汽輪機(jī)原理復(fù)習(xí)課2015

1汽輪機(jī)的用途：汽輪機(jī)的作用：汽輪機(jī)以蒸汽作為工質(zhì)，并將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。在火電廠、核電廠和地?zé)犭姀S都用汽輪機(jī)來(lái)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。此外，還可以用小汽輪機(jī)帶動(dòng)給水泵、風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)。汽輪機(jī)的特點(diǎn)：具有單機(jī)功率大、效率高、能長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)。1、汽輪機(jī)的分類(lèi)汽輪機(jī)沖動(dòng)式汽輪機(jī)反動(dòng)式汽輪機(jī)凝汽式汽輪機(jī)供熱式汽輪機(jī)背壓式汽輪機(jī)調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)低壓汽輪機(jī)中壓汽輪機(jī)高壓汽輪機(jī)超高壓汽輪機(jī)亞臨界壓力汽輪機(jī)超（超）臨界壓力汽輪機(jī)按作功原理分按功能分按參數(shù)高低分拼音

數(shù)字—數(shù)字—數(shù)字

型號(hào)的漢語(yǔ)拼音代號(hào)表示法代號(hào)NBCCCCBHY型式凝汽式背壓式一次調(diào)整抽汽式二次調(diào)整抽汽式抽汽背壓式船用

移動(dòng)式2、國(guó)產(chǎn)汽輪機(jī)型號(hào)的表示方法型式蒸汽參數(shù)表示法示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/中間再熱溫度

N300—16.7/537/537抽汽式

主蒸汽壓力/高壓抽汽壓力/低壓抽汽壓力

CC50—8.83/0.98/0.118背壓式

主蒸汽壓力/背壓

B50—8.83/0.98抽汽背壓式主蒸汽壓力/抽汽壓力/背壓

CB25—8.83/0.98/0.118蒸汽參數(shù)表示法3、反動(dòng)度的概念0*0'1sh2p2p1p0*p0Δht*Δhn*Δh’bΔhb4、汽輪機(jī)級(jí)內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換三個(gè)基本假設(shè)、五個(gè)基本方程一元、穩(wěn)定、絕熱流動(dòng)連續(xù)方程、能量方程、狀態(tài)方程動(dòng)量方程、氣動(dòng)方程基本假設(shè)和基本方程式

流過(guò)葉柵通道的蒸汽是具有粘性、非連續(xù)性和不穩(wěn)定三元(維）流的實(shí)際流體。為了研究方便，特作假設(shè)：

(1)蒸汽在葉柵通道的流動(dòng)是穩(wěn)定的：即在流動(dòng)過(guò)程中，通道中任意點(diǎn)的蒸汽參數(shù)不隨時(shí)間變化而改變。

(2)蒸汽在葉柵通道的流動(dòng)是一元（維）流動(dòng)：即蒸汽在葉柵通道中流動(dòng)時(shí)，其參數(shù)只沿流動(dòng)方向變化，而在與流動(dòng)方向相垂直的截面上不變化。

(3)蒸汽在葉柵通道的流動(dòng)是絕熱流動(dòng)：即蒸汽在葉柵通道中流速很快，流動(dòng)時(shí)與外界沒(méi)有熱交換。

基本方程式(1)連續(xù)性方程

(2)能量方程(3)狀態(tài)及過(guò)程方程(4)動(dòng)量方程(5)氣動(dòng)方程，，，，噴嘴截面積的變化規(guī)律

根據(jù)連續(xù)方程式、動(dòng)量方程式、等熵過(guò)程方程，綜合可得：

(2-8)M是馬赫數(shù)(M=c/a)?？梢钥吹?，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)M有關(guān)。（1）當(dāng)汽流速度小于音速，即M<1時(shí)，若要使汽流能繼續(xù)加速，即dc/dx>0，則必須dA/dx<0，即漸縮噴嘴。（2）當(dāng)汽流速度大于音速，即M>1時(shí)，若要使汽流能繼續(xù)加速，即dc/dx>0，則必須dA/dx>0，即漸擴(kuò)噴嘴。（3）當(dāng)汽流速度在噴嘴某截面上剛好等于音速，即M=1，dA/dx=0。表明橫截面A不變化，達(dá)到最小值。顯然，簡(jiǎn)單漸縮噴嘴得不到超音速汽流。為了達(dá)到超音速，除噴嘴出口蒸汽壓力必須小于臨界壓力外，還必須將噴嘴作成縮放噴嘴。汽流在縮放噴嘴喉部達(dá)到音速，然后在漸擴(kuò)部分達(dá)到超音速。圖2—8

壓力、焓降、截面積、汽流速度、音速、比容沿汽道的變化規(guī)律(1）當(dāng)汽流速度小于音速，即M<1時(shí)，若要使汽流能繼續(xù)加速，即dc/dx>0，則必須dA/dx<0，即漸縮噴嘴。（2）當(dāng)汽流速度大于音速，即M>1時(shí)，若要使汽流能繼續(xù)加速，即dc/dx>0，則必須dA/dx>0，即漸擴(kuò)噴嘴。（3）當(dāng)汽流速度在噴嘴某截面上剛好等于音速，即M=1，dA/dx=0。表明橫截面A不變化，達(dá)到最小值。噴嘴流量計(jì)算：臨界流量－>理想流量－>實(shí)際流量噴嘴的平均出氣角、汽流偏轉(zhuǎn)角5、靜葉（噴嘴）中的能量轉(zhuǎn)換

噴嘴出口速度及速度系數(shù)φ、噴嘴損失噴嘴臨界狀態(tài)、噴嘴截面積的變化規(guī)律6、動(dòng)葉中的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程速度三角形c1-u→w1+Ωht→w2+u→c2輪周作用力速度投影—輪周功率Fu·u—輪周功動(dòng)葉損失ψ

余速損失c2

余速損失

由速度三角形可知，蒸汽在動(dòng)葉柵中作功之后，最后以絕對(duì)速度離開(kāi)動(dòng)葉，其具有的動(dòng)能稱(chēng)為余速損失：在多級(jí)汽輪機(jī)中，余速損失可以被下一級(jí)所利用，其利用程度可用余速利用系數(shù)表示，

=0~1。

*考慮了噴嘴損失、動(dòng)葉損失和余速損失之后，汽輪機(jī)的級(jí)在h--s圖上的過(guò)程曲線如右圖所示。圖中，稱(chēng)為級(jí)的輪周有效焓降：

0*01sh2p2p1p0*p0ΔhtΔhbδhbΣδhc2δhnΔh′u7、輪周效率與速度比

最佳速比u/c1→min(c2)在相同焓降和相同流量的情況下，如果汽輪機(jī)工作轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)較高，汽輪機(jī)級(jí)的葉片高度應(yīng)如何變化，為什么？

最佳速度比（1）對(duì)于不考慮余速利用的純沖動(dòng)級(jí)：其最佳速度比是：或一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于反動(dòng)度不為零的沖動(dòng)級(jí)，0.48~0.52；當(dāng)考慮余速利用的中間級(jí)，0.585左右。

（2）對(duì)于復(fù)速級(jí)，其最佳速度比為：

通常，復(fù)速級(jí)的最佳速度比為0.2~0.28。（3）對(duì)于反動(dòng)級(jí)，其最佳速度比為：

若取0.94。8、何為部分進(jìn)汽度，為什么要設(shè)置部分進(jìn)汽度？設(shè)置部分進(jìn)汽度的原則是什么？

為噴嘴節(jié)距，為安裝有噴嘴的弧長(zhǎng)9、汽輪機(jī)的級(jí)共有哪些損失？其產(chǎn)生原因，如何減??？噴嘴損失動(dòng)葉損失余速損失葉高損失部分進(jìn)汽扇形損失摩擦損失漏汽損失濕汽損失輪周效率輪周功率其他損失級(jí)的內(nèi)效率和內(nèi)功率Σδh級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率和內(nèi)功率（1）級(jí)的實(shí)際熱力過(guò)程曲線

