电厂热力设备及运行 汽轮机,多级汽轮机

1、电厂热力设备及运行电厂热力设备及运行 参考教材:汽轮机原理 第三章第三章 多级汽轮机多级汽轮机 主要内容 n多级汽轮机的优越性及其特点 n进汽阻力损失和排汽阻力损失 n汽轮机及其装置的评价指标 n轴封及其系统 n多级汽轮机的轴向推力及平衡 第一节第一节 多级汽轮机的优越性及其特点多级汽轮机的优越性及其特点 n多级汽轮机的优点 n重热现象和重热系数 n多级汽轮机各段的工作特点 一、多级汽轮机的优点 n多级汽轮机每级的焓降较小，有可能使速比设计在最佳 值附近，同时c1小、u也小，即直径小，叶高或部分进汽 度相应增大，这些都使效率增大； n各级余速动能可以部分的被利用； n多级汽轮机可以实现回热循环

2、和中间再热循环； n由于重热现象，多级汽轮机前面级的损失部分的被后面 各级所利用。 但是，多级汽轮机增加了但是，多级汽轮机增加了外部损失外部损失（轴封漏汽损失、机（轴封漏汽损失、机 械损失）和械损失）和内部损失内部损失（进汽阻力损失、排汽阻力损失和（进汽阻力损失、排汽阻力损失和 中间再热管道压力损失）中间再热管道压力损失） 。 二、重热现象和重热系数二、重热现象和重热系数 n重热现象的描述重热现象的描述 在水蒸气的h-s图上等压线是沿着比熵增大的方向逐 渐扩张的，也就是说，等压线之间的理想比焓降随 着比熵的增大而增大。这样上一级的损失（客观存 在）造成比熵的增大将使后面级的理想比焓降增大， 即

3、上一级损失中的一小部分可以在以后各级中得到 利用，这种现象称为多级汽轮机的重热现象。 n重热现象分析重热现象分析 第一级没损失，第二级理想比焓降第一级没损失，第二级理想比焓降 第一级有损失，第二级理想比焓降第一级有损失，第二级理想比焓降 以上两式对比以上两式对比,并结合并结合 ，所，所以以 k k t p p RT k k h 1 2 3 1 2 1 1 k k t p p RT k k h 1 2 3 1 2 1 1 h s p1 p2 T1 T1 p3 2 t h 2 t h 22 tt hh 11 TT 1 p 2 p 3 p 4 p 5 p h s htmac ht1ht2ht3ht4

4、 ht2 ht3 ht4 hi1hi2hi3hi4 himac n重热系数推导重热系数推导 假设条件：假设条件： 汽轮机内各级相对内效率 相等 2 2 1 1 t i t i lev i h h h h mac it lev i tt lev iii hh hhhh 2121 t mac i lev i h h mac t h全机理想比焓降 mac i h全机有效比焓降 lev i 整个多级汽轮机相对内效率：整个多级汽轮机相对内效率： mac t mac i mac i h h mac t t mac i mac t t mac i lev t mac i h h hh hh 由于由于 因此因

5、此 则有：则有： 22 tt hh 33 tt hh 44 tt hh 11 tt hh 0 mac tt hh 11 mac t mac tt lev i mac i h hh n重热系数定义重热系数定义 级内有损失时各级理想比焓降之和与全机理想比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。它永全机总的理想比焓降之比，称为重热系数。它永 远是一个正值，用远是一个正值，用表示，即表示，即 mac t mac tt h hh n影响重热系数的因素影响重热系数的因素 初参数p

6、02.85MPa，t0400 ，排汽压力 p23.9kPa 8 . 0 lev i 0426810 2 4 6 8 10 z a（） 0.6 0.7 分析：分析： p多级汽轮机各级的效率。若级效率为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=0。级效率低， 则损失越大，后面级利用的部分也越多，值也就越大。 p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,值将增大。 p各级的初参数。当初温越高，初压越低时，初态的比熵值 较大，使膨胀过程接近等压线间扩张较大的部分，值较 大。此外，由于在过热蒸汽区等压线扩张程度较大，而在 湿蒸汽区较小，因

