热力叶轮机械原理第五章 多级汽轮机1
汽轮机工作原理及构造
汽轮机工作原理及构造汽轮机是一种常用于发电厂和船舶动力系统中的热力机械设备。
它通过燃烧燃料产生高温高压的蒸汽，然后利用蒸汽的能量驱动涡轮机进行旋转，最终将旋转的动能转化为电能或机械动力。
本文将介绍汽轮机的工作原理及构造。
一、汽轮机的工作原理汽轮机的工作原理基于热力学循环和流体力学原理。
一般而言，汽轮机采用的热力学循环是朗肯循环，其主要由以下四个过程组成：压缩、加热、膨胀和冷却。
1. 压缩过程：冷凝器中的凝汽泵将凝结的蒸汽吸入压缩机中，通过压缩使其压力和温度升高。
2. 加热过程：高温高压的蒸汽进入到汽轮机的燃烧室中，其中的燃料燃烧产生高温高压的气体，使蒸汽进一步增加温度和压力。
3. 膨胀过程：高温高压的气体通过喷嘴喷射到涡轮机中，推动涡轮机旋转，由于涡轮机叶片的设计，气体内部的压力和温度降低。
同时，涡轮机的转动也将转动轴上的发电机或其他机械装置带动。
4. 冷却过程：膨胀后的蒸汽进入冷凝器，通过冷凝器中的冷却水吸热，使蒸汽冷凝成水，并回路循环。
二、汽轮机的构造汽轮机的主要构造包括压缩机、燃烧室、涡轮机和冷凝器等组成部分。
下面将对这些部分进行简要介绍。
1. 压缩机：压缩机通常是由多个级数的离心式或轴流式压缩机组成。
其主要作用是将低温低压的蒸汽压缩成高温高压的蒸汽，为燃烧室提供所需的工作介质。
2. 燃烧室：燃烧室是燃烧燃料的地方，其设计可以使燃料尽量充分燃烧，并产生高温高压的气体。
不同类型的汽轮机有不同的燃烧室结构，常见的有环形燃烧室和燃气轮机中的燃烧室。
3. 涡轮机：涡轮机是汽轮机中最核心的部分，它是通过高温高压气体的推动而旋转，将热能转化为机械能。
涡轮机一般包括高压涡轮和低压涡轮。
高压涡轮接受来自燃烧室的高温高压气体推动，低压涡轮接受来自高压涡轮排出的低温低压气体推动。
4. 冷凝器：冷凝器是一个换热器，用于将膨胀后的蒸汽冷凝成水。
冷凝器通常通过冷却水来吸热，使蒸汽冷凝成水，并将冷凝后的水再次引入蒸汽循环中。
汽轮机级的工作原理及过程等课件
荷需求。
汽轮机级在核能发电厂中的应用
高温高压环境
核能发电厂中的汽轮机级需要面对高温高压的蒸汽环境。 因此，在材料选择和结构设计上需要充分考虑耐高温、耐 高压的特性。
辐射防护
由于核能发电过程中存在放射性物质，汽轮机级在设计和 运行过程中需采取辐射防护措施，确保设备的安全可靠运 行。
蒸汽进入
蒸汽阀门逐渐打开，高温高压 蒸汽进入级的喷嘴。
叶轮旋转
高速蒸汽冲击叶轮，使叶轮开 始旋转。
初始状态
汽轮机级在启动前处于静止状 态，蒸汽阀门关闭，级内无压 力。
喷嘴膨胀
蒸汽在喷嘴中膨胀加速，将热 能转化为动能。
排出蒸汽
蒸汽在叶轮中动能转化为机械 能，随后从排汽口排出。
级的稳定工作过程
蒸汽持续供应
按蒸汽流动方向分
轴流式和径流式。轴流式汽轮机级中蒸汽沿轴向流动，径流式汽轮机级中蒸汽 沿径向流动。
汽轮机级在汽轮机中的地位和作用
地位
汽轮机级是汽轮机的基本组成单元，汽轮机的整体性能取决于各个级的性能和设 计。
作用
汽轮机级的主要作用是将蒸汽的热能转化为机械能，驱动转子旋转，从而带动发 电机或其他负载工作。各级之间的配合和优化可实现汽轮机的高效、稳定运行， 满足电力、化工、冶金等行业的动力需求。
汽轮机级的工作原理 及过程课件
contents
目录
• 汽轮机级的基本概述 • 汽轮机级的工作原理 • 汽轮机级的工作过程 • 汽轮机级的性能分析与优化 • 汽轮机级的应用与发展
01
汽轮机级的基本概述
汽轮机级的定义和构成
汽轮机-多级汽轮机
多级汽轮机♦多极汽轮机概述♦蒸汽在多级汽轮机内的能量转换♦多级汽轮机的结构♦汽轮机的轴封系统多级汽轮机的必要性♦F u=D(c1cosα1+c2cosα2)♦P u= u F u= Du(c1cosα1+c2cosα2)♦随D增大,要求叶片加长,离心力大,叶片根部拉断。
♦随压差增大，c1cos α1增大，F u增大，叶片折弯。
东方汽轮机厂生产的双缸双排汽300 MW汽轮机纵剖面东汽超超临界1000MW汽轮机蒸汽在多级汽轮机内的能量转换♦一、能量转换过程1p2p3p4p5phsΔhmactΔh t’1Δh t’2Δh t’3Δh t’4Δh t，2Δh t，3Δh t，4Δh i，1Δh i，2Δh i，3Δh i，4Δhmac i二. 多级汽轮机的特点（一）多级汽轮机的效率大大提高z在设计工况下每一级都在最佳工况附近工作z余速动能可以全部或部分的被下一级利用z在容积流量相同的条件下由于直径较小因而叶高损失减小，喷嘴流动效率较高z蒸汽初参数可大大提高，排汽压力降低，采用回热循环和中间再热循环，所以多级汽轮机的循环热效率高（二）多级汽轮机单位功率的投资大大减小z单机功率大。
单位功率汽轮机组的造价、材料消耗和占地面积减小。
（三）多级汽轮机存在的问题z增加了一些附加损失，如隔板漏汽损失；z增加了机组的长度和质量；z对零件的金属材料要求提高；z级数增加，结构更加复杂。
¾总体上讲：多级汽轮机远优于单级汽轮机。
多级汽轮机由于具有效率高、功率大、投资小等突出优点而得到广泛应用。