由于上述級(jí)內(nèi)損失存在，進(jìn)入級(jí)的蒸汽所具有的理想能量就不可能全轉(zhuǎn)化為有效功。但損失又轉(zhuǎn)換為熱能，加熱蒸汽本身，使動(dòng)葉出口排汽焓值升高?？紤]各種損失之后級(jí)的實(shí)際熱力過(guò)程曲線如圖2-51所示。其中，0點(diǎn)為級(jí)前滯止?fàn)顟B(tài)點(diǎn)，3為有余速利用時(shí)的下一級(jí)級(jí)前進(jìn)口狀態(tài)點(diǎn)。為級(jí)的有效焓降，它表示1kg蒸汽所具有的理想能量最后轉(zhuǎn)化為有效功的能量。越大，級(jí)的內(nèi)效率就越高。

（2）級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率（級(jí)效率）

級(jí)效率是衡量級(jí)內(nèi)能量轉(zhuǎn)換完善成度的最后指標(biāo)。（3）級(jí)的內(nèi)功率0*0'1sh2p2p1p0*p0Δht*ΔhnΔh’bΔhbδhbΣδhδhc2δhn級(jí)的有效焓降Δhi汽輪機(jī)級(jí)內(nèi)損失噴嘴損失動(dòng)葉損失余速損失葉高損失部分進(jìn)汽扇形損失摩擦損失鼓風(fēng)損失漏汽損失濕汽損失輪周效率輪周功率其他損失級(jí)的內(nèi)效率和內(nèi)功率汽輪機(jī)通流部分損失圖2-54葉片圓周速度沿葉高的變化10、為什么要采用多級(jí)汽輪機(jī)？提高功率的途徑：增加進(jìn)汽量和總理想焓降考慮經(jīng)濟(jì)和安全問(wèn)題，單級(jí)汽輪機(jī)有效利用很大理想焓降是不可能的解決方案：多級(jí)汽輪機(jī)。每級(jí)只利用總焓降中的一部分，都在最佳速度比附近工作，有效利用整機(jī)理想焓降，提高機(jī)組效率。11、畫(huà)出多級(jí)汽輪機(jī)的熱力過(guò)程曲線。多級(jí)汽輪機(jī)前一級(jí)排汽狀態(tài)點(diǎn)就是下一級(jí)進(jìn)汽狀態(tài)點(diǎn)。把各點(diǎn)連接起來(lái)，就是熱力過(guò)程曲線，由三部分所組成：進(jìn)汽機(jī)構(gòu)的節(jié)流過(guò)程，各級(jí)實(shí)際膨脹過(guò)程,排汽管道的節(jié)流過(guò)程。12、何為重?zé)岈F(xiàn)象，重?zé)嵯禂?shù)是否越大越好，為什么？前一級(jí)的損失造成的熵增，能使后一級(jí)的理想焓降增加。即前一級(jí)的損失，加熱了蒸汽本身，使后一級(jí)的進(jìn)汽溫度升高，即在后一級(jí)得到了利用——這就是多級(jí)汽輪機(jī)的重?zé)岈F(xiàn)象。這里，決不能誤認(rèn)為α越大越好。因?yàn)棣猎龃?，是以增加損失為代價(jià)的，而重?zé)嶂荒芑厥論p失其中的一小部分。α大會(huì)使整機(jī)的內(nèi)效率降低13、多級(jí)汽輪機(jī)有哪些損失？各是如何產(chǎn)生的？又如何減少？

汽輪機(jī)除了各級(jí)級(jí)內(nèi)損失之外，還有進(jìn)、排汽管道的節(jié)流損失，前后端軸封的漏汽損失，機(jī)械損失。14、齒形軸封的工作原理：從左圖可見(jiàn)到，蒸汽通過(guò)一環(huán)形齒隙時(shí)，由于通道面積減小，速度增加，壓力從

po降到p1

。但是蒸汽進(jìn)入兩齒間的大空間時(shí)，容積突然增大，速度大為減小。由于渦流和碰撞，蒸汽動(dòng)能被消耗而轉(zhuǎn)變成熱量，使蒸汽焓值又回到原值，如左下圖所示。即蒸汽通過(guò)軸封齒隙為一節(jié)流過(guò)程。其后，蒸汽每通過(guò)軸封一齒隙時(shí)，都重復(fù)這一過(guò)程，壓力不斷降低，直到降低到最后一齒后的壓力為止。所以，軸封的作用是將一個(gè)較大的壓差分割成若干個(gè)減小的壓差，從而達(dá)到降低漏汽速度，減小漏汽量的作用。這就是齒形軸封的工作原理。蒸汽每通過(guò)軸封一齒隙時(shí)，壓力不斷降低，容積不斷擴(kuò)大，而流量是相同的。根據(jù)連續(xù)性方程，則流速是越來(lái)越大的，并在最后一齒達(dá)到最大。如左圖所示，ab曲線對(duì)應(yīng)C/v=常數(shù)，bdfh…稱(chēng)為芬諾曲線。(1)進(jìn)汽機(jī)構(gòu)中的壓力損失

由于摩擦和渦流的存在，蒸汽通過(guò)汽輪機(jī)進(jìn)汽管道會(huì)有壓力降低。這個(gè)壓力降低不作功，是一種損失。而第一級(jí)噴嘴前的壓力為，則。由于壓力差p存在，使整機(jī)理想焓降從降為。蒸汽在進(jìn)汽機(jī)構(gòu)中的壓力損失和管道長(zhǎng)短、閥門(mén)型線、蒸汽室形狀及汽流速度有關(guān)。通常，當(dāng)閥門(mén)全開(kāi)時(shí)，汽流速度為（40~60）m/s，則在進(jìn)汽機(jī)構(gòu)中由于節(jié)流所引起的壓力損失為：

對(duì)于大型汽輪機(jī)（如國(guó)產(chǎn)200MW、300MW汽輪機(jī)），中壓缸和低壓缸之間有低壓導(dǎo)汽管道相連接，則低壓導(dǎo)汽管道的壓力損失為：

(2)排汽管道壓力損失乏汽從末級(jí)動(dòng)葉排出，經(jīng)排汽管到凝汽器或供熱管道，蒸汽在其中流動(dòng)時(shí)，因摩擦、渦流等原因，會(huì)造成壓力損失，即排汽管道的壓力損失。若末級(jí)動(dòng)葉出口壓力為，凝汽器的壓力為，則壓力損失為。由于壓力損失的存在，使整機(jī)理想焓降由變?yōu)?。差值為，壓力損失主要取決于流速的大小、排汽管道的型線結(jié)構(gòu)等原因。通常用下式來(lái)估計(jì)排汽管道的壓力損失，即式中，——阻力系數(shù)，一般取=0.05~0.1；

——排汽管中的汽流速度，對(duì)于凝汽機(jī)，取80~100m/s；背壓機(jī)，取40~60m/s。15、解釋?zhuān)浩啓C(jī)的相對(duì)內(nèi)效率、內(nèi)功率、軸端功率、電功率；相對(duì)電效率、循環(huán)熱效率、絕對(duì)電效率；汽耗率、熱耗率。16、多級(jí)汽輪機(jī)軸向推力的平衡辦法。采用平衡孔平衡軸向推力設(shè)置平衡活塞采用多缸反向布置推力軸承所承擔(dān)的軸向推力17、提高汽輪機(jī)單機(jī)容量的措施有哪些？提高新蒸汽的參數(shù)，輔之中間再熱；采用高強(qiáng)度低重度的合金材料；采用多排汽口；采用給水回?zé)嵯到y(tǒng)；提高背壓；采用雙層葉片；采用低轉(zhuǎn)速。汽輪機(jī)裝置的效率及熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)(1)汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率

汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率是衡量汽輪機(jī)內(nèi)能量轉(zhuǎn)換完善程度的重要指標(biāo)。它是整機(jī)的有效焓降與理想焓降之比，即

汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率是考慮了機(jī)組進(jìn)出口管道的壓力損失和各級(jí)內(nèi)能的。

(2)汽輪機(jī)的內(nèi)功率

汽輪機(jī)的內(nèi)功率等于汽輪機(jī)的進(jìn)汽量與有效焓降之乘積。對(duì)于無(wú)回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)的汽輪機(jī)，它的內(nèi)功率為：

