汽轮机原理第二章10.18实用教案

1、多级汽轮机：由若干级按工作压力高低顺序排列而成，每一级承担蒸汽总比焓降的一部分，蒸汽依次通过各级将热能转变汽轮机转子(zhun z)旋转机械功。高压级段、中压级段和低压级段三个部分 。蒸汽(zhn q)经过调节阀门进入喷嘴室，通过喷嘴，在调节级内作功；在调节级后充分混合均匀的蒸汽继续在各压力(yl)级中作功直到汽轮机排汽口。 第1页/共52页第一页，共52页。31 多级汽轮机的工作多级汽轮机的工作(gngzu)过程过程1） 多级汽轮机各级都在最佳速比(s b)附近工作；4） 在一定条件下，多级汽轮机的余速动能可以全部(qunb)或部分地被下一级利用；2） 多级汽轮机各级的比焓降较小，速比一定时

2、级的圆周速度和平均直径较小，所以在容积流量相同的条件下，喷嘴出口高度增大，叶高损失减小，喷嘴流动效率较高；3） 由于重热现象，多级汽轮机前面级的损失可以部分地被下面各级利用，使全机相对内效率提高。初参数、终参数、级间抽汽（回热循环、再热循环）；一、多级汽轮机的特点和工作过程（一）多级汽轮机的特点1. 循环热效率提高第2页/共52页第二页，共52页。3） 由于新蒸汽与再热蒸汽温度的提高由于新蒸汽与再热蒸汽温度的提高(t go)，多级汽轮机，多级汽轮机 工作温度较高，对零部件的金属材料要求提高工作温度较高，对零部件的金属材料要求提高(t go)4） 级数级数(j sh)增加，零部件增多，使汽轮机的

3、机构复杂，全机制造成本相应提高增加，零部件增多，使汽轮机的机构复杂，全机制造成本相应提高3. 单位功率(gngl)的投资以及运行成本明显降低 4. 存在的问题 第3页/共52页第三页，共52页。1.高压(goy)段（二）、多级汽轮机的工作(gngzu)过程1sin adeAlmnn第4页/共52页第四页，共52页。1.高压(goy)段（二） 、多级汽轮机的工作(gngzu)过程1sin adeAlmnn1）叶高较小，端部损失(snsh)较大第5页/共52页第五页，共52页。1.高压(goy)段（二） 、多级汽轮机的工作(gngzu)过程2）反动(fndng)度选取小小小小小topmhcxudG

4、v11)(变化小变化小变化小tmhdv3）高压级蒸汽比体积较小各级平均直径相应较小。 各级间比体积变化也不大平均直径变化平缓。第6页/共52页第六页，共52页。1.高压(goy)段（二） 、多级汽轮机的工作(gngzu)过程4）级内损失(snsh)第7页/共52页第七页，共52页。2.低压(dy)段第8页/共52页第八页，共52页。取得相当大，喷嘴出口汽流角为了避免叶片高度太大1) 1显增大级的反动度在低压段明)2uunnWcllAGv大为使大大很大1;2.低压(dy)段 当叶片高度很大时，避免叶根处产生负反动度； 当级的比焓降增大以后，为了防止(fngzh)喷嘴出口汽流速度超过临界速度，过多

5、采用缩放喷嘴，而增大级的反动度。比焓降增大较快）低压段中各级的理想3较快较快（较快大大topmhcxudGv11)第9页/共52页第九页，共52页。失很小叶高损失很小，摩擦损大，漏气损失很小，损失较大，湿汽损失较低压段中的损失：余速)42.低压(dy)段第10页/共52页第十页，共52页。3.中压段1）再热后，压力降低，温度高，密度小，所以漏气损失和叶轮摩擦损失都小；2）叶片高度较高压级大，所以叶高损失小；3）全周进汽，无部分(b fen)进汽损失；（高压段部分(b fen)进汽损失大）；4）不存在湿蒸汽区，无湿蒸汽损失；5）余速动能可被全部利用。iii中低高第11页/共52页第十一页，共52

6、页。第一级损失造成比熵增大第一级损失造成比熵增大(zn d)后（沿等压线），第二级理想比焓后（沿等压线），第二级理想比焓降变为：降变为：（1）重热现象：上一级损失造成的比熵增大将）重热现象：上一级损失造成的比熵增大将使后面级的理想比焓降增大，即上一级损失中的使后面级的理想比焓降增大，即上一级损失中的一小部分可以在以后一小部分可以在以后(yhu)各级中得到利用。各级中得到利用。二、多级汽轮机的重热现象(xinxing)第12页/共52页第十二页，共52页。第13页/共52页第十三页，共52页。重热系数重热系数(xsh)0a提高提高(t go)汽轮机效率的根本途径是提高汽轮机效率的根本途径是提高(

