汽輪機(jī)的工作原理

電廠汽輪機(jī)第一節(jié)概述汽輪機(jī)以蒸汽為工質(zhì)，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，為發(fā)電機(jī)發(fā)電提供機(jī)械能?；鹆Πl(fā)電廠三大主要設(shè)備之一，單機(jī)功率大、效率高、運(yùn)行平穩(wěn)、使用壽命長(zhǎng)一.汽輪機(jī)的工作原理汽輪機(jī)內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換一定壓力和溫度的蒸汽流經(jīng)固定不動(dòng)的噴嘴，并在其中膨脹，蒸汽的壓力、溫度不斷降低，速度不斷增加，使蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。蒸汽熱能氣流的動(dòng)能軸的機(jī)械能噴嘴動(dòng)葉一、汽輪機(jī)的工作原理1軸2葉輪3動(dòng)葉柵4噴嘴單級(jí)沖動(dòng)式汽輪機(jī)工作原理結(jié)構(gòu)立體圖

“級(jí)”是汽輪機(jī)中最基本的工作單元。在結(jié)構(gòu)上它是由靜葉（噴嘴）和對(duì)應(yīng)的動(dòng)葉所組成；一列固定的噴嘴和與它配合的動(dòng)葉片構(gòu)成了汽輪機(jī)的基本作功單元，稱為汽輪機(jī)的“級(jí)”

（一）沖動(dòng)作用原理沖動(dòng)力的定義：根據(jù)力學(xué)知識(shí)，當(dāng)一運(yùn)動(dòng)物體碰到另一個(gè)靜止的物體或者運(yùn)動(dòng)速度低于它的物體時(shí)，就會(huì)受到阻礙而改變其速度的大小或方向，同時(shí)給阻礙它的物體的一個(gè)作用力特點(diǎn)：蒸汽僅把從噴嘴中獲得的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功，蒸汽在動(dòng)葉通道中不膨脹，動(dòng)葉通道不收縮

噴嘴出口處：蒸汽以相對(duì)速度w1進(jìn)入動(dòng)葉通道，由于受到動(dòng)葉的阻礙，汽流方向不斷改變，最后以相對(duì)速度w2流出動(dòng)葉通道，在流道中蒸汽對(duì)動(dòng)葉產(chǎn)生一個(gè)輪周方向的沖動(dòng)力F1，該力對(duì)動(dòng)葉作功使動(dòng)葉轉(zhuǎn)動(dòng)

