【知识点】蒸汽进入汽轮机内部后是如何转化为电能的?(附汽轮机工作原理)

文摘   2024-12-24 08:14   新疆  

1 蒸汽在汽轮机中转换为机械能
蒸汽在汽轮机中,是这样一步一步将其热能转换为机械能的:
  • 蒸汽首先流过汽轮机中固定的喷嘴。在这个过程中,蒸汽的压力和温度会降低,而体积会膨胀,流速则会增加。这样,蒸汽的热能就转变成了动能。
  • 接下来,这些高速蒸汽会冲击汽轮机叶片,也就是装在叶轮上的动叶片。蒸汽会给叶片一个周向的作用力,使叶片带动转子转动。
  • 在蒸汽流出叶片后,它的流速会降低,而这部分动能就转变成了汽轮机转子的机械能。
2 励磁将机械能转换为电能
至于励磁将机械能转换为电能的过程,其实主要发生在发电机中,发电机通常由主体结构、转子、定子、励磁系统等组成,它的工作原理是利用导线切割磁力线时会产生感应电势的电磁感应原理,将机械能变为电能输出,具体过程如下:
  • 转子的旋转:在发电机中,转子会连接着发动机或涡轮机(比如汽轮机)的输出轴,因此,当汽轮机产生机械能时,它会驱动发电机中的转子旋转。
  • 励磁系统产生磁场:励磁系统是发电机中的关键部分,它能产生强大的磁场。这个磁场可以是恒定的,也可以是旋转的。一般来说,当励磁电流通过线圈时,会在铁芯中产生磁场。
  • 电磁感应:当转子(上面带着磁体)旋转时,它会与励磁电流产生的磁场一起旋转。这个旋转的磁场会在定子上的线圈中产生交变电动势。如果线圈是闭合的,那么在这个电动势的作用下,线圈内就会产生电流,这个电流就是我们通常所说的电能啦!
3 综上所述,蒸汽在汽轮机中通过喷嘴和动叶片的作用,将热能转换成机械能;而发电机则利用励磁系统和电磁感应原理,将汽轮机输出的机械能转换成电能。

附:汽轮机工作原理。

汽轮机,又名蒸汽透平,是一种将蒸汽的热能转换成机械能的旋转式原动机哦。它的工作原理主要是利用蒸汽的膨胀,使其一部分热能转变为高速的气流,推动叶轮旋转,从而转变为动能。具体过程是这样的:
  • 蒸汽首先会进入喷嘴室。喷嘴室的主要作用呢,是使通过喷嘴的蒸汽流降压、升速、转向,将热能转换成动能,使高速气流按一定方向喷向动叶片。
  • 接下来,汽流会进入汽轮机的静叶栅。在静叶栅内,其流道截面是渐缩形的,即流道的进口截面大,出口截面小。当汽流通过这样的渐缩流道后,汽流就会被加速、膨胀,完成热能向动能的转换。
  • 然后,汽流会从静叶栅进入动叶栅。因动叶流道截面也是做成逐渐收缩的,所以气流在动叶栅中会进一步降压、膨胀和加速。具有一定动能的气流会对叶片产生一个冲击力(冲动力),同时气流在动叶流道内的继续膨胀、加速会对动叶片产生一个反作用力(反动力)。这样在冲动力和反动力的作用下,动叶片就会推动汽轮机主轴转动,产生机械功。
根据蒸汽所含能量在汽轮机级中转化为机械功的方式,汽轮机级还可分为冲动级、反动级和速度级三种:
  • 冲动级汽轮机:是利用蒸汽在喷嘴中冲击叶片而产生机械功的。
  • 反动级汽轮机:是利用蒸汽在动叶片中膨胀而产生机械功的。
  • 速度级汽轮机:是利用蒸汽在动叶片中膨胀并冲击叶片而产生机械功的。
汽轮机就是这样把蒸汽的热能一步一步转换成机械能的

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