蒸汽状态及汽轮机的基础介绍

蒸汽状态及汽轮机的基础介绍

蒸汽动力机械将蒸汽中储存的热能转化为机械能。

锅炉中产生蒸汽。 锅炉是四面封闭的钢制压力容器，给水锅炉必须经过特殊处理。 锅炉可使用固体、液体和气体燃料。

1.蒸汽

蒸汽在两种情况下产生。 在敞口容器中，水在气压 p = 1 atm（标准大气压）下加热，水在 100°C 时沸腾。 由于加热，水分子运动，当达到沸点时，它们从水中逸出，即水蒸发。 如果继续加热，当沸点达到100℃时，水变成相同温度的蒸汽，体积增大。

当1L水在0.（1个标准大气压）蒸发时，大约产生1700L蒸汽。

如果水在封闭的锅炉中蒸发，随着热量不断引入，越来越多的水分子涌入蒸汽空间。

蒸汽在水面上产生背压。 因此，水的沸点超过100°C，因为水分子必须克服这种背压才能逸出。

水的沸点与作用在水上的气压有关。

(1)湿蒸汽在易于移动且密封良好的活塞容器中盛有1kg温度为10℃的水。 将其加载到活塞上以产生p=1的压力。 （10 个标准大气压）在水中。 此时水的体积为1.0004L。 当引入718J/kg的热量时，水沸腾，体积达到1.13L。 随着加热的继续，水表面不断形成蒸汽，蒸汽中含有很小的水颗粒。 由于蒸汽中含有水分子，这种水蒸气称为湿蒸汽。

(2) 饱和蒸汽 若水全部蒸发，则产生179℃的饱和蒸汽。 当压力为1.时，要产生饱和蒸汽，必须继续引入热量/kg。 饱和蒸汽含有足够的热量以在饱和压力和相应的饱和温度下维持其气态。 如果用蒸汽带走热量，部分蒸汽会立即变成177°C的水。 如果将饱和蒸汽通入以蒸汽为动力的机器中，则蒸汽在接触管壁和机械部件时冷却时变成水。

(3)过热蒸汽 若在等压条件下向179℃的饱和蒸汽通入290kJ/kg的热量，则产生1.,573K的过热蒸汽。

2、锅炉炉膛

在锅炉炉膛中，储存在固体、液体和气体燃料中的化学能被转化为热能。

在炉内，燃料中的可燃成分与空气中的氧气结合放出热量，不燃成分形成灰烬。 炉具设备主要有液体燃料雾化器、气体燃料燃烧器、煤粉燃烧器等。蒸汽锅炉按能源（电、油、气）可分为三种：电蒸汽锅炉、燃油蒸汽锅炉、燃气蒸汽锅炉。燃烧蒸汽锅炉； 按结构可分为立式蒸汽锅炉和卧式蒸汽锅炉。 中小型蒸汽锅炉多为单回程或双回程立式结构，大型蒸汽锅炉多为三回程卧式结构。

(1)液体燃料雾化器压力泵将重油以0.7~2MPa的压力泵入雾化器。 重油在雾化器喷嘴中旋转，形成喇叭状，喷入炉内。 离心式雾化器是利用与雾化器一起以6000~7000r/min旋转的喇叭形部件将油雾喷入炉内。

(2)气体燃料燃烧器的作用是将气体燃料和一定比例的空气喷入炉内。 燃料和空气的混合物在燃烧器出口处点燃。

(3)煤粉燃烧器的结构和工作原理与气体燃料燃烧器相似。 煤粉和空气以涡流状送入燃烧器，煤粉迅速燃烧。

3.蒸汽锅炉

锅炉炉膛内产生的烟气通过受热面将热量传递给锅炉给水。

受热面是锅炉与火接触的表面。 受热面的一侧吸收热量，受热面的另一侧与水接触，将热量传递给工质。 热量通过三种方式从一个物体传递到另一个物体。

4、汽轮机

蒸汽轮机是一种将蒸汽能转化为机械功的旋转动力机械。 它主要用作发电的原动机。 还可直接驱动各种泵、风机、压缩机、船舶螺旋桨等，还可利用汽轮机的废汽或中间抽汽，满足生产、生活中的供热需要。

(1)汽轮机原理：锅炉出来的蒸汽进入汽轮机后，经过一系列环形排列的喷嘴和动叶片，将蒸汽的热能转化为汽轮机旋转的机械能转子。 蒸汽在汽轮机中以不同的方式转换能量，形成不同工作原理的汽轮机。

（2）配套设施 汽轮机通常在高温、高压、高速条件下工作。 它们是相对复杂的重型机械，通常必须与锅炉（或其他蒸汽发生器）、发电机（或其他驱动机械）和冷凝机连接。 蒸汽锅炉、加热器、水泵等组成一套完整的设备，协同工作。

(3)结构部件汽轮机由旋转部分和静止部分组成。 旋转部分包括主轴、叶轮、动叶片和联轴器等。静止部分包括进汽部分、筒体、隔板和静叶栅、汽封和轴承等。