汽轮机设备课程教案

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1、 汽轮机设备 课程教案授课时间第 周节 次课 题绪论课 型理论课（ ）、实践课（ ）、习题题（ ）、其它（ ）教学时数2教 学目 的1.了解汽轮机的用途。基本原理2.能识读汽轮机的型号3.掌握不同汽轮机的工作特点教 学方 法讲授、启发、做练习教 学重 点难点：汽轮机的原理审 批教 学 内 容课堂组织（10min）1. 检查到课人数2. 说明本课程的重要性新课内容（80min）绪 论 一、汽轮机的用途：汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械。 二、汽轮机发展概述： 自1883年第一台轴流式汽轮机诞生至今，汽轮机发展经历了两个阶段，第一阶段是各类型汽轮机全面问世阶段（18831925）

2、，第二阶段是向高参数、高效率、大容量方向发展阶段。 1883年拉伐尔创造第一台轴流式汽轮机； 18841894年巴森斯（英）轴流式多级反动式汽轮机、辐流式汽轮机、背压式汽轮机； 1900年寇蒂斯造复速级汽轮机；造多级冲动式汽轮机； 1920年造给水回热式汽轮机； 1925年造出中间再热式汽轮机。三：汽轮机级的工作原理 （一）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。（二）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

3、的变化。作用在动叶片上的里有：冲动力，反动力四、汽轮机分类和型号： 1. 按工作原理：冲动式、反动式； 2. 按热力特性：凝汽式、背压式、调整抽汽式、抽汽背压 式、中间再热式、混压式； 3. 按汽流方向；轴流式、辐流式； 4. 按用途：电站、工业汽轮机、船用、凝汽供暖式； 5、按进汽参数：低压、中压、高压、超高压、亚临界、超 临界； 6、按容量：大功率、小功率； 型号：*/*/*汽轮机类型，用汉语拼音表示。 N凝汽式汽轮机 B背压式汽轮机 C一次调节抽汽式汽轮机 CC二次调节抽汽式汽轮机 CB调节抽汽背压式汽轮机 H船用汽轮机 Y移动式汽轮机 *额定功率 */*/*蒸汽参数 *变型序号 内容小

4、结（5min）汽轮机是将工质(蒸汽)的能量转变为汽轮机机械能的一个能量转换过程。工质的热能在喷嘴栅中(也可以有部分在动叶栅中)首先转变为工质的动能，然后在动叶栅中再使这部分动能转变为机械能。 作业布置（5min）第8页1.2.4.5.7教 学后 记 汽轮机设备 课程教案授课时间第 周节 次课 题单元一：汽轮机工作原理课题一：蒸汽在喷嘴中的流动课 型理论课（ ）、实践课（ ）、习题题（ ）、其它（ ）教学时数2教 学目 的1.掌握蒸汽在喷嘴里的能量转换过程2.学会能量转换的计算方法教 学方 法讲授、启发、做练习教 学重 点难 点难点：能量转换的计算方法 重点：能量转换过程审 批教 学 内 容课堂

5、组织（10min）1.检查到课人数2.总结上课引出新课新课内容（80min） 课题一：蒸汽在喷嘴中的流动级的简化一元流动模型和基本方程： 1.模型（1）稳定的；（2）、绝热的；（3）、一元的；(4)、工质是理想气体；1. 基本方程式： 蒸汽在喷嘴里的热力过程（一） 蒸汽在喷嘴里的热力过程（二） 滞止参数当用下角0与1分别表示喷嘴进出口处的状态时，上式表明，蒸汽在喷嘴出口处的动能是由喷嘴进口和出口的蒸汽参数决定的，并和喷嘴进口蒸汽的动能有关。当喷嘴进口蒸汽动能很小，并可忽略不计时，喷嘴出口的蒸汽流速仅是热力学参数的函数。若喷嘴进口蒸汽的动能不能忽略不计，那么我们可以假定这一动能是由于蒸汽从某一假

6、想状态0*等比熵膨胀到喷嘴进口状态0时所产生的，在这一假想状态下，蒸汽的初速为零。换言之，参数p0*、 v0*是以初速c0从p0、v0等比熵滞止到速度为零时的状态，我们称p0* 、 v0* 、 h0*等为滞止参数。滞止参数在h-s图上的表示如图所示 。 二、蒸汽在喷嘴中的流动速度（一） 蒸汽在喷嘴出口的理想速度 或 （二） 蒸汽在喷嘴出口的实际速度（1） 喷嘴的速度系数 实际流动是有损失的，汽流实际速度小于汽流理想速度。通常用喷嘴速度系数j来考查两者之间的差别（通常取 j= 0.97 )。这样，喷嘴出口的汽流实际速度为 ：（2）喷嘴出口实际速度（3）喷嘴损失实际流动过程中的喷嘴动能损失，即喷嘴

7、损失三、蒸汽在斜切喷嘴里的膨胀过程（一）蒸汽在斜切喷嘴里的膨胀特点（1）渐缩喷斜切嘴（2）缩放喷嘴，其现象也相似。当喷嘴背压低于出口截面AB的设计压力时，蒸汽在斜切部分ABC内就要发生膨胀和偏转。（二）气流偏转角的计算 由上式可见，若已知喷嘴压比蒸汽定摘指数及喷嘴出口角,就可算出偏转角。（三） 喷嘴斜切部分的膨胀极限内容小结（5min）具有一定压力、温度的蒸汽通过汽轮机的级时，首先在静叶栅通道中得到膨胀加速，在此过程中流量和速度都有损失，其实际流量和速度的计算都是建立在理想基础之上的。作业布置（5min）第37页4教 学后 记 汽轮机设备 课程教案授课时间第 周节 次课 题单元一：汽轮机工作原