三、多级汽轮机内的损失♦进汽节流损失–由于节流作用引起的焓降损失–与管道长短、阀门型线、蒸汽室形状及气流速度等有关–包括两个汽缸之间♦排汽节流损失–由于排气管压力损失引起的焓降损失–取决于排气管中气流速度大小、排气管结构型式和它的型线三、多级汽轮机内的损失♦轴封漏汽损失–间隙、压差、漏出（入）、降低效率–正压轴封与负压轴封♦机械损失–克服支持轴承和推力轴承的摩擦阻力等–与转速有关四、汽轮机的功率和效率♦1 汽轮机的内功率–多级汽轮机内功率P i等于各级内功率之和♦2汽轮机的轴端功率–汽轮机的输出静功称为轴端功率P a=P i-ΔP m♦3 机械效率–轴端功率与内功率的比值η= P a/ P im四、汽轮机的功率和效率♦4 汽轮机的内效率–汽轮机的内功率与单位时间汽轮机中消耗的理想能量之比–反映蒸汽热能转换为机械功的相应关系–不直接反映汽轮机性能的优劣四、汽轮机的功率和效率♦5 汽轮机的相对内效率–汽轮机的有效焓降与理想焓降的比–反映汽轮机通流部分的完善程度，取决于汽轮机内各项节流损失和级内损失的大小，与轴封漏汽无关（78～90％）–若无回热抽汽，相对内效率＝内效率汽轮机的相对内效率五余速利用和重热现象♦余速利用–上一级的余速可部分被本级利用–两级间轴向间隙小–平均直径相近–全周进汽♦重热现象♦级内的各项损失最终因摩擦转变为热量，被蒸汽吸收，提高蒸汽的做功能力，这种现象称为重热现象21P0P1p2Δhstδhnh2tΔhs Δhδhbδhc六．多级汽轮机的轴向推力及其平衡1. 轴向推力♦汽轮机在运行时，转子需要承受很大的轴向推力。
电厂汽轮机原理及系统 ch2 多级汽轮机
煤耗率
机组发出1KW·h电量所消耗的标煤量 标准煤 电量所消耗的标煤量(标准煤 机组发出 电量所消耗的标煤量 标准煤g/KW·h）。 ）。 1kg标准煤发热量为 标准煤发热量为7000Kcal。 标准煤发热量为 。 指标分为：发电煤耗、供电煤耗。 指标分为：发电煤耗、供电煤耗。
16
2.3 多级汽轮机的轴向力及其平衡
压力反动度
动叶前后压差与级压差的比值， 动叶前后压差与级压差的比值， Ω p =
图上， 在h-s图上，同一压差的焓降随压力降低而增大，故压力反动度小 图上 同一压差的焓降随压力降低而增大， 于焓降反动度， 于焓降反动度，用焓降反动度替代压力反动度计算轴向偏于安全
p1 − p 2 p0 − p2
FzI = π d mlb Ω p ( p0 − p2 ) ≈ π d mlb Ω m ( p0 − p2 )
12
2.1.4 进排汽损失
排汽损失
排汽损失通常用汽轮机未 级动叶出口静压与凝汽器 喉部静压差表示。 喉部静压差表示。由能量 平衡得
2 p1 + 1 ρ1c12 = p2 + 1 ρ 2 c2 + ∆ 0 2 2
排汽总损失 进入凝汽器的 蒸汽动能和排汽通道的流 动压力损失。 动压力损失。即： 2
2 ∆ = 1 ρ 2 c2 + ∆ 0 2
17
2.3 多级汽轮机的轴向力及其平衡
叶轮上的轴向力
叶轮反动度 Ω d = d 2 p0 − p2 轴向推力 π 2 FzII = ( d m − lb ) − d 2 Ω d ( p0 − p2 )
4
p −p
叶轮上的轴向力决定于叶轮两侧 叶轮上的轴向力决定于叶轮两侧 的压差。 的压差。而压差的大小决定于隔 板漏汽G 平衡孔漏汽G 板漏汽 11、平衡孔漏汽 12和叶根 漏汽G 的平衡， 漏汽 13的平衡，以及动叶根部汽 流产生的抽汽效应和叶轮旋转产 流产生的抽汽效应和叶轮旋转产 生的泵浦效应。 生的泵浦效应。三者的流量决定 于隔板与叶轮空间的压力p 于隔板与叶轮空间的压力 d。 延伸学习：漏汽量的计算； 延伸学习：漏汽量的计算；抽汽 效应；泵浦(pumping)效应 。 效应；泵浦 效应
《汽轮机》课件九、多级汽轮机
八、轴向推力及平衡方法
反动式汽轮机的轴向力有100~200T，冲动式汽轮机的轴向力有40~80T 1.产生的原因：
转动部件前后存在压差；流动方向变化 2.方向：
高压指向低压，与汽流的运动方向基本上一致 3.影响：
使转子产生轴向位移，破坏动静部分之间的轴向间隙
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轴封套
九、汽轮机装置的经济指标
Pt Pi Pe Pel
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(一) 汽轮发电机组的效率
1.汽轮机的相对内效率
i
H i H t
Pi Pt
2.机械效率 3.发电机效率
g
m
Pel Pe
Pe Pi
4.汽轮发电机组的相对电效率
el
( cn )2
100
pco
凝汽机组的cn<100~120m/s，背压机组cn<40~60m/s
H co
H
' t
H
" t
措施： 导流板和扩压排汽管道
p1 c12 p2 c22
2 2
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（二）外部损失
1．机械损失 支持轴承和推力轴承的摩擦阻力，以及带动主油泵等，消耗一部分有用功而造成损失
m=1.1~1.362 回热比纯凝汽式功率大
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影响极限功率的主要因素：末级蒸汽流量
G max
1 v2
d blb w 2sin 2
1 v2
多级汽轮机的工作原理解析
多级汽轮机的工作原理解析多级汽轮机通常由高压汽缸、中压汽缸和低压汽缸组成，每个汽缸又包括一个转子和一个定子。
转子是旋转部件，由叶片组成；而定子则是固定部件，也由叶片构成。
这些转子和定子通过轴连接在一起，形成一个整体。
蒸汽则通过多级汽缸进行流动，每个级别都从前一个级别的出口进入，从后一个级别的进口流出。
首先，从锅炉中产生的高温高压蒸汽通过汽轮机的进口进入第一级高压汽缸。
在这个过程中，需要控制蒸汽流量和背压，以保证蒸汽的流量和质量在一定范围内。
接下来，高温高压蒸汽进入高压汽缸，与高压汽轮机转子上的高压叶片接触，通过热交换的方式，将蒸汽的高温高压能量转移到高压叶片上。