(kw)或者，(kw)對(duì)于有回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)的汽輪機(jī)，它的內(nèi)功率為：

其中，D(t/h)、G(kg/s)為汽輪機(jī)各級(jí)蒸汽量，為相應(yīng)有效焓降,n為回?zé)岢槠?jí)數(shù)。(3)汽輪機(jī)的軸端功率、電功率

對(duì)于無(wú)回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)的汽輪機(jī)，軸端功率為：

汽輪機(jī)以軸端功率來(lái)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，還要考慮發(fā)電機(jī)的機(jī)械損失和電氣損失。用表示發(fā)電機(jī)的效率，則在發(fā)電機(jī)的出線端所獲得的電功率為：

其中，，稱(chēng)為相對(duì)電效率。它表示每kg蒸汽所具有的理想焓降中最后轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿姆蓊~，是衡量汽輪發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

(4)

循環(huán)熱效率和絕對(duì)電效率

由于汽輪發(fā)電機(jī)組熱力循環(huán)中存在著冷源損失，所以，為了使得1kg蒸汽獲得理想焓降為的熱量，就需要加給它多許多的熱量。若忽略水泵耗功，并且使裝置按朗肯循環(huán)工作，則裝置的循環(huán)熱效率為：

其中，-------蒸汽的初焓，

-------凝結(jié)水焓，即在背壓pc下的飽和水焓。這里，--為每1kg蒸汽在鍋爐中所獲得的熱量。對(duì)于有回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)來(lái)說(shuō)，則應(yīng)為末級(jí)高壓加熱器出口的給水焓值。這樣，整個(gè)熱力循環(huán)中加給1kg蒸汽的熱量最終轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿姆蓊~稱(chēng)為絕對(duì)電效率，用表示：

(5)汽耗率d,熱耗率q

除了用效率表示汽輪發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性外，還經(jīng)常用汽耗率d和熱耗率q來(lái)表示其經(jīng)濟(jì)性。生產(chǎn)1kwh的電能所需要的蒸汽量稱(chēng)為汽耗率，用d表示，即

（kg/kw.h)

對(duì)于同功率的汽輪機(jī)組，雖然功率相同，但因蒸汽的初終參數(shù)不同，而使得汽耗量不一樣。所以汽耗率d并不宜用來(lái)比較不同類(lèi)型機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，而是采用反映機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的另一指標(biāo)——熱耗率，即發(fā)出1kw.h電能所需要熱量，用q表示：

提高汽輪機(jī)單機(jī)容量的措施

由于單缸單排汽汽輪機(jī)受到極限功率的限制，為了得到更大的功率，就必須采取其他措施，常用的辦法有：(a)提高新蒸汽的參數(shù)，輔之中間再熱能有效地增大整機(jī)的理想焓降。(b)采用高強(qiáng)度低重度的合金材料采用高強(qiáng)度低重度的合金材料制造末級(jí)葉片，就可以在保證葉片強(qiáng)度的條件下，增長(zhǎng)末級(jí)葉片的高度，增大通流面積，增大汽輪機(jī)單機(jī)功率。(c)采用多排汽口當(dāng)前提高汽輪機(jī)單機(jī)功率最有效的辦法。(d)采用給水回?zé)嵯到y(tǒng)：

從汽輪機(jī)中間某些級(jí)抽出部分蒸汽來(lái)加熱給水，一方面可以減少排汽量，同時(shí)也可以增加進(jìn)汽量。減少排汽量，可以降低末級(jí)葉片高度，同時(shí)可以減少冷源損失；增加進(jìn)汽量，可以增大機(jī)組功率，增大高壓部分葉高和部分進(jìn)汽度，提高其效率。這些都是可以提高熱效率的。

以上4點(diǎn)是提高汽輪機(jī)單機(jī)容量的主要措施，另外還有：采用中間再熱,提高背壓；采用雙層葉片；采用低轉(zhuǎn)速等。§3多級(jí)汽輪機(jī)的軸向推力3.1多級(jí)汽輪機(jī)的軸向推力

蒸汽通過(guò)汽輪機(jī)通流部分膨脹作功時(shí)，對(duì)葉片的作用力由圓周分力和軸向分力所組成。其中，圓周分力推動(dòng)葉輪作功，而軸向分力則對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個(gè)軸向推力。一般情況下，作用在沖動(dòng)級(jí)上的軸向推力由4部分所組成：(1)作用在動(dòng)葉片上的軸向力(2)作用在葉輪面上的軸向力(3)作用在輪轂上或者轉(zhuǎn)子凸肩上的軸向力(4)作用在軸封凸肩上的軸向力

3.2軸向推力的平衡方法

在多級(jí)汽輪機(jī)中,總的軸向推力是很大的。特別是反動(dòng)式汽輪機(jī)，其總的軸向推力可達(dá)200~300T，沖動(dòng)式汽輪機(jī)，其總的軸向推力可達(dá)40~80T。這樣大的軸向推力是推力軸承所不能承受的。因此，必須設(shè)法減少總的軸向推力，使之符合推力軸承的能承載能力。也就是說(shuō)，對(duì)汽輪機(jī)總的軸向推力應(yīng)加以平衡。常見(jiàn)的軸向推力平衡辦法有：(1)采用平衡孔平衡軸向推力在葉輪上開(kāi)設(shè)平衡孔可以減少葉輪兩側(cè)的壓力差，從而可以減少作用在葉輪上的軸向力。(2)設(shè)置平衡活塞

如圖所示，在平衡活塞上裝有齒形軸封，當(dāng)蒸汽由活塞的高壓側(cè)向低壓側(cè)流動(dòng)時(shí)，壓力降低。平衡活塞在壓力差作用下，就產(chǎn)生了一個(gè)向左的作用力。這個(gè)力剛好與軸向推力方向相反，起到了平衡作用。(3)推力軸承所承擔(dān)的軸向推力

汽輪機(jī)的運(yùn)行要求推力軸承承擔(dān)一部分軸向推力，以保證汽輪機(jī)運(yùn)行工況發(fā)生變化時(shí)，軸向推力方向不變，達(dá)到機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。推力軸承所承擔(dān)的軸向推力為：

為了安全起見(jiàn)，核算推力軸承時(shí)，其安全系數(shù)應(yīng)大于1.5~1.7。(4)汽缸對(duì)稱(chēng)(反向)布置

采用多缸反向布置，使汽流在不同的汽缸中作反向流動(dòng),其軸向力方向相反，達(dá)到了平衡的目的。圖2---24為多缸反向布置的示意圖。國(guó)產(chǎn)125MW、200MW、300MW汽輪機(jī)都采用多缸反向布置的辦法來(lái)平衡軸向力。

現(xiàn)代火電廠大都用凝汽式汽輪機(jī)發(fā)電，都有凝汽設(shè)備。凝汽設(shè)備工作好壞，對(duì)火電廠的經(jīng)濟(jì)性影響很大。在凝汽式機(jī)組中，通過(guò)凝汽器散去的熱量有時(shí)比用于驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組所消耗的能量還大，一臺(tái)出力為660MW的機(jī)組，其冷段散熱約為780MW，因而凝汽器的運(yùn)行狀況能明顯影響機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。一個(gè)2000MW的發(fā)電廠，若其背壓升高2mbar，在同樣發(fā)電量下，一年的燃料費(fèi)用就會(huì)增加25萬(wàn)英鎊[1]。因此，凝汽器的真空值直接影響汽輪機(jī)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。汽輪機(jī)的凝汽系統(tǒng)及設(shè)備18、畫(huà)出最簡(jiǎn)單的凝汽系統(tǒng)圖，簡(jiǎn)述其主要設(shè)備及其作用。其主要設(shè)備有凝汽器、凝結(jié)水泵、抽氣器、循環(huán)水泵等。（1）汽輪機(jī)；（2）發(fā)電機(jī)；（3）凝汽器：使排汽不斷凝結(jié)成水，建立高度真空；將凝結(jié)時(shí)放出的熱量排出、將凝結(jié)水匯集送走；（4）循環(huán)水泵：提供冷卻水；（5）凝結(jié)水泵：不斷地把凝結(jié)水從凝汽器底部熱井中抽出，并送往給水回?zé)嵯到y(tǒng)；（6）抽氣器：抽出漏入凝汽器內(nèi)的空氣，以維持高度真空。19、運(yùn)行對(duì)凝器設(shè)備的要求。（1）凝汽器冷卻管應(yīng)具有較好的傳熱系數(shù)，保證良好傳熱效果。自然冷卻水泥沙、污染少；（2）凝結(jié)水溫度不應(yīng)低于排汽壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度，以免增加過(guò)冷度。這和供水方式、季節(jié)、地理位置有關(guān)；（3）蒸汽在凝汽器內(nèi)的阻力要小，以降低排汽口壓力和減少凝結(jié)水過(guò)冷度。（4）盡可能減少抽空氣帶出的蒸汽，減小抽氣器功耗。（5）循環(huán)冷卻水流動(dòng)阻力要小，減少循環(huán)水泵功耗。20、凝汽器內(nèi)的壓力如何確定？

