多级汽轮机资料
合集下载
第二章多级汽轮机
ri
内功率Pi H i 理想功率Pt H t
2、汽轮机的相对有效效率 机械效率：将全部机械损失看成集中在轴承上，则对于轴承 来说，其输入能量为汽轮机的内功率，输出能量称为有效功率 pe，则机械损失为Δpm＝pi－pe，故
机械效率m
有效功率pe 内功率pi
相对有效效率：把汽轮机和轴承看成一个整体，此时输入为 蒸汽的理想功率，输出为有效功率，故
重热系数：由于重热现象而增加的理想焓降占汽轮机理想焓降 的比例，一般α为0.04～0.08。
h H
t
t
Ht
ht 1 Ht
H i ri H t hi rim ht
ηrim — 各级的平均内效率
H i rim (1 )H t
j 1 n
m g
D H 3600
j 1 i
n
ij
Gi ( D j ) ：表示第j段的流量； Hij ：表示第j段的有效焓降。
（二）绝对效率
当考虑发电厂整个热力循环时，若以Q0作为输入能量，以汽 轮发电机组不同的功率作为输出能量所得到的一组效率称为绝 对效率。
当以汽轮机的理想焓降为输出能量时，所得到的效率称为循 环热效率ηt。 H t H t t Qo h0 hc
级的焓降较小，可以采用渐缩喷嘴，避免了采用难以加工、 效率较低的缩放喷嘴。
级的焓降较小，根据最佳速比的要求，可相应减小级的平均 直径，从而可适当增加叶栅高度，减小叶栅的端部损失。
多级汽轮机具有重热现象。
3、多级汽轮机单位功率的投资大大减小 （二）多级汽轮机存在的问题
增加了一些附加的能量损失，如隔板漏汽损失、湿汽损失。
内功率Pi H i 理想功率Pt H t
2、汽轮机的相对有效效率 机械效率：将全部机械损失看成集中在轴承上，则对于轴承 来说，其输入能量为汽轮机的内功率，输出能量称为有效功率 pe，则机械损失为Δpm＝pi－pe，故
机械效率m
有效功率pe 内功率pi
相对有效效率：把汽轮机和轴承看成一个整体，此时输入为 蒸汽的理想功率，输出为有效功率，故
重热系数：由于重热现象而增加的理想焓降占汽轮机理想焓降 的比例，一般α为0.04～0.08。
h H
t
t
Ht
ht 1 Ht
H i ri H t hi rim ht
ηrim — 各级的平均内效率
H i rim (1 )H t
j 1 n
m g
D H 3600
j 1 i
n
ij
Gi ( D j ) ：表示第j段的流量； Hij ：表示第j段的有效焓降。
（二）绝对效率
当考虑发电厂整个热力循环时，若以Q0作为输入能量，以汽 轮发电机组不同的功率作为输出能量所得到的一组效率称为绝 对效率。
当以汽轮机的理想焓降为输出能量时，所得到的效率称为循 环热效率ηt。 H t H t t Qo h0 hc
级的焓降较小，可以采用渐缩喷嘴，避免了采用难以加工、 效率较低的缩放喷嘴。
级的焓降较小，根据最佳速比的要求，可相应减小级的平均 直径，从而可适当增加叶栅高度，减小叶栅的端部损失。
多级汽轮机具有重热现象。
3、多级汽轮机单位功率的投资大大减小 （二）多级汽轮机存在的问题
增加了一些附加的能量损失，如隔板漏汽损失、湿汽损失。
3_多级汽轮机
喷嘴出口汽流角较大，圆周方向分速度与轮周功 减小；
级的反动度明显增大； 各级理想比焓降较大，且增加较快； 余速损失大，湿汽损失越往后越大；漏汽量少，
漏汽损失小，叶高损失也很小，摩擦损失小，无 部分进汽损失。 总之，级效率较低。
中压段 漏汽损失和摩擦损失较小； 叶高损失较小； 无部分进汽损失、无湿汽损失； 余速损失可部分利用。 总之，中压段级效率较高压段和低压段高，反
重热现象分析
第一级没损失，第二级理想比焓 降
k 1
ht2'
k
k
1
RT1'
1
p3 p2
k
第一级有损失，第二级理想比焓
降
k 1
ht2
k
k
1
RT1
1
p3 p2
k
由于 T1 T1' ，所以 ht2 ht2'
p1
p2 T1
T1’
ht2'
ht2
p3
h s
重热系数推导 假设条件： 汽轮机内各级相对内效率相等
重热系数与整机效率关系分析mac iFra biblioteklev i
1
由上式可得出结论：a 越大，整机效率越高？
不可，这是由于重热系数a的很少量增大是在级效率降低 较多的前提下实现的。
因此，拟通过提高重热系数a来提高整机效率的想法是错 误的。重热系数的提高使全机效率的增大远远弥补不了 级效率的降低所引起的全机效率的降低。
p5
s
Δhi4
Δhi3
Δhi2
Δhi1
Δhimac
整个多级汽轮机相对内效率：
由于 因此
mac i
himac htmac
级的反动度明显增大； 各级理想比焓降较大，且增加较快； 余速损失大，湿汽损失越往后越大；漏汽量少，
漏汽损失小，叶高损失也很小，摩擦损失小，无 部分进汽损失。 总之，级效率较低。
中压段 漏汽损失和摩擦损失较小； 叶高损失较小； 无部分进汽损失、无湿汽损失； 余速损失可部分利用。 总之，中压段级效率较高压段和低压段高，反
重热现象分析
第一级没损失，第二级理想比焓 降
k 1
ht2'
k
k
1
RT1'
1
p3 p2
k
第一级有损失，第二级理想比焓
降
k 1
ht2
k
k
1
RT1