在这个过程中，蒸汽的能量被转化为旋转转子的动能，并带动转子旋转。
而后，蒸汽从高压汽缸的出口流出，进入中压汽缸。
在中压汽缸中，蒸汽再次与中压叶片接触，继续将其能量传递给中压叶片。
最后，蒸汽从中压汽缸出口进入低压汽缸。
在低压汽缸中，蒸汽再次与低压叶片接触，将其剩余能量转移到低压叶片上。
随着蒸汽从高压汽缸到低压汽缸的流动，蒸汽的压力和温度逐级降低，同时叶片的尺寸也逐级增大。
这是为了充分利用蒸汽的能量，提高汽轮机的能量转换效率。
整个过程中，每个级别的转子都被蒸汽的动能推动旋转。
同时，由于转子与定子之间存在差速，叶片上的蒸汽将承受一个向前方推动的力，这使得转子能够对流体进行机械能转换。
最后，经过多级汽缸的作用，蒸汽从低压汽缸出口排出，进入冷凝器进行冷凝，然后重新回到锅炉中进行循环。
多级汽轮机相对于单级汽轮机具有一些优点。
首先，多级汽轮机可以提高汽轮机的能量转换效率，减少能源的浪费。
其次，多级汽轮机可以更好地适应不同条件下的工作需求，提高汽轮机的运行稳定性和可靠性。
此外，多级汽轮机还可以降低风险，当一个级别发生故障时，其他级别仍然可以正常工作。
总结多级汽轮机是一种利用高温高压蒸汽驱动的动力装置，它通过多个级别的转子和定子进行工作。
蒸汽从高压汽缸到低压汽缸的过程中，逐级降低压力和温度，同时通过热交换和机械能转换，将蒸汽的能量转化为旋转转子的动能。
叶轮机械原理第五章ppt文档
n / T0
在什么截面上应用如下等式？
G
T1*
G`
T1* `
P1*
P1* `
n n`
T1*
T1* `
问：是否满足雷诺数大于2×105？
5.3 轴流压气机相似准则的应用
➢求解：
（2）“零级”后的总温为：
k 1
T 1 ' T 1 (*' k 1 )/ 'T 1 3K 51
满足相似准则所需达到的新转速、流量：
❖第二类是单纯气动现象，它也会激发叶片的振动，但 这种叶片振动性质属于他激振动。 ❖第二类非稳定工况又分为两种：一是旋转失速或称旋 转分离；另一种是喘振现象。二者既有差别又有联系。
5.4 压气机的不稳定工况与扩稳
➢一，旋转失速
➢当转速一定而空气流量减少时，就会引起转子动叶攻角 的增加。空气流量减少到一定程度就能观察到不稳定流动， 同时压气机发出特殊叫声，振动也增大。在转子后测得的 流场表明，有一个或多个低速气流区以某一转速沿动叶旋 转方向转动，这种非稳定工况被称为旋转失速。
n n`
T1*
T1* `
n' 1.104n
G
T1*
G`
T1* `
P1*
P1* `
G' 1.81G
5.4 压气机的不稳定工况与扩稳
➢5.4 压气机的不稳定工况与扩稳
❖不稳定工况的分类
❖压气机非稳定工况可以分为两大类。第一类属于气 动弹性现象，这时叶片的振动属于自激振动，这种现 象被称之为颤振。这种现象不在这里介绍。
➢1，利用好的原型压气机进行缩放设计 ❖一台性能良好的多级压气机可以按相似准则进 行放大或缩小，应用到所需要的新机种中去。
《汽轮机原理》多级汽轮机
整个热力过程曲线由三部分所组成：进
汽机构的节流过程，各级实际膨胀过程, 排 汽管道的节流过程。
20
三
机械损失
汽轮机在工作时，要克服支持轴承、推力轴承的摩擦阻
力，还要带动主油泵和调速系统工作，必然要消耗一部分功 率 。 通 常 ， 用 机 械 损 失 来 描 述 。汽 轮 机 的 机 械 损 失 一 般 用 机 械效率来计算。这样，
新蒸汽参数提高
湿汽损失 水滴侵蚀叶片
排汽湿度增加
2、中间再热的概念
再热器
9
3、中间再热对循环热效率的影响
可提高或降低循环热效率 最有利的中间再热压力： 初压的(20~30)%
4、中间再热的不利影响
– 汽轮机结构复杂，本体造价有所提高；
– 系统复杂，管道布置复杂；
– 汽轮机、锅炉运行方式复杂，调节系统要求高；
第二章 多级汽轮机
第一节 多级汽轮机的工作过程
一，多级汽轮机的特点和工作过程
1，多 级 汽 轮 机 的采用：
为了提高汽轮机的功率 ，就必须增加汽轮机的进汽量G 和蒸汽的理想
焓降。 从经济和安全两个方面来考虑，只有一个级的汽轮机要能有效地
利用很大的理想焓是不可能的。为了有效地利用蒸汽的理想焓降，唯一 的办法就是采用多级汽轮机。
T s
三，重热系数的计算：
一般用经验公式计算重热系数
H t z 1 k (1 ri ) 4.187 z
k = 0.12；部分在过热
8
其中，k——修正系数，过热区 k = 0.2；湿汽区 区，部分在湿汽区 k = 0.14~0.18。
四章多级汽轮机?第一节多级汽轮机的特点和损失?第二节汽轮机及其装置的评价指标?第三节多级汽轮机的轴向推力及其平衡计算?第四节轴封及其系统2第一节多级汽轮机的特点与损失?多级汽轮机的工作过程?多级汽轮机的优缺点?多级汽轮机各级段的工作特点?重热现象和重热系数?进汽阻力损失和排汽阻力损失3一多级汽轮机的工作过程1
多级汽轮机课件
§2.2
进汽节流损失和排汽阻力损失
' c
对扩压型排汽管：如果排汽管进口马赫数Ma≤0.5
2 Gc 2 1 则排汽压损可由下式计算： pc p pc ex 1 f 2 2 A 1
排汽部分通常做成蜗壳扩散式，尽可能使排汽的余速动能转变为 压力能，补偿流动产生的损失，并内装导流环，使乏汽均匀地布 满整个排汽通道，保持排汽畅通。由于排气管中扩压器的位置不 同，所以有不同的排气管形式，如图表示了两种不同形式的排气管。 排汽管评价指标： 能量损失系数ξex和静压恢复系数ηex 进入排汽管的汽流速度的马赫数Ma≤0.3时，排汽可视为不可压缩 流体，其能量方程为： p 整理为：
ht
2
k RT1 1 k -1
' 1 2 t
p3 p 2
2' t
k -1 k