7、t go)各级的相对内效率。各级的相对内效率。由图可知，重热系数(xsh)的提高使全级效率的增大远小于级效率的降低所引起全机效率的降低。(1)siriritHH0ttthHH第14页/共52页第十四页，共52页。32 轴封及其效率轴封及其效率(xio l)漏汽：高压缸和中压缸的两端蒸汽向外泄漏，效率降低，凝结水损失增大；漏汽：高压缸和中压缸的两端蒸汽向外泄漏，效率降低，凝结水损失增大；漏气漏气(lu q)：低压缸和低压缸的两端，空气向内泄漏，机组真空恶化，抽气器负荷增大；：低压缸和低压缸的两端，空气向内泄漏，机组真空恶化，抽气器负荷增大；轴封（轴端汽封）：高压缸或高压段采用轴封（轴端汽封）：高

8、压缸或高压段采用(ciyng)曲径轴封曲径轴封 低压缸或低压段采用低压缸或低压段采用(ciyng)光轴轴封光轴轴封第15页/共52页第十五页，共52页。轴封蒸汽(zhn q)母管第16页/共52页第十六页，共52页。1. 轴封供汽1）启动或低负荷运行时， 轴封系统的蒸汽汽源来自(li z)辅助蒸汽母管或再热蒸汽冷段蒸汽母管。 轴封蒸汽压力调节器控制补给调节阀的开度，确保轴封蒸汽母管压力略高于大气压力，并关闭出口调节阀。当进汽调节阀全关时，轴封蒸汽(zhn q)的汽源为高、中压缸轴封漏汽。1，随着汽轮机负荷的增加，高、中压缸轴封漏汽量和高、中压进汽阀阀杆漏汽量也相应地增加，致使轴封蒸汽压力升高。

9、于是，轴封蒸汽压力调节器逐渐关小进汽阀的开度，以维持轴封蒸汽母管的正常压力；2，如果去低压缸轴封的轴封蒸汽温度(wnd)太高，温度(wnd)控制器控制温度(wnd)调节器的开度，凝结水通过温度(wnd)调节阀向减温器喷水，以维持轴封蒸汽的正常温度(wnd)为150。第17页/共52页第十七页，共52页。2. 轴封漏汽相邻两个轴封段之间形成1个腔室。1）高压缸前轴封A设置(shzh)成5段4个腔室的轴封结构，其中内缸前轴封有1段，外缸前轴封有4段。高压缸后轴封B设置(shzh)成4段3个腔室的结构。 2）中压缸前轴封为6段5腔室结 构 ，其中(qzhng)内缸前轴封有2段，外缸前轴封有4段。 3

10、）中压缸后轴封D为3段2腔室结构；4）低压(dy)缸前后轴封E、F、G、H均为3段2腔室结构。 A1腔室漏汽排入高压内、外缸夹层。A2、B1和C3腔室的漏汽，则分别经过各自的节流孔板后，去中压缸排汽管道，即至5号加热器。 A3、B2、C4和D1腔室的漏汽，均接至低压缸前、后轴封的轴封蒸汽管道。 C2腔室的漏汽与高压缸第7级后的出汽管道相连，去3号加热器。 第18页/共52页第十八页，共52页。3. 轴封回汽B3、A4、C5、D2、E2、F2、G2和H2等腔室漏汽，为轴封漏汽和空气的混合物 ，与回汽母管相通，排入轴封冷却器。轴封风机维持回汽母管微真空(zhnkng)，防止蒸汽外漏。轴封系统设计(

11、shj)思路：(1)由于高压侧与外界的压差大，汽封齿多，轴封分段较多，两段之间设腔室；(2)采用轴封后，总有少量蒸汽由高压处向低压处漏出，各个腔室中蒸汽有不同压力，通过相连(xin lin)的管道引至压力相当的加热器或汽缸夹层，以回收漏汽的热量和工质；(3)最外侧的腔室（如图35中A4、B3、C5、D2、E2、F2、G2、H2）通过轴封冷却器、轴封风机，维持微真空，由于低于1个大气压力，蒸汽不会漏至大气。尚有少量空气漏入，经轴封风机抽出；(4)最外第2层腔室（如A3、B2、C4、D1、E1、F1、G1、H1）与轴封蒸汽母管相连(xin lin)，通过调节器维持一个稳定且略高于大气压力的状态，防