蒸汽處于飽和狀態(tài)時(shí)，其壓力與溫度一一對(duì)應(yīng)。所以，凝汽器內(nèi)壓力取決于蒸汽凝結(jié)溫度，故首先要求出排汽溫度。排汽溫度的高低取決于冷卻水的進(jìn)口溫度、冷卻水的溫升和傳熱端差。凝汽器內(nèi)的壓力可根據(jù)相應(yīng)的飽和溫度求得，而排汽溫度可表示為：

=++其中，-------冷卻水的進(jìn)口溫度；

------冷卻水的溫升；

--------傳熱端差。只要求得了溫度，就可以得到相對(duì)應(yīng)的壓力。

21、什么是凝汽器的最有利真空和極限真空？（1）凝汽器的最有利真空：凝汽器的進(jìn)汽量是由外界負(fù)荷決定的，而冷卻水溫升是依靠調(diào)節(jié)冷卻水量來(lái)控制的。冷卻水量增加，可降低冷卻水溫升，降低汽輪機(jī)排汽壓力，增大理想焓降，提高經(jīng)濟(jì)性。但是水泵功率要增大。故存在最佳冷卻水量，即冷卻水量增大，使汽輪機(jī)功率增加所得到收益大于水泵功率增大，凈收益最大。該真空稱(chēng)為凝汽器的最有利真空。（2）凝汽器的極限真空：若真空進(jìn)一步增高，使末級(jí)葉片的斜切部分達(dá)到膨脹極限時(shí)的真空稱(chēng)為凝汽器的極限真空。這時(shí)候余速損失增加。22、空氣漏入對(duì)凝汽器工作的影響

空氣的漏入，對(duì)凝汽器的工作是有影響的：（1）空氣的漏入會(huì)使傳熱效果變差，傳熱端差增大。結(jié)果會(huì)使排汽壓力升高，降低了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性；（2）空氣的漏入，增加了凝結(jié)水中空氣的容解度，對(duì)汽輪機(jī)裝置和管道系統(tǒng)金屬產(chǎn)生腐蝕，影響機(jī)組的安全性；（3）空氣的漏入，會(huì)使空氣分壓增大，使凝結(jié)水的過(guò)冷度增加，影響了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。（4）低壓缸因溫度升高而變形，造成機(jī)組振動(dòng)，影響安全。23、凝汽設(shè)備中抽氣器的任務(wù)是什么？抽汽器的主要類(lèi)型有哪些？凝汽設(shè)備中抽氣器的任務(wù)是：A.在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)使凝汽器內(nèi)建立真空；B.在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)不斷地抽出漏入凝汽器的空氣，以保證凝汽器的正常工作。抽汽器的主要類(lèi)型有：射水式抽汽器、射汽式抽汽器和水環(huán)式真空泵。

25、名詞解釋?zhuān)?）過(guò)冷度（2）凝汽器的汽阻。（3）冷卻倍率。（4）凝汽器的極限真空26、工況：設(shè)計(jì)工況、額定工況、變動(dòng)工況。變動(dòng)工況：當(dāng)外界負(fù)荷變動(dòng)、蒸汽參數(shù)和轉(zhuǎn)速變動(dòng)，都是變動(dòng)工況。27、研究變動(dòng)工況的目的：了解汽輪機(jī)在不同工況下的效率變化，以設(shè)法使效率變化不多。了解汽輪機(jī)在不同工況下受力情況，保證機(jī)組安全。汽輪機(jī)的變工況特性28、當(dāng)噴嘴前后參數(shù)同時(shí)變化時(shí)，其流量變化為：

由于溫度比變化不大，則上式為：

當(dāng)兩種工況均為臨界流量時(shí)，則==1，則式（3—5a）為

或者29、為什么在設(shè)計(jì)汽輪機(jī)時(shí)，應(yīng)盡可能的避免使用縮放噴嘴？30、動(dòng)葉出口初撞擊損失(1)與沖角絕對(duì)值的大小相關(guān)；(2)與沖角的正、負(fù)有關(guān)，正沖角引起的撞擊損失大于負(fù)沖角引起的損失；(3)與葉柵的反動(dòng)度有關(guān)，反動(dòng)式葉柵同樣沖角產(chǎn)生的損失比沖動(dòng)式葉柵小；(4)還與葉柵的相對(duì)節(jié)距、軸向間隙、表面粗糙度等因素相關(guān)。撞擊損失的影響因素：31、級(jí)內(nèi)反動(dòng)度的變化結(jié)論：當(dāng)級(jí)的焓降減?。ㄋ俣缺仍黾樱r(shí)，則反動(dòng)度增大；當(dāng)級(jí)的焓降增加（速度比減?。r(shí)，則反動(dòng)度減小。并且，反動(dòng)度的變化與原設(shè)計(jì)值大小有關(guān)，原設(shè)計(jì)值大，變化就??；相反，原設(shè)計(jì)值小，變化就大。32、弗留格爾公式（1）通過(guò)同一級(jí)組各級(jí)的流量應(yīng)相同；（2）在不同工況下，各級(jí)組的面積應(yīng)保持不變。（3）適用于具有無(wú)窮多級(jí)數(shù)的機(jī)組。33、汽輪機(jī)的負(fù)荷調(diào)節(jié)方式有幾種？各有什么優(yōu)點(diǎn)？解答：汽輪機(jī)的負(fù)荷調(diào)節(jié)的方式有噴嘴調(diào)節(jié)、節(jié)流調(diào)節(jié)、滑壓調(diào)節(jié)和復(fù)合調(diào)節(jié)四種。采用噴嘴調(diào)節(jié)的汽輪機(jī)，在外負(fù)荷變化時(shí)，各調(diào)節(jié)閥按循序逐個(gè)開(kāi)啟或關(guān)閉。由于在部分負(fù)荷下，幾個(gè)調(diào)節(jié)閥中只有一個(gè)或兩個(gè)調(diào)節(jié)閥未全開(kāi)，因此在相同的部分負(fù)荷下，汽輪機(jī)的進(jìn)汽節(jié)流損失較小，其內(nèi)效率的變化也較小。從經(jīng)濟(jì)性的角度，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷經(jīng)常變動(dòng)時(shí)，這種調(diào)節(jié)方式較為合理。

