汽轮机原理-3-3多级汽轮机的轴向推力及平衡方法
第二章多级汽轮机
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。
汽轮机思考题
第一章一.概念题:级:由一列喷嘴叶栅和紧邻其后的一列动叶栅所组成的热能到机械能转换的基本单元。
反动度:蒸汽在动叶中的理想焓降与级的滞止理想焓降之比。
部分进气度:工作喷嘴所占的弧段长度与整个圆周长之比。
速度比：级的圆周速度u与喷嘴出口速度c1或与级的假想出口速度ca的比值。
级的最佳速度比:对应轮周效率最高点的速度比。
级的轮周效率:单位蒸汽量流过某级时所产生的轮周功Pu1与蒸汽在该级中所具有的理想能量E0之比。
级的相对内效率:级的有效焓降与级的理想能量之比。
w1,w2大小比较:w1=(c12+u2-2uc1cosα1)½w2=ψ(2(h1-h2t)+w12)½=(2Δh b*)½=(c22+u²+2u1c1cosα2*)½纯冲动级:Ωm=0, Δh=0,w2=ψw1反动级: Ωm=0.5,Δh n=Δh b=Δh t*/2,α2=90°时，w1=w2cosβ2*冲动级: Ωm=0.05∽0.20,可大可小，具体计算。
各种级的最佳速度比:纯冲动级:X1＝COSα1/2 反动级:X1＝COSα 1冲动级:X1＝COSα1/2(1-Ωm) 复数级:X1=COSα1/4二.综合性题:1.级的分类与特点:（一）按反动度分1.纯冲动级Ωm＝0的级，Δhb＝0, Δh*n= Δh*t，做功能力较大，但效率较低。
2.冲动级（带反动度的冲动级）Ωm＝0 .05～0.20的级，Δhb＞0, 但Δhb＜Δhn，做功能力和效率介于纯冲动级和反动级之间。
3.反动级Ωm≈0 .5的级，Δhb＝Δhn，动、静叶型相同，做功能力较小，但效率高。
（二）按能量转换过程分1.速度级以利用蒸汽流速为主的级，有双列和多列之分。
双列速度级又称复速级。
复速级做功能力比单列冲动级大，但效率低。
2.压力级以利用级组中合理分配的压力降（焓降）为主的级，又称单列级。
做功能力较小，但效率高。
（三）按负荷变化时通流面积是否改变分1.调节级喷嘴调节的汽轮机的第一级，负荷变化时，其通流面积是改变的。
3_多级汽轮机
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
汽轮机原理思考题1
汽轮机原理思考题11．汽轮机有那些⽤途，我国的汽轮机是如何进⾏分类的，其型号和型式如何表⽰？汽轮机的⽤途：把蒸汽的热能转化为机械能⽤于发电；除此之外，还⽤于⼤型舰船的动⼒装备，并⼴泛作为⼯业动⼒源，⽤于驱动⿎风机、泵、压缩机等设备。
汽轮机的分类：A、按做功原理分类：冲动式汽轮机、反动式汽轮机。
B、按热⼒过程特性分类：凝汽式汽轮机、背压式汽轮机、调整抽汽式汽轮机、中间再热式汽轮机。
C、按蒸汽压⼒分类：低压汽轮机，新汽压⼒1.2～2MPa中压汽轮机，新汽压⼒2.1～4.0MPa⾼压汽轮机，新汽压⼒8.1～12.5MPa超⾼压汽轮机，新汽压⼒12.6～15.0MPa亚临界压⼒汽轮机，新汽压⼒15.1～22.5MPa超临界压⼒汽轮机，新汽压⼒⼤于22.1MPa超超临界压⼒汽轮机，新汽压⼒27MPa以上或蒸汽温度超过600/620℃汽轮机的型号表⽰：我国制造的汽轮机的型号有三部分。
第⼀部分：由汉语拼⾳表⽰汽轮机的形式（如表⼀），由数字表⽰汽轮机的容量（MW）；第⼆部分：⽤⼏组由斜线分隔的数字分别表⽰新蒸汽参数、再热蒸汽参数、供热蒸汽参数等；第三部分：⼚家设计序号。
2．汽轮机课程研究的主要内容有那些，如何从科学研究及⼯程应⽤的不同⾓度学习该课程？研究内容：（1）绪论：本课程的主要内容及在⽣产实践中的应⽤；国内外汽轮机的展及应⽤；汽轮机的型式、分类及型号；汽轮机装置及现代⼤型单元制机组的概念；本课程的学习要求及学习⽅法。
（2）汽轮机级的⼯作原理：⼀元流动的⼏个主要⽅程及应⽤；蒸汽在喷嘴及动叶中的流动、速度三⾓形及计算；级的轮周功率和轮周效率；级内损失和级的相对内效率；级的热⼒设计原理。
(3）多级汽轮机：多级汽轮机的⼯作过程及其特点；进、排汽机构的流动阻⼒损失；汽轮机及其装置的经济性评价指标；轴封及其系统；轴向推⼒及平衡；汽轮机的极限功率及其影响因素。
(4）汽轮机变⼯况特性：喷嘴变⼯况时流量与压⼒的关系；级与级组的变⼯况特性；配汽⽅式对汽轮机变⼯况运⾏经济性和安全性的影响；滑压运⾏经(5）汽轮机的凝汽设备：凝汽设备的⼯作原理及任务；凝汽器的真空与传热；凝汽器的结构布置；抽⽓器；凝汽器变⼯况。