1
p3 p2
k
由于 T1 T1' ，所以 ht2 ht2'
p1
p2 T1
T1’
ht2'
ht2
p3
h s
重热系数推导 假设条件： 汽轮机内各级相对内效率相等
重热系数与整机效率关系分析mac iFra biblioteklev i
1
由上式可得出结论：a 越大，整机效率越高？
不可，这是由于重热系数a的很少量增大是在级效率降低 较多的前提下实现的。
因此，拟通过提高重热系数a来提高整机效率的想法是错 误的。重热系数的提高使全机效率的增大远远弥补不了 级效率的降低所引起的全机效率的降低。
p5
s
Δhi4
Δhi3
Δhi2
Δhi1
Δhimac
整个多级汽轮机相对内效率：
由于 因此
mac i
himac htmac
第二章 多级汽轮机-第一节 多级汽轮机的优越性及特点
第一节 多级汽轮机的优越性及特点2.1.1 多级汽轮机的优越性和存在的问题（一）多级汽轮机的热效率大大提高1、多级汽轮机的循环热效率大大提高多级汽轮机的比焓降可比单级汽轮机增大很多，因而多级汽轮机的蒸汽初参数可大大提高，排汽压力可以降的很低，还可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大大高于单级汽轮机。
2、 多级汽轮机的相对内效率明显提高1）多级汽轮机在设计工况下每一级都在最佳速比附近工作，这就使它比单级汽轮机的相对内效率高。
2）在一定条件下，多级汽轮机的余速动能可以全部或部分地被下一级利用，而单级汽轮机的余速动能不可能被下一级利用。
对于多级汽轮机，只要相邻两级的部分进汽度相同，平均直径变化平滑，喷嘴进汽角与上一级的排汽角相近，级间的轴向间隙较小，两级的流量变化不大，那么上一级的余速动能可以全部或部分地被下一级利用。
除调节级及本汽缸地最末级外，多级汽轮机其他各级地余速动能一般可被下一级利用，因此整个汽轮机地内效率提高了。
3）多级汽轮机各级的比焓降比较小，速比一定时的圆周速度和平均直径m d 也都较小根据第一章中的连续方程111sin t n m n t Gv e d l c μπα=可知，在容积流量1t Gv 相同的条件下，由于m d 较小，喷口出口高n l 度增大，因而叶高损失减小，喷嘴流动效率较高。
4）多级汽轮机上面级的损失可以部分地被下面各级利用，使全机相对内效率提高，这种现象称为重热现象，这也是其效率比单级汽轮机高的一个原因。
综上所述，由于多级汽轮机的效率比单级汽轮机高得多，所以多级汽轮机的单位功率能耗大大低于单级汽轮机。
（二）多级汽轮机单位功率的投资大大减小多级汽轮机的单级功率可以远远大于单级汽轮机，因而使单位功率汽轮机组的造价、耗材和占地面积都比单级汽轮机大大减小，容量越大的机组减小得越多，这就使多级汽轮机单位功率得投资大大减小。
（三）多级汽轮机存在的问题1） 增加了一些附加损失，如隔板漏汽损失。
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。
多级汽轮机介绍
2、循环热效率
t
t
H t Q0
H t h0 hc'
3、绝对电效率 ael
ael trim g
（一）汽耗率
定义：汽轮发电机组每发1kwh的电 所消耗的蒸汽量。
符号：d 单位：
d D 3600
Pel H trel
kg /(kw h)
（二）热耗率
定义：汽轮发电机组每发1kwh的电所消耗 的热量。
hi E0
ht h hc2 ht
当余速动能被下一级利用时，1
0
，则：
ri
' ri
，
即本级余速被下一级利用后，可以提高本级的内效 率。
2
2、余速利用对整机效率的影响 整机热力过程线左移，整个过程的熵增 减小，效率提高。 3、实现余速利用的条件 （1）相邻两级的部分进汽度相同。 （2）相邻两级的通流部分过渡平滑。 （3）相邻两级之间的轴向间隙要小， 流量变化不大。 （4）前一级的排汽角α 2应与后一级喷 管的进汽角α 0g一致。
⒉外部漏汽损失 产生原因： ① 汽轮机的主轴在穿出汽缸两端时，为了
防止动静部分的摩擦，总要留有一定的 间隙，又由于汽缸内外存在着压差，则 必然会使高压端有一部分蒸汽向外漏出， 这部分蒸汽不作功，因而造成了能量损 失。 ② 在处于真空状态下的低压端会有一部分 空气从外向里漏入而破坏真空，增大抽 气器的负担。
第二节 多级汽轮机的损失及其
装置的效率和热经济指 标
一、多级汽轮机的损失
损失分类： 1、 外部损失：不直接影响蒸汽状态的损失。 2、 内部损失：直接影响蒸汽状态的损失。 （一）外部损失 1、 机械损失：汽机运行时，克服支持轴承 和 推力轴承的摩擦阻力，带动主油泵、调速器等消 耗一部分有用功造成的损失。
蒸汽动力系统：第二章 多级汽轮机
• 无抽汽回热时，
a ,i
hi mac h0 hc /
it
相对效率和绝对效率
相对效率 • 基准：全机理想焓降； • 仅评价汽轮发电机组的性能，不考虑热力
循环的效率。 绝对效率
• 基准：整个热力循环中，蒸汽所获得的热 量。
• 评价除锅炉外，整套装置的热功转换性能。 既考虑热力循环的效率、也考虑汽轮发电 机组的效率。
本节内容： 采用多缸汽轮机的原因。多缸汽轮机
产生的工程背景。
