第二篇汽机专业基础知识.doc

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1、第二篇 汽轮机基础知识第一节 汽轮机工作原理 蒸汽的冲动作用原理和反动作用原理 冲动作用原理 冲动力：改变其速度的大小和方向则产生一冲动力或汽流改变流动方向对汽道产生一离心力，此力为冲动力，此力的大小取决于单位时间内通过动叶通道的蒸汽质量及其速度的变化 。 反动作用原理 反动力：因汽流膨胀产生一相反力（汽体压力变化），如火箭。 此力的大小取决于汽体压力的变化。 作用在动叶片上的里有：冲动力和反动力冲动式汽轮机级的工作原理和级内能量转换过程及特点。 蒸汽在汽轮机级内的能量转换过程，是先将蒸汽的热能在其喷嘴叶栅中转换为蒸汽所具有的动能，然后再将蒸汽的动能在动叶栅中转换为轴所输出的机械功。具有一定温

2、度和压力的蒸汽先在固定不动的喷嘴流道中进行膨胀加速，蒸汽的压力、温度降低，速度增加，将蒸汽所携带的部分热能转变为蒸汽的动能。从喷嘴叶栅喷出的高速汽流，以一定的方向进入装在叶轮上的动叶栅，在动叶流道中继续膨胀，改变汽流速度的方向和大小，对动叶栅产生作用力，推动叶轮旋转作功，通过汽轮机轴对外输出机械功，完成动能到机械功的转换。由上述可知，汽轮机中的能量转换经历了两个阶段：第一阶段是在喷嘴叶栅和动叶栅中将蒸汽所携带的热能转变为蒸汽所具有的动能，第二阶段是在动叶栅中将蒸汽的动能转变为推动叶轮旋转机械功，通过汽轮机轴对外输出。汽轮机分类 1.按照热力特性分 凝汽式汽轮机 蒸汽在汽轮机中膨胀做功后，在高度

3、真空状态下进入凝汽器凝结成水。有些给水泵汽轮机没有回热系统，称为纯凝汽式汽轮机 背压式汽轮机 蒸汽在汽轮机中膨胀做功后，排汽直接用于供热，不设凝汽器。当排汽作为其他中低压汽轮机的工作蒸汽时，称为前置式汽轮机 调节抽汽式汽轮机 从汽轮机某级后抽出一定压力的部分蒸汽对外供热，其余排汽仍进入凝汽器。由于热用户对供热蒸汽压力有一定要求，需要对抽汽供热压力进行自动调节，故称为调节抽汽。根据供热需进入汽轮机的蒸汽膨胀到某一要，有一次调节抽汽和两次调节抽汽之分 抽汽背压式汽轮机 具有调节抽汽的背压式汽轮机 中间再热式汽轮机 进入汽轮机的蒸汽膨胀到某一压力后，被送往锅炉的再热器进行再热，再热后返回汽轮机继续膨

4、胀做功 混压式汽轮机 利用其他来源的蒸汽引入汽轮机相应的中间级，与原来的蒸汽一起工作。通常用于工业生产的流程中，用来综合利用蒸汽的热能汽轮机其他分类 1.工作原理 冲动式汽轮机主要由冲动级组成，蒸汽主要在喷嘴叶栅中膨胀，在动叶栅中只有少量膨胀 反动式汽轮机 主要由反动级组成，蒸汽在喷嘴叶栅和动叶栅中膨胀程度相同。由于反动级不能做成部分进汽，故调节级常采用单列冲动级或复速级 2.按照主蒸汽压力 低压汽轮机 主蒸汽压力 0.121.5MPa 中压汽轮机 主蒸汽压力 MPa 高压汽轮机 主蒸汽压力MPa 超高压汽轮机 主蒸汽压力 MPa 亚临界压力汽轮机 主蒸汽压力 MPa 超临界压力汽轮机 主蒸汽

5、压力 大于.MPa 超超临界压力汽轮机 主蒸汽压力 大于MPa反动式汽轮机和冲动式汽轮机的优缺点比较？ 不论冲动式汽轮机还是反动式汽轮机，其静叶片的格道都是收缩形的，既槽道的进口宽度大，出口宽度小，蒸汽经过这种槽道后，压力降低，速度增加。但动叶片的槽道则不一样，冲动式汽轮机的槽道进出口宽度基本差不多，从静野流来的蒸汽只在其中改变方向，没有加速，动叶进出口的速度相等；反动式汽轮机动野形成的槽道和静叶相同，也呈收缩形，只是安装方向相反，蒸汽在槽道中不但改变方向，还增加（）了速度，出口压力也比进口压力低。 反动式汽轮机的级效率比冲动式高，大部分为短叶片，制造简单，但每级的压力降较小，总级数较冲动式汽