T1 T ,?Ê Δh Δh
在前一级有损失的情况下，本级进口温度升高，级的理想比焓降
稍有增大，这就是重热现象。
§2.1
2. 重热系数
多级汽轮机的优越性及其特点
p1
p2
将蒸汽作为理想气体： 第一级没有损失时：
p3
T1'
第二级的初始蒸汽参数为
p2、T1'
h h
2' t
ht2
。
s
§2.1
多级汽轮机的优越性及其特点
k 1 k p3 k 2' ' ht RT1 1 p2 k 1
第一级总是有损失存在的，因此第一级排汽的比熵和温度将增加， p2、T1 实际第二级初始蒸汽参数
pr (0.12 ~ 0.15) pr 0 pr 0 高压缸排汽压力
汽轮机原理 级的工作原理
19
3个速度的关系可用余弦定理表示，如
w1 c12 u 2 2c1u cos1
在动叶出口，先由w1求出w2，再求出c2
w22t 2
hb
w12 2
w22 2
h1 h2
w12 2
如果级内出现超音速，须考虑偏转角。
20
余速损失：蒸汽流出动叶所携带的动能
26
纯冲动级的最佳速比为cosα1/2。 考虑余速利用后，轮周效率增大。
从速度三角形看，最高的轮周效率对应于c2与 旋转平面垂直时。
假想速比：因喷嘴出口速度不易得到，可用假 想速度代替，假想速比为
xa
u ca
ca 2ht*
27
反动级的最佳速比为cosα1
28
带反动度的冲动级
当 有
当容积流量较小，可减小e，增大l，减小叶高 损失。当气流超音速，出口角应修正。
利用流量公式，也可求出叶高
An
Gn
0.648
p0* v0*
ln
An
edn sin1
35
动叶栅尺寸
与静叶栅类似
Gb b Abw2t / v2t
Ab edblb sin 2
lb
Gbv2t
bedbw2t sin
2
动叶的盖度
42
级内损失
余速损失 叶型损失（喷嘴损失、
动叶损失） 1）边界层内的摩擦 2）边界层分离涡流 3）尾迹损失 4）激波损失
43
叶高损失（端部损失）： 蒸汽在叶片端部附近流 动时，要产生附面层及 旋涡，损失部分有用功， 由于叶片长度有限，这 种损失的比例随着叶高 的减小而增加。
a hl ln hu
动叶的围带
汽轮机工作原理
汽轮机是将蒸汽的热能转换成机械能的蜗轮式机械。
在汽轮机中，蒸汽在喷嘴中发生膨胀，压力降低，速度增加，热能转变为动能。
如图 1 所示。
高速汽流流经动叶片 3 时，由于汽流方向改变，产生了对叶片的冲动力，推动叶轮 2 旋转做功，将蒸汽的动能变成轴旋转的机械能。
图 1 冲动式汽轮机工作原理图1-轴； 2-叶轮； 3-动叶片； 4-喷嘴汽轮机主要由转动部份(转子)和固定部份(静体或者静子)组成。
转动部份包括叶栅、叶轮或者转子、主轴和联轴器及紧固件等旋转部件。
固定部件包括气缸、蒸汽室、喷嘴室、隔板、隔板套(或者静叶持环)、汽封、轴承、轴承座、机座、滑销系统以及有关紧固零件等。
套装转子的结构如图 2 所示。
套装转子的叶轮、轴封套、联轴器等部件和主轴是分别创造的，然后将它们热套(过盈配合)在主轴上，并用键传递力矩。
图 2 套装转子结构1-油封环 2-油封套 3-轴 4-动叶槽 5-叶轮 6-平衡槽汽轮机主要用途是在热力发电厂中做带动发机电的原动机。
为了保证汽轮机正常工作，需配置必要的附属设备，如管道、阀门、凝汽器等，汽轮机及其附属设备的组合称为汽轮机设备。
图 3 为汽轮机设备组成图。
来自蒸汽发生器的高温高压蒸汽经主汽阀、调节阀进入汽轮机。
由于汽轮机排汽口的压力大大低于进汽压力，蒸汽在这个压差作用下向排汽口流动，其压力和温度逐渐降低，部份热能转换为汽轮机转子旋转的机械能。
做完功的蒸汽称为乏汽，从排汽口排入凝汽器，在较低的温度下凝结成水，此凝结水由凝结水泵抽出送经蒸汽发生器构成封闭的热力循环。
为了吸收乏汽在凝汽器放出的凝结热，并保护较低的凝结温度，必须用循环水泵不断地向凝汽器供应冷却水。
由于汽轮机的尾部和凝汽器不能绝对密封，其内部压力又低于外界大气压，于是会有空气漏入，最终进入凝汽器的壳侧。
若任空气在凝汽器内积累，凝汽器内压力必然会升高，导致乏汽压力升高，减少蒸汽对汽轮机做的实用功，同时积累的空气还会带来乏汽凝结放热的恶化，这两者都会导致热循环效率的下降，于是必须将凝汽器壳侧的空气抽出。
汽轮机原理 第五章
➢ 机组振动的评价标准 机组的振动值一般用轴承的振幅或轴的振幅大小来衡量
➢ 机组发生振动的原因 引起强迫振动的原因 转子质量不平衡 转子弯曲
转子沿径向温度分布不均匀而产生热弯曲 转子的材质不均匀或有缺陷，受热后出现热弯曲 动静部分之间的碰磨使转子弯曲 转子中心不正 转子支承系统变化 电磁力不平衡
d
* a
ns
Ab
(
* a
)
( sb )
Ab
(
* a
)
( sb )
[ Ab ]
2．不调频叶片的安全准则
Ab
(
* a
)
( sb )
k1k
2
k
d
* a
k3k4 k5k sb
[ Ab ]
➢ （二）调频叶片的安全准则 ➢ 1．A0型频率与kn的避开要求和安全倍率
f f max f min 100% ( f max f min ) / 2
2
EI ml 3
➢ 五、叶片频率的测定
➢ （一）叶片静频率测定
➢ 叶片静频率的测定是指在汽轮机转子静止状态下 测定叶片的自振频率值，常用自振法和共振法两 种测定方法。
1．自振法 2．共振法
➢ （二）叶片动频率的测定
➢ 六、叶片动强度的安全准则和叶片调频
（一）不调频叶片的安全准则
1．安全倍率Ab
用围带或拉筋连接成组的叶片，受到汽流作用力而发生弯 曲变形时，围带或拉筋也将随之弯折而产生弯曲变形 这时围带或者拉筋对叶片作用有反弯矩，部分抵消汽流弯 矩，使叶片弯曲应力减小
