《汽轮机原理》第03章01

1、1第三章第三章 多级汽轮机多级汽轮机 第一节第一节 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的工作过程一、多级汽轮机的特点和工作过程一、多级汽轮机的特点和工作过程 （一）多级汽轮机的特点（一）多级汽轮机的特点： 为了提高汽轮机的功率为了提高汽轮机的功率 ，就必须增加汽轮机的，就必须增加汽轮机的进汽量进汽量G G 和蒸汽的和蒸汽的理想焓降理想焓降。 从从经济经济和和安全安全两个方面来考虑，只有一个级的汽轮机要能有两个方面来考虑，只有一个级的汽轮机要能有效地利用很大的理想焓是不可能的。为了有效地利用蒸汽的理想焓降，效地利用很大的理想焓是不可能的。为了有效地利用蒸汽的理想焓降，唯一的办法就是采用多级汽轮机。多

2、级汽轮机的一级只利用总焓降中的唯一的办法就是采用多级汽轮机。多级汽轮机的一级只利用总焓降中的一部分。一般来说，高压级的焓降在一部分。一般来说，高压级的焓降在3060kJ/kg3060kJ/kg，低压级的焓降在，低压级的焓降在120160kJ/kg120160kJ/kg。使每一级都能在。使每一级都能在最佳速度比最佳速度比附近工作，就能有效地利用附近工作，就能有效地利用蒸汽的理想焓降，提高机组效率。蒸汽的理想焓降，提高机组效率。 2多级汽轮机的特点：多级汽轮机的特点：1.1. 循环热效率高采用多级汽轮机，可提高蒸汽初参数，降低排气参数，实现循环热效率高采用多级汽轮机，可提高蒸汽初参数，降低排气参数

3、，实现回热循环和再热循环。回热循环和再热循环。提高循环的平均吸热温度，降低平均放热温度，从提高循环的平均吸热温度，降低平均放热温度，从而时循环热效率提高。而时循环热效率提高。2.2. 相对内效率提高相对内效率提高（1 1）在整机焓降不变情况下，可使各级都在最佳速度比附近工作。）在整机焓降不变情况下，可使各级都在最佳速度比附近工作。（2 2）可使每级焓降、平均直径和叶高比较合理。）可使每级焓降、平均直径和叶高比较合理。（3 3）可使重热得到部分利用，以提高级效率。）可使重热得到部分利用，以提高级效率。（4 4）多级汽轮机可使余速动能得到利用。）多级汽轮机可使余速动能得到利用。3.3. 单位功率的

4、投资和运行成本降低单位功率的投资和运行成本降低4.4. 其他方面的优势其他方面的优势 大容量机组可采用先进控制技术和环保技术。总之，采用多级汽轮机，大容量机组可采用先进控制技术和环保技术。总之，采用多级汽轮机，具有效率高、功率大、性能稳定、单位功率的投资小等特点。具有效率高、功率大、性能稳定、单位功率的投资小等特点。3 和单级汽轮机相比较，多级汽轮机具有和单级汽轮机相比较，多级汽轮机具有单机功率大单机功率大和和内效率高内效率高的特点。的特点。 多级汽轮机有多级汽轮机有冲动式冲动式和和反动式反动式两种。国产两种。国产100MW100MW、125MW125MW、200MW200MW汽轮机汽轮机都是

5、冲动式多级汽轮机；国产都是冲动式多级汽轮机；国产300MW300MW、600MW600MW汽轮机则是反动式汽轮机。也有汽轮机则是反动式汽轮机。也有冲动式的机组。冲动式的机组。 多级汽轮机通常采用喷嘴调节（控制进汽量），称之多级汽轮机通常采用喷嘴调节（控制进汽量），称之调节级调节级，其余的级，其余的级称为称为压力级压力级。中小型汽轮机，通常采用。中小型汽轮机，通常采用双列级双列级作为调节级，大功率汽轮机多作为调节级，大功率汽轮机多用用单列级单列级作为调节级。作为调节级。 多级汽轮机的通流部分如图多级汽轮机的通流部分如图3-13-1所示。所示。 图3-14（二）多级汽轮机的工作过程（二）多级汽轮机

6、的工作过程： 多级汽轮机有冲动式（图多级汽轮机有冲动式（图3-13-1）和反动式（图）和反动式（图3-23-2）机组。蒸汽在多级汽）机组。蒸汽在多级汽轮机中膨胀作功过程和在级轮机中膨胀作功过程和在级 中的膨胀作功过程一中的膨胀作功过程一 样。作功过程是重复的，样。作功过程是重复的，但参数是变化的。但参数是变化的。 沿着蒸汽流动方向，多级汽轮机分为高压级段、中压级段和低压级段三沿着蒸汽流动方向，多级汽轮机分为高压级段、中压级段和低压级段三部分。对于多缸大机组，则分高压缸、中压缸和低压缸。部分。对于多缸大机组，则分高压缸、中压缸和低压缸。1.1. 高压级段（高压缸）：高压级段（高压缸）：（1 1）

7、蒸汽压力高、温度高、比容小，容积流量小，通流面积小，叶高尺寸小；）蒸汽压力高、温度高、比容小，容积流量小，通流面积小，叶高尺寸小；（2 2）喷嘴出汽角）喷嘴出汽角 较小。冲动级较小。冲动级 ，反动级，反动级 。（3 3）反动度：）反动度： （4 4）平均焓降较小，比容变化小，各级平均直径变化小。应保持通流部分变化）平均焓降较小，比容变化小，各级平均直径变化小。应保持通流部分变化平滑。平滑。（5 5）级内损失有：喷嘴损失、动叶损失、余速损失、叶高损失、扇形损失、叶）级内损失有：喷嘴损失、动叶损失、余速损失、叶高损失、扇形损失、叶轮摩擦损失、漏汽损失、部分进汽损失等。轮摩擦损失、漏汽损失、部分进汽