1.影响单排汽口汽轮机极限功率的因素 2.提高单机最大功率的途径。
一、极限功率的概念与计算
极限功率： 在一定初、终参数和转速下，单
排汽口凝汽式汽轮机所 能发出的最 大功率。
回热抽汽凝汽式机组，极限功率为：
Pel,max Gc,max mhtmac img
额定 功率 （MW）
内效率
i
12~25
0.82~ 0.85
50~100
0.85~ 0.87
机械 效率
m 0.985~
0.99
~0.99
125~200
0.87~ 0.88
>0.99
0.885~ 300~600
0.90
>0.99
>600
>0.90 >0.99
发电机 效率
g
0.965~ 0.975
0.98~ 0.985
1000 2550 2.82 1200 2900 2.42 （钛）
1150 2900 2.52 1140 2970 2.60
3000 8.82 3000 10.93
整机理想焓降
朗肯循环的效率
汽轮机相对效率ηi
汽轮机内功（率）
多级汽轮机
0.82 z 1.25
：达到临界速度
：未达到临界速度
2. 轴封孔口流量系数
由图可以看出，轴封齿在进汽侧不应做成圆
弧状或斜面状，应保持轴封齿的尖锐边缘， 此时流量系数较小，1 0.7 ~ 0.8 但是尖锐边缘在汽机运行中会因摩擦
钝化，此时流动情况接近喷嘴，
流量系数变大1 1
3.光轴轴封漏汽量修正系数
p0
p1 pd
p2
1.作用在动叶上的轴向推力FZ
作用在动叶上的轴向推力FZ 是由动叶前后的静压差和 汽流在动叶中轴向分速度的改变所产生的
FZ G(c1 sin 1 c2 sin 2 ) d m lb ( p1 p 2 )
压力反动度 p： p1 p 2 p＝ p0 p 2 于是 p p1 p 2 p ( p 0 p 2 )
圆周速度和平均直径较小，所以在容积流量相同
的条件下，喷嘴出口高度增大，叶高损失减小， 喷嘴流动效率较高。 （4） 多级汽轮机前面级的损失可以部分地被下面各级 利用，使全机相对内效率提高
（二）多级汽轮机单位功率的投资大大减小
存在的问题： （1）增加了一些附加损失 （2）由于级数多，相应地增加了机组的长度和质量 （3）由于新蒸汽与再热蒸汽温度的提高，多级汽轮机 高中压缸前面若干级的工作温度较高，对零部件 的金属材料要求提高了 （4）级数增加，零部件增多，使多级汽轮机的结构更
2 0 ( p0 p z2 )
G1 1 A1
zp 0
（2）当最后一片轴封孔口处流速达到临界速度时
G1 1 A1
p0 0 z 1.25
判断汽流在最后一片轴封孔口中是否达到临界速度：
pz p0
pz p0
：达到临界速度
：未达到临界速度
2. 轴封孔口流量系数
由图可以看出，轴封齿在进汽侧不应做成圆
弧状或斜面状，应保持轴封齿的尖锐边缘， 此时流量系数较小，1 0.7 ~ 0.8 但是尖锐边缘在汽机运行中会因摩擦
钝化，此时流动情况接近喷嘴，
流量系数变大1 1
3.光轴轴封漏汽量修正系数
p0
p1 pd
p2
1.作用在动叶上的轴向推力FZ
作用在动叶上的轴向推力FZ 是由动叶前后的静压差和 汽流在动叶中轴向分速度的改变所产生的
FZ G(c1 sin 1 c2 sin 2 ) d m lb ( p1 p 2 )
压力反动度 p： p1 p 2 p＝ p0 p 2 于是 p p1 p 2 p ( p 0 p 2 )
圆周速度和平均直径较小，所以在容积流量相同
的条件下，喷嘴出口高度增大，叶高损失减小， 喷嘴流动效率较高。 （4） 多级汽轮机前面级的损失可以部分地被下面各级 利用，使全机相对内效率提高
（二）多级汽轮机单位功率的投资大大减小
存在的问题： （1）增加了一些附加损失 （2）由于级数多，相应地增加了机组的长度和质量 （3）由于新蒸汽与再热蒸汽温度的提高，多级汽轮机 高中压缸前面若干级的工作温度较高，对零部件 的金属材料要求提高了 （4）级数增加，零部件增多，使多级汽轮机的结构更
2 0 ( p0 p z2 )
G1 1 A1
zp 0
（2）当最后一片轴封孔口处流速达到临界速度时
G1 1 A1
p0 0 z 1.25
判断汽流在最后一片轴封孔口中是否达到临界速度：
pz p0
pz p0
汽轮机原理 多级汽轮机_2
■
——多级的理想焓降
■ 凝汽式汽轮机的重热系数约为0.04~0.08
4
■ 1）级效率越低，重热系数越大 ■ 2）级数越多，重热系数越大 ■ 3）初始状态的熵越大，重热系数越大 ■ 4）过热蒸汽的重热系数比湿蒸汽大 ■ 重热系数对效率的影响： ■ 1）多级的效率
■ 2）平均级效率
■ 因重热现象，多级的效率大于各级的平均效率
第二章 多级汽轮机
1、多级汽轮机的特点 2、进汽排汽损失和热力过程线 3、轴向推力及其平衡 4、轴封及其系统
1
■ 提高单级汽轮机功率： ■ （1）增大进汽量 ■ （2）增大有效比焓降 ■ 但遇到以下难题： ■ （1）如果比焓降很大，喷嘴出口汽流的马赫
数很大，流动损失很大 ■ （2）如果压力比很小，蒸汽比容变化大，则
循环热效率； ■ 重热现象可部分弥补级内损失，提高整机效率 ■ 单位功率造价低。
3
重热现象