7、此在过热区值较大，湿汽区值较小。 n重热系数与整机效率关系分析重热系数与整机效率关系分析 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。 1 lev i mac i 三、多级汽轮机各段的工作特点 n高压段 l喷嘴出口汽流角较小，冲动式110-140，反动式140- 200； l冲动式汽轮机，级的反动度较小； l各级比焓降不大，变化也不大； l可能存之损失有：喷嘴、动叶、余速、叶高、扇 形

8、、漏汽、摩擦和部分进汽等损失，其中下划线 部分较大，无湿汽损失。 总之，效率较低。 n低压段 l喷嘴出口汽流角较大，圆周方向分速度与轮周功 减小； l级的反动度明显增大； l各级理想比焓降较大，且增加较快； l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。 n中压段 l漏汽损失和摩擦损失较小； l叶高损失较小； l无部分进汽损失、无湿汽损失； l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 动度介于二者之间，且逐渐增大。 第二节第二节 多级汽轮机的损失多级汽轮机的损失 n多级汽轮机的外部损失（不直接影

9、响蒸汽状态） l机械损失 l外部漏汽损失 n多级汽轮机的内部损失（直接影响蒸汽状态） l级内损失 l进汽阻力损失 l排汽阻力损失 n多级汽轮机热力过程线 一、进汽阻力损失一、进汽阻力损失 n进汽阻力元件进汽阻力元件 主汽门、调节汽门、蒸汽室（进汽机构）。主汽门、调节汽门、蒸汽室（进汽机构）。 n流动过程性质流动过程性质 节流过程，压力下降，比焓不变。节流过程，压力下降，比焓不变。 n影响因素影响因素 汽流速度、阀门类型、阀芯型线及汽室形状。汽流速度、阀门类型、阀芯型线及汽室形状。 n节流引起的焓降损失节流引起的焓降损失 mac t mac t mac hhh 汽轮机进、排汽损失 二、排汽阻力损

10、失二、排汽阻力损失 n部位：排汽管（末级动叶后到凝汽器喉部）；部位：排汽管（末级动叶后到凝汽器喉部）； n产生阻力原因：蒸汽在其中流动时，存在摩擦、产生阻力原因：蒸汽在其中流动时，存在摩擦、 涡流、转向等阻力作用，产生压力降落；涡流、转向等阻力作用，产生压力降落； n流动性质：节流过程；流动性质：节流过程； n焓降损失（排汽阻力损失）：焓降损失（排汽阻力损失）： ccc macmacmac ppp hhh )( n压力损失经验公式 c ex c p c p 2 100 排汽管中汽流速度 N:100120m/s;B:4060m/s 排汽管阻力系数，0.050.1 n补偿措施 排汽管做成扩压形状，

11、将排汽动能转换为静压。 扩压管形式： （1）先扩压后转向 （2）先转向后扩压 n衡量排汽管好坏的指标 M0.3时，就必须考虑其压缩性，但 仍然有： 1 exexexex 蒸汽在排汽管中的热力过程线 三三 多多 级级 汽汽 轮轮 机机 热热 力力 过过 程程 线线 第三节第三节 汽轮机及其装置的评价指标汽轮机及其装置的评价指标 蒸汽的热能 内功率Pi 电功率Pel 轴功率Pax i m g 1、汽轮机相对内效率 mac t i mac t i i hG P hD P 00 6 .3 3、机械效率 i mac t ax i ax m hD P P P 0 6 . 3 4、发电机效率 mi mac

12、t el ax el g hD P P P 0 6 . 3 内部损失内部损失 2、汽轮机绝对内效率 机械损失机械损失 电气损失电气损失 it mac t mac i c mac t c mac i ia h h hh h hh h 0 0 . 6、汽耗率机组每生产1KW.h电能所消耗的蒸汽量 el mac tel hP D d 36001000 0 7、热耗率机组每生产1 KW.h电能所需的热量 0 0rr r fw hh D D hhdq 5、发电机组的相对和绝对电效率为： elt fw gmi mac t ela gmiel hh h 0 . fw hhdq 0 发电厂装置火用流图和能流图