8、损失等。100111 1400114 200.03 0.05m 52.2. 低压级段（低压缸）：低压级段（低压缸）：（1 1）蒸汽比容大，容积流量大，通流部分尺寸变化大，叶片长。喷嘴和动叶）蒸汽比容大，容积流量大，通流部分尺寸变化大，叶片长。喷嘴和动叶出汽角逐级增大，故采用扭叶片。出汽角逐级增大，故采用扭叶片。（2 2）理想焓降逐级增加快，反动度增加快；）理想焓降逐级增加快，反动度增加快；（3 3）一般在湿蒸汽区工作。）一般在湿蒸汽区工作。3.3. 中压级段（中压缸）：中压级段（中压缸）： 中压级段介于上二者之间，蒸汽比容较大，容积流量较大，通流部分尺中压级段介于上二者之间，蒸汽比容较大，容积

9、流量较大，通流部分尺寸变化角大，叶片较长。寸变化角大，叶片较长。 多排汽口多排汽口由于受材料强度的限制，叶片不可能太长，故大型汽轮机都采用由于受材料强度的限制，叶片不可能太长，故大型汽轮机都采用多多排汽口排汽口。 如国产如国产200MW200MW汽轮机，设计为三排汽口和两排汽口；国产汽轮机，设计为三排汽口和两排汽口；国产300MW300MW汽轮机采用两排汽口；汽轮机采用两排汽口；600MW4600MW4排汽口。排汽口。 6二、多级汽轮机的重热现象二、多级汽轮机的重热现象 在在h hs s 图上，在图上，在过热区内过热区内，随着温度增加，等压线是，随着温度增加，等压线是呈扩散形呈扩散形；在；在湿

10、蒸湿蒸汽区汽区，等压线是斜率为常数的，等压线是斜率为常数的直线直线。因此，在。因此，在h hs s 图上的两条等压线之间的图上的两条等压线之间的距离（距离（焓降）是随着熵的增加而增加的焓降）是随着熵的增加而增加的。这样一来，前一级的损失造成的熵。这样一来，前一级的损失造成的熵增，能使后一级的理想焓降增加。即前一级的损失，加热了蒸汽本身，使后增，能使后一级的理想焓降增加。即前一级的损失，加热了蒸汽本身，使后一级的进汽温度升高，即在后一级得到了利用一级的进汽温度升高，即在后一级得到了利用这就是多级汽轮机的这就是多级汽轮机的重热重热现象现象。71. 1. 重热系数重热系数如右图：整机理想焓降为如右图

11、：整机理想焓降为 ，tHtH=1th+2th+3th+tnh由于等压线是呈扩散形，所以：由于等压线是呈扩散形，所以：以上各式相加得以上各式相加得：即有即有：也就是：也就是：上式之比值：上式之比值：称为重热系数，用称为重热系数，用表示。则上式写成表示。则上式写成ttHH1(1)ntitihH 112233, ,tttttttntnhhhhhhhh （3 34 4）123123ttttnttttnhhhhhhhh 1ntitihH 11nttitttitHhHHHH 82. 整机效率与级效率根据上述推导，根据上述推导， 表示表示各级理想焓降之和各级理想焓降之和大于大于整机理想焓降整机理想焓降。由于

12、这部分。由于这部分热量的利用，使整机的内效率大于各级平均内效率。设各级内效率相等，热量的利用，使整机的内效率大于各级平均内效率。设各级内效率相等，用（用（ ）表示，则各级有效焓降为：）表示，则各级有效焓降为：tHsi1tsiihh2tsiihh，tnsinihh相加得相加得1211()()(1)IIInsiiiitttnnnjssiitiitjihhhhhhhhH（35）9而而整机的内效率整机的内效率为：为：由于由于 0 0，所以，所以 ，即，即整机的内效率大于各级平均内效率整机的内效率大于各级平均内效率。通常，重热系数通常，重热系数 = 0.03= 0.03 0.08 0.08 ，其大小与下

13、列因素有关：，其大小与下列因素有关：1) 1) 和级数有关，级数多，和级数有关，级数多，大；大；2) 2) 与各级内效率有关，级内效率低，则与各级内效率有关，级内效率低，则大；大；3) 3) 与蒸汽状态有关，过热区与蒸汽状态有关，过热区大，湿汽区大，湿汽区小。小。* * * 这里，这里，决不能误认为决不能误认为越大越好越大越好。因为。因为增大，是以增加损失为代价的，增大，是以增加损失为代价的，而重热只能回收损失其中的一小部分。而重热只能回收损失其中的一小部分。大会使整机的内效率降低。大会使整机的内效率降低。siTi1(1)(1)njisjTsiitiittthHHHHH（3 36 6）三、多级

14、汽轮机的余速利用三、多级汽轮机的余速利用 在多级汽轮机中，前一级的出口状态点，就是下一级的初始状态点，因此，前一级在多级汽轮机中，前一级的出口状态点，就是下一级的初始状态点，因此，前一级得余速就可以被后一级所利用。多级汽轮机的余速利用，可使整机相对内效率提高。得余速就可以被后一级所利用。多级汽轮机的余速利用，可使整机相对内效率提高。10第二节第二节 多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率 汽轮机除了各级级内损失之外，还有进、排汽管道的节流损失，前后端轴汽轮机除了各级级内损失之外，还有进、排汽管道的节流损失，前后端轴封的漏汽损失，机械损失。封的漏汽损失，机械损失。一一

