第二章多级汽轮机

1、第二章 多级汽轮机第一节 多级汽轮机的工作特点多级汽轮机的概念多级汽轮机的概念按工作压力高低顺序排列的若干级组成；按工作压力高低顺序排列的若干级组成；常见的有多级冲动式汽轮机和多级反动式汽轮机。常见的有多级冲动式汽轮机和多级反动式汽轮机。多级汽轮机通流部分结构特点：逐渐扩张多级汽轮机通流部分结构特点：逐渐扩张多级汽轮机热力过程线多级汽轮机热力过程线 0 0 第一级喷嘴前蒸汽状态点第一级喷嘴前蒸汽状态点 1 1 第一级喷嘴后状态点第一级喷嘴后状态点 2 2 第一级排汽状态点第一级排汽状态点 图中：图中：pe 汽轮机背压汽轮机背压 Ht 汽轮机的理想焓降汽轮机的理想焓降 Hi 汽轮机的有效焓降汽轮

2、机的有效焓降iihHiritHH汽轮机相对内效率汽轮机相对内效率1 1、多级汽轮机的循环热效率大大提高、多级汽轮机的循环热效率大大提高 多级汽轮机可以采用较高的进汽参数和较低的排汽参数，多级汽轮机可以采用较高的进汽参数和较低的排汽参数，还可以采用回热循环和再热循环。还可以采用回热循环和再热循环。2 2、多级汽轮机的相对内效率明显提高、多级汽轮机的相对内效率明显提高 每一级承担的焓降不必很大，可以保证各级都在最佳速比附每一级承担的焓降不必很大，可以保证各级都在最佳速比附近工作。近工作。 在一定条件下，余速动能可以全部或部分地被下一级利用。在一定条件下，余速动能可以全部或部分地被下一级利用。 级的

3、焓降较小，可以采用渐缩喷嘴，避免了采用难以加工、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。效率较低的缩放喷嘴。一、多级汽轮机的特点一、多级汽轮机的特点（一）多级汽轮机的优越性（一）多级汽轮机的优越性 级的焓降较小，根据最佳速比的要求，可相应减小级的平均级的焓降较小，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。直径，从而可适当增加叶栅高度，减小叶栅的端部损失。 多级汽轮机具有多级汽轮机具有重热重热现象。现象。3 3、多级汽轮机单位功率的投资大大减小、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（二）多级汽轮机

4、存在的问题 增加了一些附加的能量损失，如级间漏汽损失、湿汽损失。增加了一些附加的能量损失，如级间漏汽损失、湿汽损失。 由于级数多，相应地增加了机组的长度和质量。由于级数多，相应地增加了机组的长度和质量。 由于新蒸汽和再热蒸汽温度的提高，故对零部件的金属材料由于新蒸汽和再热蒸汽温度的提高，故对零部件的金属材料要求高了。要求高了。 级数增加，零部件增多，使多级汽轮机的结构更为复杂。级数增加，零部件增多，使多级汽轮机的结构更为复杂。1 1余速利用对级效率的影响余速利用对级效率的影响2 2余速利用对整机效率的影响余速利用对整机效率的影响 余速利用后，整机热力过程线左余速利用后，整机热力过程线左移，整个

5、过程的熵增减小，汽轮机的移，整个过程的熵增减小，汽轮机的效率提高。效率提高。*21*00,tcirithhhhEh*21*0120,tciritchhhhEhhriri二、多级汽轮机的余速利用二、多级汽轮机的余速利用3 3实现余速利用的条件实现余速利用的条件 相邻两级的部分进汽度相同。相邻两级的部分进汽度相同。 调节级余速基本不可利用。调节级余速基本不可利用。 相邻两级的通流部分过渡平滑。相邻两级的通流部分过渡平滑。 相邻两级之间的轴向间隙要小，流量变化不大。相邻两级之间的轴向间隙要小，流量变化不大。 前一级的排汽角前一级的排汽角2应与后一级喷嘴的进汽角应与后一级喷嘴的进汽角0g一致。一致。

6、多级汽轮机的中间级基本上都能充分的利用前一级的余多级汽轮机的中间级基本上都能充分的利用前一级的余速动能。速动能。三、多级汽轮机的重热现象三、多级汽轮机的重热现象1234512345tttttttttthhhhhhhhhh tthH 由于多级汽轮机前面级的损失能够由于多级汽轮机前面级的损失能够在后面级中作为理想焓降而加以利用，在后面级中作为理想焓降而加以利用，这种现象称为多级汽轮机的这种现象称为多级汽轮机的重热现象重热现象。各级理想焓降之和各级理想焓降之和整机理想焓降整机理想焓降重热系数重热系数：由于重热现象而增加的理想焓降占汽轮机理想焓降：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

