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1、水轮机的工作原理水轮机的工作原理水流在反击式水轮机转轮中的运动水流在反击式水轮机转轮中的运动一、复杂的空间非恒定流一、复杂的空间非恒定流水轮机内的水流运动是复杂的空间非恒定流(spatial transient flow)1)、水头、流量在不断变化2)、叶片形状为空间扭曲面，水流在两叶片之间的流道内为复合运动，流速的大小、方向在不断地变化，而转轮本身也在运动。二、恒定流状态二、恒定流状态水轮机在某一工作状况时，(H、Q、N、 不变)，水流在水轮机的蜗壳、导水叶及尾水管的流动是恒定流。水流在转轮内的流动相对于转轮旋转坐标而言，也是恒定流。三、空间三元流三、空间三元流水流运动是空间三元流，其运动规
2、律用速度三角形表达。WUVV水流绝对流速（相对于地球）W水流随转轮旋转牵连流速U水流沿叶片流动的相对流速用速度三角形分析水流运动的方法是研究转轮流速场的重要方法。水轮机工作的基本方程式水轮机工作的基本方程式对反击式水轮机以一定的速度和方向流进转轮时，由于空间曲面叶片所形成的叶道对水流产生约束，使水流不断改变其运动速度和方向，水流给叶片以反作用力迫使转轮旋转作功。一、动量矩定理一、动量矩定理(principle of momentum moment)单位时间内水流对转轮的动量徒工的改变，应等于作用在该水流上的外力对同轴的力矩总和：单位时间内水流对转轮的动量矩改变，应等于作用在该水流上的外力的力矩
3、总和。即：)(2211rVrVgQMuue其中 M 为水流对转轮的力矩，方程右端为水流本身速度矩的变化。该式表达了水轮机中水流能量转换为旋转机械能的平衡关系。二、水轮机的基本方程二、水轮机的基本方程在稳定工况下(n、Q、H 均不变)，转轮内的水流运动时相对的恒定流，因此转轮的出力为：)(2211rVrVgQMNuue e)(2211uueVUVUgQ又：seeHQN， s为通过水轮机的水力效率。所以，水轮机的基本方程为：2211uusVUVUgH该方程式对反击式、冲击式水轮机均适用。方程的实质方程的实质：由水流能量转换为旋转机械能的平衡方程。水流传给转轮的能量与水流在转轮进出口之间的动量矩的变
4、化相平衡。没有这种动量矩的改变，转轮就不可能获得水流能量而做功。燃气轮机的工作原理燃气轮机的工作原理燃气轮机循环的四个热力过程与工作原理 通常，在可逆的理想情况下，燃气轮机是由四个热力过程组成的正向循环来实现把热能转 化为机械功的动力机械，它们是： （1）理想绝热压缩过程 对于燃气轮机循环，压缩过程是在压气机中完成，过程中工质状态参数将按绝热过程的规 律（pvk=常数）进行变化：压力不断上升，比容逐渐减小，温度伴随增高。由于工质流量 相对大、对外界的散热很小，通常认为与外界没有热量交换，因而是绝热过程，即工质与 外界没有热交换，工质状态变化是靠部分透平膨胀功驱动压气机来实现的。另外，在理想 的
5、可逆情况下，压缩过程中工质的熵值为常数不变，因此理想绝热压缩过程又称为等熵压 缩过程；而实际的绝热压缩过程，由于存在的摩擦涡流等因素的影响，将使工质内能增加 （温度升高更多一些） ，等价于从外部加入同样数量的热量，过程是不可逆的，熵总是增加 的。 （2）等压燃烧过程 燃气轮机循环的加热过程是在燃烧室中完成的，从压气机出来的高压气体吸收喷入燃烧室 的燃料燃烧释放的热量，燃烧过程的结果是使工质吸收了外界加入的热量 Q1，而没有与外 界发生机械功的交换。对于加热过程，工质状态参数将按定压过程的规律（v/T=常数）进 行变化：压力恒定不变（p=常数） ，比容（比体积）不断增加，温度逐渐上升，熵值也相