15、、汽轮机轴封系统及前后端轴封的漏汽损失、汽轮机轴封系统及前后端轴封的漏汽损失 由于结构的要求，汽轮机由于结构的要求，汽轮机大轴必须从汽缸内向外伸出大轴必须从汽缸内向外伸出并支持在轴承座上。并支持在轴承座上。这样，大轴和汽缸之间必须留有一定的间隙。这样，大轴和汽缸之间必须留有一定的间隙。 汽缸的汽缸的高压端高压端，缸内蒸汽压力大于大气压力，蒸汽必然要，缸内蒸汽压力大于大气压力，蒸汽必然要从间隙向外泄漏从间隙向外泄漏。 这样就减少了作功蒸汽量这样就减少了作功蒸汽量 ， 降低了机组的经济性。降低了机组的经济性。 在机组的在机组的排汽端排汽端，缸内为真空运行，蒸汽压力低于大气压力，外界的，缸内为真空运

16、行，蒸汽压力低于大气压力，外界的空气空气将通过间隙流入汽缸内将通过间隙流入汽缸内，破坏真空，也会降低机组的经济性。，破坏真空，也会降低机组的经济性。 为此，汽轮机设置为此，汽轮机设置轴封系统轴封系统（由轴封、相应连接管道、附属设备组成），防（由轴封、相应连接管道、附属设备组成），防止或减少高温、高压蒸汽从高、中压端向外泄漏，防止外界空气漏入低压端。止或减少高温、高压蒸汽从高、中压端向外泄漏，防止外界空气漏入低压端。11（一）轴封系统（一）轴封系统 轴封系统的作用是确保汽轮机轴端和进汽阀阀门阀杆的严密性，收轴封系统的作用是确保汽轮机轴端和进汽阀阀门阀杆的严密性，收集和利用汽轮机轴端和进汽阀阀门阀

17、杆的漏汽，防止或减少高温、高压蒸汽集和利用汽轮机轴端和进汽阀阀门阀杆的漏汽，防止或减少高温、高压蒸汽从高、中压端向外泄漏，防止外界空气漏入低压端。从高、中压端向外泄漏，防止外界空气漏入低压端。 图图3-43-4为为600MW600MW汽轮机轴封系统图，主要包括：轴封、轴封冷却器、汽轮机轴封系统图，主要包括：轴封、轴封冷却器、轴封风机、轴封蒸汽压力和温度调节器、压力调节器、减温器以及相连的管轴封风机、轴封蒸汽压力和温度调节器、压力调节器、减温器以及相连的管道、阀门等。轴封系统根据功能又分轴封供汽、轴封漏汽和轴封回汽三部分。道、阀门等。轴封系统根据功能又分轴封供汽、轴封漏汽和轴封回汽三部分。1.1

18、. 轴封供汽轴封供汽 机组启动或低负荷运行时，轴封系统的汽源来自辅助蒸汽母管或再热蒸机组启动或低负荷运行时，轴封系统的汽源来自辅助蒸汽母管或再热蒸汽冷段蒸汽母管。确保轴封蒸汽母管压力略高于大气压力。汽冷段蒸汽母管。确保轴封蒸汽母管压力略高于大气压力。 当进汽阀全关时，轴封系统的汽源来自高、中压缸轴封漏汽。当进汽阀全关时，轴封系统的汽源来自高、中压缸轴封漏汽。12图3-4132. 轴封漏汽汽轮机高、中压缸的漏器用相应管道连接汽轮机高、中压缸的漏器用相应管道连接收集并送相应加热器中，回收工质和热量。收集并送相应加热器中，回收工质和热量。3. 3. 轴封回汽轴封回汽 轴封段最外层是轴封段的回汽，为汽

19、气混合物，由相应管道连接收轴封段最外层是轴封段的回汽，为汽气混合物，由相应管道连接收集并送相应回汽母管，排入轴封冷却器，回收工质和热量，排出空气。集并送相应回汽母管，排入轴封冷却器，回收工质和热量，排出空气。（二）（二） 齿形轴封的工作原理齿形轴封的工作原理 1. 1. 齿形轴封的结构：齿形轴封的结构： 现代汽轮机中常见的轴封是齿形轴封，它是由许多固定在汽缸上的现代汽轮机中常见的轴封是齿形轴封，它是由许多固定在汽缸上的金属片组成。其高低齿与轴或者轴套上的凸肩沟槽相错对应，两者之间保持金属片组成。其高低齿与轴或者轴套上的凸肩沟槽相错对应，两者之间保持一一 较小的间隙较小的间隙 ，以形成许多汽封齿

20、隙。而两齿之间形成一个环形汽室，如，以形成许多汽封齿隙。而两齿之间形成一个环形汽室，如图图3-53-5所示。所示。 图3-51415国产600MW汽轮机轴封结构16 2. 2. 减少漏汽的途径：减少漏汽的途径：当漏汽通过轴封时，依次逐个通过这些齿隙和当漏汽通过轴封时，依次逐个通过这些齿隙和环形汽室。通过轴封漏量按续程方程环形汽室。通过轴封漏量按续程方程来确定。为了减少漏汽量，可以通过：来确定。为了减少漏汽量，可以通过：减少齿隙面积减少齿隙面积A A、汽流速度、汽流速度C C 和增大和增大比容比容V V 等办法来实现。等办法来实现。 但是：但是：(1) (1) 比容比容是蒸汽流动状态来决定，不可