汽輪機(jī)采用節(jié)流調(diào)節(jié)，在部分負(fù)荷下，所有的調(diào)節(jié)閥均關(guān)小，進(jìn)汽節(jié)流損失較大，在相同的部分負(fù)荷下，其內(nèi)效率相應(yīng)較低，因此這種調(diào)節(jié)方式僅適應(yīng)于帶基本負(fù)荷的汽輪機(jī)。另外，采用節(jié)流調(diào)節(jié)的汽輪機(jī)沒(méi)有調(diào)節(jié)級(jí)，在工況變化時(shí)，高、中壓級(jí)的溫度變化較小，故啟動(dòng)升速和低負(fù)荷時(shí)對(duì)零件加熱均勻。采用滑壓調(diào)節(jié)的汽輪機(jī)，在外負(fù)荷變化時(shí)，調(diào)節(jié)閥保持全開(kāi)，通過(guò)改變進(jìn)汽壓力，使進(jìn)汽量和蒸汽的理想焓降變化，改變機(jī)組的功率，與外負(fù)荷的變化相適應(yīng)。在相同的部分負(fù)荷下，由于所有的調(diào)節(jié)閥均全開(kāi)，節(jié)流損失最小。但在部分負(fù)荷下，由于進(jìn)汽壓力降低，循環(huán)效率隨之降低。另外，由于鍋爐調(diào)節(jié)遲緩，在部分負(fù)荷下，若所有的調(diào)節(jié)閥均全開(kāi)，當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，調(diào)節(jié)閥不能參與動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，機(jī)組的負(fù)荷適應(yīng)性較差。只有單元機(jī)組，或可切換為單元制連接的機(jī)組，其汽輪機(jī)才能采用復(fù)合調(diào)節(jié)方式。復(fù)合調(diào)節(jié)方式是上述調(diào)節(jié)方式的組合。它有兩種組合方式：其一是高負(fù)荷區(qū)采用額定參數(shù)定壓運(yùn)行噴嘴調(diào)節(jié)；中間負(fù)荷段采用滑壓運(yùn)行；低負(fù)荷區(qū)，采用低參數(shù)定壓運(yùn)行節(jié)流調(diào)節(jié)，即“定－滑－定”的調(diào)節(jié)方式。其二是低負(fù)荷區(qū)，采用低參數(shù)定壓運(yùn)行節(jié)流調(diào)節(jié)，其他負(fù)荷區(qū)采用滑壓運(yùn)行，即“滑－定”的調(diào)節(jié)方式。由于復(fù)合調(diào)節(jié)方式包含滑壓調(diào)節(jié)方式，也只有單元機(jī)組，或可切換為單元制連接的機(jī)組，其汽輪機(jī)才能采用。對(duì)于亞臨界機(jī)組，在高負(fù)荷區(qū)采用額定參數(shù)定壓運(yùn)行噴嘴調(diào)節(jié)，節(jié)流損失不大，循環(huán)效率沒(méi)有降低，其經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于滑壓運(yùn)行方式。另外，可使部分負(fù)荷下滑壓運(yùn)行的主蒸汽壓力相應(yīng)提高，使循環(huán)效率降低較少，提高滑壓運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，而且可以利用已關(guān)閉的高壓調(diào)節(jié)閥參與動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，提高機(jī)組對(duì)外界負(fù)荷變化的適應(yīng)能力。在低負(fù)荷區(qū)采用低參數(shù)定壓運(yùn)行節(jié)流調(diào)節(jié)，有利于鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于超臨界機(jī)組，在高負(fù)荷區(qū)等壓線和等溫線很陡，采用滑壓調(diào)節(jié)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于額定參數(shù)定壓運(yùn)行噴嘴調(diào)節(jié)，若不參加電網(wǎng)調(diào)頻，在高、中負(fù)荷區(qū)采用滑壓調(diào)節(jié)；在低負(fù)荷區(qū)采用低參數(shù)定壓運(yùn)行節(jié)流調(diào)節(jié)，即“滑－定”的復(fù)合調(diào)節(jié)方式。若參加電網(wǎng)調(diào)頻，仍要采用“定－滑－定”的復(fù)合調(diào)節(jié)方式。主蒸汽壓力變化，對(duì)機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響？解答：在初壓變化時(shí)，若保持調(diào)節(jié)閥開(kāi)度不變，此時(shí)除少數(shù)低壓級(jí)之外，絕大多數(shù)級(jí)內(nèi)蒸汽的理想焓降不變，故汽輪機(jī)的效率基本保持不變，但其進(jìn)汽量將隨之改變。對(duì)于凝汽式機(jī)組或某一級(jí)葉柵為臨界狀態(tài)的機(jī)組，其進(jìn)汽量與初壓的變化成正比，由于此時(shí)汽輪機(jī)內(nèi)蒸汽的理想焓降隨初壓升高而增大，機(jī)組功率的相對(duì)變化大于機(jī)組進(jìn)汽量的相對(duì)變化。對(duì)于不同背壓的級(jí)組，背壓越高，初壓改變對(duì)功率的影響越大。當(dāng)主蒸汽溫度不變，主蒸汽壓力升高時(shí)，蒸汽的初焓減??；此時(shí)進(jìn)汽流量增加，回?zé)岢槠麎毫ι?，給水溫度隨之升高，給水在鍋爐中的焓升減小，一公斤蒸汽在鍋爐內(nèi)的吸熱量減少。此時(shí)進(jìn)汽量雖增大，但由于進(jìn)汽量的相對(duì)變化小于機(jī)組功率的相對(duì)變化，故熱耗率相應(yīng)減小，經(jīng)濟(jì)性提高，反之亦然。采用噴嘴調(diào)節(jié)的機(jī)組，初壓改變時(shí)保持功率不變。當(dāng)初壓增加時(shí)，一個(gè)調(diào)節(jié)閥關(guān)小，其節(jié)流損失增大，故汽輪機(jī)的內(nèi)效率略有降低。雖然初壓升高使循環(huán)效率增高，但經(jīng)濟(jì)性不如調(diào)節(jié)閥開(kāi)度不變的工況。采用節(jié)流調(diào)節(jié)的機(jī)組，若保持功率不變，初壓升高時(shí)，所有調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度相應(yīng)減小，在相同條件下，進(jìn)汽節(jié)流損失大于噴嘴調(diào)節(jié)。初壓升高使循環(huán)效率增大的經(jīng)濟(jì)效益，幾乎全部被進(jìn)汽節(jié)流損失相抵消。初壓升高時(shí)，所有承壓部件受力增大，尤其是主蒸汽管道、主汽門(mén)、調(diào)節(jié)閥、噴嘴室、汽缸等承壓部件，其內(nèi)部應(yīng)力將增大。初壓升高時(shí)若初溫保持不變，使在濕蒸汽區(qū)工作的級(jí)濕度增大，末級(jí)葉片的工作條件惡化，加劇其葉片的侵蝕，并使汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率降低。若初壓升高過(guò)多，而保持調(diào)節(jié)閥開(kāi)度不變，由于此時(shí)流量增加，軸向推力增大，并使末級(jí)組蒸汽的理想焓降增大，會(huì)導(dǎo)致葉片過(guò)負(fù)荷。此時(shí)調(diào)節(jié)級(jí)汽室壓力升高，使汽缸、法蘭和螺栓受力過(guò)大，高壓級(jí)隔板前后壓差增大。因此對(duì)機(jī)組初壓和調(diào)節(jié)級(jí)汽室壓力的允許上限值有嚴(yán)格的限制。當(dāng)初壓降低時(shí)，要保持汽輪機(jī)的功率不變，則要開(kāi)大調(diào)節(jié)閥，增加進(jìn)汽量。此時(shí)各壓力級(jí)蒸汽的流量和理想焓降都相應(yīng)增大，則蒸汽對(duì)動(dòng)葉片的作用力增加，會(huì)導(dǎo)致葉片過(guò)負(fù)荷，并使機(jī)組的軸向推力相應(yīng)增大?，F(xiàn)代汽輪機(jī)在設(shè)計(jì)工況下，進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥的富余開(kāi)度不大，保證在其全開(kāi)時(shí)，動(dòng)葉片的彎曲應(yīng)力和軸向推力不超限。34、主蒸汽和再熱蒸汽溫度變化，對(duì)機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有何影響？解答：（1）初溫變化對(duì)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響：汽輪機(jī)的初溫升高，蒸汽在鍋爐內(nèi)的平均吸熱溫度提高，循環(huán)效率提高，熱耗率降低。另外，由于初溫升高，凝汽式汽輪機(jī)的排汽濕度減小，其內(nèi)效率也相應(yīng)提高。循環(huán)效率和汽輪機(jī)的效率提高，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性相應(yīng)提高。反之，汽輪機(jī)的初溫降低，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性相應(yīng)降低。由于初溫的變化，汽輪機(jī)的進(jìn)汽量和進(jìn)汽比焓值均變化，汽輪機(jī)的功率也相應(yīng)變化。在汽輪機(jī)的進(jìn)汽壓力和調(diào)節(jié)閥開(kāi)度不變時(shí)，進(jìn)汽量與主蒸汽絕對(duì)溫度的二次方根成反比。對(duì)于非再熱機(jī)組，在進(jìn)排汽壓力不變時(shí)，其理想焓降與主蒸汽絕對(duì)溫度成正比。汽輪機(jī)功率的相對(duì)變化與主蒸汽溫度的的二次方根成正比。對(duì)于再熱機(jī)組，由于假定主蒸汽壓力和再熱蒸汽溫度不變，此時(shí)再熱蒸汽壓力因流量減少而降低，主蒸汽溫度變化時(shí)對(duì)機(jī)組功率的影響小于非再熱機(jī)組，但其功率的變化仍與主蒸汽溫度的的二次方根成比例。汽輪機(jī)的進(jìn)汽部分和高壓部分與高溫蒸汽直接接觸，蒸汽初溫升高時(shí)，金屬材料的溫度升高，機(jī)械強(qiáng)度降低，蠕變速度加快，許用應(yīng)力下降，從而使機(jī)組的使用壽命縮短。在調(diào)節(jié)閥開(kāi)度不變，主蒸汽溫度降低時(shí)，汽輪機(jī)功率相應(yīng)減小。要保持機(jī)組功率不變，要開(kāi)大調(diào)節(jié)閥，進(jìn)一步增加進(jìn)汽量。此時(shí)對(duì)于低壓級(jí)、特別是末級(jí)，流量和焓降同時(shí)增大，導(dǎo)致動(dòng)葉柵上蒸汽的作用力增加，其彎曲應(yīng)力可能超過(guò)允許值，且轉(zhuǎn)子的軸向推力相應(yīng)增大。另外，主蒸汽溫度的降低，導(dǎo)致低壓級(jí)的濕度增大，使?jié)駳鈸p失增大，對(duì)動(dòng)葉片的沖蝕作用加劇。若蒸汽初溫突然大幅度降低，則可能產(chǎn)生水沖擊，引起機(jī)組出現(xiàn)事故。再熱蒸汽溫度變化對(duì)機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響：再熱機(jī)組的再熱蒸汽溫度變化，對(duì)機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響與主蒸汽溫度變化的影響相似。所不同的是再熱蒸汽溫度變化時(shí)，僅對(duì)中、低壓缸的理想焓降和效率產(chǎn)生影響，而對(duì)高壓缸的影響極小。只是再熱蒸汽溫度升高時(shí)，其比容相應(yīng)增大，容積流量增加，再熱器內(nèi)流動(dòng)阻力增大，使高壓缸排汽壓力略有增加。因此再熱蒸汽溫度變化1℃，對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響小于主蒸汽溫度變化1℃時(shí)產(chǎn)生的影響。熱電廠供熱汽輪機(jī)背壓汽輪機(jī)調(diào)節(jié)抽汽汽輪機(jī)供電供熱工業(yè)用熱采暖用熱單抽汽輪機(jī)0.8~3.6MPa(8~36ata)0.05~0.12MPa（0.5~1.2ata)雙抽汽輪機(jī)前置汽輪機(jī)采暖汽輪機(jī)6335、熱電循環(huán)的采用