6、轮机多得多，一般来讲，小容量汽轮机用冲动式为宜，大容量汽轮机采用反动式可改善经济性。提高电厂热力循环效率的途径 电厂热力循环以朗肯循环为基础，根据上面的分析可知，提高电厂热力循 环效率的途径有：提高循环的平均吸热温度，降低循环的平均放热温度，采用 给水回热、蒸汽再热、热电联产和双工质复合循环等。提高蒸汽初参数提高循环效率 在平均放热温度不变的情况下，提高蒸汽的初温可以提高循环的平均吸热温度，因此可以提高循环效率。提高蒸汽初温，也提高了汽轮机排汽干度，减少汽轮机末级叶片水蚀。提高蒸汽的初压力可以提高蒸汽的饱和温度，从而提高循环的平均吸热温度，提高循环效率。但随着蒸汽初压的提高，汽轮机的排汽干度降

7、低，从而限制了蒸汽初压的提高。 提高热力循环初参数受到金属材料所能承受的最高温度的限制。目前，电厂热力循环蒸汽初温在550到600度以下。降低排汽压力提高循环效率 汽轮机的排汽是湿蒸汽，降低了汽轮机的排汽压力就降低了热力循环的平均放热温度，从而使热力循环的效率提高。但是排汽压力的降低会使汽轮机排汽的干度下降，造成汽轮机最后几级蒸汽中的水滴增加，对汽轮机叶片产 生水蚀，影响机组运行的安全。另外电厂一般以大气环境作为冷源，排汽温度的降低还受到环境温度的限制。排汽压力的降低会增大排汽容积流量，从而要求汽轮机有更大的排汽面积，增加了汽轮机末级叶片的长度和凝汽器的尺寸，提高了造价和制造难度。同时循环水泵

8、容量及其耗电景也会增加。因此，汽轮机排汽压力的选择应综合考虑冷却水温度、末级叶片尺寸、凝汽器和循环水泵的投资费用等因素，在进行技术经济比较后确定。采用中间再热提高循环效率 提高电厂热力循环的蒸汽初压力可以提高循环效率，但是蒸汽初压力的 提高却使排汽干度下降，使得提高受到了限制。为了进一步提高蒸汽的初压 力，可以当蒸汽在汽轮机中膨胀到一定压力时，将蒸汽引入锅炉进行再热，从 而提高汽轮机排汽干度。再热汽轮机组不仅可以减少汽轮机低压段的蒸汽含 水量，也提高了循环效率。采用给水回热提高循环效率 给水回热就是利用汽轮机中间级抽汽加热锅炉给水，从而提高锅炉的给水温度热力循环方式。采用给水回热可以使工质在热

9、力循环内部互相传递热量，减少蒸汽在凝汽器中的冷源损失，使循环的效率得以提高。从理论上讲，给水回热级数越多，给水温度越高，整个热力循环越接近卡诺循环，回热循环效率越高。但随着回热级数的增加，循环效率的提高越来越小，回热级数的增加受到设备投资的限制。在一定的回热级数下，给水温度有一个最佳值。目 前对于大型机组来说，给水回热级数一般为 级，给水温度为度。热电联合循环提高循环效率 利用汽轮机中作过功的蒸汽（抽汽或排汽）为热用户供热，这种既发电又 供热的热力循环方式称为热电联合循环。热电联产中，由于部分或全部蒸汽 供给热用户使用，减少了冷源损失，从而提高了燃料的利用率。双工质复合循环提高循环效率 双工质

10、复合循环是利用不同工质的热力特性组成复合循环，从而提高循环的热经济性。目前使用最多是燃气蒸汽联合循环。 燃气蒸汽联合循环 是利用燃气循环平均吸热温度高和蒸汽循环平均放热温度低的特点，用燃气轮机和汽轮机组成联合循环，提高循环效率蒸汽在喷嘴中的热力过程 基本假设和基本方程式 基本假设 为了讨论问题的方便，除把蒸汽当作理想气体处理外，还假设： 1)蒸汽在级内的流动是稳定流动，即蒸汽的所有参数在流动过程中与时间尤关。实际上，绝对的稳定流动是没有的，蒸汽流过一个级时，由于有动叶在喷嘴栅后转过，蒸汽参数总有一些波动。当汽轮机稳定工作时，由于蒸汽参数波动不大，可以相对地认为是稳定流动。 (2)蒸汽在级内的流

11、动是一元流动，即级内蒸汽的任一参数只是沿一个坐标(流程)方向变化，而在垂直截面上没有任何变化。显然，这和实际情况也是不相符的，但当级内通道弯曲变化不激烈，即曲率牛径较大时，可以认为是一元流动。 (3)蒸汽在级内的流动是绝热流动，即蒸汽流动的过程中与外界无热交换。由于蒸汽流经一个级的时间很短暂，可近似认为正确。 基本方程式 在汽乾机的热力计算中，往往需要应用可压缩流体一元流动方程式，这些基本方程式有：状态及过程方程式，连续性方程式和能量守恒方程式。 状态及过程方程式 理想气体的状态方程式为 pv=RT 式中p绝对压力，Pa； v气体比容，m3kg； T热力学温度，K； R气体常数，对于蒸汽，R=

