资源简介

4.3蒸汽轮机
燃气轮机
教案
【教学课题】
蒸汽轮机
燃气轮机
【教学目标】
1.
知识目标

了解轮机与复式活塞内燃机的差别，轮机的特点和优越性。

知道蒸汽轮机知道的构造、工作原理、特点和主要用途。

知道蒸汽轮机和燃气轮机的构造，特点和主要用途。
2.
能力目标

会自己动手制作简易微型汽轮发电机

区分蒸汽轮机和燃气轮机的工作原理
3.
情感态度与价值观
能够辨别在日常生活和一些新领域当中是运用的是哪种的轮机。
【教学安排】
90分钟
【教学重难点】
重点：轮机的工作过程和各自的优缺点
难点：轮机的工作原理
【教学方法】
教法：物理教学是以实验探究为基础的，重在启发思维，教会方法。本节课利用多媒体辅助教学、创设情景──观察──分析──猜想──实验探究──交流讨论──归纳总结相结合的教学方法。
学法：学生是课堂教学的主体，新课程理念更重视在教学过程中对学生的学法指导。本节课的教学过程中通过观察生活中的常见形变，巧用引导性提问，激发学生的积极性，让学生在轻松、自主、讨论的学习氛围中总结出本节的主要内容从而完成学习任务。
【教学用具】
投影仪、投影片
【教学内容】
1、从活塞机到轮机
工质在工作部分所做的功不能全部转到
发动机的曲轴上，成为有用功输出。其中有相当大的一部分要消耗在转动装置上，这部分损失叫做机械损失。
为了提高热机的机械效率就必须尽可能减少在转动过程中损失的无用功，从而提高有用功的比例。蒸汽机和活塞内燃机的工作部分都是汽缸和活塞，要把动力转到曲轴上，就必须吧活塞上的往复直线运动转换成曲轴的转动。
1、轮机的问世
轮机指的是热机主轴上装着一系列轮，叶轮在蒸汽或者是燃气推动下旋转，不需要连杆、曲轴做往复运动，更不需要笨重的飞轮。
二、蒸汽轮机
1、汽轮机概念
汽轮机是将蒸汽的能量转换为机械功的旋转式动力机械，是蒸汽动力装置的主要设备之一。汽轮机是一种透平机械，又称蒸汽透平。
透平将流体介质中蕴有的能量转换成机械功的机器，又称涡轮、涡轮机。透平是英文的音译，原意为旋转物体。透平最主要的部件是旋转元件（转子或称叶轮），被安装在透平轴上，具有沿圆周均匀排列的叶片。流体所具有的能量在流动中经过喷管时转换成动能，流过转子时流体冲击叶片，推动转子转动，从而驱动透平轴旋转。透平轴直接或经传动机构带动其他机械，输出机械功。
2、汽轮机工作原理
汽轮机将蒸汽的热能转变为机械功通常是通过冲动作用原理和反动作用原理这两种方式实现的。
3、汽轮机的特点
原动机有电动机、蒸汽机、内燃机、汽轮机等。目前炼化工装置中常用的是电动机和汽轮机，汽轮机有如下优点：
（1）汽轮机转速高，高速汽轮机转速在10000r／min以上，可直接与离心泵或离心压缩机联结；电动机最高转速只能达到3000r／min,与离心泵或离心压缩机联结时，还必须有增速设备。
（2）汽轮机的转速可在一定范围内变动，增加了调节手段和操作的灵活性，而电动机的转速是固定的，调速也需增加调速设备。
（3）汽轮机驱动适应输送或压缩易燃易爆介质，即使有泄漏，也不会由原动机引起事故，电动机驱动必须采取有效地防爆措施。
（4）汽轮机用蒸汽，可由炼油或化工厂自备热电厂提供，动力来源比较稳定，而电动机要受电力网的影响。正由于汽轮机可直接驱动较大型的高速旋转的各类泵、压缩机等，而且具有启动扭矩大，容易实现转速调节，无易燃易爆危险、能较好地利用工厂余热、操作可靠等特点，所以在炼油化工行业得到广泛应用。
4、汽轮机的结构组成
蒸汽轮机包括汽轮机本体，调节、保安系统及辅助设备三大部分。
蒸汽轮机本体包括：
静体（固定部位）——汽缸、喷嘴、隔板、汽封等。
转子（转动部分）——轴、叶轮、叶片等。
轴承（支承部分）——径向和止推。
三、燃气轮机
1、燃气轮机基本原理
（1）燃气轮机定义：燃气轮机是将燃料（石油、天然气、煤）的能量转化为某种形式的有用功，例如机械功或者高速喷气式动力装置的推力。
最简单的燃气轮机包括三部分：压气机、燃烧室、涡轮。
压气机——压缩空气（消耗功）
燃烧室——燃料与空气燃烧（化学能转化为热能）
涡轮——燃气膨胀做功，一部分功用来带动压气机、剩余的功输出，提供动力或推力。
（2）现代燃气轮机的基本特点：

