汽轮机原理(第二章)

∵ 音速 a = KRT ， 马赫数
c M ， 顺流动方向 a
a ，c 。
∴ 轴封漏汽量计算以最后一个齿隙达临界和未达临 界两种情况讨论。 （1）最后一个齿隙未达临界
Gl '=Al
2 2 （ P -P 0 0 z ）
ZP0
分析：
① Gl ' 与轴封前后压差、漏气面积 Al 及齿数
Dr hr hr q d h0 h fw D0 式中 Dr 再热蒸汽量； 再热器出口蒸汽焓； hr hr 再热器进口蒸汽焓。
q即可进行同类型机组的比较，也可进行不同类 型机组的比较。
§2—3 多级汽轮机的轴向推力及平衡
一、轴向推力的概念


分析： （1）对冲动级，轴向分速改变不大，第一项可略去。 （2）对部分进汽级， Fz1 ' eFz1 （3）对复速级，为两列动叶轴向力之和。 2
.
叶轮轮面两侧压差产生的轴向推力 Fz2
2 Fz2 （ [ d m -lb） d 2（ ] Pd -P2） 4

式中 Pd —叶轮前压力
Gl l Gl '
l
查图2—15确定
若为平齿轴封，还应乘以 一个大于1的系数。
则
Gl l Kl Gl '
Kl 查图2—16确定
三、轴封系统 1 .轴封系统的组成 由轴封装置和与之相连接的管道和附属设备组成。
2 .轴封系统的作用 （1）防止高压端蒸汽外漏 （2）防止低压端空气漏入汽缸 （3）汽轮机启动时，向轴封供汽，迅速建立凝汽器真空。 （4）回收轴封漏汽的工质和热量 3 .轴封系统的特点 （1）轴封分段设置，各段间有环形腔室 。 （图2—17 、2—18）
4
j
t
h h h h H t
1 t
2 t
3 t
4 t
j 1 2 3 4 h h h h h t t t t t j h 显然 t > j 1 4 j h t H t j 1 4
定义
h
p — 平衡活塞两侧的压力差 。
2 .在叶轮上开平衡孔 常在前后压差较大的高中压级叶轮上开5或7 个平衡孔（为什么是单数？）。 例如： 国产125MW机组高中压缸各级均开7个 50 的平衡孔；国产200MW机组第2～12级叶轮均开5个
50 的平衡孔。
3 .汽缸采用反向流动布置
2 .轴向推力的组成 （1）作用在动叶上的轴向推力 （2）作用在转鼓锥形面上的推力 （3）作用在转子阶梯上的轴向推力 四、轴向推力的平衡方法
1 .采用平衡活塞
（1）原理（图2—１2）
将转子高压轴封第一段轴封直径加大，使其产生 平衡活塞作用。
Px ﹤P 1
缺点： 漏汽环形面积增大，漏汽量加大。一般 用于中小型机组，但目前300MW及以上反动 式汽轮机广泛采用（高压、中压、低压平衡 活塞）。 （2）计算 2 Fz d 2 d12 p 4 式中 d1、d 2 — 分别为平衡活塞作用面 上的内径和外径；
ht2 和 ht2 哪个大？
ht2 ht2（为什么？）
因为在h—s图上，过热区的等 压线沿熵增方向是扩张型的。 重热现象—前级的损失被下级部分利用， 使下级的理想焓降在相同的压差下比前级 无损失时的理想焓降略有增大，这种现象 就称为多级汽轮机的重热现象。
2 . 重热系数
h
j 1 4 j 1
P2 —叶轮后压力
分析：
（1）当轮盘面积及前后压差较大时，Fz2 较大，
一般在轮盘上开平衡孔。 （2）部分进汽级，不进汽动叶也受压差 （Pd -P2） 的作用，再加上 (1 e)d mlb ( Pd P2 )这一项。
3 .作用在轴凸肩上的轴向推力 Fz3
Fz 3
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d 4
2 2
d12 p x
第二章 多级汽轮机
为何要采用多级汽轮机？ 从
xa u u ca 2h*t
分析
结论：多级汽轮机即可保证每一级在（xa） op 下工作(效率高)，又可使
h
* t
t (功率大)
例如：湖南益阳电厂 N 300 16.7 / 537 / 537
图２－１
3００MW汽轮机汽缸及连接
高压缸：12级+1单列调节级 共36级 中压缸：9级 低压缸：14级
4 .多级汽轮机的热力过程线（图2—９）
§2—2 汽轮机及其装置的评价指标
一、汽轮机的相对内效率
i i t
效率
相对效率：输入能量以全机的理 想焓降计算。 绝对效率：输入能量以整个循环中 1kg蒸汽在锅炉里吸收热量计算。
图２－１０ 汽轮机发电机组
二、理想功率
D0 t Pt 3600
Z 有关。
② 在
P0、Pz 一定时，Al 或 Z Gl 。
P0 0 Gl '=Al Z+1.25
（2）最后一片齿隙达临界
。
（3）临界状态的判别
当 当
Pz P0
0.82 Z 1.25
时，最末齿隙达临界
Pz P0
0.82 时，最末齿隙亚临界 Z 1.25
（4）漏汽量的修正 为什么要修正？ 因为上述推导中作了一些假定，例如将轴封当作 渐缩喷嘴，且没有考虑其具体形状，所以应进行 修正，引入流量系数 l ,则
高中压缸对称反向布置，低压缸对称反向分流 布置（如国产300MW及600MW机组）。 4 .采用推力轴承 轴向推力经过上述平衡后，剩余的不平衡轴向 推力由推力轴承承担。 推力盘 推力轴承结构 推力瓦块 非工作瓦块 工作瓦块
§2—4轴封及其系统
一、汽封的种类与作用 1 .汽封的种类 （1）按位置分 通流部分汽封 汽封 隔板汽封 轴端汽封（轴封）
1 .方向 一般是高压端→低压端 2 .大小 冲动式汽轮机可达40～80t 反动式汽轮机可达200～300t（为什么？） 注：只有作用在转动部分上才能产生轴向推力 3 .危害性 严重危及机组的运行安全
二、冲动式汽轮机的轴向推力及计算 1 .作用在动叶上的轴向推力（图2—１1）
Fz1 G c1 sin 1 c2 sin 2 d mlb m p0 p2