12、461.5J(kgK)。 当蒸汽进行等熵膨胀时，膨胀过程可用下列方程式表示 pvk=常数 其微分形式为 式中：k为绝热指数。对于过热蒸汽，k=1.3；对于湿蒸汽，k=1.035+0.1x，其中x是膨胀过程初态的蒸汽干度。 连续性方程式 在稳定流动的情况下，每单位时间流过流管任一截面的蒸汽流量不变，用公式表示为 Gv=cA 式中G-蒸汽流量，kgs； A-流管内任一截面积，m3 c-垂直于截面的蒸汽速度，m/s v-在截面上的蒸汽比容，m3/kg 能量守恒方程式 根据能量守恒定律可知，加到汽流中的热量与气体压缩功的总和必等于机械功、摩擦功、内能、位能及动能增值的总和。而在汽轮机中，气体位能的变化

13、以及与外界的热交换常可略去不计，同时蒸汽通过叶栅槽道时若只有能量形式的转换，对外界也不做功，则能量守恒方程可表达为 式中h0、h1-蒸汽进入和流出叶栅的焓值，J/kg； c0、c1-蒸汽进入和流出叶栅的速度，m/s； 对于在理想条件下的流动，没有流动损失，与外界没有热交换，也就是说在比等熵条件下，在叶栅出口处的流动速度为理想速度c1t，则 蒸汽在喷嘴中的膨胀过程 蒸汽的滞止参数 滞止参数在h-s，图上的表示如图所示。 喷嘴出口汽流速度 对于稳定的绝热流动过程(等比熵过程)，喷嘴出口蒸汽的理想速度为 喷嘴喷嘴速度系数及动能损失速度系数及动能损失 由于蒸汽在实际流动过程中总是有损失的，所以喷嘴出口

14、蒸汽的实际速度c1总是要小于理想速度clt，速度系数正是反映喷嘴内由于各种损失而使汽流速度减小的一个修正值。 为喷嘴速度系数，是一个小于1的数，其值主要与喷嘴高度、叶型、喷嘴槽道形状、汽体的性质、流动状况及喷嘴表面粗糙度等因素有关。 喷嘴的实际汽流速度c1比理想速度c1t要小，所损失的动能又重新转变为热能，在等压下被蒸汽吸收，比熵增加，使喷嘴出口汽流的比焓值升高。因此，蒸汽在喷嘴内的实际膨胀过程不再按等比熵线进行，而是一条熵增曲线。 喷嘴中的临界条件 在喷嘴中，当蒸汽作等比熵膨胀到某一状态时，汽流速度就和当地音速相等，即c1t=a，则称这时蒸汽达到临界状态，此时马赫数Ma=c1ta=1，这一条

15、件称为临界条件。临界条件下的所有参数均称为临界参数，在右下角以“c”表示，如临界速度c1c、临界压力p1c等。 临界速度为喷嘴临界压力比 实践和理论都可以证明，初压为P0的蒸汽，通过喷嘴后，如果不发生紊乱膨胀，其后边的压力P1不可能无限度降低，对于过热蒸汽，P1只能降至0.546P0，对于干饱和蒸汽，P1只能降至0.577P0 蒸汽通过喷嘴后，压力降至最低的那个极限压力，称为临界压力 ，临界压力和喷嘴前的蒸汽压力之比，称为临界压力比nc缩放喷嘴和渐缩喷嘴 蒸汽在喷嘴中流动的连续流动方程 q=Ac/v 或A=qv/c 当蒸汽流过喷嘴时，比容和流速都增大，如果比容和流速增加的速率相等，则喷嘴的面积

16、相等，-等截面喷嘴 如果比容的增长的速率小于流速增长的速率，这时的v/c的数值是不断缩小的，喷嘴面积A就不断缩小，-渐缩喷嘴 如果比容的增长的速率大于流速增长的速率，这时的v/c的数值是不断增加的，喷嘴面积A就不断增加，-渐扩喷嘴 如果蒸汽在喷嘴中比容的增长的速率先是小于流速增长的速率，当流到某一截面后，又变成比容的增长的速率大于流速增长的速率，-缩放喷嘴 当P1/P0 nc 选用渐缩喷嘴 当P1/P0 nc 选用缩放喷嘴蒸汽在喷嘴斜切部分的膨胀 在汽轮机的一个级中，为保证汽流进入动叶时有良好的方向，在喷嘴出口处总具有一个斜切部分 采用斜切喷嘴可以获得超音速汽流，但只有喷嘴出口处压力p1大于膨

17、胀极限压力p1d，即p1p1d时，采用斜切喷嘴得到超音速汽流才是合理有效的。否则，若p1p1d，则将引起汽流在喷嘴出口处突然膨胀，产生附加损失。 斜切喷嘴可以在一定范围内取代缩放喷嘴 蒸汽在动叶中的流动 蒸汽在静止的喷嘴中从压力p0(当喷嘴进口蒸汽速度不为0时，则应为p0*)膨胀到出口压力p1,速度c1流向旋转的动叶栅。当蒸汽通过动叶时，它一般还要继续作一定膨胀，从喷嘴后的压力p1膨胀到动叶后的压力p2在有损失的情况下，对整个级来说，其理想比焓降ht*该是喷嘴中的理想比焓降hn*和动叶中的理想比焓降hb*之和 反动度：为了表明在一级中，蒸汽在动叶内膨胀程度的大小，我们引入反动度的概念。级的平均