8、理课题二：蒸汽在动叶中的流动课 型理论课（ ）、实践课（ ）、习题题（ ）、其它（ ）教学时数2教 学目 的1.掌握蒸汽在动叶里的能量转换过程2.学会能量转换的计算方法教 学方 法讲授、启发、做练习教 学重 点难 点难点：能量转换的计算方法 重点：能量转换过程审 批教 学 内 容课堂组织（10min）1.检查到课人数2.总结上课引出新课新课内容（80min）课题二：蒸汽在动叶中的流动一、蒸汽在动叶里的热力过程动叶片实际是“旋转的喷嘴”将C转换成W，则一切运算规律与蒸汽在喷嘴中的情况一样。二、动叶的速度三角形 （一） 动叶栅进出口速度三角形（二） 动叶栅进出口速度三角形1.动叶出口蒸汽的相对速度

9、（1）理想相对速度 （2） 动叶速度系数动叶速度系数：动叶出口实际相对速度与动叶出口理想相对速度之比。（3）实际相对速度（4）动叶损失：动叶能量损失系数：的大小与叶型、叶高、反动度、表面光洁度等有关，通常取0.850.952.动叶出口蒸汽的绝对速度3. 余速损失：中间级：余速可被下一级利用；孤立级：余速不被下一级利用。用来表示余速利用的程度。三、蒸汽对动叶的轮周功率（一）蒸汽对动叶的作用力作用在动叶上的汽流力可归结为产生旋转机械功的切向力(又称轮周力)和不产生机械功的轴向力。由动量定律求得。利用速度三角形关系进行计算。1.轮周力Fu：是对动叶做功的力2.轴向力：产生轴向推力不做功式中：全周进汽

10、：Az=dmlb 部分进汽：Az=dmlbe蒸汽对动叶总作用力Fb（二）轮周功率和轮周功1.轮周功率概念：单位时间内蒸汽推动叶轮旋转所作出的机械功称为轮周功率。 计算式；2.轮周功1kg蒸汽产生的轮周功Wu等于级的轮周有效比焓降hu。内容小结（5min） 动叶栅可以看作旋转的喷嘴，引入相对速度的概念和冬夜速度三角形后，喷嘴的计算方法同样适用于动叶，蒸汽在动叶中膨胀做功，冲动力和反动力共同作用，将蒸汽的动能进一步转换为机械能，其转换过程有轮周功率和轮周功公式定量计算而得。作业布置（5min）第37页5教 学后 记 汽轮机设备 课程教案授课时间第 周节 次课 题单元一：汽轮机工作原理课题三：级内损

11、失级效率课题四：级的速比与级效率之间的关系课 型理论课（ ）、实践课（ ）、习题题（ ）、其它（ ）教学时数2教 学目 的1.了解级内损失有哪些2.能分析级内损失产生的原因教 学方 法讲授、启发、做练习教 学重 点难点：分析级内损失产生的原因分析轮周功率与最佳速比之间的关系 审 批教 学 内 容课堂组织（10min）1.检查到课人数2.总结上课引出新课新课内容（80min）第三节：级内损失与级效率一：级内损失（一） 叶高损失hl叶栅损失：叶型损失（包括喷嘴损失、动叶损失，由附面层中摩擦损失、附面层脱离引起的涡流损失、尾迹损失、冲波损失组成）（二） 扇形损失h12时，采用直叶片8时，采用扭叶片（

12、变截面叶片）（三） 叶轮摩擦损失hf蒸汽之间，蒸汽与叶轮之间都存在摩擦。高压部分v2t小，hf则增加；低压部分v2t大，hf则减少；小汽轮机，D较小，hf则增加；（四） 部分进汽损失he（e11、鼓风损失hw 2、斥汽损失hs （五） 漏汽损失hleak1、隔板漏汽损失hp2、叶顶漏汽损失ht（六） 湿汽损失hx二、汽轮机级的相对内效率和内功率（1） 级的相对内效率（级效率）定义：级的有效焓降与级的理想能量之比级的相对内效率是衡量级内能量转换完善程度的最终指标，与所选用的叶型、速比、反动度、叶栅的高度等有密切关系，也与蒸汽的性质、级的结构有关。（2） 级的内功率（有效功率） 第四节：级的轮周功

13、率与最佳速比一、轮周效率与速比的关系 令，称为速比。（一）纯冲动级若级的理想滞止比焓降不变，对于纯冲动级来说也就是喷嘴滞止理想比焓降和均不变，以改变圆周速度达到改变速比 （二）反动级为了得到轮周效率的最大值，必须使x1(2cos1-x1)之值为最大 （三）.冲动级 冲动级的反动度一般在0.050.30之间，对于余速可被利用的冲动级，根据速度三角形和这种级的特点，由式(1320)可推导出它的轮周效率的表达式： 其中（四）速度级1.速度级的特点其构造特点是在一个级的叶轮上安装有两列动叶栅，在两列动叶栅之间再加装一列转向导叶，以改变第一列动叶出口的汽流方向与喷嘴出口汽流的方向一致，如图1-16所示。

14、因此，应用速度级可在叶轮直径较小的条件下，利用较大的蒸汽比焓降，而仍能保持有较高的效率。速度级一般是用于汽轮机的调节级，或制成单级汽轮机。 2.速度级的速度三角形因为复速级常单独做成单级汽轮机或做成多级汽轮机的调节级，故余速利用系数0。速度三角形可以画成下图3.速度级的轮周功率和轮周功（1）轮周功率（2）轮周功（3）速度级的损失及轮周功率4.速度级的最佳速比5.速度级与单列级的比较（1）比焓降（2）轮周功率在最佳速比时上述级的最高轮周效率，反动级的最高，复速级的最低。只有在中、小型机组上才采用复速级；在x1=0.28之间，复速级的才高于单列级，因此在x10.28时复速级才有被采用的价值。内容小