雖然對(duì)基本蒸汽動(dòng)力循環(huán)加了回?zé)嵯到y(tǒng)和再熱系統(tǒng)，但熱效率低于40%。這是因?yàn)榉ζ湃肽鳎谄渲心Y(jié)、放出潛熱。而這一熱量（低位）占工質(zhì)在鍋爐中總吸熱量的60~65%，完全作為冷源損失被排放。這部分熱能數(shù)量、溫度低，不能再進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為機(jī)械功。但在一定條件下，這種低位熱能是可以得到利用的。熱電循環(huán)就是利用這一低位熱能：生產(chǎn)電能；將作過(guò)功的部分或者全部蒸汽引出，送熱用戶，作為生產(chǎn)用汽或采暖用汽。64

36、熱電循環(huán)有兩種形式：（1）背壓式汽輪機(jī)（如圖1-7）背壓機(jī)是最簡(jiǎn)單的熱電循環(huán)。背壓機(jī)的排汽全部送給熱用戶，無(wú)冷源損失。其缺點(diǎn)在于不能同時(shí)滿足熱、電兩負(fù)荷的要求。（2）

抽汽供熱式汽輪機(jī)（圖1-8）為了避免背壓機(jī)的缺點(diǎn)，熱電廠大多采用抽汽供熱式汽輪機(jī)。有一次調(diào)節(jié)抽汽和二次調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)的熱電循環(huán)。它們能同時(shí)滿足熱、電兩負(fù)荷的要求，也能同時(shí)供應(yīng)不同參數(shù)要求的用戶。但帶有凝汽器。進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽，在其中膨脹作功，在某一（或者兩處）中間級(jí)被抽出來(lái)，送到熱用戶。最后還有部分蒸汽排入凝汽器內(nèi)，放出潛熱。所以，其熱效率要比背壓式汽輪機(jī)低。

圖1-837、為什么說(shuō)供熱式汽輪機(jī)的熱經(jīng)濟(jì)性比凝汽式汽輪機(jī)好？對(duì)于凝汽式汽輪機(jī)，其熱效率為：其中，W為汽輪機(jī)發(fā)出的電能，Qo為蒸汽在鍋爐中的吸熱量。對(duì)于供熱式汽輪機(jī)來(lái)說(shuō)，同時(shí)發(fā)電W和供熱Q，其熱效率為：式中，Q/W稱(chēng)為供熱式汽輪機(jī)熱電比。由于>1。供熱式汽輪機(jī)的熱效率比凝汽式汽輪機(jī)高。38、簡(jiǎn)述背壓汽輪機(jī)“以熱定電”的運(yùn)行方式.

一般情況下，背壓式汽輪機(jī)的排汽狀態(tài)和供熱量是根據(jù)用戶的需要確定的。這樣新蒸汽進(jìn)入背壓機(jī)1膨脹作功后，排汽送到熱用戶4。由于無(wú)回?zé)岢槠?，進(jìn)汽量等于排汽量。故，當(dāng)熱負(fù)荷增大時(shí)，進(jìn)汽量增大，發(fā)電功率增大；反之亦然。這就是背壓式汽輪機(jī)以熱定電的運(yùn)行方式。39、作出一次調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)的系統(tǒng)圖和熱力過(guò)程曲線。。40、作出一次調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)的工況圖7.1超臨界汽輪機(jī)超臨界汽輪機(jī)(supercriticalsteamturbine)水的臨界點(diǎn)參數(shù)為:臨界壓力pc=22.129MPa,臨界溫度tc=374.15℃,臨界焓hc=2095.2kJ/kg,臨界熵sc=4.4237kJ/(kg·K),臨界比容vc=0.003147m3/kg。當(dāng)水的壓力p<pc,水在定壓下加熱變?yōu)檎羝钠A段,呈現(xiàn)濕飽和蒸汽狀態(tài),汽化過(guò)程處于水與蒸汽兩相共存的狀態(tài)。當(dāng)水的壓力p=pc,水的汽化階段縮為一點(diǎn)(臨界點(diǎn)),即汽化在一瞬間完成;水在pc下定壓加熱到tc時(shí)就立即全部汽化,無(wú)水與蒸汽兩相共存的汽化過(guò)程,但有相變點(diǎn)(pc,tc)。當(dāng)水的壓力p>pc,水在定壓下加熱逐漸變?yōu)檫^(guò)熱蒸汽,無(wú)汽化過(guò)程,無(wú)相變點(diǎn)。工程上,把主蒸汽壓力p0<pc的汽輪機(jī)稱(chēng)為亞臨界汽輪機(jī),把p0>pc的汽輪機(jī)稱(chēng)為超臨界汽輪機(jī)。超臨界汽輪機(jī)特點(diǎn)效率高、回?zé)崾褂梅秶鷱V；蒸汽比體積小,汽輪機(jī)體積?。怀休d件壁厚增大。

7.2超臨界汽輪機(jī)的性能及綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析（1）初壓提高對(duì)機(jī)組熱耗率的影響有利因素：汽輪機(jī)整機(jī)比焓降增大；新汽比焓降低，鍋爐中吸熱量減少；給水溫度提高，給水比焓增大；汽輪機(jī)排汽量減少，余速損失、冷源損失降低。不利因素：給水泵功耗增大；進(jìn)汽體積流量減少，高壓缸內(nèi)效率稍低；排汽濕度增大，低壓缸內(nèi)效率稍低；高、中壓缸兩端軸封和流通部分漏氣損失增大。