21、任意改变是蒸汽流动状态来决定，不可任意改变 。(2) (2) 而而面积面积 分别为轴封直径、间隙）、轴封直径分别为轴封直径、间隙）、轴封直径d d是是由大轴的强度确定。为了保证安全，间隙由大轴的强度确定。为了保证安全，间隙 不能太小不能太小( (一般一般 = 0.3= 0.3 0.6 mm) 0.6 mm) 。 太小，可能使大轴与轴封片摩擦，造成大轴弯曲太小，可能使大轴与轴封片摩擦，造成大轴弯曲 ， 引引起机组振动。起机组振动。 (3) (3) 唯一可行的办法就是唯一可行的办法就是减小汽流速度减小汽流速度C C。汽流速度。汽流速度C C取决于轴封齿两取决于轴封齿两侧的压力差，所以侧的压力差，所

22、以减小轴封齿两侧的压力差是减少轴封漏汽量的主要措减小轴封齿两侧的压力差是减少轴封漏汽量的主要措施施。、lllddA(llACGv173.3. 齿形轴封的工作原理齿形轴封的工作原理：从左图可见到，蒸汽通过一环形从左图可见到，蒸汽通过一环形齿隙时，由于通道面积减小，速度增加，压力从齿隙时，由于通道面积减小，速度增加，压力从p po o降到降到p p1 1 。但是蒸汽进入两齿间的大空间时，容积突然增大，速度大为但是蒸汽进入两齿间的大空间时，容积突然增大，速度大为减小。由于涡流和碰撞，蒸汽动能被消耗而转变成热量，使减小。由于涡流和碰撞，蒸汽动能被消耗而转变成热量，使蒸汽焓值又回到原值，如左下图所示。即

23、蒸汽通过轴封齿隙蒸汽焓值又回到原值，如左下图所示。即蒸汽通过轴封齿隙为一为一节流过程节流过程。其后，蒸汽每通过轴封一齿隙时，都重复这。其后，蒸汽每通过轴封一齿隙时，都重复这一过程，压力不断降低，直到降低轴封最后一齿后的压力为一过程，压力不断降低，直到降低轴封最后一齿后的压力为止。所以，轴封的作用是将一个较大的压差分割成若干个减止。所以，轴封的作用是将一个较大的压差分割成若干个减小的压差，从而达到降低漏汽速度，减小漏汽量的作用。小的压差，从而达到降低漏汽速度，减小漏汽量的作用。这这就是齿形轴封的工作原理就是齿形轴封的工作原理。 蒸汽每通过轴封一齿隙时，压力不断降低，容积不断蒸汽每通过轴封一齿隙时

24、，压力不断降低，容积不断扩大，而流量是相同的。根据连续性方程，扩大，而流量是相同的。根据连续性方程，则流速是越来越则流速是越来越大的，并在最后一齿大最大大的，并在最后一齿大最大。如左图所示，。如左图所示，abab 曲线对应曲线对应C/v=C/v=常数，称为常数，称为芬诺曲线芬诺曲线。图 3-618（ 三）轴三）轴 封封 漏汽量计算：漏汽量计算： 为了计算轴封漏汽量，这里作为了计算轴封漏汽量，这里作两个假设两个假设：1. 1. 蒸汽在轴封间隙中的流动和在简单的渐缩喷嘴中的流动相似；蒸汽在轴封间隙中的流动和在简单的渐缩喷嘴中的流动相似；2. 2. 假定轴封各齿隙的面积都相同。假定轴封各齿隙的面积都

25、相同。 从轴封的工作原理可知，蒸汽在轴封间隙中的流动时，汽流速度是逐从轴封的工作原理可知，蒸汽在轴封间隙中的流动时，汽流速度是逐级增加的。现在又蒸汽在轴封间隙中的流动和在简单的渐缩喷嘴中的流动相级增加的。现在又蒸汽在轴封间隙中的流动和在简单的渐缩喷嘴中的流动相似。似。 所以，蒸汽在轴封间隙中的所以，蒸汽在轴封间隙中的最大速度最大速度是是临界速度临界速度，这一速度只可能在，这一速度只可能在轴封轴封最后一齿中达到最后一齿中达到。这样。这样 , ,蒸汽在轴封间隙中的流动可能产生蒸汽在轴封间隙中的流动可能产生两种情况两种情况：1. 1. 蒸汽在轴封各齿隙中的流动蒸汽在轴封各齿隙中的流动均小于临界速度均

26、小于临界速度；2. 2. 蒸汽在轴封蒸汽在轴封最后一齿隙最后一齿隙中中达到临界速度达到临界速度，而在以前各齿中其汽流速度均，而在以前各齿中其汽流速度均 小于临界速度。小于临界速度。191. 1. 蒸汽在轴封最后一齿隙中流速低于临界速度时蒸汽在轴封最后一齿隙中流速低于临界速度时 若已知轴封前后蒸汽压力为若已知轴封前后蒸汽压力为 ，轴封间隙为，轴封间隙为 ，轴封齿数为，轴封齿数为 ，高，高低齿间隙处的直径分别为低齿间隙处的直径分别为 二者相差小，二者相差小， 用平均半径用平均半径 ，则轴的齿隙面积则轴的齿隙面积 。则通过轴封的漏汽量可用下式计算：。则通过轴封的漏汽量可用下式计算： 从上式可知，当轴