蒸汽流過無(wú)膨脹動(dòng)葉通道時(shí)速度的變化（一）沖動(dòng)作用原理反動(dòng)力定義：蒸汽在動(dòng)葉汽道內(nèi)膨脹時(shí)對(duì)動(dòng)葉的作用力。根據(jù)動(dòng)量守恒定律，當(dāng)氣體從容器中加速流出時(shí)，要對(duì)容器產(chǎn)生—個(gè)與流動(dòng)方向相反的力?；咎攸c(diǎn)：蒸汽在動(dòng)葉流道中不僅要改變方向，而且還要膨脹加速，從結(jié)構(gòu)上看動(dòng)葉通道是逐漸收縮的。（二）反動(dòng)作用原理反動(dòng)度反動(dòng)度：表示蒸汽在動(dòng)葉通道內(nèi)膨脹程度大小的指標(biāo)。它等于蒸汽在動(dòng)葉通道中的理想焓降與噴嘴的滯止理想焓降和動(dòng)葉通道中理想焓降之和的比值級(jí)的平直徑處（即1/2葉高處）的反動(dòng)度用Ωm表示，其表達(dá)式為：（二）汽輪機(jī)級(jí)的類型和特點(diǎn)1.按反動(dòng)度的大小進(jìn)行分類2.按通流面積是否隨負(fù)荷而變分類3.按蒸汽的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子機(jī)械能的過程分類級(jí)的類型及特點(diǎn)汽輪機(jī)的級(jí)可分為沖動(dòng)級(jí)和反動(dòng)級(jí)兩大類沖動(dòng)級(jí)沖動(dòng)級(jí)又分：純沖動(dòng)級(jí)、帶反動(dòng)度的沖動(dòng)級(jí)速度級(jí)1)純沖動(dòng)級(jí)：反動(dòng)度為零的級(jí)稱為純沖動(dòng)級(jí)工作特點(diǎn)：是蒸汽只在噴嘴中膨脹，在動(dòng)葉通道中不膨脹結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：動(dòng)葉葉型近似對(duì)稱彎曲，作功能力大，但效率比帶反動(dòng)度的沖動(dòng)級(jí)低。調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴調(diào)節(jié)：多數(shù)汽輪機(jī)采用改變第一級(jí)噴嘴面積的方法調(diào)節(jié)進(jìn)汽量，稱之為噴嘴調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)級(jí)：中、小容量汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的第一級(jí)稱為調(diào)節(jié)級(jí)，一般采用復(fù)速級(jí)。大容量汽輪機(jī)多采用單列沖動(dòng)級(jí)。還把汽輪機(jī)的級(jí)分為速度級(jí)和壓力級(jí)兩種。汽輪機(jī)的分類按工作原理分沖動(dòng)式汽輪機(jī)反動(dòng)式汽輪機(jī)按熱力特性分凝汽式汽輪機(jī)背壓式汽輪機(jī)調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)中間再熱式汽輪機(jī)凝汽式汽輪機(jī)特點(diǎn)：在汽輪機(jī)中作功后的排汽，在低于大氣壓力的真空狀態(tài)下進(jìn)入凝汽器凝結(jié)成水?；痣姀S中普遍采用的專為發(fā)電用的汽輪機(jī)。凝汽設(shè)備主要由凝汽器、循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵和抽氣器組成。汽輪機(jī)排汽進(jìn)入凝汽器，被循環(huán)水冷卻凝結(jié)為水，由凝結(jié)水泵抽出，經(jīng)過各級(jí)加熱器加熱后作為給水送往鍋爐。

汽輪機(jī)的排汽在凝汽器內(nèi)受冷凝結(jié)為水的過程中，體積驟然縮小，因而原來(lái)充滿蒸汽的密閉空間形成真空，這降低了汽輪機(jī)的排汽壓力，使蒸汽的理想焓降增大，從而提高了裝置的熱效率。汽輪機(jī)排汽中的非凝結(jié)氣體(主要是空氣)則由抽氣器抽出,以維持必要的真空度。

汽輪機(jī)最常用的凝汽器為表面式。冷卻水排入冷卻水池或冷卻水塔降溫后再循環(huán)使用。靠近江、河、湖泊的電廠，如水量充足，可將由凝汽器排出的冷卻水直接排入江、河、湖泊，稱為徑流冷卻方式。但這種方式可能對(duì)河流湖泊造成熱污染。嚴(yán)重缺水地區(qū)的電廠，可采用空冷式凝汽器。但它結(jié)構(gòu)龐大，金屬材料消耗多，除列車電站外，一般電廠較少采用。老式電廠中，有的采用混合式凝汽器，汽輪機(jī)排汽與冷卻水直接混合接觸冷卻。但因排汽凝結(jié)水被冷卻水污染，需要處理后才能作為鍋爐給水，已很少采用。