汽轮机轴向推力的主要平衡手段
汽轮机轴向推力的主要平衡手段说到汽轮机，大家可能会想起那轰隆轰隆的巨型机器，它们在发电厂里转啊转，不停地把热能变成电能。
但你知道吗，这些看起来威风八面的汽轮机，背后也有不少“秘密武器”来确保它们能平稳运行。
今天，我们就聊聊汽轮机轴向推力的平衡手段——说白了，就是如何让这些庞然大物保持平衡，不至于让它们在工作的时候东倒西歪。
1. 轴向推力的由来1.1 轴向推力是什么？首先，咱们得搞明白什么是轴向推力。
简单来说，就是汽轮机在工作时，内部的气体压力会推着轴向前或向后移动。
就像你推一辆车，车子会向你推回来一样，这个推力也会作用在汽轮机的轴上。
不过，汽轮机的轴可不简单，它不仅要承受这些推力，还得保持平稳，不让机器发生什么意外。
1.2 为什么要平衡？你可能会问，轴向推力的平衡有什么重要的？要知道，如果轴向推力不平衡，汽轮机的轴就会“晃荡”起来，就像一只飞盘在空中不稳定，最后搞不好会导致机器损坏，甚至停机。
所以，平衡推力就显得尤为重要。
想象一下你在玩蹦床，如果重心不稳，不用多久你就会摔下去，汽轮机也是同样的道理。
2. 主要的平衡手段2.1 推力轴承首先，最常见的手段就是推力轴承。
推力轴承就像是汽轮机的“支撑杆”，它们负责承受并分散轴向推力。
推力轴承的设计可是相当讲究的，要确保它们能够承受巨大压力，同时还要保持平稳的运转。
想象一下，推力轴承就像是支撑大厦的地基，得够牢固，才能让整个建筑稳如磐石。
2.2 油膜轴承接下来就是油膜轴承，它的工作原理有点像你在洗澡时把水放在手上，水膜能把你的手浮在水面上一样。
油膜轴承通过在轴与轴承之间形成一层油膜来减少摩擦。
这样一来，汽轮机的运转就更加平稳了，像是在滑冰场上滑行一样顺畅。
2.3 推力盘还有一种手段就是推力盘。
推力盘的工作原理比较直观，就是通过一个圆盘来均匀分配推力。
可以把它想象成一个巨大的轮子，当推力作用在这个轮子上时，轮子就会把推力均匀分布，防止局部压力过大。
就像是你用手推一个大球，球会滚动得很均匀，不会一边重一边轻。
汽轮机原理
级的发动度Ωm：动叶内理想比焓降Δh b与级滞止理想比焓降Δht0之比，表示蒸汽在动叶内的膨胀程度。
速度比：（级动叶的）圆周速度u与喷嘴出口（蒸汽的）速度c1的比值临界速度：当流速达到本地音速的速度。
轮周功率：单位时间内蒸汽推动叶轮旋转所做的机械功，称为轮周功率。
轮周效率：单位蒸汽量流过某级所产生的轮周功与蒸汽在该级中理想可用能之比，称为该级的轮周效率。
内功率：汽轮机的进汽量与有效焓降的乘积。
相对内效率：级的有效焓降与级的理想焓降的比。
压比：汽轮机喷嘴后的压力与喷嘴前的滞止压力之比。
余速损失：气流离开动叶通道时具有一定的速度C2，且这个速度对应的动能在该级内已不能转换为机械功，这种损失叫做余速损失。
最佳速比：对应于最高轮周效率的速比。
重热现象：上一级损失造成的比熵增大将使后面级的理论比焓降增加，即上一级损失中的一小部分可以在以后各级中得到利用。
重热系数：级内有损失时各级理想比焓降之和与全机理想比焓降之差，即增大的那部分比焓降与没有损失时全机总的理想比焓降之比，称为重热系数。
汽轮机相对内效率：蒸汽实际比焓降与理想比焓降之比。
汽轮机的绝对内效率：蒸汽实际比焓降与整个热力循环中1kg蒸汽所吸收的热量之比。
汽轮发电机组的相对电效率：1kg蒸汽所具有的理想比焓降中最终被转化成电能的效率。
汽轮发电机组的绝对电效率：1kg蒸汽理想比焓降中转化为电能的部分与整个热力循环中1kg蒸汽所吸收的热量之比。
机械效率：轴功率与内功率的比。
发电机效率：电功率与轴功率的比。
汽耗率：机组每生产1kW.h电能所消耗的蒸汽量。
热耗率：机组每生产1 kW.h电能所需的热量。
极限功率：在一定的初终参数和转速下，单排汽凝汽式汽轮机所能发出的最大功率。
定压运行：通过改变主蒸汽流量来适应外界负荷变化的运行方式。
在该方式下，在汽轮机负荷变化范围内，主蒸汽压力和温度参数都保持额定值，不予改变。
滑压运行：机组在额定出力以下运行，调汽门全开或者开度不变。
汽轮机原理-3-3多级汽轮机的轴向推力及平衡方法
d 2 ( pd
p2 )
其中， pd为叶轮前的压力。
d1
d2
4
第三节 级汽轮机的轴向推力及平衡方法
一. 多级汽轮机的轴向推力
3、作用在轴封凸肩上的轴向力 Fz3
Fz3
4
(d12
d22 )p
汽轮机某一级的轴向推力为：
F' z