■ 在h-s图上，随着熵增大，两条等压线间的理 想焓降也增大
■ 前一级的损失，引起后面级的理想焓降增大， 有效焓降也随着增大
■ 以上称作重热现象，可部分弥补级内损失 ■ 定义重热系数：
■
——单级的理想焓降之和
5
凝汽式汽轮机各段工作特点
6
■ 蒸汽在多级汽轮机中膨胀作功，压力和温度降 低、比容增大，导致沿蒸汽膨胀流程的通流面 积增大，使汽轮机通流部分结构和工作特征沿 蒸汽流程发生很大变化：
■ 蒸汽比容增大引起叶高增大； ■ 最佳速比把u和c1联系起来； ■ 直径增大，u增大，c1增大，级的焓降增大； ■ 温度减小，音速减小；焓降增大，流速增大；
流，将汽流动能转变为热能。 ■ 随压力降低，蒸汽比容增大，故对相同结构的汽封，
第二章多级汽轮机
§ 2.3 汽轮机及其装置的评价指标
P 机械效率----汽轮机的轴端功率与汽轮机的内功 e 率之比，描述了轴承摩擦、主油泵等的功率损耗
m P e / P i
表示前面级的损失中被后面级利用了的小部分热量。
§2.1 多级汽轮机的优越性及其特点
需特别指出，重热只表明当各级有损失时，全机的效率要 比各级平均的效率好一些，而不是说有损失时全机的效率 比没有损失时全机的效率高。更不应从中简单地得出α越 大，全机效率越高的结论，这是因为口的提高是在各级存 在损失，各级效率降低的前提下实现的，重热现象的存在 仅仅是使多级汽轮机能回收其损失的一部分而已。
§2.1 多级汽轮机的优越性及其特点
总体来看沿蒸汽流程平均直径和叶片高度增大，反动度呈逐级增大势态。蒸 汽比容的减小，漏汽损失的相对比例呈逐级下降。叶片的增长，二次流损失呈 下降趋势，但叶型损失相对增大。对中间再热机组，漏汽及二次流损失较大， 加上调节级部分进汽，高压缸效率最低，中压缸的工况较好，故效率最高
§ 2.3 汽轮机及其装置的评价指标
汽轮机性能评价指标中有绝对效率和相对效率两种,以整机 理想焓降为基础的效率是相对效率，而以单位质量蒸汽在热力 循环中所吸收热量为基础的效率是绝对效率。 一、 汽轮机的相对内效率 汽轮机的相对内效率----有效比焓降与理想比焓降之比
himac i htmac 相应的，汽轮机的内功率 D0 htmac p i i G h mac pi 0 t i 3.6 式中， D0 和 G0 分别是以 t / h 和kg / s 为单位的进汽流量
§2.1 多级汽轮机的优越性及其特点
三、 多级汽轮机各级段的工作特点 (一)高压段 高压、高温，比容小，蒸汽容积流量小。由 连续性方程，为保证喷嘴有足够的出口高度，减 小叶高损失，喷嘴出口汽流方向角αl较小。一般 情况下，冲动式汽轮机的αl=11°～14°，反动 式汽轮机的αl=14°～20°。 在冲动汽轮机的高压段，级的反动度一般不 大。当动静叶根部间隙不吸汽也不漏汽时，根部 反动度Ωr较小，这样，虽然沿叶片高度从根部到 顶部的反动度不断增大，但由于高压段各级的叶 片高度总是较小的，因此，平均直径处的反动度 仍较小。
第二章多级汽轮机选编
1 0,ri
hi E0
ht* h hc2
ht* 1hc2
1
0,ri
hi E0
ht*
h hc2 ht*
ri ri
2．余速利用对整机效率的影响
余速利用后，整机热力过程线左 移，整个过程的熵增减小，汽轮机的 效率提高。
图中：pe — 汽轮机背压 Ht — 汽轮机的理想焓降 Hi — 汽轮机的有效焓降
Hi hi
汽轮机相对内效率
ri
Hi Ht
一、多级汽轮机的特点
（一）多级汽轮机的优越性
1、多级汽轮机的循环热效率大大提高
多级汽轮机可以采用较高的进汽参数和较低的排汽参数，还 可以采用回热循环和再热循环。 2、多级汽轮机的相对内效率明显提高
3．实现余速利用的条件 相邻两级的部分进汽度相同。
调节级余速基本不可利用。 相邻两级的通流部分过渡平滑。 相邻两级之间的轴向间隙要小，流量变化不大。 前一级的排汽角α2应与后一级喷嘴的进汽角α0g一致。
多级汽轮机的中间级基本上都能充分的利用前一级的余速 动能。
三、多级汽轮机的重热现象
（二）多级汽轮机存在的问题 增加了一些附加的能量损失，如级间漏汽损失、湿汽损失。 由于级数多，相应地增加了机组的长度和质量。 由于新蒸汽和再热蒸汽温度的提高，故对零部件的金属材料 要求高了。 级数增加，零部件增多，使多级汽轮机的结构更为复杂。
二、多级汽轮机的余速利用
1．余速利用对级效率的影响
每一级承担的焓降不必很大，可以保证各级都在最佳速比附 近工作。 在一定条件下，余速动能可以全部或部分地被下一级利用。 级的焓降较小，可以采用渐缩喷嘴，避免了采用难以加工、 效率较低的缩放喷嘴。
第二章 多级汽轮机
临界速度过多，尽可能利用渐缩喷嘴斜切部分的膨胀， 这就要求蒸汽在喷嘴中的比焓降不能太大，而增大级的 反动度，保证动叶内有足够大的比焓降。 蒸汽容积流量很大，而通流面积受到一定限制，余 速损失较大；低压级一般都处于湿蒸汽区，存在湿汽损 失，而且越往后该项损失越大；由于低压级的叶片高度 很大，漏汽间隙所占比例很小，同时低压级段的蒸汽比 容很大，因此漏汽损失很小；低压级的蒸汽比容很大， 所以叶轮摩擦损失很小；低压级都是全周进汽，没有部 分进汽损失。 可见，对于低压级，由于湿汽损失很大，使效率降 低，特别是最后几级，效率降低更多。 大型机组低压级的叶片均采用扭叶片。
