汽轮机-多级1讲解
多级汽轮机的工作原理解析
一、为何采用多级汽轮机：
1、对汽轮机的要求：
1）提高汽轮机效率：减小汽轮机的各种损失；提高蒸汽初参数和降低 背压；
2）提高汽轮机功率：增大进入汽轮机的蒸汽量；增大汽轮机的焓降。
从以上两个方面出发，都要求提高蒸汽在汽轮机中的焓降。
2、单级汽轮机功率增大后带来的问题： 焓降增大后，喷段： 1）喷嘴出口汽流角α1较小：
冲动式汽轮机的α1=11°-14°； 反动式汽轮机的α1=14°-20° 2）反动度不大； 3）级的焓降不大，各级焓降变化也不大； 4）各级的效率相对较低： ①级内损失有喷嘴损失、动叶损失、余速损失、漏汽损失、鼓风摩擦损 失等； ②高压级段高压级段蒸汽比容较小，漏汽损失较大，对于部分进汽的级， 还存在鼓风损失； ③高压级段蒸汽比容较小，叶轮摩擦损失较大； ④高压级段叶高相对较小，故喷嘴损失、动叶损失也较大；
进汽端和排汽端得进汽机构节
流损失和排汽管损失后，多级 汽轮机的有效焓降为ΔHi,，因此， 多级汽轮机的相对内效率为：
i
H i H t
1）多级汽轮机的循环热效率大大提高。
2）多级汽轮机的相对内效率也提高：
①多级汽轮机各级均在最佳速比下工作，各级的相对内效率较高，且各 级的圆周速度和级的直径较小，叶轮和叶片的离心力较小；
②除级后又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，从而提高了汽轮机的相 对内效率；
③多级汽轮机的多数级是在非临界状态下工作的，这使得在工况变动时 级的相对内效率变化较小；
④由于各级的焓降较小，在速比一定时，级的圆周速度和平均直径也较 小，在容积流量不变的条件下，使得喷嘴和动叶的高度增大，叶高损 失减小；若采用部分进汽，则部分进汽度增大，部分进汽损失减小， 从而使得汽轮机的相对内效率提高；
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。
汽轮机速度级和调节级-概述说明以及解释
汽轮机速度级和调节级-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容可以介绍汽轮机速度级和调节级的基本概念和作用。
概述：汽轮机是一种将热能转化为机械能的装置，它广泛应用于发电、航空和工业生产等领域。
而汽轮机的性能和运行稳定性受到许多因素的影响，其中速度级和调节级是关键的组成部分。
速度级是汽轮机中的涡轮工作段，是由转子与定子组成的一对一对的装置。
在速度级中热能被转化为动能，从而推动涡轮转动。
每个速度级都具有不同的压力和温度工况，其设计和运行状态对汽轮机的性能和效率有着重要影响。
调节级是汽轮机中的一种调节机构，用于控制和调节汽轮机的工作状态。
通过调节级的控制，可以使汽轮机在不同负载和工况下保持稳定的运行。
调节级具有不同的分类和功能，根据需要可以选用不同的调节级来实现优化的控制。
速度级和调节级在汽轮机中发挥着重要的作用。
速度级的设计和选取关系到汽轮机的性能和效率，而调节级则保障了汽轮机在不同工况下的稳定运行。
对于汽轮机的设计和运行来说，合理地选择和优化速度级和调节级是非常重要的。
本文将详细介绍汽轮机速度级和调节级的定义、原理、作用和影响因素，并探讨汽轮机速度级的重要性以及调节级的作用和优化方法。
通过深入了解和研究汽轮机的速度级和调节级，可以为汽轮机的性能提升和运行的稳定性提供有益的参考和指导。
1.2 文章结构文章结构部分的内容：本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分概述了本文的内容，并介绍了文章的目的和结构。
正文部分分为两个小节，分别是汽轮机速度级和汽轮机调节级。
在汽轮机速度级部分，我们将详细阐述了其定义和原理，并探讨了它的作用和影响因素。
在汽轮机调节级部分，我们将介绍了调节级的定义和原理，同时对调节级进行了分类和功能的讨论。
最后，在结论部分，我们将强调了汽轮机速度级的重要性，并探讨了汽轮机调节级的作用和优化方法。
通过对这些内容的深入研究和讨论，读者将对汽轮机速度级和调节级有更深入的理解和认识。
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）
汽轮机原理 第三章 多级汽轮机
16/67
第一节 多级汽轮机的工作过程
1.2 多级汽轮机的工作过程
(三)中压段 蒸汽特性：中压、高温，中比容，蒸汽容积流量中等。 结构特点：中等叶高，各级叶片高度沿流动方向逐渐增大。 气动特性：级的反动度介于高压缸与低压缸之间，且逐渐增大。 级内损失： 可能存在的级内损失有：轮周损失、叶高损失、扇形损失、 漏汽损失、叶轮摩擦损失等。。 叶高损失较小；一般为全周进汽，没有部分进汽损失，中压 级漏汽损失较小，叶轮摩擦损失也较小，也没有湿汽损失。