18、直径处的反动度m是动叶内理想比焓降hb和级的理想比焓降ht*之比，即 什么是汽轮机的级？汽轮机的级可分为哪几类？ 一列喷嘴叶栅和其后面相邻的一列动叶栅构成的基本作功单元称为汽轮机的级，它是蒸汽进行能量转换的基本单元。 根据蒸汽在汽轮机内能量转换的特点，可将汽轮机的级分为纯冲动级、反动级、带反动度的冲动级和复速级等几种。汽轮机各类级的特点 1）纯冲动级：蒸汽只在喷嘴叶栅中进行膨胀，而在动叶栅中蒸汽不膨胀。它仅利用冲击力来作功。在这种级中：p1 = p2；Dhb =0；m=0。 （2）反动级：蒸汽的膨胀一半在喷嘴中进行，一半在动叶中进行。它的动叶栅中不仅存在冲击力，蒸汽在动叶中进行膨胀还产生较大的

19、反击力作功。反动级的流动效率高于纯冲动级，但作功能力较小。在这种级中：p1 p2；DhnDhb0.5Dht；m=0.5。 （3）带反动度的冲动级：蒸汽的膨胀大部分在喷嘴叶栅中进行，只有一小部分在动叶栅中进行。这种级兼有冲动级和反动级的特征，它的流动效率高于纯冲动级，作功能力高于反动级。在这种级中：p1 p2；Dhn Dhb 0；m=0.050.35。 （4）复速级：复速级有两列动叶，现代的复速级都带有一定的反动度，即蒸汽除了在喷嘴中进行膨胀外，在两列动叶和导叶中也进行适当的膨胀。由于复速级采用了两列动叶栅，其作功能力要比单列冲动级大。压力级和速度级（按照蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程不同，

20、汽轮机可以分为压力级和速度级） 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。压力级是以利用级组中合理分配的压力降或比焓降为主的级，效率较高 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。 速度级有双列和多列之分，如复速级，它是以利用蒸汽流速为主的级，级的比焓降较大 调节级和非调节级 调节级：通流面积能随负荷改变的级，如喷嘴调节的第一级 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。动叶进出口速度三角形 级的轮周效率和最佳速比 级的轮周有效焓降：1kg蒸汽所做的轮周功 级的轮周效率 ：蒸汽在级内所作的轮周功Wu1与蒸汽在该级中所具有的

21、理想能量E0之比 速比：圆周速度与喷嘴出口汽流速度之比。 最佳速比：轮周效率最高时的速比。 最佳速比：轮周效率最高时的速比。汽轮发电机组的效率汽轮发电机组的各种效率反映各个设备在能量转换和能力传递方面的完善程度。 汽轮机的相对内效率 ：在没有任何损失的理想汽轮机中，蒸汽的理想焓降将全部转化为机械功 ，但在实际汽轮机中，由于存在各种损失，蒸汽在汽轮机中的实际焓降要小于理想焓降，实际发出的功率（即内功率）小于理想功率 内功率与理想功率之比（实际焓降和理想焓降之比）称为汽轮机的相对内效率 汽轮机内效率考虑了所有的内部损失，是一个表示汽轮机内部工作完善程度的指标。目前汽轮机的内效率已达。汽轮发电机组的

22、相对电效率。 机械效率：由于存在轴承摩擦、驱动主油泵和调速器等机械损失，汽轮机轴端输出的功率并不是内功率，而是有功功率（轴端功率）有功功率和汽轮机内功率之比称为机械效率 机械效率表示了汽轮机的机械损失程度，一般为 发电机效率：由于发电机中存在电气损失和机械损失，发电机出线端的电功率要小于汽轮机的有功功率，发电机的输出电功率和有功功率之比称为发电机效率 汽轮发电机组的相对电效率：发电机的输出电功率和汽轮机理想功率之比 多级汽轮机的优点 (1)在全机总比焓降一定时，每个级的比焓降较小，每级都可在材料强度允许的条件下，设计在最佳速度比附近工作，使级效率较高； (2)除级后有抽汽口，或进汽度改变较大等

23、特殊情况外，多级汽轮机各级的余速动能可以全部或部分地被下一级所利用，提高了级的效率； (3)多级汽轮机的大多数级可在不超临界的条件下工作，使喷嘴和动叶在工况变动条件下仍保持一定的效率。同时，由于各级的比焓降较小，速度比一定时级的圆周速度和平均直径也较小，根据连续性方程可知，在容积流量相同的条件下，更使得喷嘴和动叶的出口高度增大，减小了叶高损失，或使得部分进汽度增大，减小了部分进汽损失，这都有利于级效率的提高； (4)与单级汽轮机相比，多级汽轮机的比焓降增大很多，相应地进汽参数大大提高，排汽压力也可显著降低，同时，由于是多级，还可采用回热循环和中间再热循环，这些都使循环热效率大大提高； (5)由

