2ch2汽轮机原理-多级汽轮机

1、卢志民博士卢志民博士 13710400340137104003402022年年4月月20日星期三日星期三能源洁净利用能源洁净利用2009 2第二章第二章 多级汽轮机多级汽轮机第一节第一节 多级汽轮机的特点与损失多级汽轮机的特点与损失第二节第二节 汽轮机及其装置的评价指标汽轮机及其装置的评价指标 第三节第三节 多级汽轮机的轴向推力及其平衡多级汽轮机的轴向推力及其平衡 第四节第四节 轴封及其系统轴封及其系统 能源洁净利用能源洁净利用2009 3多级汽轮机的特点与损失多级汽轮机的特点与损失增加汽轮机单机功率的途径，采用多级汽轮机。逐级有增加汽轮机单机功率的途径，采用多级汽轮机。逐级有效利用很大的蒸汽

2、比焓降。效利用很大的蒸汽比焓降。功率增加功率增加效率增加效率增加流量增加流量增加焓降增加焓降增加c ca a增加增加若保持最佳速比，若保持最佳速比，则则u u、d d增加增加u u、d d增加受叶轮、增加受叶轮、叶片强度的限制。叶片强度的限制。叶片高叶片高度增加度增加受强度受到限制，则受强度受到限制，则通流面积受到限制通流面积受到限制初参数初参数，终参数终参数能源洁净利用能源洁净利用二、多级汽轮机的优点二、多级汽轮机的优点 1.1. 循环热效率大大提高：比焓降增大很多，进汽参数大大提高循环热效率大大提高：比焓降增大很多，进汽参数大大提高，排汽压力显著降低，可设计成回热和再热形式。，排汽压力显著

3、降低，可设计成回热和再热形式。2.2. 相对内效率明显提高：每级比焓降较小，在材料允许条件下相对内效率明显提高：每级比焓降较小，在材料允许条件下，设计在最佳速度比附近工作；余速动能全部或部分利用；，设计在最佳速度比附近工作；余速动能全部或部分利用；各级比焓降较小，级的圆周速度和平均直径也较小，使得喷各级比焓降较小，级的圆周速度和平均直径也较小，使得喷嘴和动叶的出口高度增大，减小了叶高损失，或使得部分进嘴和动叶的出口高度增大，减小了叶高损失，或使得部分进汽度增大，减小了部分进汽损失；利用重热现象回收总损失汽度增大，减小了部分进汽损失；利用重热现象回收总损失中的一小部分。中的一小部分。3.3. 多

4、级汽轮机的单位功率造价、材料消耗和占地面积都比单级多级汽轮机的单位功率造价、材料消耗和占地面积都比单级汽轮机明显减小，机组容量越大减小越显著，大大节省了投汽轮机明显减小，机组容量越大减小越显著，大大节省了投资。资。能源洁净利用能源洁净利用问题问题1.1. 增加一些附加损失，如隔板漏汽损失。然而，与单级汽轮机增加一些附加损失，如隔板漏汽损失。然而，与单级汽轮机必有的前后端轴封漏汽损失相比，这项损失是较小的。此外必有的前后端轴封漏汽损失相比，这项损失是较小的。此外，由于整机比焓降很大，最后几级总是在湿蒸汽区，湿汽损，由于整机比焓降很大，最后几级总是在湿蒸汽区，湿汽损失大，但循环热效率将因排汽温度降

5、低而提高。失大，但循环热效率将因排汽温度降低而提高。2.2. 级数多，机组长度和质量比同功率的各单级汽轮机来说增加级数多，机组长度和质量比同功率的各单级汽轮机来说增加较多。较多。3.3. 蒸汽入口参数提高，对零部件金属材料的要求提高。蒸汽入口参数提高，对零部件金属材料的要求提高。4.4. 级数增加，零部件增多，使多级汽轮机的结构更为复杂，制级数增加，零部件增多，使多级汽轮机的结构更为复杂，制造成本提高。但从单位功率来说，多级汽轮机的成本远低于造成本提高。但从单位功率来说，多级汽轮机的成本远低于单级。单级。能源洁净利用能源洁净利用2009 6一、多级汽轮机的工作过程一、多级汽轮机的工作过程多级汽

6、轮机按照工作压力的高低顺多级汽轮机按照工作压力的高低顺序排列的若干级组成。序排列的若干级组成。多级汽轮机热力过程线如右图所示多级汽轮机热力过程线如右图所示: :将各级的热力过程线顺次连接将各级的热力过程线顺次连接起来就是整个汽轮机的热力过起来就是整个汽轮机的热力过程线。程线。汽轮机的有效比焓降等于各级汽轮机的有效比焓降等于各级的有效比焓降之和。的有效比焓降之和。1p2p3p4p5phshmactht1ht2ht3ht4ht，2ht，3ht，4hi，1hi，2hi，3hi，4hmaci能源洁净利用能源洁净利用2009 7二、各级段的工作特点二、各级段的工作特点高压段：高压段：1. 1. 蒸汽的蒸

7、汽的压力、温度很高，比容较小，因此通过该级段的蒸汽容压力、温度很高，比容较小，因此通过该级段的蒸汽容积流量较小，所需的通流面积也较小积流量较小，所需的通流面积也较小。2. 2. 为减小叶高损失，高压段应保证喷嘴有足够的出口高度，喷嘴为减小叶高损失，高压段应保证喷嘴有足够的出口高度，喷嘴出口汽流方向角出口汽流方向角l l较小较小。一般冲动式汽轮机的。一般冲动式汽轮机的l l=11=111414，反动式汽轮机的，反动式汽轮机的l l=14=1420 20 。 高压高压进口进口第一级第一级还通常做成还通常做成部分进汽部分进汽的的调节级调节级。3.3.级的反动度一般不大。当动静叶根部间隙不吸不漏时，反

