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汽轮机的基本工作原理 授课人 ：卢廷环 汽轮机基本概念 汽轮机是将蒸汽热能转化为机械功的外燃回转式机械。来自锅炉的蒸汽进入汽轮机后，依次经过一系列环形配置的喷嘴和动叶，将蒸汽的热能转化为汽轮机转子旋转的机械能。蒸汽在汽轮机中，以不同方式进行能量转换，便构成了不同工作原理的汽轮机。 一、冲动式汽轮机 1.冲动式汽轮机 ㈠ 冲动作用原理 由力学可知，当一运动物体碰到另一静止的或运动速度较低的物体时，就会受到阻碍而改变其速度，同时给阻碍它的物体一个作用力，这个作用力称为冲动力。根据冲量定律，冲动力的大小取决于运动物体的质量和速度变化，质量越大，冲动力越大；速度变化越大，冲动力也越大。若阻碍运动的物体在此力作用下产生了速度变化，则运动物体就做了机械功。  例如：将高速汽流冲击在一个静止的小车上，则汽流的速度发生变化，对小车产生冲动作用力，使小车向前移动而作功，小车所做的功为汽流动能的变化． 在汽轮机中（图7.2）,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。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旋转作功，将蒸汽的动能变成轴旋转的机械能。这种利用冲动力作功的原理，称为冲动作用原理。 现以半图形叶片为例，说明高速流流经动叶栅时，对叶片产生冲动力的原理．喷嘴中流出的高速汽流，以Ｃ１的速度进入叶片，然后以与Ｃ１方向相反的Ｃ２的速度流出，由于汽流沿图形叶片壁面不断改变方向作圆周运动，故每一个汽流微团都产生一个离心力作用在叶片上，图中ＦaＦb、Fc分别表示作用在叶片a、b、c各点的离心力， a点的离心力Ｆa可分解成水平方向的力Ｆa1和垂直方向的力 Ｆa2，c点处的离心力也可分解成水平方向的Fc1和垂直方向的Fc2， 同理，其他各点的离心力都可以分解成水平方向的分力和垂直方向的分力，假定汽流在流动过程中没有损失，则对应点a点与c点及其它各对应点的离心力相等，即对应点处的垂直方向分力大小相等，而方向相反互相抵消（Ｆa2+ Fc2=O ），因而所有水平方向的分力的合力就是作用在叶片上圆周方向的作用力来推动叶轮旋转做功，因此蒸汽对动叶片做了机械功，力Ｆ1称为冲动力，这就是汽轮机的冲动作用原理。 ㈡单级冲动式汽轮机 图7.3所示为单级冲动式汽轮机工作原理图。蒸汽在喷嘴中发生膨胀，压力由p0降至p1，流速从c0增至c1，将蒸汽的热能转变为动能。蒸汽进入动叶棚后，改变流动方向，产生了冲动作用力使叶轮旋转作功，将蒸汽动能转变为转子的机械能。蒸汽离开动叶栅的速度降至c2。由于蒸汽在动叶栅中不膨胀，所以动叶栅前后压力相等，即p1=p2。? ①什么叫汽轮机的级？ 由一列喷嘴和一列动叶栅组成的汽轮机最基本 的工作单元叫汽轮机的级。 ②什么叫调节级和压力级？ 当汽轮机采用喷嘴调节时，第一级的进汽截面积随负荷的变化在相应变化，因此通常称喷嘴调节汽轮机的第一级为调节级。其它各级统称为非调节级或压力级。压力级是以利用级组中合理分配的压力降或焓降为主的级，是单列冲动级或反动级。 ㈢速度级（两列）汽轮机 在单级汽轮机中，当喷嘴中比焓降较大时，喷嘴出口的蒸汽速度很高，从而使蒸汽离开动叶栅的速度c2也很大，这将产生很大的损失，降低了汽轮机的经济性。为了减小这部分损失，可如图7.4那样，在第一列动叶栅后安装一列导向叶栅7，使蒸汽在导向叶栅内改变流动方向后再进入装在同一叶轮上的第二列动叶栅6中继续作功。这样，从第一列动叶栅流出的汽流所具有的动能又在第二列动叶栅中加以利用，使动能损失减小。如果流出第二列动叶的汽流还具有较大的动能，还可以再装第二列导向叶栅和第三列动叶栅。这种将蒸汽在喷嘴中膨胀产生的动能分几次在动叶栅中利用的级，称为速度级。通常把蒸汽动能在两列动叶栅中加以利用的级称为二列速度级，在三列动叶栅中加以利用的级称为三列速度级 图7.4还表示出蒸汽在速度级中压力和速度的变化规律。蒸汽在动叶栅中和导向叶栅中都不发生膨胀，因而第二列动叶栅后的压力等于喷嘴后的压力。 ㈣多级冲动式汽轮机 由若干个冲动级依次叠置而成的多级汽轮机，称为多级冲动式汽轮机。随着汽轮机向高参数、大功率和高效率方向发展，单级汽轮机便不能适应需要，从而产生了多级汽轮机 图7.5所示为一种具有三个冲动级的多级冲动式汽轮机。整个汽轮机的比焓降分别由三个冲动级加以利用。蒸汽进入汽缸后，在第一级喷嘴2中发生膨