24、于重热现象的存在，多级汽轮机前面级的损失可以部分地被后面各级利用，使全机效率提高。 此外，多级汽轮机的单位功率造价、材料消耗和占地面积都比单级汽轮机明显减小，机组容量越大减小越显著，大大节省了投资。 第二章多级汽轮机 随着对电力需求的日益增长，对汽轮机的要求也越来越高，不仅要求汽轮机有更大的单机容量，而且要有更高的经济性。为提高汽轮机的经济性，除应努力减小汽轮机内的各种损失外，还应努力提高蒸汽的初参数和降低背压，以提高循环热效率；为提高汽轮机的单机功率，除应增大汽轮机的进汽量外，还应增大蒸汽在汽轮机内的比焓降。可以看出，这两方面的共同要求是增大蒸汽在汽轮机内的比焓降。 如果一个比较大的比焓降只

25、在单级内加以利用，其结果将是：要么因为级的最佳速度比大大偏离最佳值而使效率显著降低；要么因为蒸汽的容积流量急骤增大，要求有相当大的级的直径和叶片高度，这在制造上是无法实现的。因此，为保证汽轮机有较高的效率和较大的单机功率，就必须将汽轮机设计成多级汽轮机。在多级汽轮机中每个级只承担部分比焓降，使很大的比焓降逐级有效地加以利用。 多级汽轮机的重热现象和重热系数 在水蒸气的h-s图上等压线是沿着比熵增大的方向逐渐扩张的，也就是说，等压线之间的理想比焓降随着比熵的增大而增大。这样上一级的损失(客观存在)造成比熵的增大将使后面级的理想比焓降增大，即上一级损失中的一小部分可以在以后各级中得到利用，这种现象

26、称为多级汽轮机的重热现象。 由于在各个级中存在损失，使各级的累计理想比焓降hi，大于没有损失时全机总的理想比焓降himac。各级的累计理想比焓降hi，两者之差，即增大的那部分比焓降与没有损失时全机总的理想比降之比，称为重热系数。它永由于重热现象的存在，使全机的相对内效率高于各级平均的相对内效率。这里需特别指出，这一结论只表明当各级有损失时，全机的效率要比各级平均的效率好一些，而不是说有损失时全机的效率比没有损失时全机的效率高。更不应从上式中简单地得出越大，全机效率越高的结论，这是因为口的提高是在各级存在损失，各级效率降低的前提下实现的，重热现象的存在仅仅是使多级汽轮机能回收其损失的一部分而已。

27、永远是一个正值 高中压缸汽轮机的损失 由于各种实际原因，汽轮机在工作中会产生多种形式的损失。汽轮机的损失可以分为内部损失和外部损失，对蒸汽的热力过程和状态不发生影响的损失叫外部损失，对蒸汽热力过程和状态发生影响的叫内部损失。汽轮机的外部损失 1.端部轴封漏汽损失。端部轴封中漏出高压端的和进入低压端的蒸汽都不作任何游泳功。 2.汽缸散热损失。汽缸虽然敷设了保温层，但仍向周围低温空气散热，形成汽缸散热损失。 3.机械损失。汽轮机的内部损失 1.进汽阀门节流损失 。蒸汽进入汽轮机工作级前必须先经过主汽阀、调节阀和蒸汽室 ，蒸汽通过这些部件时就会产生压力降 ，虽然比焓值不变 ，但理想比焓降 降低，形成

28、损失。 2.排汽管阻力损失。汽轮机的排汽从末级动叶流出后通过排汽管进人凝汽器。蒸汽在排汽管中流动时，由于存在摩擦、涡流等产生的阻力，造成蒸汽的压力降落。这部分蒸汽压降并没有做功，形成损失，称为排汽管阻力损失。 3.汽轮机的级内损失 。汽轮机的级内损失一般包括：喷嘴损失；动叶损失；余速损失；叶高损失；扇形损失；叶轮摩擦损失；部分进汽损失；漏汽损失；湿汽损失 汽轮机的级内损失 （1）喷嘴损失：蒸汽在喷嘴叶栅内流动时，汽流与流道壁面之间、汽流各部分之间存在碰撞和摩擦，产生的损失。 （2）动叶损失：因蒸汽在动叶流道内流动时，因摩擦而产生损失。 （3）余速损失：当蒸汽离开动叶栅时，仍具有一定的绝对速度，

29、动叶栅的排汽带走一部分动能，称为余速损失。 （4）叶高损失：由于叶栅流道存在上下两个端面，当蒸汽流动时，在端面附面层内产生摩擦损失，使其中流速降低。其次在端面附面层内，凹弧和背弧之间的压差大于弯曲流道造成的离心力，产生由凹弧向背弧的二次流动，其流动方向与主流垂直，进一步加大附面层内的摩擦损失。 （5）扇形损失：汽轮机的叶栅安装在叶轮外圆周上，为环形叶栅。当叶片为直叶片时，其通道截面沿叶高变化，叶片越高，变化越大。另外，由于喷嘴出口汽流切向分速的离心作用，将汽流向叶栅顶部挤压，使喷嘴出口蒸汽压力沿叶高逐渐升高。而按一元流动理论进行设计时，所有参数的选取，只能保证平均直径截面处为最佳值，而沿叶片高

