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蒸汽轮机基础:修订间差异

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③汽缸。
③汽缸。


正如在往复式蒸汽机和内燃机中,汽缸是用于约束工质使其不能外溢的外壳,蒸汽轮机的汽缸也是约束蒸汽的外壳。为了防止蒸汽通过汽缸壁与外界发生热交换,从而导致蒸汽损失内能,汽缸的外侧一般都涂覆有很厚的绝热材料——通常是石棉和水泥。考虑到检修的需要,汽缸一般都分为两部分,即下部的汽缸座和上部的汽缸盖;在蒸汽轮机故障时,只需把汽缸盖吊起来,就可对内部进行修理。由蒸汽推动的叶轮被称为动叶栅,装在蒸汽轮机的转轴上,可随转轴转动;而在动叶栅的前面还有一圈叶轮,只不过这圈叶轮并不是套在转轴上的,而是固定在汽缸内,和动叶栅靠得很近。因为这圈叶轮是固定的,不能转动,所以被称为“静叶栅”。静叶栅的主要作用是作为蒸汽的膨胀场所:从锅炉引入的高温高压蒸汽进入汽缸后,在静叶栅内发生膨胀,以很高的速度击向其后的动叶栅,由此推动动叶栅高速旋转。所以,我们其实可以把静叶栅近似地看做一圈沿环向排列的小喷嘴。一层静叶栅和一层动叶栅互相配合,就组成了蒸汽轮机中最基本的单位——级(stage)。考虑到一级轮机可能不能完全榨取出蒸汽中所蕴含的能量,大型的船用蒸汽轮机通常都是由数级串联而成的;蒸汽从入口向出口处流动,依次在每一级中膨胀做功,每次做功都损失一些能量——好比一只球从楼梯上逐级滚落下来,每滚下一级都会损失一些重力势能。
正如在往复式蒸汽机和内燃机中,汽缸是用于约束工质使其不能外溢的外壳,蒸汽轮机的汽缸也是约束蒸汽的外壳。为了防止蒸汽通过汽缸壁与外界发生热交换,从而导致蒸汽损失内能,汽缸的外侧一般都涂覆有很厚的绝热材料——通常是石棉和水泥。考虑到检修的需要,汽缸一般都分为两部分,即下部的汽缸座和上部的汽缸盖;在蒸汽轮机故障时,只需把汽缸盖吊起来,就可对内部进行修理。由蒸汽推动的叶轮被称为动叶栅,装在蒸汽轮机的转轴上,可随转轴转动;而在动叶栅的前面还有一圈叶轮,只不过这圈叶轮并不是套在转轴上的,而是固定在汽缸内,和动叶栅靠得很近。因为这圈叶轮是固定的,不能转动,所以被称为“静叶栅”。静叶栅的主要作用是作为蒸汽的膨胀场所:从锅炉引入的高温高压蒸汽进入汽缸后,在静叶栅内发生膨胀,以很高的速度击向其后的动叶栅,冲动动叶栅或是在动叶栅中继续膨胀,由此推动动叶栅高速旋转。所以,我们其实可以把静叶栅近似地看做一圈沿环向排列的小喷嘴。一层静叶栅和一层动叶栅互相配合,就组成了蒸汽轮机中最基本的单位——级(stage)。考虑到一级轮机可能不能完全榨取出蒸汽中所蕴含的能量,大型的船用蒸汽轮机通常都是由数级串联而成的;蒸汽从入口向出口处流动,依次在每一级中膨胀做功,每次做功都损失一些能量——好比一只球从楼梯上逐级滚落下来,每滚下一级都会损失一些重力势能。


[[文件:俄克拉荷马城蒸汽轮机.jpg|缩略图|这是俄克拉荷马城号巡洋舰的高压轮机,动叶栅和静叶栅的位置如图所示]]
[[文件:俄克拉荷马城蒸汽轮机.jpg|缩略图|这是俄克拉荷马城号巡洋舰的高压轮机,动叶栅和静叶栅的位置如图所示]]
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如图所示。蒸汽从叶轮的中心流入,体积逐渐膨胀,经弯曲叶片的引导后向叶轮四周流动,最后从叶片末梢斜向外地喷出;根据牛顿第三运动定律,我们知道,这些从叶片末梢出射的蒸汽会给叶片施加一个反作用力,迫使叶片旋转起来。由于蒸汽的流动方向与叶轮的旋转方向相反,这种蒸汽轮机被成为“反击式蒸汽轮机”(reaction turbine)。
如图所示。蒸汽从叶轮的中心流入,体积逐渐膨胀,经弯曲叶片的引导后向叶轮四周流动,最后从叶片末梢斜向外地喷出;根据牛顿第三运动定律,我们知道,这些从叶片末梢出射的蒸汽会给叶片施加一个反作用力,迫使叶片旋转起来。由于蒸汽的流动方向与叶轮的旋转方向相反,这种蒸汽轮机被成为“反击式蒸汽轮机”(reaction turbine)。


不过,以上只是模型中的情况。在实际运用中,反击式蒸汽轮机的叶片并非像模型中的那样排列,而是如下图这般排列:
不过,以上只是模型中的情况。在实际运用中,反击式蒸汽轮机的叶片并非像模型中的那样排列,而是如图中这般排列:
 
[[文件:反击式蒸汽轮机叶轮.jpg|缩略图|反击式蒸汽轮机的叶轮]]
 
其中的FB就是静叶栅,而MB则是动叶栅。可以看出,在经静叶栅膨胀后,蒸汽喷入动叶栅,在动叶栅中继续膨胀,并由叶片导引着斜向下射出,这一过程中产生的反作用力会导致动叶栅向上旋转。
 
作为最早应用在船舶动力上的蒸汽轮机,反击式蒸汽轮机自然有其可取之处。