在燃烧的过程中，燃烧室的压力近似不变，称为定压加热过程。

做功的气体来自大气，最后排入大气，称为开式循环。

通常称这个循环为布雷顿循环。
（3）地面燃机的分类：

重型、轻型和微型；

简单循环和复合循环；

单轴和多轴；

工业用和舰船用；
（4）地面燃气轮机的评价参数：

效率：42.9%
，联合循环效率高达58%；（油耗率、热耗）

功率：
最大334MW；

涡轮前温度、压比；

寿命：50000-100000小时；

停机检查时间：4000-8000小时；

单位功率的重量：重型的一般大于2-5kg/kW，轻型则小于2
kg/kW）

污染物排放水平。
2、燃气轮机发展史
早在18世纪，燃气轮机的理论和工作原理就已经建立起来了，但直到1940左右才真正制造出来。主要的原因在于高温材料方面的限制和各部件（压气机、涡轮）效率偏低。
发展的历程：专利——试制——成功，三个阶段。
在1791年英国人John
Barber
获得了第一个燃气轮机的专利，尽管他没有真正制造一台燃气轮机，但是为将来的发展奠定了基础。
在1872瑞士人Stole获得了一个燃气轮机的专利，他设计的燃气轮机包括多级轴流式压气机、反动式涡轮、燃烧室、回热器等部件。
1895年，美国人
Charles提出了完整的燃气轮机的设计专利。
在1900年，法国人
Stolze制造了第一台“真正”的燃气轮机，并且进行了试验，但是结果却是失败了。装置除了带动自身旋转外，几乎不能对外输出功。
3、燃气轮机的优缺点
优点：
结构紧凑、质量轻、体积小、占地面积小，单位功率质量较低；相对于汽轮机，省去了庞大的锅炉系统。
启动快、从冷态启动至满负荷，通常只用几分钟至半小时。
耗水少或者不用水。
缺点：部分负荷时效率低，油耗高。
4、燃气轮机的应用领域

工业领域

陆地和海上运输

航空领域
【课程小结】
1、汽轮机是将蒸汽的能量转换为机械功的旋转式动力机械，是蒸汽动力装置的主要设备之一。汽轮机是一种透平机械，又称蒸汽透平。
2、蒸汽轮机简称汽轮机，是一种作用高压、高温蒸汽内能做功的动力机。
蒸汽轮机的级由固定在外壳上的导流叶片与固定在机轴上的叶轮组成。
3、汽轮机的结构组成
蒸汽轮机包括汽轮机本体，调节、保安系统及辅助设备三大部分。
蒸汽轮机本体包括：
静体（固定部位）——汽缸、喷嘴、隔板、汽封等。
转子（转动部分）——轴、叶轮、叶片等。
轴承（支承部分）——径向和止推。

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