7、般的比例，一般为为0.040.08。1ttttthHhHHtrimitriihhHHtrimiHH)1 ()1 (rimtiriHH由于重热现象，使整机效率提高。由于重热现象，使整机效率提高。不能说，重热系数越大，多级汽轮机的内效率就越高。不能说，重热系数越大，多级汽轮机的内效率就越高。rim 各级的平均内效率各级的平均内效率 1 1高压段高压段 工作蒸汽的压力、温度很高，比体积较小，蒸汽容积流量较工作蒸汽的压力、温度很高，比体积较小，蒸汽容积流量较小，所需的通流面积也较小；小，所需的通流面积也较小； 在冲动式汽轮机的高压段，级的反动度一般不大；在冲动式汽轮机的高压段，级的反动度一般不大； 各

8、级焓降不大，焓降的变化也不大；各级焓降不大，焓降的变化也不大； 2 2低压段低压段 叶片高度很大；叶片高度很大； 级的反动度在低压段明显增大；级的反动度在低压段明显增大； 叶轮直径增加，圆周速度增加较快，使各级的焓降增加较快叶轮直径增加，圆周速度增加较快，使各级的焓降增加较快 3 3中压段中压段 反动度介于高压和低压之间。反动度介于高压和低压之间。四、多级汽轮机各级段的工作特点四、多级汽轮机各级段的工作特点一、多级汽轮机的损失一、多级汽轮机的损失外部漏汽损失机械损失外部损失机组的散热损失排汽管的阻力损失中间再热管道损失级内各项损失进汽机构的节流损失内部损失分类第二节 汽轮机的损失及其装置的效率

9、 和经济指标直接影响蒸汽状态的损失不直接影响蒸汽状态的损失 1 1、机械损失、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阻力，及汽轮机运行时，要克服支持轴承和推力轴承的摩擦阻力，及带动主油泵、调速器等，要消耗一部分有用功而造成的损失。带动主油泵、调速器等，要消耗一部分有用功而造成的损失。 2 2、外部漏汽损失、外部漏汽损失 主轴穿出汽缸两端时留有间隙，汽缸内外存在压差，造成蒸主轴穿出汽缸两端时留有间隙，汽缸内外存在压差，造成蒸汽漏出或空气漏入，形成损失。汽漏出或空气漏入，形成损失。l 解决方法解决方法：设置轴封装置（正压轴封、负压轴封）：设置轴封装置（正压轴封、负压轴封） 汽轮机各

10、汽缸端部的轴封及其与之相连接的管道和附属设备，汽轮机各汽缸端部的轴封及其与之相连接的管道和附属设备，称为称为汽轮机的轴封系统汽轮机的轴封系统。（一）多级汽轮机的外部损失（一）多级汽轮机的外部损失l 常用结构常用结构：齿形汽封，能够尽量地减小漏汽间隙，并能有：齿形汽封，能够尽量地减小漏汽间隙，并能有效地降低漏汽速度。效地降低漏汽速度。l 300MW 300MW汽轮机轴封系统汽轮机轴封系统 在机组正常运行时，靠高中压缸两端轴封漏汽作为低压在机组正常运行时，靠高中压缸两端轴封漏汽作为低压端轴封供汽，不需另供轴封用汽，这种系统称为端轴封供汽，不需另供轴封用汽，这种系统称为自密封轴封自密封轴封系统系统。

11、汽封圈汽封圈弹簧片弹簧片定位面定位面3 轴封套筒轴封套筒0.020.027MPa 1 1汽轮机进汽机构的节流损失汽轮机进汽机构的节流损失（1 1）产生原因产生原因：新蒸汽在进入汽轮机的第一级喷嘴之前，首：新蒸汽在进入汽轮机的第一级喷嘴之前，首先要经过主汽阀、调节汽阀、管道和蒸汽室，蒸汽流经这些先要经过主汽阀、调节汽阀、管道和蒸汽室，蒸汽流经这些部件时由于摩擦、涡流等要造成压力降低，即节流过程。在部件时由于摩擦、涡流等要造成压力降低，即节流过程。在背压不变的条件下使整机的理想焓降减小。这种由于节流作背压不变的条件下使整机的理想焓降减小。这种由于节流作用引起的损失称为节流损失。用引起的损失称为节流

12、损失。（2 2）影响因素影响因素：管道长短、汽流速度，阀门型线及汽室形状。：管道长短、汽流速度，阀门型线及汽室形状。 000ppp（二）多级汽轮机的内部损失（二）多级汽轮机的内部损失第一级喷嘴前第一级喷嘴前2 2、排汽管中的压力损失、排汽管中的压力损失（1 1）产生原因产生原因：汽轮机的排汽从末级动叶排出后，由排汽管：汽轮机的排汽从末级动叶排出后，由排汽管道引至凝汽器。蒸汽在排汽管道中流动时，存在摩擦、撞击和道引至凝汽器。蒸汽在排汽管道中流动时，存在摩擦、撞击和涡流等项损失，使压力降低，即汽轮机末级动叶后压力涡流等项损失，使压力降低，即汽轮机末级动叶后压力pc高于高于凝汽器的压力凝汽器的压力p