现代大容量汽轮机都采用多级设计！
二、多级汽轮机的优越性和存在的问题
（一）多级汽轮机的效率大为提高
1.多级汽轮机循环热效率大为提高 蒸汽初参数提高，排汽压力降低，采用抽汽回热和 中间再热。 2.相对内效率提高 设计工况下，每级都在最佳速比附近工作 多数级余速可全部或部分利用
喷嘴和动叶的出口高度增大，减小了叶高损失 G1t ne dmln c1t sin1 存在重热现象
三、多级汽轮机各级段的工作特点
(一)高压段 高压段的特点是：高压、高温，比容小，蒸汽容积 流量小。 由连续性方程 G1t ne dmln c1t sin1 ，为保证喷嘴 有足够的出口高度，减小叶高损失，喷嘴出口汽流方 向角αl较小。通常，冲动式汽轮机取αl= 11°～14°， 反动式汽轮机取αl= 14°～20°。 在冲动汽轮机的高压段，级的反动度一般不大。当 动静叶根部间隙不吸汽也不漏汽时，根部反动度Ωr较 小，这样，虽然沿叶片高度从根部到顶部的反动度不断 增大，但由于高压段各级的叶片高度总体是较小的，因 此，平均直径处的反动度仍较小。
在高压段的各级中，各级比焓降不大，比焓降的变 化也不大。(为减小叶高损失，叶轮的平均直径较小，相应的圆
多级汽轮机
动叶上的轴向力
F zs
动叶上的汽流力正比于流量和级的反动度及动
叶的有效作用面。即 F F s A ( p p ) ，其中 z z z 1 2
叶轮上的轴向力 压力反动度 动叶前后压差与级压差的比值，
m m ( w 2 s in 2 w1 s in 1 ) ( c 2 s in 2 c1 s in 1 ) t t
汽流产生的抽汽效应和叶轮旋转产 生的泵浦效应。三者的流量决定于
隔板与叶轮空间的压力 pd 。
叶轮反动度 漏汽量计算 隔板漏汽量G
公式计算。
d
pd p2 p0 p2
11
计算按汽封漏汽计算
l1 A1
z 2( p0 pd ) vd
Gl1
平衡孔漏汽量G
Gl 2 l 2 A2
(1kg标准煤发热量为7000Kcal)。发电煤耗、供电煤耗。
目前，国际上汽轮发电机组的绝对电效率最高达到42.7%。
2.3 多级汽轮机的轴向力及其平衡
2.3.1 轴向力的计算 转子上的轴向推力包括作用在动叶上汽流力和压差力、叶轮两侧 Fz FzI FzII FzIII 的压差力和转子凸肩上压差力三个方面。
汽轮机轴端输出功率与内功率之比， m Pe
Pi
2.2 进排汽损失和机组性能评价
2.2 进排汽损失和机组性能评价
机械效率描述了轴承摩擦、主油泵等的功率消耗。
发电机效率
发电机功率输出与失(机械摩擦和风扇功耗)和电气损失(励 磁功耗、铁损、铜损)。
蒸汽的进汽机构通道上流动过程简化为绝热等焓过程。进汽损 失定义为由进汽机构流动损失所产生的整机理想焓降减小的部分。 为计算方便，通常用压损占新汽压力的百分数来表示，损失的大小 取决于汽流速度和主汽门及调门的空气特性。对高压进汽部分，压 损 p (0.03 ~ 0.05) p0 。
第二章多级汽轮机
0 ——流经排汽管的压力损失,
实际上也是损失
ξ ex ——能量损失系数
ξ ex >1,ηex <0:排汽管出口静压低于进口蒸汽静压,
表明排汽缸阻力很大,恢复的静压头不足以弥补损失
ξ ex =1,ηex =0:恢复的静压头正好弥补损失 ξ ex <1,ηex >0:汽轮机末级出口压力低于凝汽器压力,
提高机组有效焓降,机组热效率有所提高
轴封及其系统
轴封
转子轴封段
转子轴封段
低压转子轴封段
去除轴封环的轴封套
轴封套,内装汽封齿
汽缸轴封段
隔板汽封
汽封环
轴封系统
自密封结构
沁北电厂轴封系统
自密封系统 自动控制压力和温度 汽源:二段抽汽,辅汽,主蒸汽,Table 2-11 75%负荷以后,达到自密封状态
低压级的工作特点
体积流量大,流通面积大, 体积流量大,流通面积大,叶片长 为了避免叶片过长, 为了避免叶片过长,喷嘴的出口角度大 反动度大 内效率较高
进汽阻力损失和排汽阻力损失
排汽管
蒸汽在排汽管中的热力过程线
p1 +
ρ1c12
2
= p2 +
2 ρ 2 c2
2
+ 0
2 ρ 2 c2
2 ρ1c12 p2 -p1 p1 + = p2 + + =1 ηex + ξex = 1 2 2 ρ1c1 ρ1c1 2 2 2 ηex ——静压恢复系数
汽封联箱压力 Pa(表压)) (表压))
高压供汽 阀状态 开和调节 关闭 关关闭 关闭
22630
26080 29530 32980
冷端再热 供汽阀状 态 开 开 开和调节 关闭
汽轮机第二章
凝汽机组的cex<100~120m/s，背压机组cex<40~60m/s。 当进入排汽管的汽流速度较低，即M<0.3时，可以将蒸汽 视为不可压缩流体，对其进出口建立能量平衡方程：
p1
1c12
2
p2
2 2 c2
2
0 p2
两边同除以
1c12 2
，则有：
ex
2
2.蒸汽在排汽管中的热力过程