30、度其它截面的参数，由于偏离最佳值将引起附加损失，统称为扇形损失。 （6）叶轮摩擦损失：叶轮在高速旋转时，轮面与其两侧的蒸汽发生摩擦，为了克服摩擦阻力将损耗一部分轮周功。又由于蒸汽具有粘性，紧贴着叶轮的蒸汽将随叶轮一起转动，并受离心力的作用产生向外的径向流动，而周围的蒸汽将流过来填补产生的空隙，从而在叶轮的两侧形成涡流运动。为克服摩擦阻力和涡流所消耗的能量称为叶轮摩擦损失。 （7）部分进汽损失：它由鼓风损失和斥汽损失两部分组成。在没有布置喷嘴叶栅的弧段处，蒸汽对动叶栅不产生推动力，而需动叶栅带动蒸汽旋转，从而损耗一部分能量；另外动叶两侧面也与弧段内的呆滞蒸汽产生摩擦损失，这些损失称为鼓风损失。当

31、不进汽的动叶流道进入布置喷嘴叶栅的弧段时，由喷嘴叶栅喷出的高速汽流要推动残存在动叶流道内的呆滞汽体，将损耗一部分动能。此外，由于叶轮高速旋转和压力差的作用，在喷嘴组出口末端的轴向间隙会产生漏汽，而在喷嘴组出口起始端将出现吸汽现象，使间隙中的低速蒸汽进入动叶流道，扰乱主流，形成损失，这些损失称为斥汽损失。 （8）漏汽损失：汽轮机的级由静止部分和转动部分组成，动静部分之间必须留有间隙，而在间隙的前后存在有一定的压差时，会产生漏汽，使参加作功的蒸汽量减少，造成损失，这部分能量损失称为漏汽损失。 （9）湿汽损失：在湿蒸汽区工作的级，将产生湿汽损失。其原因是：湿蒸汽中的小水滴，因其质量比蒸汽的质量大，所

32、获得的速度比蒸汽的速度小，故当蒸汽带动水滴运动时，造成两者之间的碰撞和摩擦，损耗一部分蒸汽动能；在湿蒸汽进入动叶栅时，由于水滴的运动速度较小，在相同的圆周速度下，水滴进入动叶的方向角与动叶栅进口几何角相差很大，使水滴撞击在动叶片的背弧上，对动叶栅产生制动作用，阻止叶轮的旋转，为克服水滴的制动作用力，将损耗一部分轮周功；当水滴撞击在动叶片的背弧上时，水滴就四处飞溅，扰乱主流，进一步加大水滴与蒸汽之间的摩擦，又损耗一部分蒸汽动能。以上这些损失称为湿汽损失 汽轮机在变工况下的工作 和弗留盖尔公式 当喷嘴前、后压比变化时，流经喷嘴的蒸汽流量要相应发生变化。反之，当流过喷嘴的蒸汽流量变化时，喷嘴及动叶前

33、后的压力也要随之变化，从而引起级内各项损失、反动度、级的功率、效率、轴向推力及其他的特性的变化 级组是一些流量相等，通流面积不随工况而变(或变化程度相同)的依次串联排列的若干级的组合。当级组内各级的汽流速度均小于临界速度时，称级组为亚临界工况；当级组内至少有一列叶栅(如某一级的喷嘴或动叶)的出口流速达到或超过临界速度时，称级组为临界工况。讨论级组的变工况主要是研究级组前后蒸汽参数与流量之间的变化关系。 弗留格尔公式 对于凝汽式汽轮机，若所取级组的级数较多时弗留格尔公式可近似简化为 弗留盖尔公式应用的条件有哪些？ 弗留盖尔公式的应用条件是：要求级组内的级数较多；各级流量相等；变工况时各级通流面积

34、不变；如果级组中某一级后有抽汽，只要抽汽量随进汽量的变化而按比例变化，各级蒸汽流量按比例变化的条件下，弗留盖尔公式仍然成立。 对于调节级，只有当第一调节汽门开大或关小而其他调节汽门均关闭时，通汽面积才不变，才可把调节级包括在级组内。若调节级在变工况过程中多开了或关闭了一个调节汽门，则改变了通汽面积，就不能包括在级组内，也不能对调节级单独应用流量与压力的关系式进行计算。 弗留格尔公式在工程中的应用 监视汽轮机通流部分运行是否正常。在已知汽轮机功率或流量的条件下，根据弗留格尔公式的计算结果监视某些级组(监视段)前的压力，借此判断该级组是否损坏或结垢等异常现象。 可以推算出不同流量(功率)时各级的压