13、 第四节第四节 轴封及其系统轴封及其系统 n汽封的分类、结构和作用 n齿形轴封 n轴封系统 一、汽封的分类、结构和作用一、汽封的分类、结构和作用 n汽封分类 l轴端汽封 l隔板汽封 l通流部分汽封 n汽封的结构 由汽封环、汽封体、弹簧片等组成（一般为六片） n汽封的作用 防止漏汽（气），提高汽轮机效率。 二、齿形轴封二、齿形轴封 n曲径轴封工作原理 芬诺曲线 说明： la,c,e,g 等为轴封环形汽室中蒸汽的状态点； lb,d,f,h等为轴封各环形孔口出口界面上蒸汽的状态点 轨迹，对应曲线称为等流量曲线； l关系： l轴封漏汽量大小决定于轴封前后压力和轴封间隙；减 小轴封间隙可以减小漏汽量，但

14、过小易引起摩擦，造 成局部发热和变形。0.3-0.6；0.25-0.45mm efcdab hhhh pppp zca z 0 210 n齿形轴封漏汽量的计算 1、最后一个齿隙的汽流速度低于临界速度 2、最后一个齿隙的汽流速度等于临界速度 25. 1 00 , z p AG llcrl 0 22 00 zp pp AG z lll 临界速度只能发生在最后一片轴封孔口处（视为渐 缩喷嘴） 3、齿形轴封漏汽量的单一表达式 00 667. 0pAG llll .00 667. 0/ cllllll l GGpAG 轴封漏汽量比式中， 25. 1 1 667. 0 1 1 1 667. 0 1 2 0

15、 z p p z l z l （最后一片汽流速度未达临界） （最后一片汽流速度达临界） 轴封漏汽流量比曲线 4、流量系数的确定 不同轴封齿形对应的流量系数 光轴轴封及修正系数 三、轴封系统三、轴封系统 n定义：端轴封与它相连接的管道和附属设备组 成轴封系统。 国产300MW机组轴封系统图 国产200MW机组自密封轴封系统图 第五节第五节 多级汽轮机的轴向推力及平衡多级汽轮机的轴向推力及平衡 反动式汽轮机的轴向力反动式汽轮机的轴向力 有有100200T，冲动式，冲动式 汽 轮 机 的 轴 向 力 有汽 轮 机 的 轴 向 力 有 4080T。 n轴向推力的计算轴向推力的计算 n轴向推力的平衡轴向

16、推力的平衡 一、轴向推力的计算 n 冲动式汽轮机的轴向推力 1、作用在动叶上的轴向推力 压力反动度其中， 20 21 202211 212211 1 sinsin sinsin pp pp ppldccG ppldccGF p pbm bmz 通常，汽流流经动叶时轴向分速度变化很小，第一项可忽略 mppbmz ppldF , 20 2、作用在叶轮面上的轴向推力 2 2 2 2 4 ppdldF dbmz 20 2 2 2 4 ppdldF dbmz 20 2 pp ppd d 定义叶轮反动度： 分析： （1）轮盘面积大，轴向推力也大，为减小它，常在轮盘上 开设平衡孔； （2）部分进汽的应加不进

17、汽动叶的受力； （3）确定轴向推力的关键是确定pd，应根据三个漏汽量的 平衡条件确定。 隔板轴封漏汽量为 d dl d dl l v pp z A v pp z A G 2011011 1 122 通过平衡孔的漏汽量为 d d l d ll v pp A v pp AG 20 22 20 222 22 d cbdr l d r ll v pp A v p AG 20 33333 22 通过叶根部轴向间隙处的漏汽量为 20 21 20 2020 2 pp pp pp p pp p pp pp r r b b c c d d 叶根反动度 抽汽效应反动度 叶轮反动度 泵浦效应反动度 20 1 pp ppppp cbdr cbdrr 动叶根部稍有漏汽的平衡条件：动叶根部稍有漏汽的平衡条件： Gl1+Gl