8、动度级的反动度一般不大。当动静叶根部间隙不吸不漏时，反动度r r较小较小，虽然沿叶片高度，虽然沿叶片高度不断增大，但由于高压段各级的不断增大，但由于高压段各级的叶片高度较小，平均直径叶片高度较小，平均直径m m仍较小。仍较小。4.4.为了增大叶高，叶轮的平均直径就较小，相应的圆周速度也较为了增大叶高，叶轮的平均直径就较小，相应的圆周速度也较小，根据最佳速比，喷嘴出口速度以及小，根据最佳速比，喷嘴出口速度以及各级比焓降也不大各级比焓降也不大。能源洁净利用能源洁净利用2009 8二、各级段的工作特点二、各级段的工作特点高压段：高压段：4. 4. 高压各级高压各级比容变化小，因而各级平均直径变化不大

9、，所以各级比容变化小，因而各级平均直径变化不大，所以各级比焓降的变化也不大比焓降的变化也不大。 5. 5. 高压级段蒸汽的比容较小，而漏汽间隙又不可能按比例减小，高压级段蒸汽的比容较小，而漏汽间隙又不可能按比例减小，故故漏汽量相对较大，漏汽损失较大漏汽量相对较大，漏汽损失较大。对于部分进汽的级，由于。对于部分进汽的级，由于不进汽的动叶弧段成为漏汽的通道，使漏汽损失更有所增大。不进汽的动叶弧段成为漏汽的通道，使漏汽损失更有所增大。同样，由于高压级段蒸汽的比容较小，同样，由于高压级段蒸汽的比容较小，叶轮摩擦损失叶轮摩擦损失也相对较也相对较大。此外，因为高压级段叶片高度相对较小，所以大。此外，因为高

10、压级段叶片高度相对较小，所以叶高损失也叶高损失也较大较大。 综上所述可以看出，高压段各级的效率相对较低。综上所述可以看出，高压段各级的效率相对较低。 小小小小小topmhcxudGv11)(变化小变化小变化小tmhdv能源洁净利用能源洁净利用2009 9能源洁净利用能源洁净利用2009 10高压级通流部分各项损失比例的统计数据能源洁净利用能源洁净利用2009 112 2、低压段、低压段1. 1. 蒸汽的蒸汽的容积流量很大容积流量很大，要求低压各级，要求低压各级通流面积大通流面积大，因而，因而叶片高叶片高。为避。为避免叶高损失，免叶高损失，有时不得不将低压有时不得不将低压各级的喷嘴出口汽流方向角

11、各级的喷嘴出口汽流方向角1 1取得很大取得很大。2. 2. 级的反动度在低压段也明显增大，其原因有二：一是因为低压级叶片级的反动度在低压段也明显增大，其原因有二：一是因为低压级叶片高，为保证叶片高，为保证叶片根部不出现负根部不出现负，则平均直径处的，则平均直径处的必然较大；二是必然较大；二是因为低压级的比焓降较大，为因为低压级的比焓降较大，为避免喷嘴出口汽流速度超过临界速度过避免喷嘴出口汽流速度超过临界速度过多多，尽可能利用渐缩喷嘴斜切部分的膨胀，这就要求蒸汽在喷嘴中的，尽可能利用渐缩喷嘴斜切部分的膨胀，这就要求蒸汽在喷嘴中的比焓降不能太大比焓降不能太大，而增大级的，而增大级的，保证动叶内有足

12、够大的比焓降。，保证动叶内有足够大的比焓降。 容积流量很大，因此叶轮容积流量很大，因此叶轮直径较大直径较大，级的圆周速度也较大。为了保证，级的圆周速度也较大。为了保证高的级效率，各级均应在最佳速度比附近工作，则相应的理想比焓降高的级效率，各级均应在最佳速度比附近工作，则相应的理想比焓降将明显增大，同时各级比焓降增加也较快。将明显增大，同时各级比焓降增加也较快。 ;1uunnWcllAGv大为使大大很大, 211即不至于过大，需要大，为使）沿叶高上升得多；很大，）btnhchl较快较快（较快大大)11topmhcxudGv能源洁净利用能源洁净利用2009 122 2、低压段、低压段蒸汽容积流量很

13、大，而通流面积受到一定限制，因此低压级的蒸汽容积流量很大，而通流面积受到一定限制，因此低压级的余余速损失较大速损失较大* * *；低压级一般都处于湿蒸汽区，存在；低压级一般都处于湿蒸汽区，存在湿汽损失湿汽损失，而，而且越往后该项损失越大；低压级的叶片高度很大，漏汽间隙所占且越往后该项损失越大；低压级的叶片高度很大，漏汽间隙所占比例不大，同时低压级段的蒸汽比容很大，因此比例不大，同时低压级段的蒸汽比容很大，因此漏汽损失很小漏汽损失很小；因为低压级的叶片平均直径虽然大，但没有比容降低的速度快，因为低压级的叶片平均直径虽然大，但没有比容降低的速度快，叶轮摩擦损失较小叶轮摩擦损失较小；由于低压级都是全