（2）超臨界壓力機(jī)組的熱耗率與16.2MPa機(jī)組比較，22.3MPa300MW機(jī)組熱耗下降1.3%，600MW機(jī)組下降1.6%，1000MW機(jī)組下降1.8%。（3）超臨界壓力機(jī)組的初溫和再熱溫度新汽溫度和再熱溫度同時(shí)提高30℃，機(jī)組熱耗率下降1.5%-1.8%;兩次再熱,降低1.5%-2.0%,但是,系統(tǒng)復(fù)雜,造價(jià)高;（4）超臨界壓力機(jī)組的末級(jí)葉片（5）綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析提高效率與降低投資運(yùn)行成本。

7.3超超臨界汽輪機(jī)超超臨界的由來(lái)在國(guó)際上,超超臨界汽輪機(jī)(UltraSupercriticalSteamTurbine)與超臨界汽輪機(jī)的蒸汽參數(shù)劃分尚未有統(tǒng)一看法。有些學(xué)者把蒸汽參數(shù)為超臨界壓力與蒸汽溫度大于或等于593℃稱(chēng)為超超臨界汽輪機(jī),蒸汽溫度593℃可以是主蒸汽溫度,也可以是再熱蒸汽溫度;有些學(xué)者把主蒸汽壓力大于27.5MPa且蒸汽溫度大于580℃稱(chēng)為超超臨界汽輪機(jī)。1979年日本電源開(kāi)發(fā)公司(EPDC)提出超超臨界蒸汽參數(shù)(UltraSupercriticalSteamCondition)的概念,簡(jiǎn)寫(xiě)為USC,也稱(chēng)為高效超臨界或超級(jí)超臨界。目前,超超臨界汽輪機(jī)的提法已被工程界廣泛接受和認(rèn)可,在傳統(tǒng)的超臨界蒸汽參數(shù)24.2MPa/538℃/538℃的基礎(chǔ)上,通過(guò)提高主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度或主蒸汽壓力改善熱效率。國(guó)外提高超臨界機(jī)組的蒸汽參數(shù)有兩種途徑:日本：通過(guò)把主蒸汽和再熱蒸汽的溫度提高到593℃或600℃;歐洲：把蒸汽參數(shù)提高到28MPa和580℃。超超臨界汽輪機(jī)的主要技術(shù)問(wèn)題§3核電汽輪機(jī)3.1濕蒸汽汽輪機(jī)的特點(diǎn)3.2反應(yīng)堆和核電站汽輪機(jī)參數(shù)3.3濕蒸汽汽輪機(jī)的水蝕核電汽輪機(jī)的蒸汽參數(shù)及流量特點(diǎn)核電汽輪機(jī)的主蒸汽來(lái)自核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)的蒸汽發(fā)生器。主蒸汽是含有濕度的飽和蒸汽，其參數(shù)如壓力和溫度較低，濕度較大(一般為0.2%0.4%)。因此在與火電汽輪機(jī)排汽壓力相近的情況下，核電汽輪機(jī)蒸汽做功的有效焓降小，一般約為火電再熱機(jī)組的一半(如嶺澳核電站汽輪機(jī)在最大連續(xù)!)*+(工況下主汽閥前蒸汽的壓力為6.43MPa，溫度為279℃，焓值為2773kJ/kg，濕度為0.47%)。火電汽輪機(jī)用的主蒸汽來(lái)自燃煤、燃?xì)饣蛉加偷腻仩t，主蒸汽為高壓、高溫的過(guò)熱蒸汽，如火電600MW亞臨界機(jī)組的主蒸汽壓力和溫度分別為16.7MPa和538℃，超臨界機(jī)組的主蒸汽壓力和溫度分別為24.22MPa和566℃。核電汽輪機(jī)的蒸汽參數(shù)及流量特點(diǎn)如果機(jī)組出力相同，則核電汽輪機(jī)所需的主蒸汽流量比火電汽輪機(jī)所需的主蒸汽流量大，一般約為2倍!如秦山核電二期工程每臺(tái)機(jī)組的主蒸汽流量為3862t/h，而火電超臨界600MW機(jī)組的主蒸汽流量為1705t/h。隨著壓力的降低，蒸汽的容積流量增大，這就要求核電機(jī)組的通流面積要大于火電機(jī)組。在不同的工況下，核電汽輪機(jī)的蒸汽流量一般保持不變，而火電汽輪機(jī)的蒸汽流量隨著工況的不同而變化。設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)外形尺寸由于如上所述核電汽輪機(jī)的進(jìn)汽參數(shù)低、比容大，汽輪機(jī)的進(jìn)汽容積流量比相同功率的常規(guī)高參數(shù)火電汽輪機(jī)增大約8倍，因此核電汽輪機(jī)的進(jìn)汽管、閥門(mén)、汽缸的外形尺寸等比常規(guī)高參數(shù)火電汽輪機(jī)大，高壓缸葉片的長(zhǎng)度也比常規(guī)高參數(shù)火電汽輪機(jī)長(zhǎng)。由于核電汽輪機(jī)末級(jí)葉片較長(zhǎng)，因此在同等功率的條件下，其外形尺寸比火電汽輪機(jī)大，排汽面積與火電汽輪機(jī)相比約增加50%。設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)置汽水分離再熱器對(duì)于核電汽輪機(jī)，其工作蒸汽為飽和蒸汽。飽和蒸汽通過(guò)高壓缸作功后，排汽濕度較大，如直接排入低壓缸，將導(dǎo)致汽輪機(jī)零部件因水蝕而損壞。為了降低進(jìn)入汽輪機(jī)低壓缸蒸汽的濕度，提高進(jìn)入低壓缸蒸汽的溫度，使其具有一定的過(guò)熱度，提高熱力循環(huán)效率，改善低壓缸的工作條件，防止和減少濕蒸汽對(duì)汽輪機(jī)低壓缸零部件的腐蝕，在汽輪機(jī)高壓缸和低壓缸之間設(shè)有汽水分離再熱器。汽水分離再熱器一般位于高壓缸和低壓缸之間，但也有的供貨商布置在高壓缸和中壓缸之間。高壓缸部分特殊的除濕防水蝕措施核電汽輪機(jī)的進(jìn)汽參數(shù)低，是飽和蒸汽，為了減少高壓缸的濕氣損失及高壓缸出口蒸汽的濕度，防止出現(xiàn)拉絲及水刷侵蝕，對(duì)高壓缸必須采取特殊的除濕防腐措施。設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一般除濕措施

(1)根據(jù)實(shí)際的結(jié)構(gòu)情況增大級(jí)間疏水孔的尺寸或數(shù)量以加大級(jí)間疏水；(2)在動(dòng)葉或靜葉后設(shè)置去濕槽和捕水腔室，收集由于離心力的作用而流向外緣的水分；(3)在隔板的外環(huán)上、靜葉通道的外端處開(kāi)設(shè)去濕槽，利用壓差抽出隔板外環(huán)內(nèi)表面聚集的水分；(4)在隔板靜葉上鉆孔、開(kāi)槽或采取空心靜葉去除靜葉表面的水分；(5)適當(dāng)增加動(dòng)、靜葉之間的間隙，以利于水滴從動(dòng)葉頂飛到捕水腔室；(6)增加抽汽口或疏水口等。

