动力机械2-多级汽轮机

1、第二章第二章 多级蒸汽透平多级蒸汽透平 问题讨论：问题讨论：1 1） 为什么要采用多级汽轮机？为什么要采用多级汽轮机？2 2） 什么是多级汽轮机？什么是多级汽轮机？3 3） 多级汽轮机有什么特点？多级汽轮机有什么特点？ 4 4） 多级汽轮机带来哪些特殊问题？多级汽轮机带来哪些特殊问题？ 怎样解决？怎样解决？ 2.1 2.1 多级蒸汽透平概要多级蒸汽透平概要 透平级的轮周功率为：透平级的轮周功率为： usuGhN*功率增大的三个途径：功率增大的三个途径： 透平级的等熵滞止焓降透平级的等熵滞止焓降 *sh 蒸汽流量蒸汽流量 G 轮周效率轮周效率 u结论结论：在最佳速比下，不能任意增大。在最佳速比下

2、，不能任意增大。结论结论：受材料强度的限制。：受材料强度的限制。 结论结论：效果很小：效果很小 结论结论：单级汽轮机的功率受到限制。：单级汽轮机的功率受到限制。一、汽轮机（透平）级的叠置一、汽轮机（透平）级的叠置 双列复速级：双列复速级：所能利用的等熵焓降约为：所能利用的等熵焓降约为： kJ/kg 压比约为：压比约为：340250sh520pp 中压机组总焓降：中压机组总焓降： 1260 kJ/kg 超高压再热机组总焓降：超高压再热机组总焓降：1680 2100 kJ/kg汽轮机总焓降很大：汽轮机总焓降很大： 500010020pp总压比：总压比： 结论：对于大焓降和压比，任何单级透平都不能有

3、效地利用。结论：对于大焓降和压比，任何单级透平都不能有效地利用。 两种解决方法两种解决方法 目标目标：既提高汽轮机的：既提高汽轮机的功率功率，又保证汽轮机，又保证汽轮机效率效率较高。较高。 采用多台单级汽轮机，采用多台单级汽轮机， 按压力高低排列，按压力高低排列， 每台汽轮机分段利用总焓降。每台汽轮机分段利用总焓降。 纯理论方法纯理论方法 没有应用实例没有应用实例 将许多汽轮机级，将许多汽轮机级， 按压力高低排列，按压力高低排列， 逐级利用总焓降。逐级利用总焓降。 称为多级汽轮机称为多级汽轮机 图4.1 12000 kW多级冲动凝汽式汽轮机示意图 二、多级透平工作过程二、多级透平工作过程 1)

4、 1) 多级多级冲动式冲动式透平的基本结构（通流部分）透平的基本结构（通流部分） 类型类型： 多级冲动式汽轮机；多级冲动式汽轮机； 多级反动式汽轮机。多级反动式汽轮机。主要包含主要包含： 汽轮机主轴；汽轮机主轴；主轴主轴 主轴上安装若干个叶轮，叶轮上安装动叶片；主轴上安装若干个叶轮，叶轮上安装动叶片；叶轮和动叶叶轮和动叶 两个叶轮之间装有隔板，隔板安装在汽缸上，两个叶轮之间装有隔板，隔板安装在汽缸上， 隔板上装有静叶片（喷管叶片）；隔板上装有静叶片（喷管叶片）；隔板和静叶隔板和静叶 基本单元（基本单元（透平级透平级 = = 喷管叶栅喷管叶栅 + + 动叶栅动叶栅）；）；透平级透平级 多级汽轮机

5、的第多级汽轮机的第一一级：调节级级：调节级 （一般是双列复速级）（一般是双列复速级） 其余级：压力级其余级：压力级调调节节级级 汽轮机前后两端安装有汽封，汽轮机前后两端安装有汽封， 内部装有隔板汽封。内部装有隔板汽封。 目的：减小汽轮机的目的：减小汽轮机的漏汽量漏汽量。 汽封汽封汽封汽封2) 2) 多级多级反动式反动式透平的基本结构（通流部分）透平的基本结构（通流部分） 主要包含主要包含： 静叶装在汽缸上；静叶装在汽缸上； 动叶安装在转鼓上；动叶安装在转鼓上； 小功率多级反动式汽轮机小功率多级反动式汽轮机 一般没有调节级；一般没有调节级； 设有平衡活塞，设有平衡活塞， 以减小轴向推力；以减小轴

6、向推力； 图4.2 反动式多级汽轮机示意图 1 1： 轮鼓；轮鼓； 2 2、3 3：动叶：动叶4 4、5 5：导叶；：导叶； 6 6： 汽缸汽缸7 7：蒸汽汽室；：蒸汽汽室； 8 8：平衡活塞：平衡活塞9 9：蒸汽连通管：蒸汽连通管3）多级冲动式汽轮机的工作过程）多级冲动式汽轮机的工作过程 汽流在调节级中膨胀作功。汽流在调节级中膨胀作功。 压力、温度和焓值降低；压力、温度和焓值降低； 在多级汽轮机中，蒸汽首先通过在多级汽轮机中，蒸汽首先通过主汽阀主汽阀、调节阀调节阀， 进入汽轮机进入汽轮机调节级调节级。 存在一个进汽节流损失；存在一个进汽节流损失；各级功率分布曲线各级功率分布曲线各级压力分布曲

