凝汽式汽轮机是现代火电站和核电站中广泛采用的典型汽轮机.凝汽设备是凝汽式汽轮机装置的一个重要组成部分.凝汽设备工作的好坏直接影响到整个装置的热经济性和运行可靠性.因此应对凝汽设备的工作原理和变工况特性等加以了解.
第一节凝汽设备的工作原理、任务和类型
一、凝汽设备的工作原理与任务
凝汽设备在汽轮机装置的热力循环中起着冷源的作用，降低汽轮机排汽压力和排汽温度可以提高循环热效率.以东方汽轮机厂生产的300Mw汽轮机参数为例，该机新汽压力p.=16.67MPa，新汽和再热温度t.=1 =537C，再热压力p，=3.665MPa，纯凝汽热力循环如图4.1.1(b)所示，循环热效率n与汽轮机排汽压力p的关系如图4.1.1(b)所示.若没有凝汽设备，汽轮机的最低排汽压力是大气压，循环热效率n 只有37.12%，而当p=5.0kPa时n=45.55%，两者之差的相对值△n./n 为18.5%，热经济性损失巨大.
图4.1.1一次中间再热亚临界机组的热力环与热效率 （a）热力循环；（b）n/n，-.关系曲线
若运行不善使该机的排汽压力比正常值下降1%，An./n 也将降低1%以上，即机组热耗率的相对变化率将增大1%以上，对于大型机组这是可观的.相反.若能使汽轮机排汽温度下降5℃，则△n./n.将增大1%以上.这些都说明凝汽设备
的重要性.
以水为冷却介质的凝汽设备，由凝汽器、抽气器、循环水泵和凝结水泵以及它们之间的连接管道、阀门和附件等组成，最简单的凝汽设备示意图如图4.1.2所示.汽轮机的排汽进入凝汽器1，循环水泵2不断的把冷却水打入凝汽器，吸收蒸汽凝结放出的能量，蒸汽被冷却并凝结为水.凝结水由凝结水泵3抽走.凝
汽器内压力很低，比较容易漏入空气，空气将阻碍传热因此用抽气器4不断的将空气抽走.
凝汽器内为什么会形成真空？这是因为凝汽器内的蒸汽凝结空间是汽水两相共存的，其压力是蒸汽凝结温度下的饱和压力.只要冷却水温不高，在正常情况下蒸汽凝结温度也就不高，如30℃左右的蒸汽凝结温度所对应得饱和压力约只有45kPa，大大低于大气压力，就形成了高度真空.
图4.1.2最简单的凝汽设备示意图1-摄汽题；2-循环水泵：3-機结水泵；4-抽气器
凝汽设备的任务：一是
在汽轮机的排汽管内建立并维持高度真空；二是供应洁净的凝结水作为锅炉给水.
给水不洁净将使锅炉结垢和腐蚀，使新汽夹带盐分，此盐分在汽轮机通流部分积盐垢，影响电厂的安全经济运行.300Mw机组的给水量达1000t/h左右.容量越大，给水量越大.若都靠软化水，则没备投资和运行费用都很昂贵.而凝汽器洁净的凝结水，正好可大量用作锅炉给水，为此必须保证凝结水质不被污染.如果冷却水管被腐蚀或水管在管板上的胀口松脱，则管内压力较高的不洁净冷却水将漏到凝结水一侧，污染凝结水，水质不合格的凝结水，不能用作锅炉给水.
二、凝汽器的类型
现在电站使用的凝汽器主要是以水为冷却介质的表面式凝汽器.在缺水地区和列车电站上，可用空气凝汽器.
1.空气凝汽器
图4.1.3（a）是直接冷却空气凝汽器系统.汽轮机排汽进入热交换器冷却凝结，热交换器一般用具有鳍状散热片的管束组成，蒸汽进入管束内侧，空气在管外流过，为了加强冷却，可用风扇机力通风.由于空气传热系数很低，所以冷却表面积很大，整个凝汽器的体积庞大，无法放在汽轮机下部，常不得不远离汽轮机放在户外，因此汽轮机粗大的排汽管道很长，金属耗量和流动阻力都很大.