14、周进汽，所以；由于低压级都是全周进汽，所以没有部分进没有部分进汽损失汽损失。总之，对于低压级，由于湿汽损失很大，使效率降低，。总之，对于低压级，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。特别是最后几级，效率降低更多。 能源洁净利用能源洁净利用2009 13能源洁净利用能源洁净利用2009 14低压级典型级次级内损失分析图能源洁净利用能源洁净利用2009 153 3、中压段、中压段特点是蒸汽比容既不像高压级段那样很小，也不像低压级段特点是蒸汽比容既不像高压级段那样很小，也不像低压级段那样很大。因此，中压级有足够的叶片高度，叶高损失较小；那样很大。因此，中压级有足够的叶片高度，叶

15、高损失较小；一般为全周进汽，没有部分进汽损失。此外，中压级漏汽损一般为全周进汽，没有部分进汽损失。此外，中压级漏汽损失较小，叶轮摩擦损失也较小，也没有湿汽损失。所以，中失较小，叶轮摩擦损失也较小，也没有湿汽损失。所以，中压各级的压各级的级内损失较小，效率要比高压级和低压级都高级内损失较小，效率要比高压级和低压级都高。 为了保证汽轮机通流部分的通畅，各级喷嘴和动叶的高度沿为了保证汽轮机通流部分的通畅，各级喷嘴和动叶的高度沿蒸汽流动方向是逐渐增大的，所以中压各级的反动度一般介蒸汽流动方向是逐渐增大的，所以中压各级的反动度一般介于高压级和低压级之间，且逐渐增大。于高压级和低压级之间，且逐渐增大。 能

16、源洁净利用能源洁净利用四、重热现象和重热系数四、重热现象和重热系数 l在水蒸气的在水蒸气的h h- -s s图上图上等压线是沿等压线是沿着比熵增大的方向逐渐扩张着比熵增大的方向逐渐扩张的，的，也就是说，等压线之间的理想比也就是说，等压线之间的理想比焓降随着比熵的增大而增大。这焓降随着比熵的增大而增大。这样上一级的损失样上一级的损失( (客观存在客观存在) )造成造成比熵的增大将使后面级的理想比比熵的增大将使后面级的理想比焓降增大焓降增大，即上一级损失中的一，即上一级损失中的一小部分可以在以后各级中得到利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用，这种现象称为多级汽轮机的重热现象

17、。重热现象。 各级没有损失的总理想比焓降各级没有损失的总理想比焓降h hi imacmac为为 += 2 1ttmacthhh1p2p3p4p5phshmactht1ht2ht3ht4ht，2ht，3ht，4hi，1hi，2hi，3hi，4hmaci而各级累计理想比焓降而各级累计理想比焓降h ht t为为 mactttthhhh21+=能源洁净利用能源洁净利用四、重热现象和重热系数四、重热现象和重热系数 存在损失，使各级的累计理想比焓降存在损失，使各级的累计理想比焓降hhi i，大于没有损失时全机总的，大于没有损失时全机总的理想比焓降理想比焓降h hi imacmac。增大的那部分比焓降与没有

18、损失时全机总的理想比增大的那部分比焓降与没有损失时全机总的理想比降之比降之比，称为重热系数，称为重热系数( ( 0),0),凝汽式，凝汽式， 0.040.040.080.08。 仅仅是回收能量，必先有损失！mactmactthhh-=只有当各级有损失时，全机的效率才比各级的平均效率好一些，而不只有当各级有损失时，全机的效率才比各级的平均效率好一些，而不是说有损失时全机是说有损失时全机 的效率比没有损失时全机的效率高。更不能得到的效率比没有损失时全机的效率高。更不能得到越大，全机效率越高的结论。因为（越大，全机效率越高的结论。因为（1+1+ ）是在损失后的效率）是在损失后的效率 i ilevle

19、v的的基础上的，重热现象仅仅使得多级汽轮机能回收其损失的一部分而已。基础上的，重热现象仅仅使得多级汽轮机能回收其损失的一部分而已。因此认为重热系数越高，效率约好的观念是错误的。因此认为重热系数越高，效率约好的观念是错误的。)1 (+=levimaci能源洁净利用能源洁净利用l重热系数的大小与下列因素有关：重热系数的大小与下列因素有关： l(1)(1)多级汽轮机各级的效率。多级汽轮机各级的效率。级效率为级效率为1 1，没有损失，后面的，没有损失，后面的级也就无损失可利用，则级也就无损失可利用，则重热系数重热系数=0=0。级效率越低，损失级效率越低，损失越大，后面级利用的部分也越多，越大，后面级利

20、用的部分也越多，值也就越大值也就越大。 l(2)(2)多级汽轮机的级数。当级数越多，则上一级的损失被后面多级汽轮机的级数。当级数越多，则上一级的损失被后面级利用的可能性越大，利用的份额也越大级利用的可能性越大，利用的份额也越大, ,值将增大。值将增大。 l(3)(3)各级的初参数。当初温越高，初压越低时，初态的比熵值各级的初参数。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，较大，使膨胀过程接近等压线间扩张较大的部分，值较大值较大。此外，由于在过热蒸汽区等压线扩张程度较大，而在湿蒸。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，因此在过热区，汽区

21、较小，因此在过热区，值较大；湿汽区，值较大；湿汽区，值较小。值较小。 能源洁净利用能源洁净利用五、进汽阻力损失和排汽阻力损失五、进汽阻力损失和排汽阻力损失（一）进汽阻力损失（一）进汽阻力损失 p p0 0=(0.03=(0.030.05)p0.05)p0 0 l主汽阀、调节阀、蒸汽室的节流导致的节流损失。主汽阀、调节阀、蒸汽室的节流导致的节流损失。l与汽流速度、阀门类型、汽阀型线以及汽室形状有关，设计与汽流速度、阀门类型、汽阀型线以及汽室形状有关，设计时蒸汽通过速度时蒸汽通过速度404060m/s60m/s，设计良好时压损小于，设计良好时压损小于0.030.03。l单纯增大汽门的尺寸带来制造安