運(yùn)行特性

凝汽式汽輪機(jī)的排汽壓力對(duì)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性有明顯影響。影響凝汽器真空度的主要因素是冷卻水進(jìn)口溫度和冷卻倍率。前者與電廠所在地區(qū)、季節(jié)及供水方式有關(guān)；后者表示冷卻水設(shè)計(jì)流量與汽輪機(jī)排汽量之比。冷卻倍率大，可獲得較高真空度。但冷卻倍率增大的同時(shí)增加了循環(huán)水泵的功耗和設(shè)備投資。一般表面式凝汽器的冷卻倍率設(shè)計(jì)為60～120。由于凝汽式汽輪機(jī)循環(huán)水的需要量很大，水源條件成為電廠選址的重要條件之一。理想情況下表面式凝汽器的凝水溫度應(yīng)與排汽溫度相同，被冷卻水帶走的熱量?jī)H為排汽的汽化潛熱。但實(shí)際運(yùn)行中，由于排汽流動(dòng)阻力及非凝結(jié)氣體的存在，導(dǎo)致凝結(jié)水溫度低于排汽溫度，兩者的溫差稱為過冷卻度。冷卻水管布置不當(dāng)，運(yùn)行中凝結(jié)水位過高而浸泡冷卻水管,均會(huì)加大過冷卻度。正常情況過冷卻度應(yīng)不大于1～2℃。

排汽壓力與機(jī)組功率

降低凝汽式汽輪機(jī)的排汽壓力,雖可提高熱效率，但因排汽比容增大,汽輪機(jī)末級(jí)通流面積和葉片需要相應(yīng)增大,這加大了制造成本,使加工困難。因此，最佳排汽壓力需通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合分析確定。目前一般凝汽式汽輪機(jī)排汽壓力取為0.004～0.006兆帕。

汽輪機(jī)功率決定于蒸汽流量。凝汽式汽輪機(jī)可通過的最大流量決定于末級(jí)葉片長(zhǎng)度。由于葉片越大，離心力越大,這使它受到材料強(qiáng)度的限制。目前,末級(jí)葉片最大長(zhǎng)度可達(dá)1000～1200毫米，葉片頂端最大允許圓周速度為550～650米/秒,單排汽口極限功率約為100～120兆瓦。低壓缸采用分流式結(jié)構(gòu)可提高單機(jī)功率。到80年代末，常規(guī)火電廠最大凝汽式單機(jī)功率，雙軸機(jī)組為1300兆瓦，單軸機(jī)組為800兆瓦。

凝汽式機(jī)組設(shè)計(jì)為低轉(zhuǎn)速（1500或1800轉(zhuǎn)/分）時(shí)，可提高極限功率，但這又使汽輪機(jī)尺寸及材料消耗增加，因?yàn)槠啓C(jī)總重量與轉(zhuǎn)速的三次方成反比。因此，除核電站為適應(yīng)低參數(shù)、大流量特點(diǎn)，常采用低速汽輪機(jī)外，中國(guó)火力發(fā)電廠均采用3000轉(zhuǎn)/分汽輪機(jī)按主蒸汽壓力分汽輪機(jī)類別主蒸汽壓力（MPa)低壓汽輪機(jī)0.12~1.5中壓汽輪機(jī)2~4高壓汽輪機(jī)6~10超高壓汽輪機(jī)12~14亞臨界壓力汽輪機(jī)16~18超臨界壓力汽輪機(jī)>22.1超超臨界壓力汽輪機(jī)>32ΔXX-XX-XX變型設(shè)計(jì)次序蒸汽參數(shù)額定功率型式例：N300-16.7/537/537-2型汽輪機(jī)

300MW凝汽式汽輪機(jī),主蒸汽壓力為16.7MPa，溫度為537oC,再熱蒸汽溫度537oC,中間再熱凝汽式汽輪機(jī)，屬第二次變型設(shè)計(jì)汽輪機(jī)的型號(hào)汽輪機(jī)型式代號(hào)見下表代號(hào)型式代號(hào)型式N凝汽式CB抽汽背壓式B背壓式CY船用C一次調(diào)整抽汽式Y(jié)移動(dòng)式CC兩次調(diào)整抽汽式HN核電汽輪機(jī)汽輪機(jī)型號(hào)中蒸汽參數(shù)表示法

型式參數(shù)表示方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