15、结（5min）级的相对内效率考虑了几内各项损失，减小级内损失，可提高相对内效率。轮周效率与喷嘴能量损失、动叶能量损失和余速损失有关。速比是确定轮周效率的重要参数，也是影响级的作功能力的因素，随转速或级焓降的变化，而在较大范围内变化。作业布置（5min）第37页6、7教 学后 记汽轮机设备 课程教案授课时间第 周节 次课 题单元一：汽轮机工作原理课题五：多级汽轮机课题六：汽轮发电机组的效率和经济指标课 型理论课（ ）、实践课（ ）、习题题（ ）、其它（ ）教学时数2教 学目 的1.掌握多级汽轮机各种损失产生的原因及效率的计算2.里了解汽轮发电机组的经济指标教 学方 法讲授、启发、做练习教 学重

16、点难点：多级汽轮机的损失产生的原因 审 批教 学 内 容课堂组织（10min）3. 检查到课人数总结上课引出新课新课内容（80min）一、多级汽轮机的损失外部损失：不直接影响蒸汽状态的损失；内部损失：直接影响蒸汽状态的损失；1.多级汽轮机的外部损失（1）外部漏汽损失轴封系统：正压轴封 负压轴封1）齿形汽封的工作原理：漏汽量：要减少漏汽量，则应减小漏汽面积、降低流速、但不能随意改变。只有一个办法降低C：将漏汽间隙用齿片分成间隙，即加装汽封，所以应减小齿隙两侧的压差。蒸汽通过汽封是一个节流过程，压力不断降低，将总压差分成份，分配在每一片汽封齿上，使每一汽封片两侧的压差很小，减少了漏汽量。2）芬诺曲

17、线：漏汽在汽封齿中流动时遵循的c=常数的曲线，反映蒸汽通过汽封齿的热力过程。2.多级汽轮机的内部损失1) 汽轮机进汽机构的节流损失：与管道的长短、阀门的型线、蒸汽的流速等因素有关。p0=(0.030.05)p02) 汽轮机的级内损失3) 汽缸导汽管之间的阻力损失：ps=(0.020.03)ps4) 排气阻力损失：（由于损失的存在，有时会使末级后压力高于凝汽器内的压力） pc=（0.020.06）pc5) 中间再热管道的损失：pr =（8%12%）pr二、多级汽轮机的热力过程：多级冲动式汽轮机热力过程线：如图三、多级汽轮机的重热现象和重热系数（一）重热现象在水蒸气的h-s图上等压线是沿着比熵增大

18、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，这种现象称为多级汽轮机的重热现象。 （二）重热现象对相对内效率的影响此时全机的相对内效率为 （三）重热系数的影响因素 (1)多级汽轮机各级的效率。 (2)多级汽轮机的级数。当级数越多，则上一级的损失被后面级利用的可能性越大，利用的份额也越大,值将增大。 四多级汽轮机的余速利用1.余速利用对多级汽轮机热力过程的影响 余速利用后，整机热力过程线左移，整个过程的熵增减小，汽轮机的效率提高。2余速利用对级效率的影

19、响3实现余速利用的条件五、多级汽轮机的轴向推力（一）多级汽轮机的轴向推力1、作用在动叶上的FZ12、作用在叶轮面上的FZ23、作用在轮毂上或转子凸肩上的FZ34、作用在轴封凸肩上的FZ4单级所受的轴向推力：Fi= FZ1+ FZ2 FZ3+ FZ4汽轮机所受的总轴向推力FZ=FZi（二）多级汽轮机的轴向推力的平衡方法1、加装平衡活塞（常用于反动时汽轮机）；2、叶轮上开平衡孔；3、汽缸的反向布置和汽缸内的分流；4、加装推力轴承。 课题六：汽轮发电机组的效率和经济指标一、 汽轮发电机组的效率绝对效率：将发电厂热力系统作为研究对象，输入能量为每千克蒸汽在锅炉中的吸热量。相对效率：将汽轮机组为研究对象

20、，输入能量为汽轮机的理想焓降。g=Pel/Peel=Pel/Pt=（Pel/P e）（Pe/P i）（Pi/P t）=gmig=97%99%Pel=GHtgmi =DHtgmi/3600有回热抽汽时用折合焓降计算绝对效率循环效率：任一绝对效率等于同一相对效率与循环效率的乘积。ai=itae=et=imtael=elt=imgt内容小结（5min） 增加汽轮机单机功率的途径，为采用多级汽轮机。上一级损失中的一小部分可以在以后各级中得到利用，这种现象称为多级汽轮机的重热现象。重热现象可以提高汽轮机的相对内效率。由于重热现象还存在余速利用的问题作业布置（5min）第37页8、10、11教 学后 记

21、汽轮机设备及运行 课程教案授课时间第 周节 次课 题单元二：汽轮机设备结构课题一：动叶片课题二：叶片的振动课 型理论课（ ）、实践课（ ）、习题题（ ）、其它（ ）教学时数2教 学目 的1.掌握叶片的作用、结构和形式2.了解叶片的受力情况教 学方 法讲授、启发教 学重 点难 点难点：叶片受力分析 重点：叶片的作用、结构和形式审 批教 学 内 容课堂组织（10min）1、检查到课人数2、总结上课引出新课新课内容（80min） 单元二：汽轮机设备结构课题一：动叶片 一、叶片的结构和类型叶片的结构一般由叶型、叶根和叶顶三部分组成。 1.叶根2.叶型3.叶顶 拉筋为612mm的实心或空心金属圆杆，穿在