式中 d1、d 2 — 对应计算面上的内径和 外径； p x — 对应计算面上的静压力 。
Fz3 一般很小
任一级总轴向推力 整台汽轮机轴向推力
Fz =Fz1 +Fz2 +Fz3
F =F +F +F
z z1 z2
z3
三、反动式汽轮机的轴向推力
1 .反动式汽轮机转子为鼓式转子，无叶轮， 叶片直接装在转鼓上。（为什么？）
pc －凝汽器压力。
图２－６ 汽轮机蒸汽系统
1 .进汽机构阻力损失 （图2—７）
（1）以焓降表示
H t 0 H t H t
（2）以压降表示
P （0.03～0.05）P 0 =P 0 P 0´= 0
2 .连通管的压力损失
P （0.02～0.03）P s =P s P s ´= s
i
—整台汽轮机的实际焓降
二、 多级汽轮机的优点 1.功率大 2.效率高 3.单位功率投资省 缺点： 结构复杂，总造价高，且存在一些附 加损失 （漏汽损失大，湿汽损失）。
三、多级汽轮机各级段的工作特点 1. 高压段 2 .中压段 3 .低压段
四、重热现象和重热系数 1 .重热现象 以四级组成的多级汽轮机 为例进行说明，其热力过 程线（图2—5）：
式 D0 —汽轮机进汽量，kg/h 中 三、内功率
D0 i D0 t i Pi Pt i 3600 3600
四、轴功 率
D0 H t i m Pax Pi m 3600
式中
m —机械效率
Pm —为克服轴承摩擦阻力、带动主轴泵、
调速器等消耗的能量。
Pm P i P ax
§2—1 多级汽轮机的特点与损失
一 、多级汽轮机的工作过程 1. 汽轮机的结构及工作原理
图２－２
国产６００MW汽轮机高、中压缸纵剖面图
图２－３
国产６００MW汽轮机低压缸纵剖面图
2 .热力过程线 以右图为例 （图2—４）
P0 —主汽阀前压力
P0 ' —调节汽阀后压力
t —整台汽轮机的理想焓降
通过管道将漏到腔室中的蒸汽疏走或向腔室中送汽。
（2）轴封设置供汽源 密封作用 作用
冷却轴端作用
4 .轴封系统实例（图2—19）
a， e1 表示每kg蒸汽热量最终转变成电能的份额。
九、汽耗率
d D0 Pe1
d表示每生产1kW•h电能所消耗的蒸汽量。 汽耗率仅能进行同类型同参数机组的经济性比较， 不适用于不同类型机组的经济性比较。
十、热耗率
q d（ho -h fw）
q表示每生产1kW•h电能所消耗的热量。 若再热机组，必须加再热蒸汽吸热量，即
i > 87%
m > 99%
g > 97%
六、相对电效率
el im g
e1 表示每1kg蒸汽的理想焓降转变成电能的份额
七、循环效率
t t = h h fw
式中
h —主蒸汽焓
h fw —锅炉给水焓
八、绝对电效率
a， e1 t i mg h h fw t i mg

