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1、汽轮机原理Steam Turbine Theory 机械学院 热能与环境工程研究所绪论 汽轮机是以蒸汽为工质的旋转式机械，主要用作 发电原动机，也用来直接驱动各种泵、风机、压 缩机和船舶螺旋桨等。一、汽轮机的分类1、按工作原理分冲动式汽轮机反动式汽轮机2、按热力特性分凝汽式汽轮机背压式汽轮机抽汽式汽轮机抽汽背压式汽轮机多压式汽轮机3、按主蒸汽压力分汽轮机类别主蒸汽压力（MPa)低压汽轮机0.121.5中压汽轮机24高压汽轮机610超高压汽轮机1214亚临界压力汽轮机1618超临界压力汽轮机22.1超超临界压力汽轮机32二、汽轮机型号的表示方法汽轮机型号的组成为： XX - XX - XX变型设
2、计次序蒸汽参数额定功率型式例：N300-16.7/538/538300MW凝汽式汽轮机,主蒸汽压力为16.7MPa，温度为 538C,再热蒸汽温度538C。汽轮机型式代号见下表：代号型式代号型式 N凝汽式CB抽汽背压式B背压式CY船用C一次调整抽汽式Y移动式CC两次调整抽汽式HN核电汽轮机第一章 汽轮机级的工作原理 级是汽轮机中最基本的 工作单位 级由静叶栅（喷嘴栅） 和动叶栅组成 本章着重阐述单级汽轮 机的工作原理第一节 蒸汽在级内的流动基本假设 （1）蒸汽在级内的流动是稳定流动 （2）蒸汽在级内的流动是一元流动 （3）蒸汽在级内的流动是绝热流动基本方程式（1）状态方程 pv=RT（2）等熵
3、过程方程pvk=常数（3）连续性方程 Gv=Ac（4）能量守恒方程喷嘴中的热力过程 P0,P1分别是喷嘴进出口压力。 理想热力过程从01。 实际热力过程是02。 0*点是0的滞止参数点。hsh1p112h1thnhc0 0p0P0*0*h0h0*蒸汽滞止和喷嘴出口参数计算喷嘴出口汽流速度的计算喷嘴出口的理想速度c1t为：喷嘴实际出口速度为： 喷嘴速度系数动能损失为：喷嘴动能损失滞止理想比焓降喷嘴的能量损失系数 ：与蒸汽之比喷嘴截面积的变化规律喷嘴中的临界状态临界压力比 只取决于蒸汽本身的性质，与喷嘴的结构无关。对于过热蒸汽：对于干饱和蒸汽：喷嘴中的蒸汽流量（1）理想情况下，当喷嘴前后的压力比
4、大于临界压力比 时，由连续性方程 有：实际流量：称为喷嘴流量系数，它主要与蒸汽状态及蒸汽在喷嘴中 的膨胀程度有关。（2）当喷嘴前后的压力比小于或等于临界压力比时，通过 喷嘴的流量将保持不变，即为临界流量：实际临界流量：对于过热蒸汽，对于饱和蒸汽，由以上分析可知，通过喷嘴的最大蒸汽流量（即临界流 量），在喷嘴出口面积和蒸汽性质确定后，只与蒸汽的初 参数有关；只要初参数已知，则通过喷嘴的临界流量即为 定值。5、彭台门系数当喷嘴进出口压力比处于某个数值时，其相应的流量 Gn与同一初状态下的临界流量Gnc之比值称为流量比，也 称为彭台门系数，记为。6、蒸汽在斜切部分的膨胀 p0pttct如图所示， A
5、B为渐缩 喷嘴的出口截面，即吼口 截面，ABC 即为斜切部分 。当喷嘴出口压力p1大于 临界压力p1c时，蒸汽在斜 切部分不发生膨胀。但当 p1d cr2、 cr n 1d3、n0.3时，就必须考虑其压缩性， 但仍然有：三、多级汽轮机的热力过程线（p112116)第三节 多级汽轮机的轴向推力及其平衡反动式汽轮机的轴向力有100200T，冲动式汽轮机的轴 向力有4080T。一、冲动式汽轮机的轴向推力1、作用在动叶上的轴向推力2、作用在叶轮轮面上的轴向推力隔板轴封漏汽量为通过平衡孔的漏汽量为动叶根部轴向间隙处的漏汽量为如动叶稍有漏气，其流量平衡为(d pdFz,2)3、作用在轴封凸肩上的轴向推力4
6、、转子凸肩上的轴向力二、轴向推力的平衡1、设置平衡活塞p1212、采用具有平衡孔的叶轮p1173、利用汽轮机分缸的反向平衡p1214、采用推力轴承第四节 轴封及其系统一、轴封类型1、高低齿曲径轴封；2、平齿光轴轴封。二、芬诺曲线等流量曲线芬诺曲线三、轴封漏汽量的计算1、最后一个齿隙的汽流速度低于临界速度2、最后一个齿隙的汽流速度等于临界速度第三章 汽轮机在变工况下的工作 汽轮机喷嘴变工况 级变工况 机组变工况 调节级变工况一、渐缩喷嘴的变工况对于渐缩喷嘴，当其初参数及出口面积不变时，通过喷嘴 的流量为：ACBGGcrG1Pcr P1 P1=PcP在流量与出口压力的关系 曲线图中，BC段近似于椭