特殊的防水蝕的措施(1)在高壓缸的結(jié)合面、隔板套或隔板!全部級(jí)(支承槽的承壓面沿圓周、隔板套或隔板(全部級(jí))的水平中分面、堆焊奧氏體18/8等類(lèi)型的不誘鋼材料；(2)對(duì)于中分面連接螺栓，在中分面處加不銹鋼保護(hù)套，以防止蒸汽對(duì)螺栓的沖蝕。4.1工業(yè)汽輪機(jī)分類(lèi)及其特點(diǎn)可達(dá)到較高轉(zhuǎn)速經(jīng)濟(jì)性好運(yùn)行穩(wěn)定可靠,壽命長(zhǎng)工業(yè)汽輪機(jī)機(jī)械驅(qū)動(dòng)自備電站抽汽式汽輪機(jī)多壓式汽輪機(jī)凝汽式汽輪機(jī)背壓式汽輪機(jī)直接驅(qū)動(dòng)間接驅(qū)動(dòng)4.2工業(yè)汽輪機(jī)的應(yīng)用(1)流程工業(yè)動(dòng)力：乙烯裝置、液化天然氣壓縮機(jī)，冶金鼓風(fēng)機(jī)，電站水泵，建筑物暖通，熱電聯(lián)供等。(2)船舶動(dòng)力，螺旋槳推進(jìn)裝置。(3)船舶核動(dòng)力，航空母艦動(dòng)力。

葉片截面幾何形狀復(fù)雜，型線難以用簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)表達(dá)式描述，圖中x方向?yàn)槿~寬方向，葉片寬度為b。其幾何特性參數(shù)宜用數(shù)值計(jì)算方法求得，傳統(tǒng)的方法有矩形法、梯形法、高斯法等。葉片截面的幾何特性參數(shù)：面積x、y軸靜矩x、y軸慣性矩通過(guò)形心Oａ.拉（離心）應(yīng)力的計(jì)算ｂ.彎應(yīng)力的計(jì)算ｃ.扭應(yīng)力的計(jì)算

（圓形截面）

葉片的受載分析方法（傳統(tǒng)方法）求出葉片危險(xiǎn)截面在最危險(xiǎn)工況（？）時(shí)所受外載荷（力或矩），再求出幾何要素（面積，慣性矩，模量等），最后與許用指標(biāo)比較。載荷/截面積彎矩×偏心距/截面慣性矩扭矩/扭轉(zhuǎn)截面模量3.葉片的拉伸應(yīng)力

離心力引起的拉伸應(yīng)力；離心力、汽流力和葉片振動(dòng)引起的彎曲應(yīng)力；離心力、汽流力和葉片振動(dòng)引起的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力；不均勻受熱引起的熱應(yīng)力。其中：dC--葉片微段dr的離心力，葉片離心應(yīng)力A(r)--葉片截面積隨葉片半徑r變化，--葉片材料密度，--葉片旋轉(zhuǎn)速度。（8

-

7）葉片離心應(yīng)力（8

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7）對(duì)于等截面葉片，A(r)=常數(shù)，最大應(yīng)力發(fā)生在根部（8

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9）dm/l<10,采用變截面葉片，葉片離心力隨半徑增大而減小4.葉片的彎曲應(yīng)力(P.184-189)蒸汽作用力的計(jì)算方法，彎曲應(yīng)力的分布特性，離心力導(dǎo)致彎曲載荷的考慮方式，圍帶和拉金的影響。周向彎矩軸向彎矩合成彎矩周向彎矩軸向彎矩合成彎矩對(duì)于直葉片作用在最大、最小主慣性軸方向上的彎矩用Imax，Imin表示最大、最小慣性矩，作用在m點(diǎn)、n點(diǎn)和b點(diǎn)的應(yīng)力：

二、葉根和輪緣應(yīng)力：1.葉根輪緣計(jì)算2.截面幾何特性參數(shù)計(jì)算A-B拉應(yīng)力A-D、B-C剪切abcd、efgh擠壓

三、葉片強(qiáng)度分析的數(shù)值方法建模（簡(jiǎn)化）、網(wǎng)格剖分、邊界條件（載荷迭加）、材料屬性、精確分析、評(píng)估計(jì)算過(guò)程、得到結(jié)果。

第三節(jié)葉片振動(dòng)

國(guó)內(nèi)外統(tǒng)計(jì)資料表明，許多汽輪機(jī)重大事故均起因于振動(dòng)。在汽輪機(jī)振動(dòng)事故中，葉片振動(dòng)事故所占比重一直比較大。1.恒定力與交變力的區(qū)別振動(dòng)現(xiàn)象2.特別是當(dāng)葉片的自振頻率等于激振力或者為其整數(shù)倍時(shí)，葉片將發(fā)生共振，就可能使葉片疲勞斷裂。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，葉片損壞主要原因是由于振動(dòng)造成的。因此，研究葉片的振動(dòng)，就應(yīng)該研究引起葉片振動(dòng)的激振力和葉片本身的自振特性。激振力與共振的概念。簡(jiǎn)支連續(xù)梁是一無(wú)限多自由度系統(tǒng)，即有無(wú)限多個(gè)固有頻率和主振型。在一般情況下，梁的振動(dòng)是無(wú)窮多個(gè)主振型的迭加。如果給梁施加一個(gè)合適大小的激振力，如果該激振力的頻率正好等于梁的某階固有頻率，就會(huì)產(chǎn)生共振，對(duì)應(yīng)與這一階固有頻率的確定振動(dòng)形態(tài)叫做這一階的主振型。這時(shí)其它各階振型的影響小得可以忽略不計(jì)。一、葉片激振力1、低頻激振力低頻激振力產(chǎn)生的原因是由于構(gòu)造不精確、工藝誤差或運(yùn)行過(guò)程所致。具體情況有如下幾種：（1）上下隔板接口結(jié)合不良，形成一個(gè)（或兩個(gè)）激振源。（2）由于噴嘴或者隔板導(dǎo)葉制造誤差，使個(gè)別噴嘴異常，也形成了激振力。（3）對(duì)于噴嘴調(diào)節(jié)的汽輪機(jī)，采用部分進(jìn)汽，調(diào)節(jié)閥依次開(kāi)啟，引起了一個(gè)激振力。（4）級(jí)前后有抽汽口，在抽汽口附近的出口汽流速度的周向分速變小，從而會(huì)引起了一個(gè)激振力。上述幾種情況產(chǎn)生的激振力，稱(chēng)為低頻激振力。低頻激振力的頻率是汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的整數(shù)倍

高頻激振力產(chǎn)生的原因是由于噴嘴的存在所致。由于噴嘴通道壁面的存在，使蒸汽在噴嘴出口處的汽流速度大小沿輪周分布呈近似拋物線。葉片每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)噴嘴通道時(shí)，所受汽流作用力就會(huì)發(fā)生一次由小到大、又由大到小的變化。這種激振力稱(chēng)之為高頻激振力。

高頻激振力的頻率與噴嘴數(shù)目有關(guān)。

2、高頻激振力

二、葉片振動(dòng)型式

葉片振動(dòng)的基本形式有彎曲振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。而彎曲振動(dòng)又分切向振動(dòng)和軸向振動(dòng)：繞葉片截面最小主慣性軸（Ⅰ—Ⅰ軸）的彎曲振動(dòng)稱(chēng)為切向振動(dòng)；繞葉片截面最大主慣性軸（Ⅱ—Ⅱ軸）的彎曲振動(dòng)稱(chēng)為軸向振動(dòng)；沿著葉片長(zhǎng)度方向繞通過(guò)截面型心軸線往復(fù)作轉(zhuǎn)過(guò)一角度的振動(dòng)稱(chēng)為扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。各種振型如下圖。

切向振動(dòng)方向的特性：1.與蒸汽流作用力方向相近2.最容易激發(fā)3.最危險(xiǎn)的型式切向振動(dòng)分類(lèi)：A型振動(dòng)：根部固定、葉頂自由的振動(dòng)。隨著振動(dòng)階次增加，其振幅逐漸減小，振動(dòng)頻率逐漸增大。B型振動(dòng)：根部固定、葉頂有不動(dòng)支撐點(diǎn)的振動(dòng)。葉片作B型振動(dòng)時(shí)，葉頂不產(chǎn)生位移。

2）軸向振動(dòng)葉片軸向振動(dòng)的振型與切向振動(dòng)類(lèi)似，葉片軸向振動(dòng)也可分為A型振動(dòng)和B型振動(dòng)。某方向上剛度大，頻率將高。反動(dòng)式葉片易發(fā)生復(fù)合振動(dòng)比較危險(xiǎn)3）扭轉(zhuǎn)振動(dòng)單葉片扭振頻率較高4）葉片組的振