35、差和比焓降，从而计算出相应的功率、效率及零部件的受力情况。也可以由压力推算出通过各级的流量 调节级压力与流量的关系 在喷嘴配汽的汽轮机中，调节级是特殊级，它的变工况与中间级和末级都不同 调节级动叶最危险工况 喷嘴调节汽轮机在工况变动时，调节级始终为部分进汽。因此，调节级存在部分损失。尽管如此，由于在任一工况下，只有通过尚未完全开启调节阀的那部分蒸汽才有节流作用，所以在部分负荷时喷嘴调节的效率仍较高。喷嘴调节使机组的高压部分(尤其是调节汽室中)在工况变动时温度变化较大，从而引起较大的热应力。因此这种机组在调节级汽室处的汽缸壁可能产生的较大热应力常常成为限制这种机组迅速改变负荷的重要因素。 调节级

36、动叶最危险工况不是在最大负荷，而是在当第一调节阀刚全开时的负荷。 采用喷嘴调节的汽轮机进汽量减小时，各类级的理想焓降如何变化？反动度、速度比、级效率如何变化？ 当汽轮机的工况变化时，按各级在工况变化时的特点通常级分为调节级、中间级和末级组三类。 （1）中间级：在工况变化时，压力比不变是中间级的特点。汽轮机级的理想焓降是级前温度和级的压力比的函数，在工况变化范围不大时，中间级的级前蒸汽温度基本不变。此时级内蒸汽的理想焓降不变，级的速度比和反动度也不变，故级效率不变。随着工况变化范围增大，压力最低的中间级前蒸汽温度开始变化，并逐渐向前推移。当流量减小，级前蒸汽温度降低，中间级的理想焓降减小，其速度

37、比和反动度相应增大。由于设计工况级的速度比为最佳值，级内效率最高，当速度比偏离最佳值时，级内效率降低。而且速度比偏离最佳值愈远，级内效率愈低。 （2）末级组：其特点是级前蒸汽压力与其流量的关系不能简化为正比关系，且级组内级数较少。由于在工况变化流量下降时，汽轮机的排汽压力变化不大，级前压力减小较多。且变工况前级组前后的压力差越大，级前压力降低的多，级后压力降低的少。此时级的压力比增大，级内理想焓降减小，而且末级的压力比和理想焓降变化最大。级的速度比和反动度随理想焓降的减小而增大，速度比偏离最佳值，级效率相应降低。 （3）调节级：调节级前后压力比随流量的改变而改变，其理想焓降亦随之变化。当汽轮机

38、流量减小时，调节级的压力比逐渐减小，调节级焓降逐渐增大。在第一调节阀全开而第二调节阀刚要开启时，级的压力比最小，故此时调节级理想焓降达到最大值。级的理想焓降增大，其速度比和反动度随之减小，速度比偏离最佳值，级效率相应降低。调节级和压力级各自有何特点？ （1）调节级的特点：在工况变化时，通流面积呈阶梯形变化，其理想焓降变化最大。为使其在工况变化时效率相对变化小一些，应尽可能增大调节级的理想焓降。通常其平均直径比高压非调节级大，同时速度比小于最佳值。调节级的效率相对比较低，其理想焓降的取值需考虑汽轮机的效率和整体结构。为了提高调节级的级效率，其应具有一定的反动度。考虑到调节级为部分进汽的级，且叶片

39、较短，为了减小漏汽损失，一般反动度值不宜过大。 （2）压力级的特点：压力级一般是指调节级后各非调节级。根据蒸汽容积流量的大小和压力的高低，将压力级分为三种不同的级组：高压级组、中压级组和低压级组。 A 高压级组：高压级组中蒸汽容积流量不大，其变化相对较小。高压级组的通流部分叶栅高度一般不大，平均直径和叶栅高度变化比较平缓，其各级的能量损失中叶栅端部损失、级内间隙漏汽损失所占比例较大。当蒸汽容积流量较小，可采用部分进汽的措施来提高叶片高度。对于大容量汽轮机，高压级组通流部分叶栅高度虽较大，但为了保证必要的刚度和强度，往往采用较厚的高压隔板和较宽的喷嘴，这将导致喷嘴相对高度降低，端部损失较大。 B

40、中压级组：中压级组介与高压级组与低压级组之间，随着蒸汽的不断膨胀，其容积流量已较大。中压级组一般工作在过热蒸汽区，无湿汽损失，同时各级的端部损失和漏汽损失相对较小，级组中各级的级效率较高。 C低压级组：低压级组指包括最末级在内的几个压力级，其蒸汽压力低，容积流量大，一般工作于湿蒸汽区。由于低压级组蒸汽容积流量急剧增大，导致低压级组的叶栅高度和平均直径相应增大。一般加大直径可限制叶栅高度过分增大，又可增加级的理想焓降，减少级数，但末级的余速损失也会相应增大。低压级由于平均直径增加，叶栅高度增大，圆周速度相应增加，使离心力增大。在目前的技术条件下，末级叶片长度可达1000mm左右，末级的平均直径可

41、达2500mm左右。单排汽口的汽轮机，其最大额定功率可达150MW左右。因此大功率汽轮机的低压部分必须进行分流。为减少湿汽损失，降低湿汽对叶片的冲蚀，限制汽轮机排汽的湿度应不超过1213%，并设置去湿装置和采用去湿措施来降低蒸汽湿度对叶栅的冲蚀。监督各监视段压力有何作用？如何监督？ 在凝汽式汽轮机中，除最后一。二级外，调节级汽室压力和各段抽汽压力均与主蒸汽流量成正比例变化；可以在汽轮机运行中监视这些压力的变化，以判断蒸汽流量的变化及通流部分是否结垢，从而保证机组的安全运行。汽轮机运行中的监视段压力，可与该机组大修后，在初、终参数相同的工况下的监视段压力相比较。如果在同一负荷下，其监视段压力升高

