汽轮机原理-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。
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》习题及答案
《汽轮机原理》目录第一章汽轮机级的工作原理第二章多级汽轮机第三章汽轮机在变动工况下的工作第四章汽轮机的凝汽设备第五章汽轮机零件强度与振动第六章汽轮机调节模拟试题一模拟试题二参考答案第一章汽轮机级的工作原理一、单项选择题1.汽轮机的级是由______组成的。
【 C 】A. 隔板+喷嘴B. 汽缸+转子C. 喷嘴+动叶D. 主轴+叶轮2.当喷嘴的压力比εn大于临界压力比εcr时，则喷嘴的出口蒸汽流速C1【 A 】A. C1<C crB. C1 =C crC. C1>C crD. C1≤C cr3.当渐缩喷嘴出口压力p1小于临界压力p cr时，蒸汽在喷嘴斜切部分发生膨胀，下列哪个说法是正确的？【 B 】A. 只要降低p1，即可获得更大的超音速汽流B. 可以获得超音速汽流，但蒸汽在喷嘴中的膨胀是有限的C. 蒸汽在渐缩喷嘴出口的汽流流速等于临界速度C crD. 蒸汽在渐缩喷嘴出口的汽流流速小于临界速度C cr4.汽轮机的轴向位置是依靠______确定的？【 D 】A. 靠背轮B. 轴封C. 支持轴承D. 推力轴承5.蒸汽流动过程中，能够推动叶轮旋转对外做功的有效力是______。
【 C 】A. 轴向力B. 径向力C. 周向力D. 蒸汽压差6.在其他条件不变的情况下，余速利用系数增加，级的轮周效率ηu【 A 】A. 增大B. 降低C. 不变D. 无法确定7.工作在湿蒸汽区的汽轮机的级，受水珠冲刷腐蚀最严重的部位是：【 A 】A. 动叶顶部背弧处B. 动叶顶部内弧处C. 动叶根部背弧处D. 喷嘴背弧处8.降低部分进汽损失，可以采取下列哪个措施？【 D 】A. 加隔板汽封B. 减小轴向间隙C. 选择合适的反动度D. 在非工作段的动叶两侧加装护罩装置9.火力发电厂汽轮机的主要任务是：【 B 】A. 将热能转化成电能B. 将热能转化成机械能C. 将电能转化成机械能D. 将机械能转化成电能10.在纯冲动式汽轮机级中，如果不考虑损失，蒸汽在动叶通道中【 C 】A. 相对速度增加B. 相对速度降低；C. 相对速度只改变方向，而大小不变D. 相对速度大小和方向都不变11.已知蒸汽在汽轮机某级的滞止理想焓降为40 kJ/kg，该级的反动度为0.187，则喷嘴出口的理想汽流速度为【D 】A. 8 m/sB. 122 m/sC. 161 m/sD. 255 m/s12.下列哪个说法是正确的【 C 】A. 喷嘴流量总是随喷嘴出口速度的增大而增大；B. 喷嘴流量不随喷嘴出口速度的增大而增大；C. 喷嘴流量可能随喷嘴出口速度的增大而增大，也可能保持不变；D. 以上说法都不对13.冲动级动叶入口压力为P1，出口压力为P2，则P1和P2有______关系。
汽轮机原理3.5多级汽轮机轴向推力
三、极限功率一、轴向推力：（一）冲动式汽轮机的轴向推力（二）反动式汽轮机的轴向推力二、轴向推力的平衡一、轴向推力：1、作用在动叶上的轴向推力：F Iz 2、作用在叶轮面上的轴向推力：F IIz )]([4][4][4222212222212)()()(p p d l d Fd d p d l d p d l d F d II Zd IIZ b m d b m b m --===---=---πππ（一）冲动式汽轮机的轴向推力：)()()()sin sin (2221221212211p p l d F p p p p pp p p p p l d c c Fpbm I zppb m I zp G -=-=-=∆--=-+-=ΩΩΩππαα压力反动度：3、作用在轴的凸肩上的轴向推力隔板轴封漏汽量、平衡孔漏汽量、动叶根部漏入漏出蒸汽量；泵浦效应；G l 1G l 2G l 3ΩΩΩ<<m p d ∑∑∑∑++=++=nn n nIIIzII zIzzIIIzII zI zzF FF F F F F F 1111（二）反动式汽轮机的轴向推力：)(][4202222)(p p d l d F pp p pd IIZ ddb m --=--=Ω-Ω 叶轮反动度：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、轴向推力的平衡：1、平衡活塞法（有图）2、反向布置法（有图）3、止推轴承4、平衡孔（有图）——三、极限功率：1、定义：在一定的初终参数和转速下，单排汽口凝汽式汽轮机所能发出的最大功率，称为极限功率。
2、提高单机最大功率的途径：（1）采用高强度、低密度材料；（2）增加排汽口；（3）采用低转速；（4）提高初参数、降低终参数。
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，
《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
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-1-3
三、蒸汽作用在动叶上的作用力
¾蒸汽受力 v Fp
+
v Fb
=
mav
=
m cr2 − cv1 τ
= G(cv2
− cv1 )
¾叶片受力 −
v Fb
=
v Fp
− mav
=
v Fp
− m cr2 − cv1 τ
=
v Fp
+ G(cv1
− cv2 )
¾轮周力 Fu = G(c1 cosα1 + c2 cosα 2 )