27、封前后蒸汽压力确定后，增加轴封齿数，可减少漏汽从上式可知，当轴封前后蒸汽压力确定后，增加轴封齿数，可减少漏汽 量量 。zpp 、021dd 、)(2121dddllldA 22 00 0zlllppGAz p vlz(3-15)20 2. 2. 蒸汽在轴封最后一齿隙中流速达到临界速度时蒸汽在轴封最后一齿隙中流速达到临界速度时 根据上述公式分析，当蒸汽在轴封最后一齿隙中流速达到临界速度，而根据上述公式分析，当蒸汽在轴封最后一齿隙中流速达到临界速度，而在此之前的各齿中，汽流速度均在此之前的各齿中，汽流速度均小于临界速度小于临界速度的情况下，其漏汽量可用上式计的情况下，其漏汽量可用上式计算算： 00

28、2120 ) 1(vpzppAGlzll而蒸汽在最后一齿隙中流速达到临界速度而蒸汽在最后一齿隙中流速达到临界速度, ,其流量为其流量为临界流量临界流量，因此应按临界，因此应按临界流量公式进行计算，即流量公式进行计算，即 0021 648. 0vppAGzll根据连续性，两种流量应相等。根据连续性，两种流量应相等。 则轴封最后则轴封最后一齿隙中一齿隙中流速达到临界时流速达到临界时，漏汽量为，漏汽量为：00 )4 . 1(vzpAGlll(3-16) (3-17) (3-24)213. 3. 临界状态判别式临界状态判别式 当蒸汽在轴封最后一齿隙中流速当蒸汽在轴封最后一齿隙中流速达到临界达到临界速度

29、时，则该齿前后压力比速度时，则该齿前后压力比 0.5460.546。则可得到临界状态判别式：。则可得到临界状态判别式： 即当即当 时，则说明最后一齿时，则说明最后一齿达到临界达到临界速度；速度； 反之，若反之，若 则说明最后一齿则说明最后一齿未达到临界未达到临界速度。当判别之后，分别计算其相应的漏汽量速度。当判别之后，分别计算其相应的漏汽量。1/zzpp4 . 185. 00lzzpp4 . 185. 00lzzpp4 . 185. 00lzzpp224. 4. 轴封漏汽量的流量系数轴封漏汽量的流量系数 在上述两种情况下的轴封漏汽量计算式中，没有考虑轴封结构的影响。在上述两种情况下的轴封漏汽量

30、计算式中，没有考虑轴封结构的影响。所以，流过轴封的所以，流过轴封的实际漏汽量实际漏汽量，应该是在上述两种计算式中所计算漏汽量再，应该是在上述两种计算式中所计算漏汽量再乘以一个乘以一个流量系数流量系数。即。即 不同结构的轴封，其流量系数可不同结构的轴封，其流量系数可从从图图3-73-7 中查得。中查得。 * * 对于对于平齿齿封平齿齿封，其流量的计算，则要从，其流量的计算，则要从图图3-83-8中查取一个中查取一个修正系数修正系数，用此系数乘以用上述方法计算而得到的轴封漏汽量，即用此系数乘以用上述方法计算而得到的轴封漏汽量，即 llGG llkGkG2324（四）汽封结构1. 典型的传统汽封结构

31、（图3-10）2. 布莱登汽封结构（图3-11）图3-10图3-1125二、汽轮机进、排汽机构的压力损失二、汽轮机进、排汽机构的压力损失 汽轮机必须有汽轮机必须有进汽机构进汽机构和和排汽管道排汽管道。进汽机构由主汽阀、调节阀、导。进汽机构由主汽阀、调节阀、导汽管和蒸汽室组成。图汽管和蒸汽室组成。图3-123-12、图、图3-133-13分别是分别是600MW600MW汽轮机高压主汽阀、调节阀汽轮机高压主汽阀、调节阀纵剖面图。排汽机构是一个扩散形的排汽管所构成。蒸汽通过汽轮机进、排汽纵剖面图。排汽机构是一个扩散形的排汽管所构成。蒸汽通过汽轮机进、排汽机构时，由于摩擦和涡流的存在，会使压力降低，形

32、成损失。机构时，由于摩擦和涡流的存在，会使压力降低，形成损失。 图3-12图3-132627 图图3-143-14为一次中间再热汽轮机的为一次中间再热汽轮机的热力过程曲线热力过程曲线。由于进、排汽机构的。由于进、排汽机构的存在，存在，蒸汽通过汽轮机进汽管道就会有压力降低。这个压力降低不作功，是一蒸汽通过汽轮机进汽管道就会有压力降低。这个压力降低不作功，是一种损失。种损失。会产生压力损失，就产生了理想焓降损失。会产生压力损失，就产生了理想焓降损失。蒸汽在进汽机构中的压力蒸汽在进汽机构中的压力损失和管道长短、阀门型线、蒸汽室形状及汽流速度有关。通常，当阀门全开损失和管道长短、阀门型线、蒸汽室形状及

33、汽流速度有关。通常，当阀门全开时，汽流速度为（时，汽流速度为（40 6040 60）m / s m / s ，则在，则在 进汽机构（进汽机构（高压主汽阀、调节阀高压主汽阀、调节阀）中由于节流所引起的压力损失）中由于节流所引起的压力损失为：为： (3(32929）式中，式中， 分别是阀前、后新汽压力。分别是阀前、后新汽压力。 经再热管道的压力损失经再热管道的压力损失 (3(33030） 经中经中压主汽阀、调节阀的压力损失压主汽阀、调节阀的压力损失为：为： (3(33131） 经两根低压导汽管从中压缸到低压缸的压力损失为经两根低压导汽管从中压缸到低压缸的压力损失为： 00pp、0.02rrrrpp