12、止空气漏入低压缸内。 第19页/共52页第十九页，共52页。等流量(liling)曲线汽封片与主轴上凹凸槽相错对应，构成狭小的径向环形(hun xn)齿隙，每二个齿隙之间形成一个环形(hun xn)汽室。蒸汽进入汽封片后的环形汽室，通道面积突然扩大，流速降低，产生涡流和碰撞，使蒸汽具有的动能全部损失转变为热能。在汽室压力p1下，重新加热到蒸汽中去，蒸汽的比焓恢复(huf)到原来的比焓值。 等比焓节流过程 。各齿隙面积Al相等 各齿隙的漏汽量Gl完全相同. 1122lllGccA常数蒸汽依次流过各齿隙时，随着压力逐齿下降，蒸汽质量密度相应减小，所以齿隙出口处的蒸汽速度逐齿增加，其比焓降也逐齿增大

13、，即：ab cd ，曲线bdfh称为芬诺曲线。 10121kkznczppk最后一个齿封，临界速度。汽封片主轴上凹凸槽第20页/共52页第二十页，共52页。任一轴封孔口任一轴封孔口(kn ku)的汽流速度的汽流速度=临界速度临界速度减小等流量(liling)曲线第21页/共52页第二十一页，共52页。xxpppp1表示，环形孔口前后的压差用似按不可压缩流体处理比容变化不大，可以近很小，蒸汽通过孔口时p1222 xxlllppAG常数0011ppxx常数 00212pAGpplllx等比焓节流过程，T0不变。第22页/共52页第二十二页，共52页。第23页/共52页第二十三页，共52页。常数00

14、11ppzz100112kkcnckpp102/00021kkkntnnnpkGAkv第24页/共52页第二十四页，共52页。3 . 1k若压力若压力(yl)比比第25页/共52页第二十五页，共52页。但是尖锐但是尖锐(jinru)边缘在汽机运行中会因摩擦钝化，边缘在汽机运行中会因摩擦钝化，此时此时流动情况接近喷嘴。流动情况接近喷嘴。流动(lidng)情况会接近渐缩喷嘴，而使漏汽流量系数增大，漏汽量增大，汽封效果减弱。第26页/共52页第二十六页，共52页。低压缸汽封中常采用光轴汽封（平齿汽封）：1，避免大轴向膨胀的危害；2，方便主轴加工和安装；蒸汽通过某一齿隙时其流动动能没有在齿隙后汽室中全

15、部损失掉，而是保留着一部分动能（初速）进入下一个齿隙。在汽封前、后参数(cnsh)和齿数、齿隙面积不变的情况下，其漏汽量会比高低齿曲径汽封有所增加。（a）光轴汽封示意图；（b）光轴汽封修正曲线图图39 光轴汽封的修正系数光轴汽封的修正系数（a）光轴汽封示意图；（b）光轴汽封修正曲线图图39 光轴汽封的修正系数光轴汽封的修正系数第27页/共52页第二十七页，共52页。4) 基本基本(jbn)计算公式的分计算公式的分析析存在存在(cnzi)的问题：的问题：1. 临界点的计算结果不一致临界点的计算结果不一致(yzh)2. 需要判别在轴封段的最末一片需要判别在轴封段的最末一片中是否达到临界速度中是否达

16、到临界速度111/20000111/20000)12(12)12(12kkkknknkknkknknnncnkkvpkkAvpkkAGG000011)12(vpkkAGkknntc100112kkcnckpp102/00021kkkntnnnpkGAkv00000.6673,1.3ntcnpGAkv第28页/共52页第二十八页，共52页。图图310汽封无因子漏汽量比曲线汽封无因子漏汽量比曲线5) 计算曲径轴封漏气计算曲径轴封漏气(lu q)量的单一表达式量的单一表达式当轴封最后一片当轴封最后一片(y pin)孔口处未达到临界速度时孔口处未达到临界速度时当轴封最后一片孔口处达到当轴封最后一片孔口

17、处达到(d do)临界速临界速度时度时无因子漏汽量比：汽封漏汽量G与假定该段汽封只有1个齿隙（即z1）时的临界漏汽量(Gl，cr)m之比。 第29页/共52页第二十九页，共52页。 (四)布莱登汽封传统传统(chuntng)特点：特点：汽封环背部是片状弹簧，将汽封环顶向转子。汽封环背部是片状弹簧，将汽封环顶向转子。片状弹簧的作用：当汽轮机运行时一旦发生转子与片状弹簧的作用：当汽轮机运行时一旦发生转子与汽封片摩擦，汽封环可以退让，不致造成过度的刚汽封片摩擦，汽封环可以退让，不致造成过度的刚性摩擦。性摩擦。实际上，由于作用在汽封环上的片状弹簧的刚度和实际上，由于作用在汽封环上的片状弹簧的刚度和预紧