42、，或者在相同监视段压力下机组负荷减少时，则表明该监视段以后的各级有结垢现象。 监视段压力升高有哪些原因？监视抽汽压差的意义是什么？ 监视段压力升高有以下几个原因；（1）负荷增加； （2）汽轮机通流部分结垢； （3）蒸汽参数降低时不减负荷，就必须增加进汽量，因而使监视段压力升高；（4）抽汽突然停止；（5）叶片断落时；（6）凝结器的真空降低时。对抽汽压差进行监视有两个目的：（A）使叶片和隔板不致过负荷损坏；（B）监视抽汽工况的运行情况。多级汽轮机的轴向推力及其平衡 在轴流式汽轮机中，通常是高压蒸汽由一端进入，低压蒸汽由另一端流出，从整体来看，蒸汽对汽轮机转子施加了一个由高压端指向低压端的轴向力，使

43、转子存在一个向低压端移动的趋势，这个力就称为转子的轴向推力。 整个转子上的轴向推力实际上差不多就是各级叶轮上推力的总和，因此对一个级或单级汽轮机来说也存在着轴向推力及其平衡的问题，只不过在多级汽轮机中这个问题更加突出而己。 冲动级上的轴向推力是由作用在动叶上的轴向推力和作用在叶轮轮面上的轴向推力以及作用在轴的凸肩处的轴向推力三部分组成 轴向推力的平衡方法 ：1）叶轮轮面上开平衡孔 ；2）平衡活塞法。在转子通流部分的对侧，加大高压外轴封的直径，加大了直径的鼓形部分称为平衡活塞。在活塞的两端作用着不同的蒸汽压力，以产生相反方向的轴向推力，这就是平衡活塞法。3）相反流动布置法。将蒸汽在汽轮机内的流动

44、安排成有相反方向的流动，使其产生的轴向推力相反，轴向推力得到了平衡；4）止推轴承蒸汽的去湿 减少湿汽损失：采用去湿装置（去湿和回热抽汽结合），减少湿蒸汽中的水 分。去湿装置可去掉蒸汽中含水分的20%25%； 提高动叶片的抗侵蚀能力； 末级叶片蒸汽湿度小于12%15% 减少湿蒸汽中的水分。可采用由捕水口、捕水室和疏水通道组成的级内捕水装置（它是利用水珠受离心力的作用被抛向通流部分外缘的特性而设计的）这些吸水缝可以吸去喷嘴出汽边上的凝结水，从而防止水珠从喷嘴出汽边脱流出去，危害动叶。特性而设计的。也可采用具有吸水缝的空心喷嘴 ， 提高动叶的抗冲蚀能力。可对末几级动叶采用耐冲蚀的材料，例如镍铬钢、不

45、锈锰钢等，均有较好的抗冲蚀性能。也可在动叶进汽边背面上部焊上硬度很高的合金片，形成保护盖板；也有采用电火花强化处理、表面氮化、贴硬质塑料等方法。 #3机去湿#1机汽轮机本体是由哪些部分组成的? 汽轮机本体由 三个部分组成的: (1) 转动部分: 由主轴、叶轮、动叶栅、联轴器及其它装在轴上的零件组成； (2) 固定部分: 由汽缸、喷嘴隔板、隔板套、汽封、静叶片、滑销系统、轴承和支座等组成； (3) 控制部分: 由自动主汽门、调速汽门、调节装置、保护装置和油系统等组成.汽缸、隔板和隔板套，静叶环和静叶持环 汽轮机的汽缸是用来将调节汽室及喷嘴、隔板、隔板套、轴封、滑销等连成一体，与汽轮机转子组成通汽

46、部分，从而保证蒸汽在汽轮机内做功过程的基础部件。 汽轮机隔板是用来固定喷嘴并形成各级之间间隔的。它主要由隔板体、喷嘴叶片和外缘三部分组成。隔板在汽缸中的支撑和定位主要由销钉、悬挂销和键及Z型悬挂销完成的。 高压汽轮机的各级隔板通常不直接固定在汽缸上，而是固定在隔板套上，由隔板套再固定在汽缸上，采用隔板套的优点是使级间距离不受或少受抽汽口影响，从而可以减小汽轮机的轴向尺寸，简化汽缸形状，有利于启动及负荷变化，且在检修时不需反转大盖；缺点是将引起汽缸径向尺寸的法兰厚度增加。 反动式汽轮机没有叶轮和隔板，动叶片直接嵌装在转子的外缘上，静叶环装在汽缸内壁或静叶持环上。汽缸的支撑 汽缸的支承要求平稳并保证汽缸能自由膨胀而不改变它的中心位置 汽缸都是支撑在基础台板（也叫座架