22、叶型部分的拉筋孔中。拉筋与叶片间可以采用焊接结构(焊接拉筋)，也可以采用松装结构(松装拉筋或阻尼拉筋)。通常每级叶片上穿12圈拉筋，最多不超过3圈。二、叶片的受力（一）叶片的拉应力（二）叶片的弯应力课题二：叶片的振动 动叶片的振动基本型式 叶片在不均匀汽流力的作用下，可以产生弯曲振动和扭转振动两种型式。弯曲振动又可分为切(即轮周向)向振动和轴向振动，扭转振动主要发生于长扭叶片。单叶片振型分类 弯曲振动 挠最大、最小主惯性轴的振动。切向振动 由于叶片的最大主惯性轴与轮周方向的夹角较小，故将绕截面最小主惯性轴的振动称为切向振动。一、引起叶片振动的激振力二、叶片的振型 工程上根据激励力的谐波特征和叶

23、片自振频率的分布，将实际中对叶片运行安全影响较大的振型称之为主振型。主振型有三个，即切向A0型振动的动频率与低频激振kn；切向B0型振动的动频率与高频激振znn；切向A0型振动的动频率与高频激振znn三、叶片的自振频率 自振频率的大小，与叶片的截面形状I、材料机械特性E、密度等有关。要改变自频率，应着重于改变叶片的抗弯刚度和材料的线密度。四、叶片的振动安全准则五、叶片的调频叶片调频和减小叶片动应力的方法内容小结（5min）动叶片安装在转子叶轮(冲动式汽轮机)或转鼓上，把蒸汽的动能转换成机械能，使转子旋转。动叶片由于受到周期性变化的气流力的影响，将产生振动，他们必须满足各自的强度安全准则作业布置

24、（5min）第 85页1、2、3、4、5、6教 学后 记汽轮机设备及运行 课程教案授课时间第 周节 次课 题单元二：汽轮机设备结构课题三：转子课题四：联轴器和盘车装置课 型理论课（ ）、实践课（ ）、习题题（ ）、其它（ ）教学时数2教 学目 的1.掌握转子的结构、形式和特点2.理解临界转速的概念3.理解联轴器和盘车装置的工作原理教 学方 法讲授、启发教 学重 点难 点难点：临界转速重点：转子的结构、盘车装置的工作原理审 批教 学 内 容课堂组织（10min）1、检查到课人数2、总结上课引出新课新课内容（80min）课题三：转子一、转子的分类 汽轮机转子可分为轮式转子和鼓式转子两种基本类型。1

25、套装转子2整锻转子3组合转子 4焊接转子二、叶轮的结构和分类 冲动式汽轮机的转子上都有叶轮，用来装置动叶片并将叶片上的转矩传递到主轴上。叶轮由轮缘和轮面组成，安装式叶轮还有轮鼓。轮缘是安装叶片的部位，其结构取决叶根型式，轮毂是为了减小内孔应力的加厚部分；轮面将轮缘与轮毂连成一体。高、中压级叶轮上通常开有57个平衡孔，以疏通隔板漏汽和平衡轴向推力。 叶轮的结构形式 等厚度叶轮 锥形叶轮 双曲线叶轮 等强度叶轮三、转子的临界转速汽轮机转子的临界转速的概念汽轮机转子的转速升高到一定值时，转子会发生强烈振动，轴承座的振幅明显增加，转速高于这值后，振幅又减小，转速继续升高至另一值时，振幅又增加，在工程中

26、，把出现振幅峰值的转速称为转子临界转速。（一） 等直径均布质量转轴的临界转速（二） 汽轮机转子的临界转速（三） 转子临界转速的校核标准以汽轮机的工作转速高于还是低于第一临界转速分类，把转子分为挠性转子和刚性转子两大类，高于第一临界转速的转子称为挠性转子，低于第一临界转速的转子称为刚性转子。转子转动过程中，随着转速的提高，转子的振幅逐渐减小，即振幅等于偏心距，但方向相反，意味着偏心离心力方向绕几何中心点转过180度，与弹性恢复力方向一致，并把转子质心拉向轴承连线的中点，于是质心点和轴承中心点重合，这种现象称为自动定心。转子的横向转速与该临界转速相等，说明：转子在临界转速条件下的运动与受力情况和转

27、子在横向振动时不一致。临界转速运动为转子绕轴线涡动，在旋转过程中应力的方向不改变，无疲劳问题，转子在作横向振动时，转子上各点在振动一次的过程中，应力方向在改变，存在疲劳问题。临界转速或转子横向振动都是共振现象，在本质上是一样的，轴系的自振频率等于激振力频率或整数被，只是表现形式不同。汽轮发电机组的轴系扭振原因是轴承中心，转子轴心，旋转中心三者不再同一直线上。油膜振荡：动膜作用能引起油膜自激振动，先由小扰动把轴心压下，使轴承下部油膜变薄，油量变化，使轴颈中心供轴瓦甩动，轴下面的油膜厚度变化，当油涡动角速度与临界速度合拍出现油膜共振，即油膜振荡或油击。汽轮机启动或停机过程中，对其零件而言，是加热和

28、冷却的过程，这些零件由于温度变化而产生的膨胀或收缩变形称为热变形；又温度变化引起的应力称为温度应力，又称热应力。第七节：盘车装置 课题四：联轴器和盘车装置一、联轴器 联轴器又叫靠背轮，用来连接汽轮机的各个转子以及发电机转子，并将汽轮机的扭矩传给发电机。在多缸汽轮机中，如果几个转子合用一个推力轴承，则联轴器还将传递轴向推力；如果每个转子都有自己的推力轴承，则联轴器应保证各转子的轴向位移互不干扰，即不允许传递轴向推力。联轴器通常有三种型式，即刚性联轴器、半挠性联轴器和挠性联轴器。刚性连轴器 联轴器 螺栓 盘车齿轮 半挠性联轴器 联轴器 波形套筒 螺栓 二、盘车装置1）提供一套盘车装置，在汽机转速降