18、力较大，虽然名为弹性汽封，但在动、静部分预紧力较大，虽然名为弹性汽封，但在动、静部分碰摩时退让作用是有限的。碰摩时退让作用是有限的。布莱登汽封特点；布莱登汽封特点；启动时，在周向螺旋弹簧力作用下，汽封环启动时，在周向螺旋弹簧力作用下，汽封环沿圆周沿圆周(yunzhu)向张开，使动、静部分向张开，使动、静部分达到最大间隙，其最大汽封齿间隙可达到达到最大间隙，其最大汽封齿间隙可达到3mm以上，避免了启动过程中由于振动及以上，避免了启动过程中由于振动及变形而导致的碰摩。变形而导致的碰摩。运行时，高压侧蒸汽进入汽封体，汽封环外运行时，高压侧蒸汽进入汽封体，汽封环外径处受到进汽侧压力作用，与内径处的压力

19、径处受到进汽侧压力作用，与内径处的压力差也逐渐增大，最后这一压差足以克服弹簧差也逐渐增大，最后这一压差足以克服弹簧力，将所有汽封环顶向转子侧，达到设计的力，将所有汽封环顶向转子侧，达到设计的汽封齿间隙，其设计最小汽封齿间隙可达汽封齿间隙，其设计最小汽封齿间隙可达0.32mm。取消了位于汽封环外径处的片状弹簧(tnhung)，在不同汽封环弧段之间，沿圆周方向装有4根螺旋弹簧(tnhung)，在汽封环进汽侧（高压侧）开一条通汽槽，供进汽侧蒸汽流入汽封环背部（外径处）。布赖登汽封适用布赖登汽封适用：汽封环前后的设计压差要足够大，适用于高、中压缸轴端汽封和隔板汽封中，在轴端汽封最外三段不能使用布莱登汽

20、封，以在启动过程中建立真空。第30页/共52页第三十页，共52页。二、二、 进汽阻力进汽阻力(zl)损失和排汽阻力损失和排汽阻力(zl)损失损失（一）压力(yl)损失图图3 315 15 一次中间再热汽轮机热力过程线一次中间再热汽轮机热力过程线1, 蒸汽在进入汽轮机工作级之前，必须先通过(tnggu)主汽阀和调节汽阀、主蒸汽管道、蒸汽室等;2, 再热蒸汽流过再热器和再热冷、热管道时的压力损失;3, 蒸汽流经中压联合进汽阀（中压主汽阀与中压调节汽阀）的压力损失 5,汽轮机的排汽从末级动叶出口，经排汽缸流至凝汽器，为克服汽流的摩擦阻力和涡流，造成其压力降低，这部分压力损失称为汽轮机排汽阻力损失。

21、4, 采用分缸结构时，蒸汽经过二个汽缸之间连通管时，其流动阻力引起压力损失. 第31页/共52页第三十一页，共52页。图图3 315 15 一次中间再热汽轮机热力过程线一次中间再热汽轮机热力过程线中压联合进汽阀处于全开状态，当负荷小于30%额定负荷时，才参与调节，所以，中压主汽阀与中压调节汽阀的压力损失要比高压主汽阀和调节汽阀的压力损失小。 对于(duy)中间再热汽轮机而言，进汽机构的压力损失主要影响高压缸的理想比焓降。 减少进汽损失减少进汽损失(snsh)的的措施：措施：1)限制蒸汽限制蒸汽(zhn q)流速：阀门全流速：阀门全开时，蒸汽开时，蒸汽(zhn q)速度不大于速度不大于4060

22、m/s。2)改善蒸汽改善蒸汽(zhn q)在汽门中的流在汽门中的流动特性动特性第32页/共52页第三十二页，共52页。排汽阻力损失：排汽在排汽管中流动时，由于摩擦、涡流、转向等排汽阻力损失：排汽在排汽管中流动时，由于摩擦、涡流、转向等阻力作用阻力作用(zuyng)而有压力降落，这部分没有做功的压降损失，而有压力降落，这部分没有做功的压降损失，称为汽轮机的排汽阻力损失。称为汽轮机的排汽阻力损失。动叶出口的静压表示凝汽式汽轮机末级cp表示凝汽器喉部的静压cpccppp排汽阻力损失：）理想比焓降（ mactmacthh()排汽阻力(zl)损失：第33页/共52页第三十三页，共52页。扩压：把排汽动能