¾按热力特性分类 ¾凝汽式 ¾背压式 ¾调节抽汽式 ¾抽汽背压式 ¾中间再热式 ¾混压式
汽轮机的分类
¾ 按主蒸汽压力分类 ¾ 低压： 0.12~1.5MPa ¾ 中压：2~4MPa ¾ 高压：6~10MPa ¾ 超高压：12~14MPa ¾ 亚临界压力：16~18MPa ¾ 超临界压力：>22.1MPa ¾ 超超临界压力：>32(27)MPa
6～10％﹐许多国家常用的单机功率为300～600兆瓦。
¾ 汽轮机发展方向
增大单机功率 提高热经济性
¾ 增大单机功率 ¾ 提高初参数，降低终参数 ¾ 采用一次中间再热 ¾ 采用燃汽—蒸汽联合循环 ¾ 采用集中控制 ¾ 发展核能电站汽轮机
汽轮机发展方向
三、汽轮机的分类
¾ A.按级数分 ¾ B.按工作原理分 ¾ C.按热力特性分 ¾D. 按进汽参数分 ¾E. 按汽流方向分 ¾ F.按用途分 ¾ G.按汽缸数目分 ¾ H.按工作状态分 ¾ I.按布置方式分
¾动叶的理想比焓降 ∆hb ¾动叶的滞止理想比焓降 ∆hb*
¾动叶出口的实际速度 w2
¾动叶速度系数 ψ = w2 / w2t
汽轮机原理
注意 为减少漏汽损失在动静部分的间
隙处安装汽封，在动叶轮上开若 干个平衡孔。
天润化肥
（五）、湿汽损失
湿汽损失只发生在湿蒸汽区工作的级中。
工质到达湿蒸汽区时，一部分湿汽 形成水珠，减少了作功的工质；另一部 分湿汽还要带动水珠继续流动，消耗了
能量。这部分损失称湿汽损失。
注意
在湿蒸汽区域内工作的级，不仅因湿汽损
天润化肥
蒸汽在离开动叶时还具有速度C2， 由它所决定的动能在本级中未作功而
造成能量损失，这个损失就称为余速 损失。
但是在多级汽轮机中，这部分余 速动能可在下一级中部分或全部地被 利用，因此多级汽轮机的中间级，不 仅可以部分地利用上一级的动能，而 且本级动能亦可被下一级所利用。
天润化肥
（三）、鼓风摩擦损失
p0
t０
hn
p
ht
1
i
hb
p2
s
天润化肥
蒸汽在喷嘴中的理想焓降为 hn 蒸汽在动叶中的理想焓降为 hb 则级的理想焓降为 ht
ht hn hb
蒸汽在动叶中的焓降与级的理想焓降 之比称为级的反动度ρ
hb 100% hb 100%
ht
hn hb
天润化肥
按照不同的反动度，汽轮机级可分为下列类型：
外部损失：机械损失、外部漏汽损失 内部损失：进汽机构的节流损失、
排汽管损失
天润化肥
机械损失：
汽轮机运行时，要克服支持轴 承和推力轴承的摩擦力，以及带动 主油泵、调速器等，都将消耗一部 分有用功而造成损失，该损失称机 械损失。在大功率机组中它所占的 比率较小，仅为汽轮机额定功率的 0.5%——1%。
n
p1 p0*
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。
透平机械原理
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透平机械原理
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透平机械原理
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百分比。
一般α=4%~8% 当级的相对内效率为
当各级的平均相对内效率为
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透平机械原理
α越大，整机的相对 内效率越低。 一般用半经验公式 估算重热系数（2-14）， 一般α=4%~8%。
ΔGl=μl ΔG’l
不同轴封齿形对应的流量系数
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光轴轴封及修正系数
透平机械原理
4．计算轴封漏汽量的单一表达式 光轴轴封流量系数 比曲径轴封流量系 数高出20％~35％。
轴封漏汽量可 以用单一表达 式进行计算：
PPT文档演模板
透平机械原理
二、汽轮机进汽机构中的节流损 失和排汽管中的压力损失
多级汽轮机中，任意级的焓降：
当n和xa不变，则级的焓降正比于d2。 对于高参数大容量的大功率汽轮机，膨胀 比大（23.96/0.0049=4890），容积流量变
化剧烈，为使通流部分平滑变化，分组制 造。
PPT文档演模板
透平机械原理
冲动式汽轮机级的节圆直径 dm一般总是由高压向低压增大。 反动式汽轮机，由于高压
级必须全周进汽，因而dm
必须小。
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透平机械原理
流量参数：
质量流量G kg/s或t/h
容积流量Gv m3/h 喷嘴 Gv=πDmlnc1sinα1 动叶 Gv=πDmlbw2sin β2 Gvz»Gv1 只有使Dm、ln、c1增大，保证Gv增大。 高压级： Gv变化较小，叶片高度较低，叶 高损失占的比重大，效率不会太高。
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透平机械原理
多级汽轮机
由于压力损失的存在，从图2—13(b)可知，使整机理想 焓降由 H t "变为 H t ′。差值为
' ，压力损失 H t " t t
主要取决于流速的大小、排汽管道的型线结构等原因。
15
通常用下式来估计排汽管道的压力损失，即
C ex p p p c pc 100
（2—65 )
动度相差不大，这样一来， 则上式为 Fz1 G(c1 sin 1 c2 sin 2 ) d b lb m ( p0 p2 ) （2—66）