Fz1 Fz 2
Fz 3
多级汽轮机总的轴向推力为各级轴向推力之和。即 ：
2. 转子设计成转鼓形式：适用于反动式汽轮机
反动式汽轮机，各级的反动度较大
动叶片两侧的压差很大
转子设计成转鼓形式， 减少每级叶轮上产生的轴向推力
px p0
Fz
7
第三节 级汽轮机的轴向推力及平衡方法
二. 轴向推力的平衡方法
3. 叶轮上开平衡孔 适用于冲动式汽轮机
平衡孔
在叶轮上开设平衡孔可以减少叶轮两侧的压力差，
一. 多级汽轮机的轴向推力
蒸汽通过汽轮机通流部分膨胀作功时，对叶片的作 用力由圆周分力和轴向分力所组成。其中，圆周分力推动 叶轮作功，而轴向分力则对转子产生一个轴向推力。
在一般情况下，作用在一个冲动级上的轴向推力 由 3 部分所组成：
1、作用在动叶片上的轴向力 Fz1 2、作用在叶轮面上的轴向力 Fz2
Fz Fz'
d1
d2
5
第三节 级汽轮机的轴向推力及平衡方法
二. 轴向推力的平衡方法
在多级汽轮机中，总的轴向推力很大。特别是反动式汽轮机，其总的轴向推力可达 200~300T，冲动式汽轮机，其总的轴向推力可达40~80T。这样大的轴向推力是推力轴 承所不能承受的。因此，必须设法减少总的轴向推力，使之符合推力轴承的能承载能力。 也就是说，对汽轮机总的轴向推力应加以平衡。
汽轮机原理-多级汽轮机的轴向推力及平衡方法
p2
从而可以减少作用在叶轮上的轴向力。 通常在叶轮上开5~7个平衡孔。
pd
8
第四节 级汽轮机的轴向推力及平衡方法
4.汽缸对称布置法 是大型多缸汽轮机平衡轴向推力最有效的办法
采用多缸反向（两个缸对称布置）布置，使汽流在不同的汽缸中作反向流动, 其轴向力方向相反，达到了平衡的目的。 下图为多缸反向布置的示意图。国产125MW、200MW、300MW 汽轮机都采 用多缸反向布置的办法来平衡轴向力。
12
1）掌握多级汽轮机的热力特点及结构特点； 2）掌握多级汽轮机各项热力参数、结构参数沿通流部的不同变化规 律，能正确选择确定各相关参数； 3）掌握多级汽轮机轴封及其系统的结构、工作原理及设计计算； 4）掌握多级汽轮机进、排汽机构损失的形成机理及减小措施； 5）掌握多级汽轮机运行经济性和可靠性指标的评价及计算； 6）掌握多级汽轮机轴向推力的成因、计算及平衡措施。
常见的轴向推 力平衡办法
1.设置平衡活塞 2.转子设计成转鼓形式 3.叶轮上开平衡孔 4.汽缸对称布置法 5.推力轴承承担轴向推力
6
第三节 级汽轮机的轴向推力及平衡方法
二. 轴向推力的平衡方法
1. 平衡活塞法
在平衡活塞上装有齿形轴封，当蒸汽由活塞 的高压侧向低压侧流动时，压力由p0降为px 。 平衡活塞在压力差作用下，就产生了一个向 左的作用力 。 这个力刚好与 Fz 方向相反，起 到了平衡作用。
在一般情况下，作用在一个冲动级上的轴向推力 由 3 部分所组成：
1、作用在动叶片上的轴向力 Fz1 2、作用在叶轮面上的轴向力 Fz2
3、作用在主轴凸肩上的轴向力 Fz3
2
第三节 级汽轮机的轴向推力及平衡方法
一. 多级汽轮机的轴向推力
第二章多级汽轮机-第五节多级汽轮机的轴向推力及其平衡
第五节多级汽轮机的轴向推力及其平衡2. 5.1 轴向推力在轴流式汽轮机中，通常是高压蒸汽由一端进入，低压蒸汽由另一端流出，从整体看，蒸汽对汽轮机转子施加了一个由高压端指向低压端的轴向力，使汽轮机转子有向低压端移动的趋势，这个力就称为转子的轴向推力。
（一）冲动式汽轮机的轴向推力整个转子上的轴向推力主要是各级轴向推力的总合。
作用在冲动级上的轴向推力是由作用在动叶上的轴向推力、作用在叶轮面上的轴向推力以及作用在轴的凸肩上的轴向推力三部分组成。
1．作用在动叶上的轴向推力如图2.5.1所示作用在动叶上的轴向推力是由动叶前后的静压差和汽流在动叶中轴向分速度改变所生成的。
（2.5.1）在冲动级中，一般轴向分速度都不大，加之动叶进口的轴向通流面积和蒸汽比容的改变都不大，因此汽流流经动叶时的轴向分速度的改变一般都很小。
由汽流轴向分速度的改变和产生的轴向推力一般都可忽略不计。
引入压力反动度的概念，压力反动度定义为（2.5.2）于是（2.5.3）则作用在动叶上的轴向推力可写成（2.5.4）对于速度级，应计算在两列动叶上所受静压差产生的推力之和，若是部分进汽级，则应乘以部分进汽度e。
由于h-s图上同一压差的等压线距离越向下越大，因此各级压力反动度都小于该级比焓降反动度，用代替所算得的轴向推力偏大，偏于安全，故可认为作用在动叶上的轴向推力正比于。