29、至零转速时，既能电动盘车，也能手动盘车。2）采用低速盘车，盘车装置是自动啮合型的，能使汽轮发电机组转子从静止状态转动起来。3）盘车装置的设计能做到在停机时自动投入，并能在汽轮机冲转达到一定转速后自动退出。盘车装置与顶轴油系统间设联锁。4）提供一套压力开关和压力联锁保护装置，防止在油压建立之前投入盘车，盘车装置正在运行而油压降低到不安全值时能发出报警，当供油中断时能自动停止运行。 内容小结（5min） 转子是汽轮机转动部件的总和，转子可分为轮式转子和鼓式转子两种基本类型。轮式转子有套装转子 ；整锻转子 ；组合转子 ；焊接转子几种，适用于不同场合。但汽轮机转速等于其轴系临界转速时，机组要发生强烈振

30、动，所以汽轮机的工作转速要避开临界转速。为保证汽轮机启停过程对转子的较小影响，通常采用盘车装置带动转子以一定速度转动。作业布置（5min）第85页9、11、14、15教 学后 记 汽轮机设备及运行 课程教案授课时间第 周节 次课 题单元二：汽轮机设备结构课题五：气缸课题六：喷嘴组、隔板及汽封课 型理论课（ ）、实践课（ ）、习题题（ ）、其它（ ）教学时数2教 学目 的1.掌握气缸的作用及结构特点2.掌握法兰螺栓加热装置和滑销系统的作用3.熟悉气缸的支承式4.掌握隔板、隔板套的作用和形式5.理解汽封的工作原理教 学方 法讲授、启发教 学重 点难 点难点：想象实物的能力重点：气缸的结构审 批教

31、学 内 容课堂组织（10min）1、检查到课人数2、总结上课引出新课新课内容（80min）课题五：气缸一、汽缸的作用汽缸的作用是汽缸是汽轮机的外壳，其作用是将汽轮机的通流部分与大气隔离，保证蒸汽在汽轮机内部完成能量转换过程，形成封闭的汽室。汽缸内安装着蒸汽室、隔板、隔板套等零部件，以外连接着进汽、排汽、抽汽等管道。二、汽缸的结构 汽缸多做成水平对分形式，即分为上、下汽缸，水平结合面用法兰螺栓连接。1.总体结构2.高、中压缸双层缸结构优点：(1)把原单层缸承受的巨大蒸汽压力分摊给内外两层缸，减少了每层缸的压差与温差。(2)内缸主要承受高温及部分蒸汽压力作用，故可做得较薄，则所耗用的贵重耐热金属材

32、料相对减少。而外缸因设计有蒸汽内部冷却，运行温度较低，故可用较便宜的合金钢制造，节约优质贵重合金材料。(3)外缸的内、外压差比单层汽缸时降低了许多，因此减少了漏汽的可能，汽缸的严密性能够得到保障。3.排汽缸 单缸汽轮机的低压段以及多缸汽轮机的低压缸，统称汽轮机的排汽缸。现代大功率凝汽式汽轮机，由于容积流量很大，因而排汽缸尺寸很大，排汽口数目往往不止一个。 由于排汽缸内承受的蒸汽压力、温度都比较低，它的强度一般没有什么问题。但是为充分利用排汽余速、减小流动损失，要求排汽缸有合理导流形状以及防止因刚度不足而产生变形等成了考虑的主要问题。 4.法兰和连接螺栓 汽缸内部承受很大的蒸汽压力，因此水平结合

33、向的密封是个非常重要的问题。高参数汽轮机汽缸所承受的压力很高(特别是高压缸)，要保证水平结合面的汽密件，就必须采用很厚的法兰和排列很紧密、尺寸很大的连接螺栓 三、汽缸的支承（一）气缸的支承汽缸的支承要平稳，因其自重而产生的挠度应与转子的挠度近似相等，同时要保证汽缸受热后能自由膨胀，而其动、静部分同心状态不变或变动很小。汽缸的支承定位包括外缸在轴承座和基础台板(座架、机架等)上的支承定位，内缸在外缸中的支承定位，以及滑销系统的布置等。 汽缸的支承 汽缸支承在基础台板上，基础台板又用地脚螺栓固定在基础上。汽缸支承方法一般有两种：一种是汽缸通过猫爪支承在轴承座上，通过轴承座放置在台板上；另一种是用外

34、伸的撑脚直接放置在台板上。下缸猫爪支承下汽缸水平法兰前后延伸的猫爪称下缸猫爪，又称工作猫爪(支承猫爪)。在高压缸的下缸前后各有两只猫爪，分别支承在高压缸前后的轴承座上。下缸猫爪支承又可分非中分面支承和中分面支承两种。 上缸猫爪支承上缸的猫爪文承称作上缸猫爪支承，它采用中分面支承方式，上缸法兰延伸的猫爪(也称工作猫爪)作为承力面支承在轴承座上，其承力面与汽缸水平中分面在同一平面内。猫爪受热膨胀时，汽缸中心仍与转子中心保持致。 排汽缸的支承 和排汽缸喷水减温装置 四、滑销系统汽轮机在启动、停机和运行时，汽缸的温度变化较大，将沿长、宽、高几个方向膨胀或收缩。由于基础台板的温度升高低于汽缸，如果汽缸和

35、基础台板为固定连接，则汽缸将不能自由膨胀，所以汽缸的要设置滑销系统来解决汽轮机运行中的自由膨胀的问题。 滑销系统通常由横销、纵销、立销、角销等组成。课题六：喷嘴组、隔板及汽封一、喷嘴组二、隔板的结构三、隔板套近代汽轮机较多采用喷管调节配汽方式，因此汽轮机的第一级喷管，通常都根据调节阀的个数成组布置，这些成组布置的喷管称为喷管组。它一般有两种结构形式：一种是中参数汽轮机上采用的由单个铣制的喷管叶片焊接而成的喷管组，另一种是高参数汽轮机上采用的整体铣制焊接而成或精密挠铸而成的喷管组。隔板 隔板的作用是固定静叶片（喷管叶片）并将汽缸内间隔成若干个汽室。冲动式汽轮机的隔板主要由隔板外缘、静叶片和隔板体