34、pp(0.02 0.03)sssspppp(332）0000(0.030.05)pppp0.1rrrrpppp28一次中间再热汽轮机的热力过程曲线一次中间再热汽轮机的热力过程曲线（图3-14）。图3-1429 排汽管道的压力损失排汽管道的压力损失：乏汽从末级动叶排出，经排汽管到凝汽器或供热管乏汽从末级动叶排出，经排汽管到凝汽器或供热管道，蒸汽在其中流动时，因摩擦、涡流等原因，会造成压力损失，即排汽管道，蒸汽在其中流动时，因摩擦、涡流等原因，会造成压力损失，即排汽管道的压力损失。若末级动叶出口压力为道的压力损失。若末级动叶出口压力为 ，凝汽器的压力为，凝汽器的压力为 ，则压力损，则压力损失为失为

35、 。压力损失主要取决于流速的大小、排汽管道的型线。压力损失主要取决于流速的大小、排汽管道的型线结构等原因。通常用下式来估计排汽管道的压力损失，即结构等原因。通常用下式来估计排汽管道的压力损失，即式中，阻力系数，一般取=0.050.1； 排汽管中的汽流速度，对于凝汽机，取 =80120m/s；对于背压机，取 =4060m/s。ccpppexCexCexCcpcp2100excccCpppp （333）30三、机械损失三、机械损失 汽轮机在工作时，要汽轮机在工作时，要克服支持轴承、推力轴承的摩擦阻力克服支持轴承、推力轴承的摩擦阻力，还要，还要带动主油泵和调速系统带动主油泵和调速系统工作，必然要消耗

36、一部分功率。通常，用工作，必然要消耗一部分功率。通常，用 机械损机械损失来描述。汽轮机的机械损失一般用机械效率来计算。这样，失来描述。汽轮机的机械损失一般用机械效率来计算。这样， (336 )式中， 分别为汽轮机的分别为汽轮机的 轴端功率、内功率；轴端功率、内功率； 为机械损失，对于同一台机组，由于为机械损失，对于同一台机组，由于转速为常数，所转速为常数，所 以近似为常数。以近似为常数。1mimmmiiiPPPPPPP miPP、mP31四、汽轮机装置的效率及热经济指标四、汽轮机装置的效率及热经济指标 火力发电厂的生产过程，要经过一系列的能量转换之后，最后才能火力发电厂的生产过程，要经过一系列

37、的能量转换之后，最后才能将将矿物燃料矿物燃料的的化学能化学能转变为转变为电能电能。在这些转换过程中，要用各种效率来描述。在这些转换过程中，要用各种效率来描述整个能量转换过程中的完善成度。整个能量转换过程中的完善成度。 （一）相对效率（一）相对效率 1. 1. 汽轮机的相对内效率汽轮机的相对内效率 汽轮机的相对内效率是衡量汽轮机内能量转换完善程度的重要指标。汽轮机的相对内效率是衡量汽轮机内能量转换完善程度的重要指标。它它 是整机的有效焓降与理想焓降之比，即是整机的有效焓降与理想焓降之比，即 （337） 汽汽 轮轮 机机 的的 相相 对对 内内 效效 率率 是是 考考 虑虑 了了 机机 组组 进进

38、 出出 口口 管管 道道 的的 压压 力力 损损 失失 和和 各各 级级 内内 能能 的的 。iiitHH32 汽轮机的内功率等于汽轮机的进汽量与有效焓降之乘积。汽轮机的内功率等于汽轮机的进汽量与有效焓降之乘积。 （1 1）对于无回热加热系统对于无回热加热系统的汽轮机，它的的汽轮机，它的内功率内功率为为 ： (kw) ( 338）或 者 ， (kw) ( 338a)（2 2）对于有回热加热系统）对于有回热加热系统的汽轮机，它的的汽轮机，它的内功率内功率为：为： (339)其中，其中，D D、G G为汽轮机各级蒸汽量，为汽轮机各级蒸汽量， 为相应的有效为相应的有效 焓焓 降降 。 jH00iit

39、iPGHGH0036003600itiiDHDHP113600nnjjijjjjDHPGH332. 汽轮机的轴端功率、机械效率（1）机械效率：（2）轴端功率：对于无回热加热系统的汽轮机，它的对于无回热加热系统的汽轮机，它的轴端功率轴端功率为为 ： (341）3. 发电机效率：发电机效率为电功率发电机效率为电功率 和和轴端功率之比，即轴端功率之比，即 (342）发电机效率一般为 。则则 在在 发发 电电 机机 的的 出出 线线 端端 所所 获获 得得 的的 电电 功功 率率 为为 ：03600timmimDHPPmmiPP（340）eielmPPeiP0.98 0.99el03600telmel

40、rimelDHPP （343）344.4. 发电机组的相对电效率发电机组的相对电效率 发电机组的相对电效率为：发电机组的相对电效率为： 发电机组的相对电效率表示发电机组的相对电效率表示1kg1kg蒸汽所具有的理想焓降最终转变为电能的蒸汽所具有的理想焓降最终转变为电能的份额，是评价汽轮发电机组工作完善程度的综合指标。则（份额，是评价汽轮发电机组工作完善程度的综合指标。则（3 34343）可写成）可写成. r elrimel （344）00.36003600ttelmelrimelr elDHDHPP （345）35 （二）循循 环环 热热 效效 率率 和和 绝绝 对对 电电 效效 率率 1. 循