22、装上的困难，普遍使用带扩单纯增大汽门的尺寸带来制造安装上的困难，普遍使用带扩压段的单座阀。压段的单座阀。（二）排汽阻力损失（二）排汽阻力损失 p pc c=(0.02=(0.020.06)p0.06)pc c 排汽管中摩擦、涡流、转向等阻力损失，散热小，视为节流。排汽管中摩擦、涡流、转向等阻力损失，散热小，视为节流。取决于流速、排汽部分的结构形式以及型线的好坏。取决于流速、排汽部分的结构形式以及型线的好坏。速度限制，扩压的方法，设计良好的话可有效利用末级出口余速，速度限制，扩压的方法，设计良好的话可有效利用末级出口余速，阻力系数可小于阻力系数可小于0.05,0.05,甚至为负值。甚至为负值。能

23、源洁净利用能源洁净利用第二节第二节 汽轮机及其装置的评价指标汽轮机及其装置的评价指标l冷源损失、热力损失、机械损失、电机损失冷源损失、热力损失、机械损失、电机损失l1.1.汽轮机的相对内效率汽轮机的相对内效率 (2-7) 在汽轮机中，由于能量转换存在损失，只有蒸汽的有效比焓降降himac转换成有用功，而有效比焓降himac小于理想比焓降htmac，两者之比称为汽轮机的相对内效率，以i表示： imactimactihGhDP6 . 300=(2-8) D0和G0是分别以t/h和kg/s为单位的汽轮机进汽流量。 常态值：i=78%90% 能源洁净利用能源洁净利用l2.2.机械效率机械效率 l汽轮机

24、在运行中，需克服径向轴承和推力轴承的摩擦阻汽轮机在运行中，需克服径向轴承和推力轴承的摩擦阻力，同时还要带动主油泵和调速器，这些都要消耗一部分功力，同时还要带动主油泵和调速器，这些都要消耗一部分功率，统称为汽轮机的机械损失。考虑了机械损失后，汽轮机率，统称为汽轮机的机械损失。考虑了机械损失后，汽轮机联轴器端的输出功率联轴器端的输出功率( (轴端功率轴端功率) )P Pe e显然要小于汽轮机的内功显然要小于汽轮机的内功率率P Pi i，两者之比即为汽轮机的机械效率，两者之比即为汽轮机的机械效率m m：imimiiemPPPPPPP1(2-9) 一定转速下，Pm在不同负荷下近似为一常数， m随内功率

25、增加而增大。对于不同功率的机组，调速器、主油泵的消耗并不成正比增大，因此，大功率机组m比较高。机械损失，随转速增大而增大常态值：m=99% 能源洁净利用能源洁净利用l3.3.发动机效率发动机效率 l考虑了发电机的机械损失和电气损失后，发电机出线端的功考虑了发电机的机械损失和电气损失后，发电机出线端的功率率P Pelel要小于汽轮机的轴端功率要小于汽轮机的轴端功率P Pe e，两者之比即为发电机效率，两者之比即为发电机效率g gmimactelmimactelielghGPhDPPP006 . 3eggPP1(2-10) 发电机损失，包括发电机机械损失机械摩擦和鼓风等)和电气损失(电气方面的励磁

26、、铁心损失和线圈发热等)。 能源洁净利用能源洁净利用lelel表示了在表示了在lkglkg蒸汽所具有的理想比焓降中有多少能量最终蒸汽所具有的理想比焓降中有多少能量最终被转换成电能，称为汽轮发电机组的相对电效率，它是评价被转换成电能，称为汽轮发电机组的相对电效率，它是评价汽轮发电机组工作完善程度的一个重要指标。汽轮发电机组工作完善程度的一个重要指标。 4.汽轮发电机组的相对电效率 将式(2-7) i代入式(2-9) m ，再代入式(2-10)g可得： (2-11) (2-12) 能源洁净利用能源洁净利用l5.5.汽轮发电机组的绝对电效率汽轮发电机组的绝对电效率 l评价汽轮发电机组工作完善程度的另

27、一个重要指标是汽评价汽轮发电机组工作完善程度的另一个重要指标是汽轮发电机组绝对电效率，它是轮发电机组绝对电效率，它是lkglkg蒸汽理想比焓降中转换成电蒸汽理想比焓降中转换成电能的部分与整个热力循环中加给能的部分与整个热力循环中加给lkglkg蒸汽的热量之比，用蒸汽的热量之比，用a a、elel表示：表示： (2-13) 式中：h0为新蒸汽比焓；hc为凝结水比焓，有回热抽汽时，则为给水比焓hfw。对于汽轮发电机组，除用绝对电效率和相对电效率表示其经济性外，还常用每生产1kW.h电能所消耗的蒸汽量和热量来表示其经济性。 能源洁净利用能源洁净利用l6.6.汽耗率汽耗率 l机组每生产机组每生产lkW

28、.hlkW.h电能所消耗的蒸汽量称为汽耗率，用电能所消耗的蒸汽量称为汽耗率，用d dkg/(kWhkg/(kWh)来表示：来表示： l对于初终参数不同的汽轮机，即使功率相同，但它们消耗的蒸汽对于初终参数不同的汽轮机，即使功率相同，但它们消耗的蒸汽量却不同，所以就不能用汽耗率来比较其经济性，对于供热式汽量却不同，所以就不能用汽耗率来比较其经济性，对于供热式汽轮机更是如此。也就是说，汽耗率不适宜用来比较不同类型机组轮机更是如此。也就是说，汽耗率不适宜用来比较不同类型机组的经济性，而只能对同类型同参数汽轮机评价其运行管理水平。的经济性，而只能对同类型同参数汽轮机评价其运行管理水平。 (2-14) 能