2．作用在叶轮面上的轴向推力根据图2.5.1的符号，作用在叶轮面上的轴向推力可写成（2.5.5）如果叶轮两侧的轮毂直径相同，即则有（2.5.5a）定义叶轮反动度，则又有（2.5.5b）由式2.5.5b可见，叶轮面上的轴向推力正比于。
3．作用在轴的凸肩上轴向推力在汽轮机轴的轴封套和隔板轴封内轴上的凸肩等处，都会承受轴向推力。
一般情况下，可先算出凸肩上的受压面积和各面积上所受的压力，在算出总的向前与向后的推力之差值，就得净轴向推力，一般的数值很小。
作用在一个级上的轴向推力即为上述三部分推力之和，可写成（2.5.17）对于有n个级的转子，其总轴向推力为：（2.5.18）（二）、反动式汽轮机的轴向推力在反动式汽轮机中，作用在流通部分转子上的轴向推力由下列三部分组成：1）作用在叶片上的轴向推力；2）作用在轮鼓锥形面上的轴向推力；3）作用在转子阶梯上的轴向推力。
二反动式汽轮机的轴向推力
喷嘴出口相对速度？ 动叶出口相对速度？轮周功率？
5、某反动级理想焓降Δht=62.1kJ/kg，初始动能Δhc0=1.8 kJ/kg, 蒸汽流量 G=4.8kg/s，若喷嘴损失Δhnζ=5.6kJ/kg, 动叶损失Δhbζ=3.4kJ/kg，余速损失 Δhc2=3.5kJ/kg，余速利用系数μ1=0.5，计算该级的轮周功率和轮周效率。
1
1
1
1
5
二，反动式汽轮机的轴向推力
• 由于反动式汽轮机每一级动叶前后都存在压力差(较大)，因 而在整个转子上产生很大的轴向推力，为了减小这个轴向推 力，反动式汽轮机不能象冲动式汽轮机那样采用叶轮结构， 叶片直接装在轮毂上。
• 冲动式汽轮机的轴细，有叶轮轮盘；反动式汽轮机的轴粗， 无轮盘。
6
二，反动式汽轮机的轴向推力
第三节 多级汽轮机的轴向推力及其平衡
在轴流式汽轮机中，通常是高压蒸汽由一端进入，低压蒸汽由 另一端流出，从整体看，蒸汽对汽轮机转子施加了一个由高压 端指向低压端的轴向力，使汽轮机转子有向低压端移动的趋势， 这个力就称为转子的轴向推力。
1
一，冲动式汽轮机的轴向推力 作用在一个冲动级上的轴向推力由 3 部分所组成： 1、作用在动叶片上的轴向力； 2、作用在叶轮面上的轴向力； 3、作用在轴凸肩上的轴向力。
且考虑 m d
FzⅡ
4
(dm lb )2 d 2 m ( p0 p2 )
4
3、作用在轴凸肩上的轴向力
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。
汽轮机原理复习资料：汽轮机复习总结-考点.docx
—、概念1.汽轮机的型号2.2:1纯冲动级’（Zi）op=―；反动级（Zl）op = cos^l 复速级：（Zl）op= ~了丄反动级的理想焙降比冲动级的小一倍。
反动级能承担的焙降或做功能力比纯冲动级小。
3.£…<£cr在喷嘴斜切部分中膨胀，4.级的轮周效率：P21lkg/s的蒸汽在级内所做的轮周功Pui与蒸汽在该级中所具有的的理想能量E。
之比；n u最佳速度比p22将（级动叶的）圆周速度11与喷嘴出口（蒸汽的）速度Ci的比值定义为速度比旳轮周效率最人时的速度比称为最佳速度比级的相对内效率P39级的相对内效率：级的有效比焙降△人与级的理想能量&之比，表明级的能量转换的完善程度。
盖度P29、P41动叶进口的高度总是大于喷嘴出口的高度，这两者之间的高度差称为盖度。
在压力反动度圧力反动度是指喷嘴后与级后蒸汽压力之差和级前与级后压力之差Z比。
（P1-P2）/ （P0-P2）滞止状态：具冇一定流动速度Co的蒸汽，如果假想蒸汽等爛地滞止到速度为0时的状态，该状态为滞止状态绝对电效率：P671 kg蒸汽理想比怡降AH f中转换成电能的部分与整个热力循环中加给1 kg蒸汽的热量Q比；极限真空：凝汽器真空达到低压缸末级动叶斜切部分膨胀极限压力下的真空，该真空称为凝汽器的极限真空。
汽轮机的工况图：汽轮机的工况图是功率与流呈之间变化关系一条的一条曲线；凝汽器的汽阻、水阻P239①:气阻：凝汽器入口压力玖与空气抽出口的压力P「的差值是蒸汽空气泯和物的流动阻力；②水阻：冷却水在凝汽器的循环通道中受到的阻力；调节系统的动态过渡时间P124；扰动作用于调节系统后，从响应扰动开始到被调量达到基本稳定所经历的时间称为过渡过程调整时间。
节流损失P64节流损失包括：进气损失+排气损失①汽轮机的进汽节流损失使得蒸汽入口焙不变②进汽阻力损失蒸汽进入汽轮的II作级前必须先经过主汽阀、调节阀和蒸汽室。
蒸汽通过这些部件时就会产生压力降，主汽阀利调节阀故为严重。