G(c1 sin 1 c2 sin 2 ) d b lb ( p1 p2 ) p1 p 2 p 当反动度不大时，压力反动度（ ）和焓降反 p0 p 2
一、进汽阻力损失和排汽阻力损失
汽轮机必须有进汽机构和排汽管道。进汽机构由主汽阀、 调节阀、导汽管和蒸汽室组成。排汽机构是一个扩散形的排 汽管所构成。蒸汽通过汽轮机进、排汽机构时，由于摩擦和 涡流的存在，会使压力降低，形成损失。 1. 进汽机构中的压力损失 由于摩擦和涡流的存在，蒸汽通过汽轮机进汽管道就会 有压力降低。这个压力降低不作功，是一种损失。而第一级 喷嘴前的压力为 p0 ，则 p 0 p 0 p 0。 从图2----１3 (b) 中可见，由于压力差△p存在，使整机 理想焓降从 H t " 降为 H t 。
2. 机械效率
Pax 3.6 Pax m Pi D0 htmac ri
ri
内功率Pi
3. 发电机效率
g
Pel 3.6 Pel Biblioteka Pax D0 htmac ri m
m
轴功率Pax
则汽轮发电机组的相对和绝对电效率为：
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。
第三章 多级汽轮机 经济指标及极限功率 轴向推力
η g表 示 发 电 机 的 效 率 ， 则 在 发 电 机
(3 --- 43 )
的出线端所获得的电功率为： D ∆H D ∆H Pel = Pmη g = 0 t η iη mη g = 0 t η r .el 3600 3600
η 其 中 ， r .el = η iη mη g， 称 为 相 对 电 效 率 。 它 表 示 每 kg 蒸 汽 所 具 有
∆H t ηt = h0 − hc
(3 ---- 46 )
其 中 ， h0 -------- 蒸 汽 的 初 焓 ， hc ------- 凝 结 水 焓 ， 即 在 背 压 pc 下 的 饱 和 水 焓 。
h 这 里 ， 0 --
hc为 每 1 kg 蒸 汽 在 锅 炉 中 所 获 得 的 热 量 。 对 于 有 回 热
∆H t 。蒸汽在进汽机构中的压力损失和管道长短、阀门型线、蒸汽室形状及
汽流速度有关。通常，当阀门全开时，汽流速度为（40 ~ 60）m / s ，则在进汽 机构中由于节流所引起的压力损失为：
∆p 0 = p 0 − p 0 = (0.03 − 0.05) p 0
(3-----29 )
对于大型汽轮机（如国产200MW 、300MW汽轮机），中压缸和低压缸之间有 低压导汽管道相连接，则低压导汽管道的压力损失为：
二，汽轮机进、排汽机构的压力损失 汽轮机进、
汽轮机必须有进汽机构和排汽管道。进汽机构由主汽阀、调节阀、导汽管和 蒸汽室组成。排汽机构是一个扩散形的排汽管所构成。蒸汽通过汽轮机进、排 汽机构时，由于摩擦和涡流的存在，会使压力降低，形成损失。
1，进汽机构中的压力损失
由于摩擦和涡流的存在，蒸汽通过汽轮机进汽管道就会有压力降低。这个压 力降低不作功，是一种损失。而第一级喷嘴前的压力为 p 0 ，则∆p 0 = p 0 − p 0 。 从图2----１3 (b) 中可见，由于压力差∆p存在，使整机理想焓降从 H t " 降为 ∆
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：
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
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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。
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
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 )
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，
动叶前后压差产生的轴向推力
c1 sin 1
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 sin 1 c2 sin 2可将轴向分速产生的轴向推力忽略不计
Fz1 dblb p ( p0 p2 )
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
10
11
第三章 多级汽轮机
本章要求
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 ：
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 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。
当反动度不大时，压力反动度 p和焓降反动度m相差不大，
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 Fz 2
作用在叶轮前的力
Fz 2
4
(db
lb )2
d12
pd
4
(db
lb )2
d22
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
Fz 2
4
(db lb )2d2(
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