41、环热效率：循环热效率：由于汽轮发电机组热力循环中存在着由于汽轮发电机组热力循环中存在着冷源损失冷源损失，所以，为，所以，为了使得了使得1kg1kg蒸汽获得蒸汽获得理想焓降理想焓降为为 的热量，就需要加给它比较多的热量。的热量，就需要加给它比较多的热量。若忽略若忽略水泵耗功水泵耗功，并，并 且使装置按且使装置按朗肯循环朗肯循环工作，则装置的工作，则装置的循环热效率循环热效率为：为： 其其 中中 ， - - 蒸汽的初焓蒸汽的初焓， - - 凝结水焓凝结水焓，即在背压，即在背压pc pc 下的饱和水焓。下的饱和水焓。 这这 里里 ， - - 为为 每每 1 kg 1 kg 蒸汽在锅炉中所获得的热量。

42、蒸汽在锅炉中所获得的热量。2. 2. 绝对电效率绝对电效率： 对于有回热加热系统来说，则对于有回热加热系统来说，则 应为末级高压加热器出应为末级高压加热器出口的口的给水焓值给水焓值 。这样，整个热力循环中加。这样，整个热力循环中加 给给1kg 1kg 蒸汽的热量最终转变为蒸汽的热量最终转变为电能的份额称为电能的份额称为绝对电效率绝对电效率，用，用 表示：表示： (347）tH0hfwh0h0ttcHhhchchch0,000()eltrimela eltrimelfwPDHQD hh ,a el(346 )363. 火力发电厂的热效率（绝对电效率）火力发电厂的热效率（绝对电效率）: : 考虑考

43、虑锅炉效率锅炉效率、管道损失管道损失及发电厂各种及发电厂各种风机风机、水泵耗功水泵耗功的影响，整个的影响，整个火力火力发电厂的绝对电效率发电厂的绝对电效率要比要比汽轮发电机组的绝对电效率汽轮发电机组的绝对电效率低，而火力发电厂的热低，而火力发电厂的热耗率亦比汽轮发电机组的热耗率高。耗率亦比汽轮发电机组的热耗率高。火力发电厂的热效率（绝对电效率）火力发电厂的热效率（绝对电效率） 为为 ： 其中，其中， 是涉及锅炉效率、管道效率及厂用电的系数。一般取是涉及锅炉效率、管道效率及厂用电的系数。一般取 = = 0.80.8 0.85 0.85 。 现代大型汽轮发电机组的电厂热效率在现代大型汽轮发电机组的

44、电厂热效率在45%45%左右。左右。 sCsC.,s elsa elC(348）37（三）其他重要热经济指标 除了用效率表示汽轮发电机组的经济性外，还经常用除了用效率表示汽轮发电机组的经济性外，还经常用汽耗率汽耗率d d热耗率热耗率q q来表示其经济性。来表示其经济性。（1）汽耗率d：生产生产1kwh1kwh的电能所需要的蒸汽量称为汽耗率的电能所需要的蒸汽量称为汽耗率，用，用 d d表示，即表示，即 ( kg / kw.h ) (349 )（2）热耗率q： 对于同功率的汽轮机组，虽然功率相同，但因蒸汽的初终对于同功率的汽轮机组，虽然功率相同，但因蒸汽的初终参数不同参数不同 ， 而使得汽耗量不一

45、样。所以，汽耗率而使得汽耗量不一样。所以，汽耗率d d并不宜用来比较不同类并不宜用来比较不同类型机组的经济性，而是采用反映机组经济性的另一指标型机组的经济性，而是采用反映机组经济性的另一指标热热 耗率，即耗率，即发出发出1kw.h 1kw.h 电能所需要热量电能所需要热量，用，用 q q 表示：表示： 0.3600eltr elDdPH00000.,( )3600()3600( )fwfwfweleltr ela elD hhhhQqd hhPPH(350 )38 对于对于中间再热机组中间再热机组来说，热耗率为来说，热耗率为 , (kJ / kw.h, (kJ / kw.h ) (3 ) (3

46、51 )51 )其其 中中 ， - - 汽轮机总进汽量、再热蒸汽量，（汽轮机总进汽量、再热蒸汽量，（ kg / h ) kg / h ) ， - - 再热蒸汽初焓、高压缸排汽焓，（再热蒸汽初焓、高压缸排汽焓，（ kg / h ) kg / h ) 。表3-1 汽轮发电机组效率及热经济指标表 rDD 、0 rrhh 、 00( )()rrfwrrDqd hhhhD额度功率（MW)相对内效率机械效率发电机效率绝对电效率汽耗率dkg/kw.h热耗率qkJ/kW.h12250.820.850.9850.990.9650.9750.300.334.74.11214010890501000.850.870

47、.990.980.9850.370.393.73.5963092101252000.870.880.990.9850.990.420.433.23.08500!83703006000.8850.900.990.9850.990.440.463.22.9810078106000.900.990.9850.990.463.27800rimel,a el39五、五、汽轮机的极限功率和提高单机容量的主要措施汽轮机的极限功率和提高单机容量的主要措施（一）（一） 汽轮机单机容量汽轮机单机容量 凝 汽 式 汽 轮 机 的 功 率 可 用 下 式 表 示 ： 其中，整机理想焓降其中，整机理想焓降 取决于初终参