13、c ，存在着压降，存在着压降 ， 这部分压降用于克服排汽管道的流动阻力，而未参与作功，故这部分压降用于克服排汽管道的流动阻力，而未参与作功，故称为排汽管的压力损失。称为排汽管的压力损失。（2 2）影响因素影响因素：排汽管中蒸汽的速度和排汽管的结构：排汽管中蒸汽的速度和排汽管的结构；（3 3）减小措施减小措施：将排汽管设计成扩压效率较高的扩压管，同：将排汽管设计成扩压效率较高的扩压管，同时在扩压段内部和其后设置一些导流环或导流板，使乏汽均匀时在扩压段内部和其后设置一些导流环或导流板，使乏汽均匀地布满整个排汽通道，使排汽通畅，减少排汽动能的消耗。地布满整个排汽通道，使排汽通畅，减少排汽动能的消耗。

14、cccpppttcHHH 3 3、联通管的压力损失、联通管的压力损失 蒸汽由高压缸出来经过容汽管道把蒸汽引入低压缸工作，蒸汽由高压缸出来经过容汽管道把蒸汽引入低压缸工作，由于蒸汽与管壁发生的摩擦损失造成压力降。若蒸汽经过再由于蒸汽与管壁发生的摩擦损失造成压力降。若蒸汽经过再热器或汽水分离再热器都带来附加的损失。此时损失压力差热器或汽水分离再热器都带来附加的损失。此时损失压力差就比较大。一般摩擦损失引起的压力降是蒸汽管前面压力就比较大。一般摩擦损失引起的压力降是蒸汽管前面压力ps的的2%-3%。2%3%sspppr 再热压力再热压力二、汽轮机及其装置的效率二、汽轮机及其装置的效率 一个机械或装置

15、的输入能量与输出能量之比称为此机械一个机械或装置的输入能量与输出能量之比称为此机械或装置的或装置的效率效率。 在分析整个发电厂的经济性时，将汽轮机放在整个热在分析整个发电厂的经济性时，将汽轮机放在整个热力循环中考虑，即把发电厂的热力循环系统作为研究对力循环中考虑，即把发电厂的热力循环系统作为研究对象，这时输入循环中的能量为蒸汽在锅炉中的吸热量象，这时输入循环中的能量为蒸汽在锅炉中的吸热量Q，再分别考虑汽轮发电机组的不同损失后得出不同的能量再分别考虑汽轮发电机组的不同损失后得出不同的能量作为输出能量，这样得到的一组效率为作为输出能量，这样得到的一组效率为绝对效率绝对效率。（一）相对效率（一）相对

16、效率 当分析汽轮发电机组的经济性时，将汽轮发电机组作为研当分析汽轮发电机组的经济性时，将汽轮发电机组作为研究对象，则输入汽轮发电机组中的能量为汽轮机的理想焓降究对象，则输入汽轮发电机组中的能量为汽轮机的理想焓降Ht，以此而得到的一组效率称为，以此而得到的一组效率称为相对效率相对效率。1 1、汽轮机的相对内效率、汽轮机的相对内效率 衡量汽轮机内能量转换过程完善程度的指标；对于汽轮机衡量汽轮机内能量转换过程完善程度的指标；对于汽轮机来说，其输入能量为蒸汽在汽轮机中的理想焓降来说，其输入能量为蒸汽在汽轮机中的理想焓降Ht，输出能输出能量为汽轮机的内功率。一般汽轮机组的相对内效率约为量为汽轮机的内功率

17、。一般汽轮机组的相对内效率约为0.78-0.89，大功率电站会更高些。，大功率电站会更高些。PPiirittHH内功率理想功率二、汽轮机及其装置的效率二、汽轮机及其装置的效率机械效率机械效率：将全部机械损失看成集中在轴承上，则对于轴承来：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，则机械损失为则机械损失为pmpipe，故，故 emipp有效功率机械效率内功率eeiremrititpp ppp p 有效功率相对有效效率理想功率l 相对有效效率相对有效效率：把汽轮机和轴承看成一个整体，此时

18、输入为：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，故蒸汽的理想功率，输出为有效功率，故机械损失包括用来带动主油泵和克服轴承摩擦而消耗的功率。机械损失包括用来带动主油泵和克服轴承摩擦而消耗的功率。2 2、汽轮机的相对有效效率、汽轮机的相对有效效率3 3汽轮发电机组的相对电效率汽轮发电机组的相对电效率l 发电机效率发电机效率：单独讨论发电机，其输入的能量为轴承的输出：单独讨论发电机，其输入的能量为轴承的输出能量，即为有效功率能量，即为有效功率pe，由于发电机内有铜损、铁损和机械损，由于发电机内有铜损、铁损和机械损失等，输出能量为电功率失等，输出能量为电功率pel，则，则