36、组成。它可以直接固定在汽缸上或固定在隔板套上，通常都做成水平对分形式，其内园孔处开有隔板汽封的安装槽。四、隔板及隔板套的支撑和定位反动式汽轮机采用鼓式转子，动叶片直接安装在转鼓上，静叶环装在汽缸内壁或静叶持环上，所以该类型的机组没有叶轮和隔板。而采用静叶环和静叶持环结构。五、汽封为了减少蒸汽泄漏和防止空气漏入，需要有密封装置，通常称为汽封。汽封按其安装位置的不同，可分为通流部分汽封、隔板(或静叶环)汽封、轴端汽封。反动式汽轮机还装有高、中压平衡活塞汽封和低压平衡活塞汽封。转子穿过汽缸两端处的汽封，简称轴封。（一）汽封作原理（二）汽封结构梳齿形汽封内容小结（5min） 气缸式汽轮机的外壳，为了减

37、少热应力，大功率汽轮机多采用多层缸和法兰加热装置，为保证气缸自由膨胀，气缸上还设置了花销系统，并选取合适的支承方式。隔板用来固定静叶片，并作为级的间隔。隔板支撑在气缸和隔板套上，可采用中分面支撑和非中分面支撑，支撑方式的选择取决于内圆中心与主轴中心要求一致的程度。作业布置（5min）第86页16、18、20教 学后 记 汽轮机设备及运行 课程教案授课时间第 周节 次课 题单元二：汽轮机设备结构课题七：轴承课题八：典型汽轮机的结构课 型理论课（ ）、实践课（ ）、习题题（ ）、其它（ ）教学时数2教 学目 的1.掌握轴承的作用、形式2.理解轴承的工作原理及油膜振动现象3.了解典型汽轮机的结构教

38、学方 法讲授、启发教 学重 点难 点难点：原理重点：轴承形式审 批教 学 内 容课堂组织（10min）1、检查到课人数2、总结上课引出新课新课内容（80min）课题七：轴承一、轴承的工作原理 轴承分为径内支持轴承和推力轴承两种类型，它们用来承受转子的全部重量并且确定转子在汽缸中的正确位置。二、轴承的油膜振荡轴颈在轴承中运行不稳定的根本原因是轴颈受到扰动后产生了失稳分力。扰动越大，轴颈偏离其平衡位置的距离越大，失稳分力也越大，越容易产生涡动和油膜振荡。KOO/(R-r) K越大，失稳转速越高，越不容易产生半速涡动和油膜振荡。反之，K越小转轴工作越不稳定。通常认为K大于0.8时，轴颈在任何情况下都

39、不会发生油膜振荡。 防止油膜振荡措施(1) 增加比压。增加比压的方法可以采用缩短轴承长度，以及调整轴瓦的中心等措施来达到。(2)降低润滑油黏度。润滑油黏度越大，轴颈旋转时带入油楔中的油量越多，油膜越厚，轴颈在轴瓦中浮得越高，相对偏心率越小，轴颈就越容易失去稳定。 (3)调整轴承间隙。一般认为减少轴瓦顶部间隙可以增加油膜阻尼，产生(圆筒形轴承)或加大(椭圆形轴承)向下的油膜作用力，从而增大相对偏心率，同时加大轴瓦两侧间隙时(相当于增大椭圆度，即增大相对偏心率)效果更为显著。 轴承的结构三轴承的结构1.径向支持轴承支持轴承又称径向轴承或主轴承。主要形式有圆筒形轴承、椭圆形支持轴承、多油楔轴承及可倾

40、瓦轴承等。用来承搁转子的重量和旋转的不平衡力，以保持转子旋转中心与汽缸中心一致，从而保证转子与汽缸、汽封、厢板等静止部分的径向间隙正确。2.推力轴承推力轴承的作用是确定转子的轴向位置和承受作用在转子上的轴向推力。 通常应用最广泛的推力轴承是密切尔式推力轴承，它是借助于轴承上的若干片瓦片与推力盘之间构成楔形间隙建立液体摩擦的。 推力瓦片与推力盘间油楔推力轴承的作用是确定转子的轴向位置和承受作用在转子上的轴向推力。圆筒形轴承及油膜振荡承受蒸汽作用在转子上的轴向推力，并确定转子的轴向位置，以保证通流部分动静间正确的轴向间隙。所以推力轴承被看成转子的定位点，或称汽轮机转子对静子的相对死点。 课题八：典

41、型汽轮机的结构内容小结（5min） 汽轮机的支撑轴承和推力轴承都是采用液体摩擦的滑动轴承，它们正常工作的关键是油膜的建立，可根据不同要求选用不同的轴承形式。为保证汽轮机启停过程对转子的较小影响，通常采用盘车装置带动转子以一定速度转动。作业布置（5min）第86页29、30、31教 学后 记 汽轮机设备及运行 课程教案授课时间第 周节 次课 题单元三：汽轮机的变工况课题一：喷嘴的变工况课题二：级与机组的变工况课 型理论课（ ）、实践课（ ）、习题题（ ）、其它（ ）教学时数2教 学目 的1.掌握蒸汽压力变化时渐缩斜切喷嘴的变工况2.掌握蒸汽压力变化时级的变工况教 学方 法讲授、启发教 学重 点难