6、应增加。 （3）理想绝热膨胀过程 燃气轮机循环的膨胀做功过程是在透平中完成，过程中工质状态参数也将按绝热过程的规 律（pvk=常数）进行变化，只不过变化的趋势与压缩过程正相反：压力不断下降，比容逐 渐增大，温度伴随降低。通常也认为与外界没有热量交换，因而也是绝热过程，即工质与 外界没有热交换，借助工质状态变化来实现膨胀做功。同样，在理想的可逆情况下，膨胀 过程中工质的熵值为常数不变，因此理想绝热膨胀过程又称为等熵膨胀过程；而实际的绝 热膨胀过程，由于存在的摩擦涡流等因素的影响，过程是不可逆的，熵总是增加的。 （4）等压放热过程 燃气轮机循环的是向大气环境排气放热来完成的，由于环境相对与循环系统
7、体系来说，可 认为是“无限大” ，其压力为恒定不变，并与外界没有机械功传递。这样，对于放热过程， 工质状态参数也将按如下变化：压力恒定不变（p=常数） ，比容（比体积）不断减小，温 度逐渐下降。汽轮机的工作原理汽轮机的工作原理汽轮机是将蒸汽的热能转换成机械能的蜗轮式机械。在汽轮机中，蒸汽在喷嘴中发生膨胀，压力降低，速度增加，热能转变为动能。如图 1 所示。高速汽流流经动叶片 3 时，由于汽流方向改变，产生了对叶片的冲动力，推动叶轮 2 旋转做功，将蒸汽的动能变成轴旋转的机械能。图 1 冲动式汽轮机工作原理图1-轴；2-叶轮；3-动叶片；4-喷嘴汽轮机主要由转动部分(转子)和固定部分(静体或静子
8、)组成。转动部分包括叶栅、叶轮或转子、主轴和联轴器及紧固件等旋转部件。固定部件包括气缸、蒸汽室、喷嘴室、隔板、隔板套(或静叶持环)、汽封、轴承、轴承座、机座、滑销系统以及有关紧固零件等。套装转子的结构如图 2 所示。套装转子的叶轮、轴封套、联轴器等部件和主轴是分别制造的，然后将它们热套(过盈配合)在主轴上，并用键传递力矩。图 2 套装转子结构1-油封环 2-油封套 3-轴 4-动叶槽 5-叶轮 6-平衡槽汽轮机主要用途是在热力发电厂中做带动发电机的原动机。为了保证汽轮机正常工作，需配置必要的附属设备，如管道、阀门、凝汽器等，汽轮机及其附属设备的组合称为汽轮机设备。图 3 为汽轮机设备组成图。来
9、自蒸汽发生器的高温高压蒸汽经主汽阀、调节阀进入汽轮机。由于汽轮机排汽口的压力大大低于进汽压力，蒸汽在这个压差作用下向排汽口流动，其压力和温度逐渐降低，部分热能转换为汽轮机转子旋转的机械能。做完功的蒸汽称为乏汽，从排汽口排入凝汽器，在较低的温度下凝结成水，此凝结水由凝结水泵抽出送经蒸汽发生器构成封闭的热力循环。为了吸收乏汽在凝汽器放出的凝结热，并保护较低的凝结温度，必须用循环水泵不断地向凝汽器供应冷却水。由于汽轮机的尾部和凝汽器不能绝对密封，其内部压力又低于外界大气压，因而会有空气漏入，最终进入凝汽器的壳侧。若任空气在凝汽器内积累，凝汽器内压力必然会升高，导致乏汽压力升高，减少蒸汽对汽轮机做的有
10、用功，同时积累的空气还会带来乏汽凝结放热的恶化，这两者都会导致热循环效率的下降，因而必须将凝汽器壳侧的空气抽出。凝汽设备由凝汽器、凝结水泵、循环水泵和抽气器组成，它的作用是建立并保持凝汽器的真空，以使汽轮机保持较低的排汽压力，同时回收凝结水循环使用，以减少热损失，提高汽轮机设备运行的经济性。图 3 汽轮机设备组成图1-主汽阀 2-调节阀 3-汽轮机 4-凝汽器 5-抽汽器 6-循环水泵 7-凝结水泵 8-低压加热器 9-除氧器 10-除水泵 11-高压加热器为了调节汽轮机的功率和转速，每台汽轮机有一套由调节装置组成的调节系统。另外，汽轮机是高速旋转设备，它的转子和定子间隙很小，是既庞大又精密的设备。为保证汽轮机安全运行，配有一套自动保护装置，以便在异常情况下发出警报，在危急情况下自动关闭主汽阀，使之停运。调节系统和保护装置常用压力油来传递信号和操纵有关部件。汽轮机的各个轴承也需要油润滑和冷却，因而每台汽轮机都配有一套润滑油系统。