48、数。在取决于初终参数。在常见初终参数条件下常见初终参数条件下， = = 10001500 kJ/kg10001500 kJ/kg。三个效率的变化不大三个效率的变化不大。所以，汽轮机所能发出的最大功。所以，汽轮机所能发出的最大功率就决定于率就决定于进汽量进汽量。而通过汽轮机的最大流量又决定于。而通过汽轮机的最大流量又决定于末级叶片的几何尺寸末级叶片的几何尺寸。在汽轮机中，蒸汽膨胀到末级时，其容积流量达最大值。所以，要求通流面在汽轮机中，蒸汽膨胀到末级时，其容积流量达最大值。所以，要求通流面积也最大。因此，末级动叶片必须做得很长。由于汽轮机转子作高速旋转，积也最大。因此，末级动叶片必须做得很长。由

49、于汽轮机转子作高速旋转，长叶片将产生长叶片将产生巨大的离心力巨大的离心力。叶片材料的强度是有限的，因此，末级叶片的。叶片材料的强度是有限的，因此，末级叶片的叶高将受到限制。目前，叶高将受到限制。目前，末级叶片的叶高最大可达末级叶片的叶高最大可达10001300mm10001300mm。这就是说，单这就是说，单缸单排汽的汽轮机的功率是有限的，其最大功率称为汽轮机的缸单排汽的汽轮机的功率是有限的，其最大功率称为汽轮机的极限功率极限功率。通。通常，单缸单排汽的汽轮机的常，单缸单排汽的汽轮机的极限功率可达极限功率可达110150 MW110150 MW。 tHtH03600trimelelDHP 40

50、（二）提高汽轮机单机容量的措施（二）提高汽轮机单机容量的措施 由于单缸单排汽汽轮机受到极限功率的限制，为了得到更大的功率，就由于单缸单排汽汽轮机受到极限功率的限制，为了得到更大的功率，就必须采取其他措施，常用的办法有：必须采取其他措施，常用的办法有： 1. 1. 提高新蒸汽的参数提高新蒸汽的参数 提高新蒸汽的参数可以增大整机的提高新蒸汽的参数可以增大整机的理想焓降理想焓降 ，再加上，再加上中间再热中间再热，就能较，就能较大地提高单机功率大地提高单机功率 ； 2. 2. 采用高强度低重度的合金材料采用高强度低重度的合金材料 由于汽轮机单机功率受到末级叶片材料强度的限制（离心力太大），故由于汽轮机

51、单机功率受到末级叶片材料强度的限制（离心力太大），故末级叶片不可能做得很长，通流面积大小有限。采用末级叶片不可能做得很长，通流面积大小有限。采用高强度低重度的合金材料高强度低重度的合金材料制造末级叶片，就可以在保证叶片强度的条件下，增长末级叶片的高度，即增制造末级叶片，就可以在保证叶片强度的条件下，增长末级叶片的高度，即增大通流面积，从而达到增加进汽量、增大汽轮机单机功率的目的。大通流面积，从而达到增加进汽量、增大汽轮机单机功率的目的。 41 3. 3. 采用多排汽口采用多排汽口 采用多排汽口，就是对汽轮机的采用多排汽口，就是对汽轮机的低压缸进行低压缸进行分流分流。这是当前提高汽轮机。这是当前

52、提高汽轮机单机功率最有效的办法单机功率最有效的办法。4. 4. 采用给水回采用给水回热加热系统：热加热系统：424. 4. 采用给水回热加热系统：采用给水回热加热系统： 从汽轮机中间某些级抽出部分蒸汽来加热给水，一方面可以减少排从汽轮机中间某些级抽出部分蒸汽来加热给水，一方面可以减少排汽量，同时也可以增加进汽量。减少排汽量，可以降低末级叶片高度，同汽量，同时也可以增加进汽量。减少排汽量，可以降低末级叶片高度，同时可以减少冷源损失；增加进汽量，可以增大机组功率，增大高压部分叶时可以减少冷源损失；增加进汽量，可以增大机组功率，增大高压部分叶高和部分进汽度，提高其效率。这而者都是可以热效率的。高和部

53、分进汽度，提高其效率。这而者都是可以热效率的。5. 5. 提高机组的相对内效率；提高机组的相对内效率；6. 6. 采用中间再热循环；采用中间再热循环；7. 7. 采用低转速。采用低转速。43第三节第三节 多级汽轮机的轴向推力及平衡方法多级汽轮机的轴向推力及平衡方法一、多级汽轮机的轴向推力一、多级汽轮机的轴向推力 蒸汽通过汽轮机通流部分膨胀作功时，对叶片的作用力由圆周分蒸汽通过汽轮机通流部分膨胀作功时，对叶片的作用力由圆周分力和轴向分力所组成。其中，圆周分力推动叶轮作功，而轴向分力则对力和轴向分力所组成。其中，圆周分力推动叶轮作功，而轴向分力则对转子产生一个轴向推力。转子产生一个轴向推力。 在一

54、般情况下，作用在一个冲动级上的轴向推力由在一般情况下，作用在一个冲动级上的轴向推力由3 3部分所组成：部分所组成：（1 1）作用在动叶片上的轴向力；）作用在动叶片上的轴向力；（2 2）作用在叶轮面上的轴向力）作用在叶轮面上的轴向力 ；（3 3）作用在主轴凸肩上的轴向力）作用在主轴凸肩上的轴向力。441. 1. 作用在动叶片上的轴向力作用在动叶片上的轴向力 ： （3 352) 52) 当反动度不大时，压力反动度（当反动度不大时，压力反动度（ ）和焓降反动度相）和焓降反动度相差不大，这样一来，差不大，这样一来， 则上式为则上式为 （3 35353） 2. 2. 作用在叶轮面上的轴向力作用在叶轮面上的轴向力 当当 叶轮两侧轮毂相等