23、转换为静压，以补偿排汽管中的压力扩压：把排汽动能转换为静压，以补偿排汽管中的压力(yl)损失，可以提高机组的经济性损失，可以提高机组的经济性.先扩压后转向先扩压后转向(zhunxing)的径的径向扩压管向扩压管先转向先转向(zhunxing)后扩压的轴后扩压的轴向扩压管向扩压管1,排汽段设计成效率较好的扩压段，使排汽的动能转变成静压，以补偿排汽管中的压力损失，力求pc尽可能接近pc。2,采用限制流速、设置导流环、导流板等减少流动阻力的措施。设计良好的排汽段，流动阻力系数可以取得小些。第34页/共52页第三十四页，共52页。静压恢复系数静压恢复系数能量能量(nngling)损损失系数失系数排汽管

24、的好坏，一般可用能量(nngling)损失系数和静压恢复系数来衡量。汽流通过排汽管的压力(yl)损失21ex21 12ppcex21 12cexex1第35页/共52页第三十五页，共52页。扩压管内蒸汽流动压力扩压管内蒸汽流动压力变化的两个原因：变化的两个原因：1）蒸汽流速）蒸汽流速(li s)降降低，所引起压力的增加；低，所引起压力的增加；2）壁面摩擦所引起压力）壁面摩擦所引起压力的减小。的减小。排汽管进口(jn ku)状态点2，3，4：排汽管出口(ch ku)状态点。排汽管进口参数滞止为0点排汽管进口蒸汽动能第36页/共52页第三十六页，共52页。ahh31总损失：过程线：1-3（1-10

25、-3）；焓增原因：a)摩擦引起排汽焓增;b) 扩压引起焓增，回收(hushu)了部分位能。排汽管总损失(snsh)：21ex21 102ppc静压恢复系数：ex21 112c能量损失(snsh)系数：过程线：1-2；摩擦引起排汽焓增，速度减小。101/扩压不仅克服了部分排汽管阻力所消耗的动压头，还提高了蒸汽的压能，使得排汽管进口压力可以低于环境压力，从而使得机组有效焓降增大，提高了机组效率。第37页/共52页第三十七页，共52页。这表明这表明(biomng)排汽管的阻力损失很大，气流通过排汽管时恢复的位能不足以补偿损失，排汽管的阻力损失很大，气流通过排汽管时恢复的位能不足以补偿损失，还需要另外

26、消耗一部分静压头来克服排汽管的压力。还需要另外消耗一部分静压头来克服排汽管的压力。10扩压管内蒸汽流动过程线：1-4（1-1/-4）：1-1/释放部分位能(winng)后，扩压所回收的压能=摩擦所消耗的压能。若将p2/看成(kn chn)背压，则排汽管出口压力p1要高于p2/；第38页/共52页第三十八页，共52页。四、汽轮机装置四、汽轮机装置(zhungzh)的效率及热经济性指的效率及热经济性指标标(一)相对效率第39页/共52页第三十九页，共52页。四、汽轮机装置四、汽轮机装置(zhungzh)的效率及热经济性的效率及热经济性指标指标(一)相对效率第40页/共52页第四十页，共52页。四、

27、汽轮机装置的效率四、汽轮机装置的效率(xio l)及热经济性指标及热经济性指标(二)绝对(judu)效率第41页/共52页第四十一页，共52页。四、汽轮机装置的效率四、汽轮机装置的效率(xio l)及热经济性指标及热经济性指标(三)其他重要(zhngyo)热经济性指标第42页/共52页第四十二页，共52页。四、汽轮机装置的效率四、汽轮机装置的效率(xio l)及热经济性指及热经济性指标标(三)其他(qt)重要热经济性指标第43页/共52页第四十三页，共52页。四、汽轮机极限功率和提高四、汽轮机极限功率和提高(t go)单机功率的措施单机功率的措施极限(jxin)功率：在一定(ydng)的蒸汽初终参数和转速下，单排汽口凝汽式汽轮机所能发出的最大功率 单排汽口极限功率约为110150兆瓦。 提高单机功率措施：第44页/共52页第四十四页，共52页。25 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(pnghng)一、轴向推力一、轴向推力在轴流式汽轮机中，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对汽轮机转