效率要比高压级和低压级都高。
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第一节 多级汽轮机的工作过程
1.2 多级汽轮机的工作过程
多级汽轮机各缸工作特点小结
蒸汽 汽缸 汽缸 容积 叶片 平均 级焓 参数 受力 流量 型式 直径 降 高 高温 多层 压力 较短 压 热应 小 直叶 小 小 缸 高压 较厚 力 微弯 中 高温 多层 压力 扭叶 压 较薄 热应 中 较长 中 中 缸 中压 力 低 低温 多层 压力 扭叶 压 低压 薄 热应 大 长 大 大 缸 力 反动 主要 效率 功率 度 损失 叶高 不足 较小 漏汽 较低 1/3 部分 大于 中等 漏汽 较高 1/3 近 较大 湿汽 稍低 1/3
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第一节 多级汽轮机的工作过程
1.1 多级汽轮机的特点
多级汽轮机的特点:
（1）循环热效率提高 蒸汽初参数提高，排汽压力降低，可实现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 喷嘴和动叶高度合理，减小叶高损失 存在重热现象
G1t n e d mln c1t sin1
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第一节 多级汽轮机的工作过程
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i
Pi Pt
himac htmac
汽轮机内功率
Pi
Pt
i
D0htmaci 3.6
Pi Pe
Pel
Pt
②机械效率：
m
Pe Pi
汽轮机轴端功率：Pe
Pim
D0htmacim 3.6
③发电机效率： g
Pel Pe
发电机出线功率：
Pel
Peg
D0htmacimg 3.6
D0htmacel 3.6
④相对电效率： el img
htk
himac
hi1 hi2 hiz
lev i
ht1 ht2 htz
lev i
htmac
(1
)
整台多级汽轮机相对内效率：
mac i
himac htmac
lev i
(1)
a 越大，效率越高？
前面各级的损失，被后面各级利用，使得整台多级
汽轮机的相对内效率大于各级的平均相对内效率。
2. 高压段各级为了增大叶片高度，需要叶轮直径小，从而u小，c1小， 焓降不大。
3. 损失: 喷嘴损失、动叶损失、余速损失、叶高损失、扇形损失、漏气 损失、叶轮摩擦损失、部分进气损失。
4. 叶高损失、漏气损失、叶轮摩擦损失大，高压段效率低。
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8
低压段（低压缸）
1. 容积流量（Gv）很大，通流面积很大，u大，c1大，焓降大。 2. 全周进汽，叶片高度很大，采用较大的喷嘴出汽角，扭叶片。 3. 处于湿蒸汽区，湿汽损失大。最后几级，效率降低很多。
以4个级的多级汽轮机为例
ht2
k
k
1
RT1[1
(
p3 p2
)
k 1 k
]
前面各级有损失时
ht2 ht2' , ht3 ht3' 的各级理想焓降
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5
（2）重热系数
ht2 ht2' q1 , ht3 ht3' q2 ，……
当汽轮机的级数为Z时
全机理想比焓降
Z
htk
k 1
p0 p0 p0 (0.03 0.05) p0
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10
六、排汽阻力损失
凝汽式汽轮机末级动叶出口静压力 ， 与凝pc汽器喉部静压力 之差为pc 排汽阻
力损失。
pc pc pc
pc
cex 100
2
pc
式中： 0.05 ~ 0.1 ； cex 为排汽管中汽流速度，
cex 100 ~ 200 m s
中压段（中压缸）
介于高压段与低压段之间，容积流量较大，一般采用全周进汽， 没有部分进气损失；叶高损失、漏气损失、叶轮摩擦损失小；没 有进入湿蒸汽区，没有湿汽损失，中压段内效率最高。
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9
五、进汽阻力损失
p0 , t0
主汽门
调节汽门
p0’
pc’ pc
蒸汽经过主汽门，调节汽门和蒸汽 室等进汽机构时产生的压降，为进 汽阻力损失。
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可通过排汽管的 扩压设计，把末 级的余速 c2 转换 为压力能，减少 排汽阻力损失。