29、源洁净利用能源洁净利用l7.7.热耗率热耗率 l对于不同参数的汽轮机可用热耗率来评价机组的经济性对于不同参数的汽轮机可用热耗率来评价机组的经济性。每生产。每生产lkWhlkWh电能所消耗的热量称为热耗率，以电能所消耗的热量称为热耗率，以qkJ/(kWhqkJ/(kWh)表示：表示： 对于中间再热机组，热耗率qkJ/(kWh)为: (2-15) (2-16) l从上述可知，热耗率从上述可知，热耗率q q和绝对电效率和绝对电效率elel都是衡量汽轮发电机组经都是衡量汽轮发电机组经济性的主要指标，一个以热量形式表示，另一个以效率形式表示济性的主要指标，一个以热量形式表示，另一个以效率形式表示，但它们

30、均未考虑锅炉效率、管道效率，以及厂用电等。，但它们均未考虑锅炉效率、管道效率，以及厂用电等。能源洁净利用能源洁净利用2009 27第二节第二节 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Paxrimg1、汽轮机的相对内效率、汽轮机的相对内效率mactirihDP6 .30=2、机械效率、机械效率rimactaxiaxmhDPPP6 . 30=3、发电机效率、发电机效率mrimactelaxelghDPPP6 . 30=4、汽耗率、汽耗率elrmactelhPDd.03600=5、热耗率、热耗率crrrrfwhhDDhhdq,00则汽轮发电机组的相对则

31、汽轮发电机组的相对和绝对电效率为：和绝对电效率为：elrtfwgmrimactelagmrielrhhh,0.,=能源洁净利用能源洁净利用2009 28表表2-22-2汽轮发电机组的效率及热经济性指标汽轮发电机组的效率及热经济性指标额定功额定功率率(MW)(MW)相对内效相对内效率率i i机械效率机械效率m m发电机效发电机效率率g g绝对电效绝对电效率率elel汽耗率汽耗率d dkg/(kkg/(kW Wh)h)热耗率热耗率q qkJ/(kkJ/(kW Wh)h)0.70.75 56 60.760.760.820.820.9650.9650.9850.9850.930.930.960.960

32、.284.94.91298012980121225250.820.820.850.850.9850.9850.990.990.9650.9650.9750.9750.300.300.330.334.74.74.14.11214012140108801088050501001000.850.850.870.870.990.990.980.980.9850.9850.370.370.390.393.73.73.53.596309630921092101251252002000.870.870.880.880.990.990.9850.9850.990.990.420.420.430.433.23.

33、23.03.085008500837083703003006006000.8850.8850.900.900.990.990.9850.9850.990.990.440.440.460.463.2-2.93.2-2.981008100781078106006000.900.900.990.990.9850.9850.990.990.460.463.23.27800p1pdpz h0=hahc=he=.hz-1=hz hs0p1p2p3p0h1zpzp芬诺曲线主轴zp0pE1np能源洁净利用能源洁净利用蒸汽依次流过各轴封片时不断膨胀，蒸汽密度蒸汽依次流过各轴封片时不断膨胀，蒸汽密度xx不断减小，

34、蒸汽不断减小，蒸汽流速流速cxcx必然逐渐增大。由于必然逐渐增大。由于c c大时比焓降也大，故轴封孔口的比大时比焓降也大，故轴封孔口的比焓降必然比前一片的比焓降大，即上图中所示的：焓降必然比前一片的比焓降大，即上图中所示的：abab cdcd ef ef。曲线。曲线bdfhbdfh称为等流量曲线，或称称为等流量曲线，或称芬诺曲线芬诺曲线。轴封前后的压力。轴封前后的压力改变或轴封间隙的改变都将使漏汽量改变，等流量曲线也将变成改变或轴封间隙的改变都将使漏汽量改变，等流量曲线也将变成另外一条曲线。另外一条曲线。 等流量曲线上顺流方向，蒸汽绝对温度越来越高，汽流速度越来等流量曲线上顺流方向，蒸汽绝对温

35、度越来越高，汽流速度越来越低，也就是说，临界流量只能发生在最后一片轴封孔口处，此越低，也就是说，临界流量只能发生在最后一片轴封孔口处，此时该轴封的漏汽量达到最大值。时该轴封的漏汽量达到最大值。 近似认为各轴封孔口环状漏汽面积近似认为各轴封孔口环状漏汽面积A Al l相等，而且通过流量相等，而且通过流量G Gl l相同，相同，则各孔口均有：则各孔口均有： (2-27) (2-27a) xxlllcAG=constcAGxxlll=能源洁净利用能源洁净利用( (二二) )曲径轴封漏汽量计算曲径轴封漏汽量计算 (2).(2).最后一片轴封孔口处的流速已达临界速度最后一片轴封孔口处的流速已达临界速度

36、l当轴封前的蒸汽状态、轴封后压力以及主要几何参数当轴封前的蒸汽状态、轴封后压力以及主要几何参数( (如漏汽面积、轴如漏汽面积、轴封齿数等封齿数等) )都给定时，轴封漏汽量将有一个确定的值。都给定时，轴封漏汽量将有一个确定的值。l(1).(1).最后一片轴封孔口处流速未达临界速度最后一片轴封孔口处流速未达临界速度02200)(zpppAGzlll=25. 100+=ZpAGlll(2-28) (2-29) l判别式：判别式： 25. 182. 00+Zppz(2-30) 漏汽量漏汽量流量系数流量系数环形孔口环形孔口的面积的面积 轴封前压力轴封前压力 背压背压轴封齿数轴封齿数能源洁净利用能源洁净利