汽轮机原理智慧树知到答案章节测试2023年山东科技大学
绪论单元测试1.汽轮机是以（）为工质的旋转式原动机。
A:水B:蒸汽C:燃气D:制冷工质答案:B2.某汽轮机型号表示为N200-16.7/535/535，其中第一个535代表是（）。
A:再热蒸汽温度B:主蒸汽压力C:主蒸汽温度D:功率答案:C3.某汽轮机型号表示为CC50-8.83/0.98/0.147，0.98代表是（）。
A:主蒸汽压力B:排汽背压C:高压抽汽压力D:低压抽汽压力答案:C4.某汽轮机型号表示为B25-8.83/0.98，B代表是（）。
A:调整抽汽式B:抽汽式C:凝汽式D:背压式答案:D5.某汽轮机型号表示为CC50-8.83/0.98/0.147，CC代表是（）。
A:二次调整抽汽式B:凝汽式C:背压式D:抽汽式答案:A6.汽轮机可以用于（）。
A:工业驱动B:船舶动力装置C:供热D:发电答案:ABCD7.N300-16.7/538/538，其中N代表是凝汽式机组。
（）A:错B:对答案:B8.C12-3.43/0.98，其中12代表是机组的功率，单位为KW。
（）A:对B:错答案:B9.N100-8.43/538，其中8.43代表是主蒸汽压力，单位MPa。
（）A:错B:对答案:B10.某汽轮机主蒸汽压力为25MPa，这属于亚临界汽轮机。
（）A:错B:对答案:A第一章测试1.纯冲动级的特点（）。
A:动叶中的理想比焓降等于0B:反动度在0.05-0.2之间C:蒸汽在动叶通道中加速D:动叶进口的压力大于出口压力答案:A2.带反动度的冲动级的特点（）。
A:反动度为0B:动叶进口的压力大于出口压力C:动叶中的理想比焓降等于0D:蒸汽在动叶通道中不加速答案:B3.级的反动度用于衡量蒸汽在（）中的膨胀程度。
A:动叶B:喷嘴C:级D:汽轮机答案:A4.喷嘴临界压比与（）有关。
A:喷嘴出口压力B:喷嘴进口初压C:喷嘴进口初温D:蒸汽的等熵指数答案:D5.在级的平均直径、喷嘴速度系数、喷嘴出口汽流角相同，并且取最佳速度比的条件下，（）的焓降最大。
汽轮机简答
级的分类及特点：***纯冲动级。
反动度等于零的级称为纯冲动级.工作特点：蒸汽只在喷管叶栅中膨胀，在动叶栅中不膨胀而只改变其流动方向。
结构特点：动叶叶型几乎对称弯曲，即动叶通道各个通流截面近似相同。
纯冲动级作功能力大，但效率低。
***冲动级：反动度较小（0.05-0.3）的级。
工作特点：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。
蒸汽作用在动叶栅上的主要是冲动力，小部分是反动力。
级的作功能力比反动级大，效率比纯冲动级高。
***反动级：反动度等于0.5的级。
工作特点：蒸汽在喷管和动叶通道中的膨胀程度相同。
结构特点：动叶叶型与喷管叶型相同。
反动级的效率比纯冲动级高，但作功能力小。
***压力级：蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程在级内进行一次的级，称为压力级。
压力级可以是冲动级，也可以是反动级。
***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，称为速度级。
常用的是同一叶轮上装有两列动叶片的双列速度级，又称复速级。
复速级的作功能力大，但效率低。
***调节级。
通流面积能随负荷改变而改变的级称为调节级。
演示文稿1.ppt中小型汽轮机常用复速级作为调节级，大型汽轮机常用单列冲动级作为调节级。
调节级总是部分进汽。
调节级只能使用纯冲动级或反动度很小的冲动级。
***非调节级。
通流面积不随负荷改变而改变的级称为非调节级。
非调节级可以是全周进汽，也可以是部分进汽。
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++减少喷嘴损失的措施：***减少喷嘴损失的措施：叶高大于15毫米；强度允许的情况下使用窄喷嘴。
==============================================================最佳速度比的物理意义为：使动叶出口的绝对速度c2的方向角 a2＝90 ，即轴向排汽。
==============================================================余速利用1、余速利用提高了级的轮周效率；2、余速利用使级效率曲线在最大值附近变化平稳；3、余速利用使最佳速度比增大。