动压静压
先扩压后转向
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先转向后扩压
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亚临界中间再热300MW 汽轮机ຫໍສະໝຸດ 力过程线2020/9/26
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第二节 汽轮机及其装置的评价指标
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相对效率
① 汽轮机相对内效率
2、级数增多，增加了机组长度和质量；
3、对汽轮机主要零部件金属材料要求提高；
4、零部件增多，结构更复杂。
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4
三、重热现象和重热系数
（1）重热现象
前面各级没有损失 时的各级理想焓降
在蒸汽h－s图上的等压线，沿熵增方 向逐渐扩张，即等压线之间的理想焓 降，随熵的增大而有所增大。这样上 一级的损失造成熵增大，将使后面几 级的理想焓降增大，这种现象称为 “重热现象”。
i↑
单级汽轮机功率提高受到限制
为了保证汽轮机的高效率和增大汽轮机的单机功率，必须采 用多级汽轮机，使蒸汽焓降在多级汽轮机中逐级利用，保证每一 级都在最佳速比附近工作。
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3
二、多级汽轮机的优越性和存在的问题
（一）、效率高
1、提高循环热效率： (1).提高蒸汽进口参数，降低出口参数；
(2).可采用回热循环和中间再热循环。
2、提高相对内效率：
(1).保证每一级都在
xa
op
下工作；(2).余速利用；
(3).叶高损失小；(4).重热系数的利用。
（二）、投资减小 单位功率的投资（造价、材料消耗、占地面积）减小，机组功率越大， 单位功率的投资越小。
（三）、存在问题
1、增加一些附加损失，隔板漏汽损失，轴封漏汽损失，湿汽损失；
第二章 多级汽轮机
第一节 多级汽轮机工作过程及其损失
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1
东汽超超临界1000MW汽轮机
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2
一、多级汽轮机的应用
Pi
D0 hti 3.6
G0hti
ht↑
xa
u ca
Pi↑
D0 (G0 )↑ Gb Ab b 2t w2t
w2t ↑ （余速损失、冲波损失）↑ Ab ↑( db, l)b↑
)
htmac 418.7
(
z
1) z
式中：k＝0.2（过热蒸汽区） k＝0.12（饱和蒸汽区）
重热系数：①与级数有关，z , ； ②与级相对内效率有关，i , ； ③与蒸汽状态点有关。
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四、多级汽轮机各级段的工作特点
高压段（高压缸）
1. 容积流量（Gv）较小，通流面积较小，对于小容量汽轮机为了有足 够大的喷嘴高度，常采用部分进汽，也采用较小的喷嘴出汽角，直叶 片。
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但是，决不能认为重热系数 a 越大，多级汽轮机效率越高。这是因为重热系 数 a 的增大（很少量），是由于前面各级损失增大所致，重热现象只能利用总 损失中的一小部分。重热系数越大，整台汽轮机相对内效率就越低。
例如，某台机组级的相对内效率降低10％左右，重热系数只增大2％左右。
k (1 ri
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绝对效率、汽耗率、热耗率
①朗肯循环效率： ②绝对内效率： ③绝对电效率： 其他一些经济指标：
t
htmac Q0
htmac h0 hc
a,i
himac h0 hc
ti
a,el
htmacel
h0 hc
tel
timg
①汽耗率：每发 1kwh 电能所消耗的蒸汽量
Z
htk '
k 1
Z 1
qk
k 1
htmac
Q htmac 1
Q htmac
htmac 1
htk htmac htmac
htmac
1
重热系数 0
假设各级具有相同的相对内效率
： lev i
则各级的有效焓降：hi1
lev i
ht1
，hi2
lev i
ht2
……
hik
lev i