一排汽管有扩压作用，蒸汽速度的部分变为 压力头，进入凝汽器的压力p2‘高于p1，热力过 程近似1-3线，阻力系数λ为负值；图2-6 二蒸汽在排汽管中有较大的损失，凝汽 压力 p2’’低于p1，其热力过程曲线以1-4线表示，阻力 系数λ为正值；图2-6 三是最末级级后压力等于凝汽器压力，阻力 系数λ为0。图2-6
静压恢复系数
能量损失系数
ex
p2 p1 2 1c1 2 2 1c1 2
p2 p1 1 2 2 1c1 1c1 2 2
ex ex 1
当排汽管进口汽流M>0.3时，就必须考虑其压缩性， 但仍然有： ex ex ex 1 ex
三、多级汽轮机各级段的工作特点 （一）高压段 蒸汽压力、温度很高，比容较小，蒸汽容积流 量较小，通流面积也较小。各级比焓降的变化也 不大。漏汽损失、叶轮摩擦损失及叶高损失较大， 各级的效率相对较低。
（二）低压段 容积流量很大，通流面积大，反动度明显增 大，叶轮直径较大，余速损失大，漏汽损失和 叶轮摩擦损失小，无部分进汽损失。由于湿汽 损失很大，使效率降低，特别是最后几级效率 降低更多。
himac htmac
各级平均的相对内效率：
ave ri
himac ht , j
p1
1c12
2
p2
2 2 c2
2
0 p2
两边同除以
1c12 2
，则有：
ex
2
2.蒸汽在排汽管中的热力过程
一排汽管有扩压作用，蒸汽速度的部分变为 压力头，进入凝汽器的压力p2‘高于p1，热力过 程近似1-3线，阻力系数λ为负值；图2-6 二蒸汽在排汽管中有较大的损失，凝汽 压力 p2’’低于p1，其热力过程曲线以1-4线表示，阻力 系数λ为正值；图2-6 三是最末级级后压力等于凝汽器压力，阻力 系数λ为0。图2-6
静压恢复系数
能量损失系数
ex
p2 p1 2 1c1 2 2 1c1 2
p2 p1 1 2 2 1c1 1c1 2 2
ex ex 1
当排汽管进口汽流M>0.3时，就必须考虑其压缩性， 但仍然有： ex ex ex 1 ex
三、多级汽轮机各级段的工作特点 （一）高压段 蒸汽压力、温度很高，比容较小，蒸汽容积流 量较小，通流面积也较小。各级比焓降的变化也 不大。漏汽损失、叶轮摩擦损失及叶高损失较大， 各级的效率相对较低。
（二）低压段 容积流量很大，通流面积大，反动度明显增 大，叶轮直径较大，余速损失大，漏汽损失和 叶轮摩擦损失小，无部分进汽损失。由于湿汽 损失很大，使效率降低，特别是最后几级效率 降低更多。
himac htmac
各级平均的相对内效率：
ave ri
himac ht , j
3-多级汽轮机详解
0 2 4 6 8 10
z 初参数p0＝2.85MPa，t0＝400 ℃ ，排汽压力 p2＝3.9kPa
分析：
多级汽轮机各级的效率。假设级效率为1，即各级没有损失，后面 的级也就无损失可利用，则重热系数α=0。级效率低，则损失 越大，后面级利用的局部也越多，α值也就越大。
多级汽轮机的级数。当级数越多，则上一级的损失被后面级利用 的可能性越大，利用的份额也越大,α值将增大。
3、机械效率
mP PaixD03 .6hP tmaaxci
4、发电机效率
g
Pel 3.6Pel Pax D0htmaci
m
蒸汽的热能
i
级内损失
内功率Pi
m
机械损失
轴功率Pax
g
电功率Pel
电气损失
5、发电机组的相对和确定电效率为：
elimg a.elhhtm0acihfm w g teltimg
蒸汽在排汽管中的热力过程线
蒸汽经排汽管进入凝汽器的过程可分为三种状 况：
1〕排气管进出口压力相等
说明扩压管回收的静压头正好与抑制排
汽管阻力消耗的静压头相等。
2〕排汽管出口压力高于进口压力
排汽管进口压力小于凝汽器喉部压力，将 使汽轮机的有效比焓降增加，机组效率提高。
3〕排汽管出口压力低于进口压力
6、汽耗率——机组每生产1KW.h电能所消耗的蒸汽量 d10Pe0lD00 h3tm6a0cel0
7、热耗率——机组每生产1 KW.h电能所需的热量
qdh0hc'
D D0 r hrhr'
第四节 轴封及其系统
汽封的分类、构造和作用 齿形轴封 轴封系统
一、汽封的分类、构造和作用
《汽轮机原理》多级汽轮机
= H t (I+α )
6
2，整机效率与级效率
根据上述推导， H t 表示各级理想焓降之和大于整机理想焓降。由于这部分 热量的利用，使整机的内效率大于各级平均内效率。设各级内效率相等， s 用（ i ）表示，则各级有效焓降为：
hi is ht1 hi is ht 2
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、中间再热式汽轮机 1、采用中间再热循环的原因
隙和环形汽室。通过轴封漏量按续程方程
Al C Gl v
来确定。为了减少漏汽量，可以通过：减少齿隙面积 A 、汽流速度 C
和增大比容V 等办法来实现。 但是：
(1) 比容是蒸汽流动状态来决定，不可任意改变 。 (2) 面积 Al d l (d l、 分别为轴封直径、间隙）、轴封直径d是 由大轴的强度确定。为了保证安全，间隙不能太小(一般 = 0.3 ~0.6 mm) 。 太小，可能使大轴与轴封片摩擦，造成大轴弯曲 ， 引起机组振动。 (3) 唯一可行的办法就是减小汽流速度C。汽流速度C取决于轴封 齿两侧的压力差，所以减小轴封齿两侧的压力差是减少轴封漏汽 量的主要措施。