汽轮机原理
喷嘴损失 Φ称为喷嘴速度系数
2 c12t c12 c 0 hn 1 2 1t 1 2 hn 2 2 2
喷嘴速度系数Φ随叶片高度ln的变化曲线
三、蒸汽在动叶栅中的流动
c1 表示喷嘴出口汽流的绝对速度，以相对速度 w1
u 为圆周速度，大小为 u
汽轮机（steam turbine）
是将蒸汽的能量转换成为机械能的旋转式 动力机械。又称蒸汽透平。 主要用作发电用的原动机，也可直接驱动 各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。
汽轮机的发展史
1883年瑞典工程师拉瓦尔——单级冲动式； 1884年英国工程师帕森斯——多级反动式。 我国： 1955年第一台由上海汽轮机厂生产的6MW汽轮机 60~70年代生产了12、25、50、100、125、 200、300MW机组。 80年代初，引进了美国西屋公司300、600MW全 套技术。
复速级----由固定的喷嘴叶栅、 导向叶栅和安装在同一叶轮 上的两列动叶栅所组成的级 称为复速级。
图1-5 复速级中汽流压力和速度变化示意图 1-喷嘴；2-第一列动叶；3-导叶；4-第二列动叶
3.调节级和非调节级 按级的通流面积是否随负荷大小而变，可将 级分为调节级和非调节级。
（1）调节级 通流面积随负荷改变而改变的级称为调节级。 如：喷嘴调节汽轮机的第一级为调节级。
汽轮机原理部分
主讲人：王强
调兵山热电厂培训 月
2014年1
汽轮机原理
第一部分 绪 论 第二部分 汽轮机级的工作原理 第三部分 多级汽轮机
第一部分 绪 论
汽轮机的发展简史 汽轮机的分类及型号 汽轮机产品型号的表示方法
蒸汽与蒸气的区别
蒸气：蒸气是物质受热受压后由液态变为气 态的形式。通俗点说蒸气就是液体蒸发或沸 腾后所产生的气体。 蒸汽：即水蒸气，是水的气体形式。
汽轮机第二章
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：
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himac ht , j
汽轮机工作原理及结构ppt
组合转子
根据各段得工作条件 不同,在同一转子上, 高压部分采用整锻结 构,中、低压部分采 用套装结构,从而兼 得整锻转子与套装转 子得优点。组合转子 广泛用于高参数、中 等功率得汽轮机上。
焊接转子
由若干个实心轮盘与端轴 拼合焊接而成。焊接转子 得主要优点就是:不存在 松动问题;采用实心得轮 盘,强度高,不需要叶轮轮 壳,结构紧凑;轮盘与转子 可以单独制造,材料利用 合理,加工方便且易于保 证质量;焊成整体后转子 刚性较大等。但就是焊接 转子要求材料得可焊性好, 焊接工艺及检验技术要求 高且比较复杂,这一切在 一定程度下妨碍了焊接转 子得应用。
汽轮机剖面图
汽轮机转子
汽轮机转子在高温蒸汽中高速旋转,不 仅要承受汽流得作用力与由叶片、叶轮本 身离心力所引起得应力,而且还承受着由温 度差所引起得热应力。此外,当转子不平衡 质量过大时,将引起汽轮机得振动。因此, 转子得工作状况对汽轮机得安全、经济运 行有着很大得影响。
给水泵汽轮机转子
330MW机组低压转子
汽缸得结构
汽缸从高压向低压方向瞧,大致上呈圆筒形或圆 锥形。为了便于加工、安装及检修,汽缸一般作成水 平对分式,即分为上、下汽缸,水平结合面一般用法 兰螺栓连接,另外,为了合理利用材料与便于加工、 运输,汽缸也常按缸内压力高低沿轴向分为几段,垂 直结合面也采用法兰螺栓连接,由于垂直结合面一般 不需拆卸,为保证其严密性,有些汽缸还在结合面得 内圆加以密封焊。
目前单台机组容量已突破1300MW
➢ 运转平稳、事故率较低、充分提高了设备利 用率
一般可保持3～4年大修一次
汽轮机得应用领域
发电拖动
火力发电厂、核电厂
工业拖动
钢铁厂、造纸厂、化工厂
舰船拖动
汽轮机简答
级的分类及特点：***纯冲动级。
反动度等于零的级称为纯冲动级.工作特点：蒸汽只在喷管叶栅中膨胀，在动叶栅中不膨胀而只改变其流动方向。
结构特点：动叶叶型几乎对称弯曲，即动叶通道各个通流截面近似相同。
纯冲动级作功能力大，但效率低。
***冲动级：反动度较小（0.05-0.3）的级。
工作特点：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。