7、线各级压力分布曲线 从调节级出来的汽流逐个进入后面的压力级，从调节级出来的汽流逐个进入后面的压力级， 在每个压力级中都继续膨胀、作功。在每个压力级中都继续膨胀、作功。 汽流的压力、温度和焓值逐渐降低；汽流的压力、温度和焓值逐渐降低； 最后，从末级出来的蒸汽排出汽轮机最后，从末级出来的蒸汽排出汽轮机. . 存在一个排汽节流损失；存在一个排汽节流损失； 各级压力分布曲线各级压力分布曲线 各级功率分布曲线各级功率分布曲线 多级汽轮机的膨胀过程线如图所示。多级汽轮机的膨胀过程线如图所示。 在忽略调节阀前和前汽封漏汽的情况下：在忽略调节阀前和前汽封漏汽的情况下： 多级汽轮机多级汽轮机的的有效焓降有效焓降

8、： kiiiihH0对外对外作功作功： iiihGGHNiiNGh汽轮机的汽轮机的总等熵焓降：总等熵焓降： sksiiH0总能量总能量： sGH汽轮机汽轮机内效率：内效率： skksiToiiiiiHH00内功率：内功率： ToisiiGHGHN4 4）多级透平的特点）多级透平的特点 功率大：功率大： 透平总功率等于每个透平级功率之和，透平总功率等于每个透平级功率之和，即：即： iiNN 效率高：效率高： 多级透平的焓降大，需要提高蒸汽的多级透平的焓降大，需要提高蒸汽的 初参数（初压、初温）。初参数（初压、初温）。 从热力循环角度看，使循环的热效率提高；从热力循环角度看，使循环的热效率提高；

9、采用多级结构，每级利用总焓降的一部分，采用多级结构，每级利用总焓降的一部分， 容易保证每个透平级均在最佳速比下工作；容易保证每个透平级均在最佳速比下工作； 中间级的余速动能，中间级的余速动能， 有可能被它的下一级所利用。有可能被它的下一级所利用。 三、多级透平的特殊问题三、多级透平的特殊问题 1 1）整个）整个透平内效率透平内效率与每个透平与每个透平级内效率平均值级内效率平均值的关系问题；的关系问题；2 2）余速利用问题（即前一级）余速利用问题（即前一级排汽速度排汽速度被下一级被下一级利用利用的可能性的可能性 和具体条件）；和具体条件）； 3 3）级间漏汽问题（隔板）级间漏汽问题（隔板汽封漏汽

10、汽封漏汽的计算与的计算与平衡孔平衡孔的开设）；的开设）； 4 4）湿蒸汽问题（湿蒸汽引起的）湿蒸汽问题（湿蒸汽引起的损失损失和和水蚀水蚀等问题）；等问题）； 5 5）轴向）轴向推力推力及其及其平衡平衡问题；问题； 5 5）热力）热力设计设计问题（主要包括：通流部分形状、级数确定、问题（主要包括：通流部分形状、级数确定、 焓降分配、设计程序等）。焓降分配、设计程序等）。 2.2 2.2 内效率与重热系数（内效率与重热系数（多级汽轮机特殊多级汽轮机特殊问题之一问题之一） 在多级汽轮机中，前一级的在多级汽轮机中，前一级的流动损失流动损失和和余速损失余速损失， 表现表现：消耗蒸汽动能而变成热能留在汽流

11、中：消耗蒸汽动能而变成热能留在汽流中 一方面：流动损失使前一级能量转换效率降低；一方面：流动损失使前一级能量转换效率降低； 另一方面：流动损失使下一汽轮机级进口的温度升高。另一方面：流动损失使下一汽轮机级进口的温度升高。 在同样压差下：在同样压差下： 汽轮机级理想焓降略为增大，汽轮机级理想焓降略为增大， 提高了该级的作功能力。提高了该级的作功能力。 如果不考虑多级汽轮机的进、排汽节流作用：如果不考虑多级汽轮机的进、排汽节流作用： 单级汽轮机单级汽轮机： 级的绝热焓降级的绝热焓降sh级的内效率级的内效率oi 多级汽轮机多级汽轮机： 各级绝热焓降之和各级绝热焓降之和sh各级的平均内效率各级的平均内

12、效率moi= = sH汽轮机的绝热焓降汽轮机的绝热焓降 Toi汽轮机的内效率汽轮机的内效率 sH汽轮机总绝热焓降汽轮机总绝热焓降 Toi汽轮机的内效率汽轮机的内效率 一、一、重热系数的性质重热系数的性质假定假定： 忽略汽轮机的进、排汽节流损失；忽略汽轮机的进、排汽节流损失； 各级的内效率都相同，用各级的内效率都相同，用 表示。表示。 moi 图4.4 三级汽轮机的焓-熵图 图4.5 三级汽轮机的温-熵图推导示例推导示例：以一个四级冲动式汽轮机的膨胀过程为例：以一个四级冲动式汽轮机的膨胀过程为例： 汽轮机各级内效率：汽轮机各级内效率： 上面上面四式相加四式相加，可得：，可得： VsVisisis

13、ioihhhhhhhh有：有： （第一级第一级） smoiihhsmoiihh（第二级第二级） smoiihhVsmoiVihh（第三级第三级） （第四级第四级） )(VssssmoiViiiihhhhhhhh汽轮机汽轮机有效焓降：有效焓降：ViiiiihhhhH各级等熵各级等熵焓降之和：焓降之和： Vssssshhhhh得到：得到： smoiihH各级平均内效率：各级平均内效率： simoihH汽轮机内效率：汽轮机内效率： siToiHH两式相除，得：两式相除，得： ssmoiToiHhssHh因为：因为： moiToi所以：所以： 重热系数重热系数 定义定义： 1ssmoiToiHh（其中：（其中： ）0或或 大于大于1 1的部分称的部分称为重热系数为重热系数 。 moiToissHh11ssmoiToiHh有：有： moiToi)1 ( 分析分析：1 1）理想过程）理想过程: :2 2）节流过程）节流过程: :3 3）实际过程：）实际过程：01moiToi0Toi比较大比较大moi