二、叶根与轮缘应力
叶根的主要应力来自叶片离心力
➢ 当叶根在轮缘中安装牢固，彼此紧密配合时，叶根在轮 周方向上类似于一个整体，汽流作用力加在叶片上的弯矩对 叶根的影响很微小，其弯曲应力可不加校核 ➢ 但考虑到叶轮材料的热膨胀系数常比叶片材料大、轮缘 受力后产生变形、加工及装配误差等因素，轮缘尺寸在运行 时会变大，叶根仍可能松动，受到汽流力作用引起弯曲应力 ➢ 特别是对于一些短叶片，例如调节级叶片，其工作型线 段很短，因此型线部分弯曲应力不大，但对于叶根而言，汽 流弯矩却很大 ➢ 在此条件下，叶根受到汽流作用力而产生的弯曲应力应 当加以考虑
第五章、汽轮机工作原理
排汽管构造：先扩压后转向；先转向后扩压。
3、导汽管和中间再热器的压力损失：连接管道，再热器和 阀门；
四、汽轮机及其装置的效率：
（一）相对效率
1、汽轮机的相对内效率： i
Hi Ht
2、汽轮机的相对有效效率（轴端效率）：
m
pe pi
e
pe pt
pe pi
pi pt
mi
3、汽轮发电机组的相对电效率：
Hale Waihona Puke G0 G01( p02 ( p012
p22) p2 12 )
T01 T0
忽略温度变化G：0 G01
称为：弗留格尔公式
( p02 p22)
(
p0
2 1
p212
)
对于凝汽式机组： G0 p0 T01 G1 p01 T0
忽略温度变化：G0 p0 G1 p01
2、变工况前后级或级组均达到了临界状态：
1 n b (1 1) c 2
六、最佳速度比：
速度比：
x1
u
c1
假想速度比：
xa
u
ca
设：
c h 2 *
a
t
1、纯冲动级：
(x1)op
cos 2
1
2、反动级： 3、复数级（速度级）
( x1)op cos 1
( x1)op
cos
4
1
ηu 与x1的关系曲线称为轮周效率曲线； 最佳速比可使余速损失最小，轮周效率最高。
故障汽轮机参数变化表（二）
流量 -17.2%
功率 -16.5%
热力叶轮机械原理第五章 多级汽轮机3
四． 汽轮机零部件的通用情况分析；
五． 汽轮机的设计水平分析、比较；
六． 详细方案图、通流部分图以及汽轮机纵剖 面图。
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基本参数
1. 基本参数：进汽参数(P0、t0)
电站汽轮机蒸汽参数已经系列化（目前也 有非标准参数）： I. 低压系列:
1.27MPa / 340℃ 对应功率：750kW、1500kW
第一原则：在多级汽轮机的设计中，选择高转 速有利于提高方案的经济性。但是 转速的选择取决于外负荷的影响。
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主要参数之间的关系
转速选取的限制：
I. 发电用汽轮机 受发电机工作特性限制，交流电频率为 50Hz，汽轮机转速 n = 3000 r/min；
II. 核电汽轮机：
蒸汽初参数低，为保证功率，须增加叶 片高度来保证通流面积。叶片高度大， 须采用半转速n =1500 r/min。
一．透平功率的影响因素
I. 汽轮机的蒸汽流量 G ；
II. 汽轮机的总绝热焓降 Hs ；
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主要参数之间的关系
二．级数Z与平均直径dm的关系
2. 如果级数 z 太少，则平均直径增大。将 导致： I. 叶高 l 和部分进汽度 e 大大减小，严 重影响透平效率；
II. 叶轮（叶片）的离心力增大，受到材 料限制。
通常限制范围：通流部分的总长度与最大的级 平均直径之比约在0.8~1.5之间。
优点：机组径向尺寸变化较小，流动性能好。
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主要参数之间的关系
三．各级平均直径的关系
2. 等外径整锻转子 缺点：平均直径减小，叶片越
来越长，扭曲剧烈。 用途：主要用于燃气透平。
汽轮机级工作原理
汽轮机级工作原理汽轮机级的工作原理一、汽轮机的结构简介级：由一列静叶栅和一列动叶栅组成，完成蒸汽的热能转换成转子的机械能的最基本单元。
汽轮机1)单级：喷嘴,动叶。
2)多级：静子，由汽缸、隔板、静叶、轴承等组成。
转子：由主轴、叶轮、叶片、联轴器、盘车等组成。
二、蒸汽的冲动作用原理和反动作用原理（一）冲动作用原理。
冲动力：改变其速度的大小和方向则产生一冲动力或汽流改变流动方向对汽道产生一离心力，此力为冲动力。
此力的大小取决于单位时间内通过动叶通道的蒸汽质量及其速度的变化。
（二）反动作用原理。
反动力：因汽流膨胀产生一相反力（汽体压力变化），如火箭。
此力的大小取决于汽体压力的变化。
作用在动叶片上的里有：冲动力，反动力三、汽轮机级的类型和特点（一）汽轮机级的反动度1、定义：蒸汽在动叶栅中膨胀时的理想焓降Δh b和整个级的理想滞止焓降Δh*t 之比。
平均反动度：动叶平均直径截面上的理想焓降。
2、意义：衡量在动叶中膨胀的程度。
（二）汽轮机级的类型。
轴流式有以下几种：1、冲动级和发动机和反动级1）冲动级。
特点：蒸汽只在喷嘴叶栅中膨胀，在动叶栅中不膨胀而只改变其流动方向。
结构：动叶叶型对称弯曲。
做功能力大、效率低、不采用。
带反动度的冲动级：Ω=0.05~0.2。
特点：蒸汽的膨胀大部分在喷嘴叶栅中进行，只有一小部分在动叶栅中进行，作功能力比反动级大，效率比纯冲动级高。
2）反动级Ω=0.5特点：蒸汽在喷嘴和动叶中的膨胀程度相同。
结构：喷嘴和动叶采用的叶型相同。