蒸汽作用在动叶栅上的主要是冲动力，小部分是反动力。
级的作功能力比反动级大，效率比纯冲动级高。
***反动级：反动度等于0.5的级。
工作特点：蒸汽在喷管和动叶通道中的膨胀程度相同。
结构特点：动叶叶型与喷管叶型相同。
反动级的效率比纯冲动级高，但作功能力小。
***压力级：蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程在级内进行一次的级，称为压力级。
压力级可以是冲动级，也可以是反动级。
***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，称为速度级。
常用的是同一叶轮上装有两列动叶片的双列速度级，又称复速级。
复速级的作功能力大，但效率低。
***调节级。
通流面积能随负荷改变而改变的级称为调节级。
演示文稿1.ppt中小型汽轮机常用复速级作为调节级，大型汽轮机常用单列冲动级作为调节级。
调节级总是部分进汽。
调节级只能使用纯冲动级或反动度很小的冲动级。
***非调节级。
通流面积不随负荷改变而改变的级称为非调节级。
非调节级可以是全周进汽，也可以是部分进汽。
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++减少喷嘴损失的措施：***减少喷嘴损失的措施：叶高大于15毫米；强度允许的情况下使用窄喷嘴。
==============================================================最佳速度比的物理意义为：使动叶出口的绝对速度c2的方向角 a2＝90 ，即轴向排汽。
==============================================================余速利用1、余速利用提高了级的轮周效率；2、余速利用使级效率曲线在最大值附近变化平稳；3、余速利用使最佳速度比增大。
汽轮机原理-第二章
第二章多级汽轮机随着对电力需求的日益增长，对汽轮机的要求也越来越高，不仅要求汽轮机有更大的单机容量，而且要有更高的经济性。
为提高汽轮机的经济性，除应努力减小汽轮机内的各种损失外，还应努力提高蒸汽的初参数和降低背压，以提高循环热效率；为提高汽轮机的单机功率，除应增大汽轮机的进汽量外，还应增大蒸汽在汽轮机内的比焓降。
可以看出，这两方面的共同要求是增大蒸汽在汽轮机内的比焓降。
如果一个比较大的比焓降只在单级内加以利用，其结果将是：要么因为级的最佳速度比大大偏离最佳值而使效率显著降低；要么因为蒸汽的容积流量急骤增大，要求有相当大的级的直径和叶片高度，这在制造上是无法实现的。
因此，为保证汽轮机有较高的效率和较大的单机功率，就必须将汽轮机设计成多级汽轮机。
在多级汽轮机中每个级只承担部分比焓降，使很大的比焓降逐级有效地加以利用。
本章将讨论由单级组成多级汽轮机后的一些问题，如蒸汽的进、排汽损失，轴向推力，以及轴封系统等。
第一节多级汽轮机的优越性及其特点一、多级汽轮机的优点(1)在全机总比焓降一定时，每个级的比焓降较小，每级都可在材料强度允许的条件下，设计在最佳速度比附近工作，使级效率较高；(2)除级后有抽汽口，或进汽度改变较大等特殊情况外，多级汽轮机各级的余速动能可以全部或部分地被下一级所利用，提高了级的效率；(3)多级汽轮机的大多数级可在不超临界的条件下工作，使喷嘴和动叶在工况变动条件下仍保持一定的效率。
同时，由于各级的比焓降较小，速度比一定时级的圆周速度和平均直径也较小，根据连续性方程可知，在容积流量相同的条件下，更使得喷嘴和动叶的出口高度增大，减小了叶高损失，或使得部分进汽度增大，减小了部分进汽损失，这都有利于级效率的提高；(4)与单级汽轮机相比，多级汽轮机的比焓降增大很多，相应地进汽参数大大提高，排汽压力也可显著降低，同时，由于是多级，还可采用回热循环和中间再热循环，这些都使循环热效率大大提高；(5)由于重热现象的存在，多级汽轮机前面级的损失可以部分地被后面各级利用，使全机效率提高。
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p2
从而可以减少作用在叶轮上的轴向力。 通常在叶轮上开5~7个平衡孔。
pd
8
第四节 级汽轮机的轴向推力及平衡方法
4.汽缸对称布置法 是大型多缸汽轮机平衡轴向推力最有效的办法
采用多缸反向（两个缸对称布置）布置，使汽流在不同的汽缸中作反向流动, 其轴向力方向相反，达到了平衡的目的。 下图为多缸反向布置的示意图。国产125MW、200MW、300MW 汽轮机都采 用多缸反向布置的办法来平衡轴向力。