19、elgepp电功率发电机效率有效功率eleleirelgmrigreteitppp pppp p 电功率相对电效率理想功率l 相对电效率相对电效率：将汽轮机、轴承、发电机看作一个整体，则整：将汽轮机、轴承、发电机看作一个整体，则整个机组的输入能量为理想功率个机组的输入能量为理想功率pt，输出能量为电功率，输出能量为电功率pel，而整，而整个机组的效率称为相对电效率个机组的效率称为相对电效率： njijinjgmijigmelHDHGp1136004 4、汽轮发电机组的电功率、汽轮发电机组的电功率（1 1）无回热抽汽）无回热抽汽gmritelHGp3600gmritelHDp或或（2 2）有回热

20、抽汽）有回热抽汽()ijG D：表示第：表示第j段的流量；段的流量；ijH：表示第：表示第j段的有效焓降。段的有效焓降。l 当考虑发电厂整个热力循环时，以蒸汽吸热量当考虑发电厂整个热力循环时，以蒸汽吸热量Q0作为输入能作为输入能量，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率称为绝对效率绝对效率。l 当以汽轮机的理想焓降为输出能量时，所得到的效率称为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循环热效率环热效率t。ctotthhHQH0gmritaell 绝对电效率绝对电效率：加给每千克蒸汽的热量最终转变成电能的份额。

21、：加给每千克蒸汽的热量最终转变成电能的份额。h0 汽轮机新蒸汽的初焓；汽轮机新蒸汽的初焓；hc 凝结水的焓。凝结水的焓。（二）绝对效率（二）绝对效率（一）汽耗率一）汽耗率d l汽耗率汽耗率d ：汽轮发电机组每发：汽轮发电机组每发1度电所消耗的蒸汽量度电所消耗的蒸汽量 ，单位为，单位为l汽耗量汽耗量D：每小时消耗的蒸汽量，单位为：每小时消耗的蒸汽量，单位为kg/h（二）热耗率（二）热耗率q 汽轮发电机组每发汽轮发电机组每发1度电所消耗的热量，单位度电所消耗的热量，单位kg/(kW h)eltelHpDd3600kJ/(kw h)aeleltfwfwHhhhhdq3600)(3600)(00三、汽

22、轮发电机组的经济指标三、汽轮发电机组的经济指标hfw 给水焓给水焓)()(00rrrfwhhDDhhdq对于中间再热机组，对于中间再热机组，D0 汽轮机总进汽量，汽轮机总进汽量，kg/h；Dr 再热蒸汽量，再热蒸汽量，kg/h；hr，hr 再热蒸汽段焓和冷段焓，再热蒸汽段焓和冷段焓，kJ/kg。 （一）汽轮机的极限功率（一）汽轮机的极限功率 在一定的蒸汽初、终参数和转速下，单排汽口凝汽式汽轮在一定的蒸汽初、终参数和转速下，单排汽口凝汽式汽轮机所能获得的最大功率称为机所能获得的最大功率称为极限功率极限功率。 凝汽式汽轮机组的发电极限功率：凝汽式汽轮机组的发电极限功率：Gc,max 通过汽轮机末级

23、的最大流量。通过汽轮机末级的最大流量。,max,maxelctrimgpGH 四、汽轮机的极限功率和提高单机功率的途径四、汽轮机的极限功率和提高单机功率的途径,max22222211sinsincb bb bGd l wd l cvv222max223600sincu cGn vv2 末级出口比容，可以通过降低真空减小。末级出口比容，可以通过降低真空减小。 径高比，径高比，=db/lb，受叶片强度的限制。受叶片强度的限制。 c2、v2的变化范围是受限的，影响的变化范围是受限的，影响Gc,max的主要因素是末的主要因素是末级排汽面积级排汽面积dblb，但，但db、lb的增大将使动叶离心力增大，受的增大将使动叶离心力增大，受到叶片材料强度的限制。到叶片材料强度的限制。l 提高新蒸汽参数，并配合采用中间再热循环可以有效地提高提高新蒸汽参数，并配合采用中间再热循环可以有效地提高单机组功率。单机组功率。l 提高冷凝器的压力，使排汽的比容减小，在相同的末级通流提高冷凝器的压力，使排汽的比容减小，在相同的末级通流面积时流过的蒸汽量增大，也就提高了机组发出的功率，显然面积时流过的蒸汽量增大，也就提高了机组发出的功率，显然这是用降低循环效率的方法达到的。这是用降低循环效率的方法达到的。l 采用高强度、低密度材料，可使末级叶高大大增加，从而提