2、压力级和速度级1）压力级：蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程在级内只进行一次的级。
2）速度级：蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程在级内进行一次以上的级。
如双列速度级。
3、调节级和非调节级1）调节级：通流面积能随负荷改变的级，如喷嘴调节的第一级。
2）非调节级：通流面积能不随负荷改变的级，可以全周进汽，也可以部分进汽。
蒸汽在动叶中的流动(一)反动度蒸汽在静止的喷嘴中从压力p0(当喷嘴进口蒸汽速度不为0时，则应为p0*)膨胀到出口压力p1,速度c1流向旋转的动叶栅。
《汽轮机原理》第五章 供热式汽轮机
13
3. 等抽汽量工况线
当抽汽量 De 为不同常数时，机组的功率与流量的一组关系曲 线称为等抽汽量工况线。由于抽汽量的存在，机组的功率为：
Pi
D0H t i
3600
De
H
t
i
=
3600
Bc D0 Pie
式中 Pie 为由于抽汽量没通过低压缸而少发的功率，当抽汽量一 定时，Pie 也为定值。这时，机组的功率与流量的关系曲线应
图5--1
5
三 背压机的工况图
① 对背压机进行变工况计算后，可绘制出它的汽耗特性曲线，如图5—2中 b线所示。为了便于比较，在图中同时给出了功率和参数相同的凝汽机 汽耗特性曲线c。
② 从图可见，背压机的汽耗微增率（b线的斜率）比凝汽机的大。这是因 为背压机的背压高，
整机理想焓降小，所以要 发出相同功率，则所需蒸 汽流量就大。从而，背压 机的空载汽耗量也比凝汽 机的大。
上述的各线所围成的一块封闭面积，即为一次调节抽汽式汽轮机
的可能工作区，区内任意一点都代表一种工况。因此，在工
作区内，只要知道四个参数（D0、De 、 D、c P）i 中的任意两个，
就可以通过查工况图而求得另外两个量。
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第 三 节 两次调节抽汽式汽轮机
❖ 两次调节抽汽式汽轮机的工作原理 ❖ 两次调节抽汽式汽轮机的工况图（略）
称为纯凝汽工况线。这时，机组的功率为：
Pi
D0Ht i
3600
Bc D0
（5—6）
a 根据5中假—线设4段中，o的上o0’式a表的线示B所c机为示组一。有常该效数线功。就率显是为然纯零，凝时功汽的率工空况P载i 线汽与，耗流其量量斜DD率0n呈l为直，dc线点关3所系H60t对，0i 应。如的图图
多级汽轮机的工作过程及特点 文档
多级汽轮机的工作过程及特点一、多级汽轮机的热力过程多级汽轮机由依次若干个级串联组成。
蒸汽首先在第一级喷嘴内膨胀加速，然后进入动叶栅作功。
经第一级膨胀后蒸汽再进入下一级继续膨胀作功，直到蒸汽从最末级排出为止。
蒸汽在多级汽轮机中膨胀作功过程与在级中的膨胀作功过程一样，可以用i-s 图上的热力过程线表示，如图1－1所示。
0′点表示第一级喷嘴前的蒸汽状态，根据第一级的各项级内损失，可定出2点是第一级的蒸汽终态点，同时它也是第二级前的蒸汽初态点，0′点与2点之间用一条光滑曲线连接，则为第一级的工作过程曲线。
同样可绘出第二级的热力过程线；依次类推，也可绘出以后各级的热力过程线，将各级的热力过程线依次连接起来就是整台汽 轮机的热力过程线。
图1－1 多级汽轮机的热力过程线图中p co 为汽轮机排汽压力，也称汽轮机的背压，H t 为考虑主汽阀，调节汽阀及排汽管的节流损失后汽轮机的理想焓降；h t1和h i1分别为第一级的理想焓降及内焓降；H i 为汽轮机的有效焓降，从图中可以看出，汽轮机的有效焓降H i 等于各级的有效焓降h i 之和，即H i ＝∑h i 。
整台汽轮机的内功率等于各级内功率之和。
二、多级工业汽轮机的特点1．由于级数多，使每级承担的焓降较小，相应的喷嘴出口速度较低，这样即使在动叶圆周速度不大的情况下，每个级都可以在最佳速度比下工作，因此保证每级有较高的效率，从而使汽轮机的效率得到提高。
2．由于各级焓降减小，在保持速度比一定时级的圆周速度和平均直径也较'0p p 0 i SH t h t1 0 '0 h i1H i'co p p co2小，这样可以相应提高动、静叶高度，减少了叶高损失。
对部分进汽的级而言，级的直径减小可提高部分进汽度，减少部分进汽损失，提高级的效率。
3．在多级汽轮机中除了调节级，在有抽汽口处和最后一级，它们的余速功能不能被利用外，其余各级由于汽道平坦、轴向距离较小、级与级之间布置得紧凑，所以上一级余速动能可全部或大部分被下一级所利用，提高了汽轮机的效率。
工程热力学多级燃气轮机循环的组成及其过程连接
工程热力学多级燃气轮机循环的组成及其过程连接工程热力学中，多级燃气轮机循环是一种常见的能量转换系统，用于各种工业领域和能源生产。
本文将介绍多级燃气轮机循环的组成及其过程连接。
一、多级燃气轮机循环的基本组成多级燃气轮机循环的基本组成包括燃烧室、压气机、燃气轮和透平。
它们之间通过一系列管道和连接件连接起来，实现能量的传递和转换。
1. 燃烧室：燃烧室是燃气轮机循环的核心部件，用于燃烧燃料并产生高温高压燃气。
燃料通过喷油器进入燃烧室，并与空气充分混合燃烧，产生的高温高压燃气将进一步用于推动压气机和燃气轮。
2. 压气机：压气机用于将空气压缩，提供给燃烧室进行燃烧。
它由多个级别的叶轮组成，旋转时将空气加压，并将其送入燃烧室。
压气机的能效对整个循环的性能具有重要影响。
3. 燃气轮：燃气轮是多级燃气轮机循环中的核心部件之一，用于从燃烧室获得高温高压燃气的动能。
燃气轮由多个级别的叶轮组成，燃气经过叶轮冲击转动，将燃气的动能转换为轴功。