在一般情况下，作用在一个冲动级上的轴向推力 由 3 部分所组成：
1、作用在动叶片上的轴向力 Fz1 2、作用在叶轮面上的轴向力 Fz2
3、作用在主轴凸肩上的轴向力 Fz3
2
第三节 级汽轮机的轴向推力及平衡方法
一. 多级汽轮机的轴向推力
1、作用在动叶片上的轴向力：Fz1
轴向分速产生的轴向推力
Fz1 G(c1 sin1 c2 sin2 ) dblb ( p1 p2 )
Fz Fz'
d1
d2
5
第三节 级汽轮机的轴向推力及平衡方法
二. 轴向推力的平衡方法
在多级汽轮机中，总的轴向推力很大。特别是反动式汽轮机，其总的轴向推力可达 200~300T，冲动式汽轮机，其总的轴向推力可达40~80T。这样大的轴向推力是推力轴 承所不能承受的。因此，必须设法减少总的轴向推力，使之符合推力轴承的能承载能力。 也就是说，对汽轮机总的轴向推力应加以平衡。
动叶前后压差产生的轴向推力
c1 sin1
c2 sin2
1
c1
u
p1
1 w1 c2 2
2
w2
u p2
lb
定义一个压力反动度
p:
p
p1 p2 p0 p2
db
对于冲动级 c1 sin1 c2 sin2可将轴向分速产生的轴向推力忽略不计
Fz1 dblbp ( p0 p2 )
当反动度不大时，压力反动度 p和焓降反动度m相差不大，
Fz 2
4
(db
lb )2
d 2 ( pd
p2 )
其中， pd为叶轮前的压力。
d1
d2
4
第三节 级汽轮机的轴向推力及平衡方法
一. 多级汽轮机的轴向推力
3、作用在轴封凸肩上的轴向力 Fz3
Fz3
4
(d12
d22 )p
汽轮机某一级的轴向推力为：
F' z
Fz1 Fz 2
Fz 3
多级汽轮机总的轴向推力为各级轴向推力之和。即 ：
汽轮机原理 Principle of Steam Turbine
主讲老师：密腾阁
适用专业：能源与动力工程专业
第三节 级汽轮机的轴向推力及平衡方法
一. 多级汽轮机的轴向推力
蒸汽通过汽轮机通流部分膨胀作功时，对叶片的作 用力由圆周分力和轴向分力所组成。其中，圆周分力推动 叶轮作功，而轴向分力则对转子产生一个轴向推力。
则上式为:
Fz1 dblbm ( p0 p2 )
3
第三节 级汽轮机的轴向推力及平衡方法
一. 多级汽轮机的轴向推力
2、作用在叶轮面上的轴向力 Fz2
作用在叶轮前的力
Fz 2
4
(db
lb )2
d12
pd
4
(db
lb )2
d
2 2
p2
作用在叶轮后的力
lb
p2
db
pd
当叶轮两侧轮毂相等时,即d =d =d，则上式为： 12
常见的轴向推 力平衡办法
1.设置平衡活塞 2.转子设计成转鼓形式 3.叶轮上开平衡孔 4.汽缸对称布置法 5.推力轴承承担轴向推力
6
第三节 级汽轮机的轴向推力及平衡方法
二. 轴向推力的平衡方法
1. 平衡活塞法
在平衡活塞上装有齿形轴封，当蒸汽由活塞 的高压侧向低压侧流动时，压力由p0降为px 。 平衡活塞在压力差作用下，就产生了一个向 左的作用力 。 这个力刚好与 Fz 方向相反，起 到了平衡作用。
5.推力轴承的采用 为保证汽轮机运行工况发生变化时，
汽轮发电子转子位置的稳定性，达到机 组稳定运转的目的。
在采取上述措施平衡掉大部分轴向 推力后，采用推力轴承来承担剩余部分 的轴向推力。
推力轴承所承担的轴向推力为：
Fb Fz F
高压缸 中压缸 低压缸
9
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0
11
第三章 多级汽轮机
本章要求
1）掌握多级汽轮机的热力特点及结构特点； 2）掌握多级汽轮机各项热力参数、结构参数沿通流部的不同变化规 律，能正确选择确定各相关参数； 3）掌握多级汽轮机轴封及其系统的结构、工作原理及设计计算； 4）掌握多级汽轮机进、排汽机构损失的形成机理及减小措施； 5）掌握多级汽轮机运行经济性和可靠性指标的评价及计算； 6）掌握多级汽轮机轴向推力的成因、计算及平衡措施。
2. 转子设计成转鼓形式：适用于反动式汽轮机
反动式汽轮机，各级的反动度较大
动叶片两侧的压差很大
转子设计成转鼓形式， 减少每级叶轮上产生的轴向推力
px p0
Fz
7
第三节 级汽轮机的轴向推力及平衡方法
二. 轴向推力的平衡方法
3. 叶轮上开平衡孔 适用于冲动式汽轮机
平衡孔
在叶轮上开设平衡孔可以减少叶轮两侧的压力差，