图4.1.3空气凝汽器系统示意图
1一最结水票；2-热交换器：3-风扇，<-喷射极汽器：5-水轮机，6一出水聚，7-干冷却塔 （a）直楼冷邮空气要汽器：（b）间接冷端空气要汽据 为了克服这一缺点，出现了间接冷却空气凝汽器系统，如图4.1.3（b)所示.汽轮机排汽进入喷射凝汽器中，与从干冷却塔来的冷却水相混合而凝结为水.喷射凝汽器体积不大，可以装在汽轮机下面.从喷射凝汽器出来的冷却水和凝结水的混合水流，一小部分给凝结水泵抽走作为锅炉给水，大部分经出水泵打入干冷却塔冷却.在缺水地区，这种空气凝汽器可用在大功率机组上、在热交换器至喷射凝汽器管路上装设水轮机、可利用水的压头能量.喷射凝汽器的传热端差为零，凝汽器内不需要冷却水管，投资小，另外，它有结构小、无需维修等有价值的优点. 2.表面式凝汽器 表面式凝汽器在火电站和核电站中应用广泛.图4.1.4是表面式凝汽器结构简图.冷却水管2装在管板3上，蒸汽进入凝汽器后，在冷却水管外汽测空间 冷凝.凝结水汇集在下部热井7中，由凝结水泵抽走.冷却水从进水管4进入凝汽器，先进入下部冷却水管内，通过回流水室5流入上部冷却水管内，再由冷却水出水管6排出. 图4.1.4表面式覆汽源结构黄图 1一蒸汽入口：2一冷昂水管；3-音板：4-冷却水进水膏：5一冷部水国流水室：6一冷湖水出水管：7一极结水集水看（热并1：8一空气冷邮区；9一空气冷都区挡板：10-主凝结区：11-空气抽出口 如图4.1.4所示，同一股冷却水在凝汽器内转向前后两次流经冷却水管的、称为双流程凝汽器.同一股冷却水不在凝汽器内转向的（如图4.3.4所示)，称为单流程凝汽器. 凝汽器的传热面分为主凝结区和空气冷却区两部分，这两部分之间用挡板隔开.空气冷却区的面积约占凝汽器总面积的5%~10%.蒸汽刚进入凝汽器时，所含空气量不到万分之一，凝汽器总压力可以用蒸汽分压力代替.蒸汽在主凝结区大量凝结，但空气不能凝结，到达空气冷却区入口时，蒸汽流量以大为减小，而空气流量未变.剩下的蒸汽和空气混合物进入空冷区，蒸汽继续凝结，到空气抽出口处，蒸汽和空气的质量流量已是同一数量级，这时蒸汽分压力才明显减小，所对应的饱和温度也才降低，空气和很少量的蒸汽才会得到冷却.空气被冷却后，容积流量减小，抽汽器负荷减小，抽气效果才好. 由于空气抽出口不断地抽除空气，因此正在凝结的蒸汽和空气流向抽气口，显然空气抽出口的压力p最低，凝汽器入口处压力p.最高.P.与p之差是蒸汽空气混合物的流动阻力.称为凝汽器的汽阻，以Ap表示，Ap.=P.-P.汽阻越大，凝汽器入口的压力p.也越高，经济性越低，故应尽量减小汽阻.现代凝汽 器的汽阻可以小到260400Pa左右. 由于空气抽出口的位置不同，现代凝汽器分为汽流向侧式（如图4.1.4右侧左视图）与汽流向心式（如图4.1.5，a）两大类.由于单机功率增大，凝汽器尺寸和冷却水管数量大大增加，为了加大管束四周的进汽周界，减短汽流途径、减小汽阻，出现了多区域向心式凝汽器，如图4.1.5(b)所示.独立区域数由两个到十几个，平行布置于矩形外壳内.每个区域的中部都有空气冷却区. 图4.1.5按摄汽器汽流类型分类 (b) 凝汽器给冷却水的阻力称为水阻.它由冷却水管内的沿程阻力、冷却水由水室进出冷却水管的局部阻力与水室中的流动阻力（包括由循环水管进出水室的局部阻力）等三部分组成.水阻越大，循环水泵的耗功越大，故应减少之.双流程凝汽器的水阻较大约49~78kPa，单流程水阻较小. 三、凝汽器真空的测量 图4.1.6测量凝汽器真空的示意图 测量凝汽器真空的最简单的方法是用如图4.1.6所示的水银真空计.由图可见，凝汽器中绝对压力为