4. 透平：透平是多级燃气轮机循环中的另一个重要组件，用于从燃气轮获得的高温高压气体中提取能量。
透平与燃气轮类似，也由多个级别的叶轮构成。
高温高压气体通过叶轮冲击转动，推动轴功输出，并释放剩余热量。
二、多级燃气轮机循环的过程连接多级燃气轮机循环的过程连接是指各组件之间的能量传递和热力学循环过程。
多级燃气轮机循环通常包括压缩过程、燃烧过程、膨胀过程和排气过程。
下面将详细介绍各个过程的连接方式。
1. 压缩过程：在压缩过程中，压气机将空气压缩，提高其压力和温度。
压缩后的空气进入燃烧室，与燃料混合并燃烧。
通过管道和连接件，压缩机和燃烧室实现了能量传递和物质流动。
2. 燃烧过程：在燃烧室中，燃料和空气充分混合并燃烧，产生高温高压燃气。
燃烧室与压气机和燃气轮之间通过管道连接，将燃气引导到燃气轮的入口。
3. 膨胀过程：在膨胀过程中，燃气轮和透平将高温高压燃气的动能转化为轴功。
通过管道和连接件，燃气轮和透平将产生的功输出并传递给外部负载，如发电机等。
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1884年，英国 柏森斯，反动
式7.5KW
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1982年，前苏 联，1200MW单
轴全转速
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单级汽轮机功率限制
提高单级汽轮机的功率，须提高透平级的 轮周功率。透平级的轮周功率：
Nu Ghs*u
1、蒸汽流量
提高通流面积，提高级的平均直径、采 用长叶片等
受叶轮和叶片材料强度限制，不能无限 制的通过增加流量来提高透平级功率。
静叶
主轴
平衡活塞 轮鼓和动叶
图4.2 反动式多级汽轮机示意图
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1. 汽轮机主轴 2. 主轴上安装若干个
轮鼓，轮鼓上安装 动叶片 3. 静 叶 安 装 在 汽 缸 上；
4. 设 有 平 衡 活 塞 ， 以减小轴向推力
12
多级汽轮机的工作过程
多级冲动式透平的工作过程
1. 在多级汽轮机中蒸汽首先通过主汽阀、调 节阀。
造价高昂，无法实际应用。
II. 将许多汽轮机级，按压力高低排列，叠置 成为一台多级汽轮机，逐级利用总焓降 。 这种汽轮机叫多级汽轮机。
目的：保证汽轮机效率，提高功率
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多级汽轮机的分类
多级汽机
多级冲动 式汽轮机
多级反动 式汽轮机
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多级汽轮机的基本结构
1、多级冲动式汽机通流部分基本结构
为便于分析，假设汽轮机各级的内效率相等
p0
I. 汽轮机各级内效率：
Hs1
Hs
2s 2
h2s i Hs2
h1 p2
h2 pz
s
多级透平热力过程
m oi
oi
h1 hs1
h2 hs 2
hi hsi
h1
m oi
hs1,
h2
m oi
hs
2
h1 +h2
o（mi hs1
+hs
）
2
五．轴向推力及其平衡的问题。
六．多级汽轮机热力设计。包括通流部分 形状、级数确定、焓降分配等。
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多级汽轮机原理
概论
多级汽轮 机特殊问 题及解决
的方法
1. 内效率与重热系数 2. 余速利用 3. 级间漏气 4. 湿蒸汽级的能量转换 5. 轴向推力及平衡 6. 热力设计原理
问题一：内效率与重热系数
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多级汽轮机的工作过程
多级冲动式透平的工作过程
4. 最后，从末级出来的蒸汽排出汽轮机。 存在一个排汽节流损失。
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多级汽轮机的工作过程
多级冲动式透平的内效率及功率
忽略调节阀和汽封漏汽
1. 多级汽轮机的有效焓降:
Hi i0 ik hi
2. 对外作功:
Hi Hs
i0 ik i0 isk
6. 汽轮机的内功率:
多级汽轮机的膨胀过程线
Ni
GH i
GH
s
T oi
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多级汽轮机的优点
透平总功率等于每个透平级功率之和：
N Ni
1. 能够实现单机大功率。
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多级汽轮机的优点
2. 多级透平容易获得高效率。
调 节
隔板和静叶
级
4. 多 级 汽 轮 机 的 第 一级：调节级(可 采用双列复速级), 其余级：压力级
5. 汽轮机前后两端安
主轴
装有汽封，内部装
汽封
叶轮和动叶
汽封 有隔板汽封，以减
图4.1 12000 kW多级冲动式汽轮机示意图 小汽轮机的漏汽量
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多级汽轮机的基本结构
2、多级反动式透平通流部分基本结构
p0
Hs1 2
Hs
2s
h1 p2
hs2
i
Hs2
pz
s
多级透平热力过程
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问题一：内效率与重热系数