37、用2.2.轴封孔口流量系数轴封孔口流量系数通过试验求取轴封孔口漏汽的流量通过试验求取轴封孔口漏汽的流量系数系数l l。试验所得的轴封孔口流量系数试验所得的轴封孔口流量系数l l与与轴封齿的形状及几何参数有关，可轴封齿的形状及几何参数有关，可由右图查得。从图中可以看出，轴由右图查得。从图中可以看出，轴封齿在进汽侧不应做成圆弧状，应封齿在进汽侧不应做成圆弧状，应保持轴封齿的尖锐边缘，此时流量保持轴封齿的尖锐边缘，此时流量系数较小，系数较小，l l=0.7=0.70.80.8。然而，。然而，轴封齿的尖锐边缘在汽轮机运行中轴封齿的尖锐边缘在汽轮机运行中会因摩擦而钝化，此时流动情况接会因摩擦而钝化，此时

38、流动情况接近于喷嘴，流量系数会增大到趋近近于喷嘴，流量系数会增大到趋近于于1 1。 能源洁净利用能源洁净利用前面假设进入下一片孔口的汽流初速接近于零，前面假设进入下一片孔口的汽流初速接近于零，计算结果对轴封直径不断变化而且小室空间较大计算结果对轴封直径不断变化而且小室空间较大的高低齿曲径轴封来说，足够准确。现在，平齿的高低齿曲径轴封来说，足够准确。现在，平齿光轴轴封光轴轴封( (右上图右上图) )在低压缸中得到了广泛应用（在低压缸中得到了广泛应用（允许汽机主轴受热后有较大的轴向位移）。但由允许汽机主轴受热后有较大的轴向位移）。但由于蒸汽进入下一片孔口前仍具有一定的初速，故于蒸汽进入下一片孔口前

39、仍具有一定的初速，故漏汽量增大。封汽效果不及高低齿曲径轴封。漏汽量增大。封汽效果不及高低齿曲径轴封。l右下图右下图表示了曲径轴封和光轴轴封流量系数的试表示了曲径轴封和光轴轴封流量系数的试验值。在通常采用的轴封孔口间隙范围验值。在通常采用的轴封孔口间隙范围(0.4(0.40.6mm)0.6mm)内，曲径轴封流量系数内，曲径轴封流量系数1 1，而光轴轴封流，而光轴轴封流量系数要比曲径轴封流量系数高出量系数要比曲径轴封流量系数高出20203535。因此，在平齿光轴轴封漏汽量计算中，进行系数因此，在平齿光轴轴封漏汽量计算中，进行系数k k1 1修正，修正，k k1 1值可根据光轴轴封尺寸值可根据光轴轴

40、封尺寸/s s和轴封片数和轴封片数Z Z由由右上图右上图查得。查得。能源洁净利用能源洁净利用2009 55汽封间隙与汽轮机相对内效率的关系 l根据文献提供的统计资料，高压汽轮机汽封间隙每增加根据文献提供的统计资料，高压汽轮机汽封间隙每增加0.05mm0.05mm，使级效率下降使级效率下降0.4%-0.6%0.4%-0.6%。 表表1 某某200MW汽轮机效率与汽封间隙变化值汽轮机效率与汽封间隙变化值序序 号号项项 目目单位单位高压缸高压缸中压缸中压缸低压缸低压缸1设计效率设计效率%85.990.584.52实测效率实测效率%81.8481.0974.863汽封间隙变化值汽封间隙变化值mm0.5

41、060.90.964能源洁净利用能源洁净利用2009 56汽轮机动静间隙对轴系振动的影响 l几乎所有的汽轮机转子都存在几乎所有的汽轮机转子都存在质量偏心或动不平衡质量偏心或动不平衡，在机组启动和带负荷运，在机组启动和带负荷运行时，避免不了要激发振动，特别是在通过行时，避免不了要激发振动，特别是在通过临界转速临界转速时，振幅会急剧增加。时，振幅会急剧增加。根据转子的幅频特性可知，理论上此时的振幅为无穷大，但由于轴承、轴封根据转子的幅频特性可知，理论上此时的振幅为无穷大，但由于轴承、轴封和汽封等动静间隙中的和汽封等动静间隙中的阻尼作用阻尼作用，其实际振幅虽增大，但不会很大。，其实际振幅虽增大，但不

42、会很大。l汽封阻尼作用的结论可用启机过程振幅变化特性得到证明，某电厂汽封阻尼作用的结论可用启机过程振幅变化特性得到证明，某电厂600MW600MW启机启机过程振幅变化特征如过程振幅变化特征如下下表所列表所列表表 某电厂某电厂600MW启动过程振幅值启动过程振幅值l由上表所列数据可以看出，汽机侧过临界转速时振幅与由上表所列数据可以看出，汽机侧过临界转速时振幅与3000r/min3000r/min振幅相比普振幅相比普遍较小，而遍较小，而发电机、励磁机侧普遍较大，其主要原因是汽机轴端及隔板均装发电机、励磁机侧普遍较大，其主要原因是汽机轴端及隔板均装有汽封，使过临界转速时振幅减小有汽封，使过临界转速时