2
多级汽轮机有冲动式和反动式两种。多级汽轮机通常采用 喷 嘴 调 节 （ 控 制 进 汽 量 ） ，称 之为 调 节 级 ， 其 余 的 级 称 为 压 力 级。中小型汽轮机，通常采用双列级作为调节级，大功率汽轮 机 多 用 单 列 级 作 为 调 节 级 。 多 级 汽 轮 机 的 通 流 部 分 如 图 2 --- 1所 示。 蒸汽进入汽轮机各级膨胀作功，压力和温度逐级降低，比 容 不 断 增 加 。 因 此 ，通 流 部 分 尺 寸 是 逐 级 增 大 的 ， 特 别 是 在 低 压部分，平均直径增加很快。即叶片的高度越来越长。 由于受到材料强度的限制， 叶片不可能太长，故大型汽 轮机都采用多排汽口。
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2.3 多级汽轮机的轴向力及其平衡
2.4 轴封及轴封系统
轴封：在汽缸两端转子穿出处，转子与汽缸间的汽封。作用是减小 漏汽损失，防止蒸汽外逸和空气内漏。 主要型式：曲径式汽封，平齿汽封、蜂窝式。 2.4.1 工作原理和计算
汽轮机中汽封有隔板汽封，叶根及叶顶汽封、轴端汽封和门杆汽封。
原理
蒸汽在汽封中的流动当作绝热等焓过程。蒸汽在流经汽封 片时节流加速，然后在腔室中产生涡流，将汽流动能转变为热能。 随压力降低，蒸汽比容增大，故对相同结构的汽封，汽流速度是逐 级增大。又因膨胀后焓值变小、音速降低，因此在汽封中如果出现 超临界流动，只能在最后一个汽封片处出现。
汽流产生的抽汽效应和叶轮旋转产 生的泵浦效应。三者的流量决定于
隔板与叶轮空间的压力 pd 。
叶轮反动度 漏汽量计算 隔板漏汽量G
公式计算。
d
pd p2 p0 p2
11
计算按汽封漏汽计算
l1 A1
z 2( p0 pd ) vd
Gl1
平衡孔漏汽量G
Gl 2 l 2 A2
中
大
大
大
较大 湿汽 稍低
2.1 多级汽轮机的特点
ABB û Â Æ Ö » ú ¸ ÷û Æ ¸ ×ð Ë Ê §Ö ·² ¼
100% 80% 60% 40% 20% 0%
27 45 28 ß Ñ ¸ ¹ ¸ ×
33
50
44 32 23 Ð Ñ Ö ¹ ¸ × 18 Í Ñ µ ¹ ¸ × Ò Í ¶ Ð Ë ð Ê § þ ´ ¶ Î ÷ Á ð Ë Ê § ¹ Â Ð © Ë ð § Ê
2.1 多级汽轮机的特点
多级汽轮机是提高机组功率和效率、实现抽汽回热和中间再热的
必然结果。
性能特点 循环效率提高蒸汽参数提高、焓降增大、实现抽汽回热和中间再
热。
相对内效率提高合理分配各级焙降使之在最佳速比附近工作；大
多数级的余速得到利用；平均焓降减小，可使级的平均直径减小， 提高叶片高度；因存在重热现象，前级产生的损失部分地被下级利 用。
漏汽量计算 漏汽量计算分亚临界和超临界两种工况 亚临界 亚临界工况的漏汽量采用不可压缩流动方程，汽流通过
2.4 轴封及轴封系统
2.4 轴封及轴封系统
孔口的流速为 cx
2p
x
对应的流量为 Gl l Al xcx l Al 2p x l Al 2p x 1 由于等焓线上压力与比容的乘积为常数，从而求得腔室压力与前后 压差的关系
2.2 进排汽损失和机组性能评价
2.2.1 系统特征
新蒸汽经电动主汽门、自动主汽门和调节汽门进入汽轮机，膨胀作 功后由高压缸排汽回到锅炉再热器中加热，经中压主汽门和中压调 节汽门到中、低压缸中继续膨胀作功，再由低压排汽口排向凝汽器。 蒸汽在汽轮机本体之外流道中的流动必然产生损失，将使机组的效 率下降。这些损失归结为进汽损失和排汽损失两部分。主要特征是 汽流的沿程摩擦、转向和涡流损失三方面。 2.2.2 进汽损失
汽轮发电机组相对电效率 汽轮发电机组绝对电效率 汽耗率 机组发出1KW· h电量所消耗的蒸汽量，用下式表示
el i m g el t i m g
mac d (kg / kW h) 1000D0 / P 3600/( h el t el )
相对内效率
绝对内效率ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
有效焓降与理想焓降之比，
i
有效焓降与循环吸热量之比，a ,i
t
循环热效率 理想焓降与循环吸热量之比， 显然， a,i t i ，提高绝对内效率的途径
是增大循环热效率和相对内效率。
h h ( h h ) h (h h )
动叶上的轴向力
F zs
动叶上的汽流力正比于流量和级的反动度及动
叶的有效作用面。即 F F s A ( p p ) ，其中 z z z 1 2
叶轮上的轴向力 压力反动度 动叶前后压差与级压差的比值，
m m ( w 2 s in 2 w1 s in 1 ) ( c 2 s in 2 c1 s in 1 ) t t
a htT
重热利用是以熵增损失为代价，只是利用了上级损失中的部分能 量，即减小上级损失产生的影响，但总的结果机组的次序是下降的。
由于级的焓降决定于最佳速比，在计及重热后，整机的级数增多。
多级汽轮机的结构与工作特征