7、圆 曲线，则：即为彭台门系数，此时通过喷嘴的任意流量G可表示为：当蒸汽的参数发生改变时，喷嘴流量为：1、当初压不变时2、喷嘴前后压力同时变化时 流量锥的概念在实际计算中，大都采用图解法计算流量，即使用 流量锥或是流量网图。假设最大初压为p0m，相应的最大临界流量为G0mm、1、 0之间关系的三 维显示为流量锥，二维表示 为流量网图。（oad为等腰 直角三角形） 渐缩喷嘴流量锥如右图所 示。abdc相对初压相对背压二、缩放喷嘴的变工况（极限压力p132）1、当初压不变时2、初终参数同时改变时三、汽轮机级的变工况喷嘴前、后压力发生变化引起流量的变化。反之，当 流经喷嘴的流量变化时，喷嘴和动叶前后的
8、压力也要随之 变化，从而引起级内各个参数发生变化。本节主要研究级 中诸参数随流量变化而变化的基本规律。（一）设计工况和变动工况均为临界工况1、喷嘴在临界状态2、动叶在临界状态若近似认为 ，则有：用喷嘴参数表示则同理有：小结：当级在临界状态下工作时，不论临界状态是发生在 喷嘴中还是动叶中，其流量均与级前压力成正比，而与 级后压力无关。当c0变化不大（二）设计工况及变工况均为亚临界状态当级在亚临界状态下工作时，通过级的流量与级前 、后的压力均有关动叶进口的撞击损失一、冲角（p50）正冲角时，气流冲击内弧面；负冲角时，气流冲击动叶的背弧面。级负荷变化，是由于流量变化，压力和焓降随之发生变化。于是发生
9、冲击损失。二、撞击损失（p139）焓降增大，导致正冲角；焓降减小，导致负冲角。级内反动度的变化设计工况下的连续性方程焓降减小时的连续性方程，理论上有从p139b图上可以看出，实际情况是因此，级的反动度要增加。焓降减小，速度比增大，级内反动度增大；焓降增大，速度比减小，级内反动度减小；四、汽轮机级组的变工况（一）机组前、后压力与流量的关系机组可以看作一个当量喷嘴 假设最大初压为p0m，相应的最大临界流量为G0m级组前压力的相对值级组后压力的相对值相对流量级组临界压力比试验证明：工况变动时，机组前后的压力与流量的关系可用斯托多拉 流量锥表示，即0、2、m组成流量锥；级数越多，机组的临界压力比就越小
10、；初参数不同的同一级组具有相同的临界压力比。无穷级数的级组中各级均处于亚临界时的流量比为佛留格尔 公式，如下亚临界变工况的流量与机组前后压力平方差的开方成正比。级组中的末级均到达临界状态：例如级组由三级组成,如图示P0P1P2P3P4P5P6G 对第二级有：同理有：（二）机组压力与流量公式的应用条件1、通过同一级组中各级的流量相等；2、不同工况级组中各级的通流截面保持不变；3、通过各级的汽流是一股均质流；4、佛留格尔公式只适用于无穷级数的情况，有限级数时 的精确计算要考虑级组的临界压力比。五、汽轮机的配汽方式和调节级的变工况目前常用的配汽方式有：喷嘴配汽和节流配汽。（一）喷嘴配汽3333222
11、21G 工作过程： 主要特点：机组在部分负荷时，效 率较高。机组的高压部分在工况 变化时温度变化很大，从 而引起较大的热应力。喷嘴调节级压力与流量的关系分析过程中，为了突出调节级主要变工况特点首先对 上页所示的调节级的工作 过程作如下假定：1）忽略调节级后温度变化的影响，调节级后压力P2正比于全机流量；2）各种工况下级的反动度都等于零，p11=p21；3）四个调节汽门依次开启，没有重叠度；4）凡全开调节汽门后的喷嘴组前压力均为p0不变。喷嘴组压力分配曲线（158页）喷嘴组流量分配曲线调节剂效率与流量的关系（160页）调节级、系数，焓降反动度、压力反动度和轮轴效率计算（162163 页）pG018765432调节级出口压力线G10.8G0.4GGQULIMKNVJG简化的调节级的压力与流量的关系（三）节流配汽工作过程：进入汽轮机的所有蒸汽都通过一个调节汽 门，然后进入汽轮机。调节汽门控制流量大小。GP0,t0主汽门调节汽门汽轮机hsh0t0p0p”0p0pc工作特点：1）机组在低负荷时调节汽门中节流损失较大，使扣除进汽机 构节流损失后的理想比焓降减小得较多。（节流效率th ）2）没有调节级 ，结构比较简单 ；3）在工况变动时 ，各级比焓降变化不大，同时级前温度变 化也较小。