重热系数的性质
1.理想过程，没有流动损失:
T oi
m oi
1
0
2.节流过程，不做功:
T oi
0, 较大
3.实际过程，存在流动损失：
T oi
m oi
,
较小
多级透平重热系数： 0.02 ~ 0.08
本章讨论的问题
1.为什么要采用多级汽轮机？
2.什么是多级汽轮机？
3.多级汽轮机有什么特点？
4.多级汽轮机带来哪些特殊问题？ 怎样解决？
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3
为什么采用多级汽轮机
汽轮机单机功率不断增加：
火电：1300MW 核电：1700MW
1883年，瑞士 拉阀尔，冲动
式3.8KW
1902年，法 国拉托，多级
II. 流动损失使下一级进口 的温度和焓升高，增加
hs2 i Hs2
h2 pz
s
多级透平热力过程
了下一级理想焓降，提 高了做功能力：
hs1
hsi
H s1 H si
hsi
H si H s
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问题一：内效率与重热系数
多级汽轮机的内效率大于级平均内效率
m oi
1
hs 1 Hs
汽轮机内效率可表示为：
T oi
(1
)
m oi
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问题一：内效率与重热系数
重热系数的物理意义
I. 在多级透平中，前一级 流动损失提高了下一级 进口温度和焓；
II. 下一级绝热焓降比没有 流动损失时要大；
III. 从 而 提 高 了 下 一 级 的 作 功能力，也提高了透平 的内效率。
T oi
hi Hs
hsi Hs
s
多级透平热力过程
omi
T oi
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问题一：内效率与重热系数
定义：透平效率和级平均效率的比值在
多级透平中永远大于1，大于1的部分叫
做重热系数。
T oi
m oi
hsi 1 ,
Hs
0
T oi
重热系数上升较快段，对应过热区工作；
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多级汽轮机的特殊问题
一．整个汽轮机内效率与每个透平级内效率 平均值的关系问题；
二．余速利用问题，即前一级排汽速度被 下一级利用的可能性以及具体条件；
三． 级间漏汽问题，包括隔板汽封漏汽的 计算和平衡孔的开设；
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多级透平的特殊问题
四．湿蒸汽问题，湿蒸汽引起的损失和水 蚀等问题。
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反动级
:
u c1
opt
cos1
双列复速级:
u c1
opt
cos 11
4
c1增加，u增加才能保证最佳速比。但u 受到叶轮和叶片材料强度限制。
透平级等熵焓降受最佳速比的限制。
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单级汽轮机功率限制
结论：单级汽轮机的功率受到限制。
等熵焓降。
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问题一：内效率与重热系数
重热系数的计算：分析
II. 对于5条不同过热度曲线：
0.09
0.08 a ¥
250℃
0.07
过热度200℃
0.06
150℃
0.05 100℃
0.04
50℃ 0.03
0.02
0℃
0.01
Hs
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 KJ / kg
双列复速级所能利用的等熵焓降250kJ/kg - 340kJ/kg，压比为5。
中压汽轮机焓降1260 kJ/kg，超高压再热 机组总焓降1680 ~2100 kJ/kg，压比1005000。
任何单级汽轮机都不能有效的利用如此大 的焓降和压比。
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汽轮机级的叠置
解决方案：
I. 采用多台单级汽轮机，按压力高低排列， 每台汽轮机分段利用总焓降。
2、轮周效率 目前内效率已接近90%，提高有限。
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单级汽轮机功率限制
3、透平级的等熵滞止焓降
焓降增加，导致c1增加。为保证透平级 效率，级速比须在最佳速比范围内：
冲动级:
u c1
opt
cos1
2
带反动度的冲动级:
u c1
opt
cos1
隔板和静叶
1. 汽轮机主轴
2. 主轴上安装若干 个叶轮，叶轮上 安装动叶片
3. 两个叶轮之间装
主轴 叶轮和动叶
有隔板，隔板安 装在汽缸上，隔
图4.1 12000 kW多级冲动式汽轮机示意图 板上装有静叶片
基本单元：透平级 = 静叶栅 + 动叶栅
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多级汽轮机的基本结构
1、多级冲动式透平通流部分基本结构
II. 透平的级数；
III. 透平的膨胀曲线。
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问题一：内效率与重热系数
重热系数的计算：
0.09
0.08 a ¥
0.07
250℃