42、 点难点：蒸汽压力变化所引起的汽轮机变化 重点：级组的变工况特点审 批教 学 内 容课堂组织（10min）1、检查到课人数2、总结上课引出新课新课内容（80min）课题一：喷嘴的变工况 。一、喷嘴的变工况分析：喷嘴前后参数与流量之间的变化关系（一）渐缩喷嘴的变工况试验：调整喷嘴前后阀门，改变初压和背压，测取流量的变化。（1） 初压P*0不变而背压P1变化1） n=1，P1= P*0，G=0，a-b，d2） 0ncr ，G G cr，a-b1-c1，1 3） n=cr，G=G cr ，a-b2-c2，e 4） 1dncr，G=G cr ，a-b3-c3，3 5） n=1d，G=G cr ，a-c

43、4，4 6） n1d ，G=G cr ，a-c4-c5，5 列椭圆方程：（2） 流量网图改变p*0可得出一系列曲线，即流量网图横坐标：1= p1/p*0m；纵坐标：m=G/G 0m；参变量：0= p*01 /p*0mp*0m 、G*0m：分别为初压最大值和与之相应的临界流量的最大值。例1：已知：p0 =9MPa ，p01 =7.2MPa， p1 =6.3MPa， p11 =4.5MPa 求：流量的变化。解：取=9Mpa 原工况：0= p0 /p0m =1，1=p1 /p0m=0.7 查出：m =G/G0m=0.94 新工况：01= p01 /p0m =0.8，11=p11 /p0m=0.5 查

44、出：m1 =0.78 则：例2：已知：p0 =1MPa ，p01 =0.9MPa， p1 =0.7 MPa， p11 =0.8Mpa，t0 =320 ，t01 =305求：流量的变化。解：原工况： 新工况： 则（二）缩放喷嘴的变工况设计背压p1a：喷嘴喉部保持临界状态的最高背压。设计背压pca：保持蒸汽在斜切部分不膨胀的最低背压。极限背压：在斜切部分膨胀达到极限。当p1ap1pca时， 出现突击压缩（正冲波），使p1pcr课题二：级与机组的变工况一、级的变工况1. 级在临界工况下工作1） 工况变动前后喷嘴均处于临界状态工况变动前后动叶均处于临界状态（1） 与喷嘴一样：（2） 列动叶进口和进口滞

45、止截面的连续方程（3） 动叶进出口速度可写成结论：级在临界状态下工作，不论临界状态发生在喷嘴或动叶，通过该几的流量均与前压力成正比，而与级后压力无关。2.级在亚临界工况下工作一种工况处于临界状态，另一种工况处于亚临界状态若变动前为临界工况，变动后为亚临界工况，则可用临界工况公式计算到n=cr处，再用亚临界工式由n=cr算到变动后的工况。反之则计算方法相反。二、级组的变工况级组：流量相同的若干个相继排列的级组成。（一） 变工况前后级组内各级均未达到临界状态 一个级组是否处于临界状态，取决于级组的末级是否处于临界状态。对某一级：对于凝汽式汽轮机：pz1p01 ，pz p0 最末一、二级除外。（二）

46、 变工况前后级组内均达到临界状态 设末级达到临界状态： 结论：变工况时，若级组最后一级始终处于临界状态，则通过该级组的流量与级组中所有各级的初压成正比。（三） 弗留格尔公式应用条件1、 级组中各级流量相同（有回热抽汽也可应用）；2、 级组中各级的通流面积变工况前后保持不变（结垢后需修正）； 3、 级组中级数不少于34级。（四） 弗留格尔公式的应用1、 监视汽轮机通流部分运行是否正常；2、 推算不同流量下各级的级前压力。内容小结（5min） 汽轮机在设计工况下有较高的经济性和安全性，而实际运行中总是发生变工况，将对汽轮机的安全性和经济性产生影响，蒸汽流量是变工况的主要原因，所有的变化都是围绕它来

47、进行的。作业布置（5min）第109页1、2、4教 学后 记 汽轮机设备及运行 课程教案授课时间第 周节 次课 题单元三：汽轮机的变工况课题三：调节方式及其对机组变工况的影响课题四：蒸汽参数变化对汽轮机运行的影响课 型理论课（ ）、实践课（ ）、习题题（ ）、其它（ ）教学时数2教 学目 的1.掌握汽轮机的调节方式种类2.了解调节方式对汽轮机工作的影响3.掌握蒸汽参数变化对汽轮机安全性和经济性的影响教 学方 法讲授、启发教 学重 点难 点难点：调节方式对汽轮机工作的影响蒸汽参数变化为什么会对汽轮机安全性和经济性产生影响重点：蒸汽参数变化对汽轮机安全性和经济性表现在哪里 调节方式审 批教 学 内

48、 容课堂组织（10min）1、检查到课人数2、总结上课引出新课新课内容（80min）课题三：调节方式及其对机组变工况的影响 调节汽轮机的功率调节汽轮机的流量：节流、喷嘴、旁通、滑压一、节流调节特点：所有进入汽轮机的蒸汽都经过一个或几个同时启闭的调节阀，然后流向第一级喷嘴。各级通流面积不变，变工况时各级级前压力与流量成正比，ht几乎不变，、x1、i基本不变（凝汽式汽轮机），但整机效率降低。th的大小与通流部分结构无关，而与蒸汽初终参数和进汽量的大小有关。背压机不宜采用节流调节，一般用在小机组上及承担基本负荷的机组。二、喷嘴调节及调节级变工况（一）喷嘴调节的工作原理当汽轮机负荷变化时，依次开启和关

49、闭调节阀（310个调节阀），以调节汽轮机的进汽量。在部分负荷下，只有一个调节阀部分开启，调节级总是部分进汽的。（二）调节级的变工况假设：（1）=0； （2）调节阀全开压后p0不随流量的增加而降低； （3）各调节阀之间无重叠度； （4）调节级后压力与蒸汽流量成正比。1、 调节级的内效率设：第一、二阀已全开，第三阀部分开启则进入汽轮机的蒸汽分两股，一股通过全开的阀门，过程线为02 ；另一股通过部分开启的调节阀，过程线为02 。这两股蒸汽都膨胀到压力p2，并在级后的汽室中混合，然后再一起流入第一非调节级。为使这两股汽流混合均匀，调节级后的汽室容积较大，混合后的焓值为h 2。2、 调节级前后压力与流量