蒸汽在多级汽轮机中膨胀作功，压力和温度降低、比容增大，导 致沿蒸汽膨胀流程的通流面积增大，使汽轮机通流部分的结构和工 作特征沿蒸汽流程发生很大变化。沿蒸汽流程平均直径和叶片高度
抽汽效应：喷嘴中流出的高速汽流在叶根处对隔板与叶轮间腔室
内的蒸汽产生抽吸作用，其效应相当于增大腔室中的压力。
p 抽汽效应反动度 抽汽效应产生的压差与级压差的比值 p p 泵浦(pumping)效应 高速旋转的叶轮带动周围蒸汽旋转运动，
c c 0 2
离心力使部分蒸汽产生指向叶根的径向运动，增大了叶根两侧的压 差。
单位功率的投资减小。 重热和重热系数
在水蒸汽的焓——熵图上，等压线沿熵增方向逐渐扩张，即
2.1 多级汽轮机的特点
等压线间的理想焓降随熵增而增大。这种由熵增损失产生的各级 理想焓降之和大于整机理想焓降的现象称为多级汽轮机的重热现象。
重热系数a：各级理想焓降之和大于整机理想焓降的增量与整机 理想焓降的比，即 ht htT
因最后道汽封前均为亚临界，由前亚临界漏汽量计算公式求得末道 前压力
pz 1 1 p0 1 0.445( z 1)
判定是否临界的准则
pz 0.546 pz 1
0.82 p0 z 1.246
2.4 轴封及轴封系统
因而，漏汽量
Gl ,c l Al
临界压比与汽封齿数有关，齿数愈多，临界压比愈小。亚临界的漏 汽量小于临界工况。减小漏量的措施应采用小的汽封间隙和增加汽 封齿数，以及采用新型高效汽封。
i T t
T i
0
c
T t
0
c
机械效率
汽轮机轴端输出功率与内功率之比， m Pe
Pi
2.2 进排汽损失和机组性能评价
2.2 进排汽损失和机组性能评价
机械效率描述了轴承摩擦、主油泵等的功率消耗。
发电机效率
g P 发电机功率输出与汽轮机轴端功率之比， el / P e
发电机损失主要是机械损失(机械摩擦和风扇功耗)和电气损失(励 磁功耗、铁损、铜损)。
蒸汽的进汽机构通道上流动过程简化为绝热等焓过程。进汽损 失定义为由进汽机构流动损失所产生的整机理想焓降减小的部分。 为计算方便，通常用压损占新汽压力的百分数来表示，损失的大小 取决于汽流速度和主汽门及调门的空气特性。对高压进汽部分，压 损 p (0.03 ~ 0.05) p0 。
2.2 进排汽损失和机组性能评价
) 对中间再热机组，q d [(h0 hc
煤耗率
Dr D0
(hr hr )]
机组发出1KW· h电量所消耗的标煤量(标准煤g/KW· h）。
(1kg标准煤发热量为7000Kcal)。发电煤耗、供电煤耗。
2.3 多级汽轮机的轴向力及其平衡
2.3.1 轴向力的计算 转子上的轴向推力包括作用在动叶上汽流力和压差力、叶轮两侧 I II III F F F F 的压差力和转子凸肩上压差力三个方面。 z z z z
当ex 0;ex 1 ，扩压
回收的压力不足以弥补沿 程阻力损失。
2.2 进排汽损失和机组性能评价
2.2.4 性能评价指标 汽轮机性能评价指标分绝对效率和相对效率两种。以整机理想焓 降为基础的效率是相对效率，而以单位质量蒸汽在热力循环中所吸 收热量为基础的效率是绝对效率。相对效率又分整机相对内效率和 缸相对内效率 hT
Gl 2 p p x 1 A p0 l l
2 0 ( p0 pz2 )
2
由递推关系，得亚临界时通过汽封的蒸汽量 Gl l Al
zp0 临界 临界工况时，将最后一个孔口当作喷嘴。由临界流量计算 公式得通过最后一个孔口的漏汽量为 Gl ,c 0.6672l Al pz 1 z 1
汽耗率并不能完整地表示机组经济性的优劣。回热抽汽机组的汽 耗率大于非回热抽汽机组，但前者的循环效率高于后者。
热耗率
机组发出1KW· h电量所消耗的热量，用下式表示 ) 3600(h0 hc ) /(htmacel ) q d (h0 hc
2.2 进排汽损失和机组性能评价
2.1 多级汽轮机的特点
增大，反动度呈逐级增大势态。蒸汽比容的减小，漏汽损失的相对 比例呈逐级下降。叶片的增长，二次流损失呈下降趋势，但叶型损 失相对增大。对中间再热机组，漏汽及二次流损失较大，加上调节 级部分进汽，高压缸效率最低，中压缸的工况较好，故效率最高。
蒸汽 汽缸 参数 高 高温 多层缸 压 缸 高压 较厚 中 高温 多层 压 较薄 缸 中压 低 低温 多层 压 低压 薄 缸 汽缸 受力 压力 热应 力 压力 热应 力 压力 热应 力 容积 流量 小 叶片 型式 较短 直叶 微弯 扭叶 较长 扭叶 长 平均 级 焓 反 动 主 要 效率 功率 直径 降 度 损失 叶高 不足 小 小 较小 漏汽 较低 1/3 部分 大于 中 中 中等 漏汽 较高 1/3 近 1/3
对于再热管道及再热器，压损 p (0.12 ~ 0.15) pr 0 。 2.2.3 排汽损失
排汽部分通常做成蜗壳扩散式，并内装导流环，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。排汽管内的流动主 要表现为流动压降损失、动能损失转变为热能和降速扩压。
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。 2 2 1 c p c 由能量平衡得 p1 1 2 2 1 1 2 2 2 0