43、振幅减小，由同一组数不难看出，高中压缸汽封阻，由同一组数不难看出，高中压缸汽封阻尼作用比低压缸汽封阻尼作用大。尼作用比低压缸汽封阻尼作用大。能源洁净利用能源洁净利用主轴穿过汽缸处有一定的径向间隙主轴穿过汽缸处有一定的径向间隙，应设置汽封。轴封设计准则：蒸，应设置汽封。轴封设计准则：蒸汽不外漏、空气不内漏。汽不外漏、空气不内漏。大型汽轮机的轴封比较长，通常分大型汽轮机的轴封比较长，通常分成若干段，相邻两段之间有一环形成若干段，相邻两段之间有一环形腔室，用以布置引出或导入蒸汽的腔室，用以布置引出或导入蒸汽的管道。为阻止蒸汽不外泄到大气，管道。为阻止蒸汽不外泄到大气，避免轴承的润滑油中带水，应使与避

44、免轴承的润滑油中带水，应使与大气交界的腔室处于微真空状态；大气交界的腔室处于微真空状态；为防止空气漏入汽缸，应使与蒸汽为防止空气漏入汽缸，应使与蒸汽交界的腔室处于正压状态。交界的腔室处于正压状态。第三节第三节 轴封蒸汽系统轴封蒸汽系统 能源洁净利用能源洁净利用高中压缸轴封高中压缸轴封 l每个汽封环均由每个汽封环均由4 4个用螺钉固定在弧段上的个用螺钉固定在弧段上的板状弹簧压住板状弹簧压住，螺，螺钉头下留有足够的间隙以允许弹簧（图钉头下留有足够的间隙以允许弹簧（图2-252-25详图详图B B）移动。）移动。l均均开有供压槽开有供压槽以使曲径汽封环以使曲径汽封环依靠外侧大于内侧的蒸汽作用依靠外侧

45、大于内侧的蒸汽作用力而径向就位力而径向就位。l高中压缸的曲径迷宫式轴封结构如图高中压缸的曲径迷宫式轴封结构如图2-252-25所示，当蒸汽通过所示，当蒸汽通过按照迷宫原理设计的大量汽室时，将压能转换成速度（动能按照迷宫原理设计的大量汽室时，将压能转换成速度（动能），随后动能湍流耗散，以实现汽封间的压力梯度，它可使），随后动能湍流耗散，以实现汽封间的压力梯度，它可使漏汽最小。漏汽漏汽最小。漏汽从从“Y”Y”腔室腔室（截面（截面A-AA-A）通过汽封壳体上的通过汽封壳体上的两个接口通至汽封冷却器两个接口通至汽封冷却器。汽封冷却器在。汽封冷却器在“Y”Y”腔室中维持一腔室中维持一低真空，以防止蒸汽通

46、过此腔室泄漏到汽轮机机房。密封汽低真空，以防止蒸汽通过此腔室泄漏到汽轮机机房。密封汽通过汽封壳体上半的通过汽封壳体上半的泄流管被送到泄流管被送到“X”X”腔室腔室（截面（截面A-AA-A）。）。在在“Y”Y”腔室，腔室，利用汽封蒸汽控制阀可自动保持该腔室在各种利用汽封蒸汽控制阀可自动保持该腔室在各种运行工况下的压力均在运行工况下的压力均在0.021MPa0.021MPa左右左右。能源洁净利用能源洁净利用低压缸轴封低压缸轴封 能源洁净利用能源洁净利用真空真空图 汽轮机在空负荷或低负荷空负荷或低负荷下的汽封系统0.1006MPa101325Pa0.1250.132MPa0.1250.132MPa0

47、.1006MPa101325Pa真空真空能源洁净利用能源洁净利用图 汽轮机在25%负荷或更高负荷下负荷或更高负荷下的汽封系统0.1006MPa101325Pa0.1250.132MPa0.1250.132MPa0.1006MPa101325Pa真空真空正压正压能源洁净利用能源洁净利用第三节第三节 轴封蒸汽系统轴封蒸汽系统 l该系统是由汽轮机的该系统是由汽轮机的轴封装置、汽封冷却器、轴封压力调节阀、轴封风轴封装置、汽封冷却器、轴封压力调节阀、轴封风机、压力调节阀以及相应的管道、阀门机、压力调节阀以及相应的管道、阀门等部件组成。等部件组成。l在汽轮机启动和低负荷运行时，汽轮机各汽缸内的压力都低于大

48、气压力在汽轮机启动和低负荷运行时，汽轮机各汽缸内的压力都低于大气压力。轴封蒸汽系统的汽源来自辅助蒸汽系统，这些蒸汽经过汽封供气阀门。轴封蒸汽系统的汽源来自辅助蒸汽系统，这些蒸汽经过汽封供气阀门站，进入站，进入轴封蒸汽母管轴封蒸汽母管。汽封供气阀门站汽封供气阀门站通过通过调整调整使轴封蒸汽压力略高使轴封蒸汽压力略高于大气压力。此时，于大气压力。此时，汽封溢流阀处于关闭状态汽封溢流阀处于关闭状态。 l随着机组随着机组负荷的增加负荷的增加，高、中压缸轴封漏汽和高、中压缸进汽阀的阀杆高、中压缸轴封漏汽和高、中压缸进汽阀的阀杆漏汽也相应增加漏汽也相应增加，致使，致使轴封蒸汽压力上升轴封蒸汽压力上升。于是

49、，。于是，汽封供气阀门站逐渐汽封供气阀门站逐渐将进汽阀关小将进汽阀关小，以维持轴封蒸汽压力正常值。，以维持轴封蒸汽压力正常值。当排汽压力超过当排汽压力超过“X”X”腔室腔室压力时，通过内汽封圈发生反向流动，流量随着排汽压力的升高而增加压力时，通过内汽封圈发生反向流动，流量随着排汽压力的升高而增加，因此，因此，高压缸高压缸的各汽封约在的各汽封约在1010负荷时变成自密封负荷时变成自密封，中压缸中压缸的各汽封的各汽封约在约在2525负荷时变成自密封负荷时变成自密封，见图，见图5-35-3所示。此时，所示。此时，蒸汽从蒸汽从“X”X”腔室排腔室排到汽封系统的联箱，再从联箱流向低压汽封。此时，轴封蒸汽