增大是以损失为前提的。

增大，说明损失增大，重热现象只能回收
损失中的一部分，而这一部分远不能补偿损失 的增大，所以应说， 率就越低。

越大，汽轮机的内效
五、进汽阻力损失和排汽阻力损失
p0 －主汽阀前蒸汽压力； －调节汽阀后蒸汽压力； p0 p s －高压缸排汽压力；
p s －低压缸进汽压力； －低压缸末级动叶后压力； pc
Pax Pm m 1 Pi Pi
分析：
m 越高。 （1）对同一机组，负荷越大，
（2）对不同机组，容量越大， m 越高。
五、电机功率
Pe1 =Pax g D0 t i m g 3600
式中 g —发电机效率，因发电机存在冷却介质 的摩擦、铜损(线圈发热)、铁损(铁芯涡 流发热) 。 注：对国产125MW机组以上的机组： .
（2）按结构型式分 曲径式
汽封
碳精式 水封式
2 .轴封装置的作用 （1）高压端防止蒸汽外漏 （2）低压端防止空气漏入汽缸
二、齿形曲径轴封（齿形轴封）
1 .种类（图2—13）
2 .工作原理（图2—14）
c 常数 （芬诺曲线，即等流量曲线）
3 .轴封漏汽量计算 将轴封的每个齿隙看作一个渐缩喷嘴，则若出现临 界，只有最后一个齿隙。
j 1
4
j
t
H t
为重热系数 （1）
H t
影响重热系数的因素?
整台汽轮机的相对内效率
i i t
（2 ）
各级平均内效率

s ri
H i
j h t j 1 4
（3）
由（1）（2）（3）式得：
i （1+）ris
结论：
i > ris
即整台汽轮机的相对内效率大于各级的平均 相对内效率。 引论：能否说 越大，汽轮机的效率越高？ 答案：不能。因为
注：再热机组还有冷、热再热管道及 再热器阻力损失。
3 .排汽阻力损失（图2—８） （1）以焓降表示
´
H t c H t H t
（2）以压降表示
P P （0.02～0.06）P c =P c´ c = c
（3）降低排汽阻力损失的措施 将排汽管设计成具有良好性 能的扩压管，使排汽中部分动能 转变成静压，以补偿排汽管中的 压力损失。