50、的关系（1） 解析法 对于凝汽式汽轮机，调节级后的压力p2D，即 （2） 几何做图法调节阀后即各喷嘴组前的压力p01 、p02是变动的，其值取决于各调节阀的开度大小，喷嘴后压力p1各喷嘴都相同。各调节阀全开时所能通过的最大流量，彼此不一定相等，最后一个开启的调节阀通常在超负荷时投入。调节级的焓降是随工况变动而变化的，当流量增加时，调节级的焓降先增大而后减少。在第一个调节阀全开而第二个调节阀未开时， p2/p0达到最小，而级前温度上升到最高值，调节级焓降达到最大值。而后随着流量的增加，由于级前压力p0基本不变，而p2上升，所以焓降逐渐减少。最危险的工况不是在汽轮机的最大工况。3、调节级效率曲线

51、为一有明显波折的曲线，因调节阀全开时，节流损失小，效率较高；调节阀部分开启时，汽流受到较大的节流，效率将下降。效率最高点为设计工况。三、滑压调节滑压调节：汽轮机调节阀保持全开或基本全开状态，通过锅炉调整新蒸汽压力（初温不变），达到改变蒸汽流量使其适应汽轮机不同负荷的要求。定压调节：保持汽轮机主汽阀前蒸汽参数不变，通过改变调节汽阀的开度来改变进汽流量。（一）滑压调节的特点1、提高了机组运行的可靠性和机动性2、提高了机组在部分负荷下运行的经济性 （二）滑压调节的方法1、 纯滑压调节锅炉热惯性大，反应迟缓，适应负荷变化慢。2、 节流滑压调节调节阀不开足，留有515%的开度，负荷降低时滑压，负荷增加时

52、定压，待负荷稳定后，调节阀再回原位。3、 复合滑压调节（定滑定）低负荷：滑压调节，除12个调节阀全关，其余全开；高负荷：定压，改变通流面积；极低负荷（20%30额定负荷）：为保证锅炉的水循环工况和燃烧的稳定，进行较低水平的定压。300MW机组：280MW以上，定压p0=17.4Mpa，t=540；80MW以下，定压p0=4.9 MPa 600MW机组：25%30%额定负荷，定压；80额定负荷，定压。四、变工况时轴向推力的变化作用在一个级上的轴向推力，主要取决于级前后的压力差和反动度的乘积。而末级轴向推力占总轴向推力较小，因此，轴向推力随负荷的增大而增大，在最大负荷时达最大值。课题四：蒸汽参数变

53、化对汽轮机运行的影响流量变化汽轮机变工况蒸汽初终参数变化汽轮机变工况。参数波动在一定范围内允许，只影响机组的经济性，但超限则影响安全性。一、蒸汽参数变化对汽轮机安全性的影响初压变化对功率的影响（初温、背压不变）（一）经济上的影响（初压变化较小）1、 调节阀开度不变此时p 0变化，引起流量变化。 （1）凝汽式汽轮机 （2） （3）p 0变化不大时， 背压越高，p 0 对P 的影响越大。背压机功率的变化比凝汽式汽轮机大。i2、 流量保持不变流量不变，则要改变调节阀的开度，可采用喷嘴调节和节流调节方法。节流调节：G不变，则第一级前压力不变，Ht不变，Pi不变，只是阀门开度改变，节流损失改变。喷嘴调节

54、：初压变化，改变最后一个调节阀开度。若忽略最后一个调节阀的节流损失，则 对于中间再热机组，初压的改变只影响高压缸的理想焓降，对汽轮机的功率的影响较小。（二）安全性的影响（初压变化较大） 初压增加：若初温不变，热力过程线左移，末级叶片处蒸汽湿度增加，工作条件恶化。调节级在危险工况，即第一阀全开，第二阀未开时，因初压与流量成正比，使动叶片应力增加，超过材料许用应力，因此初压增加较多时，要对调节级叶片强度进行核算。 初压降低：若功率保证，则流量要增加，各级前压力增加，末级焓降增加，末级易过负荷，轴向推力增加，因此初压降低较多时，要限制汽轮机的出力。二、初温变化对功率的影响（初压、背压不变）初温变化功

55、率变化蒸汽在锅炉内吸热量变化初焓变化。假设：蒸汽在锅炉中吸收的总热量不变，则：（一） 经济性的影响（初温变化不大）1、2、3、初温升高3050，相对内效率约升高1%。（二） 安全性的影响（初温变化较大）初温增加：金属材料高温蠕变增加，许用应力降低，不允许超过上限值。初温降低：各级焓降降低，反动度增加，轴向推力增加； 若此时流量增加，则末几级隔板应力增加，末级动叶片应力增加； 因此，初温降低时，要减负荷，使零件内应力和轴向推力不超限；或当初温降低的同时，要使初压降低，以减少末级叶片处的湿度。三、背压变化对功率的影响（初压、初温不变）凝汽设备变化背压变化汽轮机内功率变化。变化情况与末级汽流是否达到临界有关。设：原工况的末级出口压力等于pcr，由连续方程：（一） 背压由临界压力p2cr升高将引起：1、汽轮机理想焓降减少； 2、最后级余速损失的改变； 3、最后几级效率的改变； 4、凝结水温度升高引起最后一级回热抽汽量的改变。背压改变前：背压改变后：（二） 背压由临界压力p2cr降低 此时功率的改变只是由于末级功率的变化引起的（三） 通用曲线1、汽轮机的背压变化时，单位蒸汽流量的功率变化量与之间的关系曲线。2、凝汽器真空