50、压力改为到汽封系统的联箱，再从联箱流向低压汽封。此时，轴封蒸汽压力改为汽封溢流阀门站来控制汽封溢流阀门站来控制。汽封溢流阀门站将多余的蒸汽排放至凝汽器。汽封溢流阀门站将多余的蒸汽排放至凝汽器。如果溢流调节阀达到其行程末端，或者运行出故障而多余蒸汽无法排放如果溢流调节阀达到其行程末端，或者运行出故障而多余蒸汽无法排放时，手动溢流旁路阀必须打开。时，手动溢流旁路阀必须打开。 能源洁净利用能源洁净利用l去往各个汽封的密封蒸汽压力是由下述去往各个汽封的密封蒸汽压力是由下述四个气动膜板驱动阀四个气动膜板驱动阀来调节：来调节：高压供汽阀、冷端再热供汽阀、溢流阀、辅助供汽高压供汽阀、冷端再热供汽阀、溢流阀、

51、辅助供汽阀阀。l各整定值（近似）如下：各整定值（近似）如下：l高压供汽高压供汽0.0207MPa0.0207MPa表压表压 l辅助供汽辅助供汽0.0241MPa0.0241MPa表压表压l冷再热供汽冷再热供汽0.0276MPa0.0276MPa表压表压l溢流溢流0.0310MPa0.0310MPa表压表压l高压供汽阀调整在最低的压力给定值，辅助供汽阀的给定值高压供汽阀调整在最低的压力给定值，辅助供汽阀的给定值比高压供汽阀的给定值高比高压供汽阀的给定值高3450Pa3450Pa，冷端再热供汽阀的给定值，冷端再热供汽阀的给定值比辅助供汽阀的给定值高比辅助供汽阀的给定值高3450Pa3450Pa，溢

52、流调节阀的给定值比冷，溢流调节阀的给定值比冷端再热供汽阀高端再热供汽阀高3450Pa3450Pa。 能源洁净利用能源洁净利用ASASASAS去中压缸下半进汽口去中压缸上半进汽口中压联合汽阀去中压缸上半进汽口去中压缸下半进汽口再热器来中压联合汽阀来自锅炉高压主汽阀来自锅炉高压主汽阀去排汽装置去高压缸上半进汽口去高压缸上半进汽口去高压缸下半进汽口去高压缸下半进汽口PI至再热冷段B小汽机汽封回汽A小汽机汽封回汽TIPILILS轴封加热器凝结水来至7#低加凝结水泵坑疏水扩容器PI疏水扩容器低压缸低压缸TETETETEPIPIPIPI高压缸中压缸至疏水扩容器BDV阀至疏水扩容器自主调节阀来自中压联合汽阀

53、PIPI自主调节阀来自中压联合汽阀高压调节阀二段阀杆漏汽PIPI再热冷段VV阀疏水扩容器至除氧器小汽机前汽封小汽机后汽封疏水扩容器疏水扩容器PTPTTE疏水扩容器辅助蒸汽来再热冷段凝结水来至中压缸排汽三级水封能源洁净利用能源洁净利用汽封冷却器（上汽汽封冷却器（上汽600MW600MW超临界机组）超临界机组）能源洁净利用能源洁净利用2009 66轴封加热器轴封加热器 l泰州电厂机组设置泰州电厂机组设置一台卧式一台卧式U U型管式轴型管式轴封加热器，结构与封加热器，结构与低加相似，由壳体、低加相似，由壳体、管道、管板、水室管道、管板、水室等组成的卧式结构。等组成的卧式结构。两台风机固定在壳两台风机

54、固定在壳体上方的支架上，体上方的支架上，接口与电动风机相接口与电动风机相连接。整个冷却器连接。整个冷却器由壳体下部的支架由壳体下部的支架固定在支座上，右固定在支座上，右边的支架为死点，边的支架为死点，左边的支架用来支左边的支架用来支持和保证冷却器能持和保证冷却器能向左侧自由的膨胀。向左侧自由的膨胀。能源洁净利用能源洁净利用2009 67轴封供汽口轴封供汽口轴封回汽轴封回汽梳齿汽封梳齿汽封中缸后汽封中缸后汽封能源洁净利用能源洁净利用2009 68高缸后汽封高缸后汽封梳齿汽封梳齿汽封高缸末级静叶高缸末级静叶轴封漏气（一漏）轴封漏气（一漏）轴封供汽槽轴封供汽槽能源洁净利用能源洁净利用2009 69三、轴封系统三、轴封系统 在汽轮机的高压端和在汽轮机的高压端和低压端虽然都装有轴低压端虽然都装有轴端汽封，能减少蒸汽端汽封，能减少蒸汽漏出漏出( (高压端高压端) )或空气或空气漏入排汽缸（低压漏入排汽缸（低压端），但是泄漏现象端），但是泄漏现象仍不可能完全消除。仍不可能完全消除。为了为了阻止低压侧空气阻止低压侧空气漏入漏入排汽缸，以及排汽缸，以及回回收高压缸泄漏的蒸汽收高压缸泄漏的蒸汽和和利用漏汽的热量利用漏汽的热量，汽轮机均设置有汽封汽轮机均设置有汽封系统。系统。能源洁净利用能源洁净利用