22 01 01 22 t t cc hh 1t c 0 c 0 h 1t h （2-11） 37 從（從（2-112-11）可得）可得 式中，式中， 噴

60、嘴的理想焓降；噴嘴的理想焓降； 噴嘴的滯止理想焓降。噴嘴的滯止理想焓降。 噴嘴出口汽流理想速度還可以表示為：噴嘴出口汽流理想速度還可以表示為： 式中，式中， 為噴嘴前后壓力比，即為噴嘴前后壓力比，即 2. 2. 噴嘴出口的汽流實(shí)際速度噴嘴出口的汽流實(shí)際速度 實(shí)際流動(dòng)是有損失的，汽流實(shí)際速度小于汽流理想速度。通常用噴嘴速實(shí)際流動(dòng)是有損失的，汽流實(shí)際速度小于汽流理想速度。通常用噴嘴速 度系數(shù)度系數(shù) 來考查兩者之間的差別（通常取來考查兩者之間的差別（通常取 ) )。這樣，噴嘴出口。這樣，噴嘴出口 的汽流實(shí)際速度為的汽流實(shí)際速度為 （2-15） 22* 10100 2()22 ttnn chhchch