5 多级汽轮机特点 阻力 评价

第一节

多级汽轮机工作过程及其损失第二章多级汽轮机2/22/20201一、多级汽轮机的应用iP

↑↑↑↑（余速损失、冲波损失）↑↑(

,

)↑↑单级汽轮机功率提高受到限制为了保证汽轮机的高效率和增大汽轮机的单机功率，必须采用多级汽轮机，使蒸汽焓降在多级汽轮机中逐级利用，保证每一级都在最佳速比附近工作。2/22/20202二、多级汽轮机的优越性和存在的问题（一）、效率高1、提高循环热效率：(1).提高蒸汽进口参数，降低出口参数；可采用回热循环和中间再热循环。2、提高相对内效率：

(1).保证每一级都在 下工作；(2).余速利用；叶高损失小；(4).重热系数的利用。（二）、投资减小单位功率的投资（造价、材料消耗、占地面积）减小，机组功率越大，单位功率的投资越小。（三）、存在问题1、增加一些附加损失，隔板漏汽损失，轴封漏汽损失，湿汽损失；2、级数增多，增加了机组长度和质量；3、对汽轮机主要零部件金属材料要求提高；4、零部件增多，结构更复杂。2/22/20203三、重热现象和重热系数（1）重热现象在蒸汽h－s图上的等压线，沿熵增方向逐渐扩张，即等压线之间的理想

焓降，随熵的增大而有所增大。这

样上一级的损失造成熵增大，将使

后面几级的理想焓降增大，这种现

象称为“重热现象”。以4个级的多级汽轮机为例前面各级没有损失时的各级理想焓降前面各级有损失时的各级理想焓降2/22/20204则各级的有效焓降：，……（2）重热系数，……当汽轮机的级数为Z时重热系数假设各级具有相同的相对内效率

：整台多级汽轮机相对内效率：

a

越大，效率越高？前面各级的损失，被后面各级利用，使得整台多级汽轮机的相对内效率大于各级的平均相对内效率。

全机理想比焓降2/22/20205式中：k＝0.2（过热蒸汽区）k＝0.12（饱和蒸汽区）重热系数：①与级数有关，；；②与级相对内效率有关，③与蒸汽状态点有关。但是，决不能认为重热系数

a

越大，多级汽轮机效率越高。这是因为重热系数

a

的增大（很少量），是由于前面各级损失增大所致，重热现象只能利用总损失中的一小部分。重热系数越大，整台汽轮机相对内效率就越低。例如，某台机组级的相对内效率降低10％左右，重热系数只增大2％左右。2/22/20206四、多级汽轮机各级段的工作特点高压段（高压缸）

容积流量（Gv）较小，通流面积较小，对于小容量汽轮机为了有足够大的喷嘴高度，常采用部分进汽，也采用较小的喷嘴出汽角，直叶片。

高压段各级为了增大叶片高度，需要叶轮直径小，从而u小，c1小，焓降不大。

损失:喷嘴损失、动叶损失、余速损失、叶高损失、扇形损失、漏气损失、叶轮摩擦损失、部分进气损失。叶高损失、漏气损失、叶轮摩擦损失大，高压段效率低。2/22/20207低压段（低压缸）容积流量（Gv）很大，通流面积很大，u大，c1大，焓降大。全周进汽，叶片高度很大，采用较大的喷嘴出汽角，扭叶片。处于湿蒸汽区，湿汽损失大。最后几级，效率降低很多。中压段（中压缸）介于高压段与低压段之间，容积流量较大，一般采用全周进汽，没有部分进气损失；叶高损失、漏气损失、叶轮摩擦损失小；没有进入湿蒸汽区，没有湿汽损失，中压段内效率最高。2/22/20208五、进汽阻力损失p0

,

t0主汽门调节汽门p0’pc’pc蒸汽经过主汽门，调节汽门和蒸汽室等进汽机构时产生的压降，为进汽阻力损失。2/22/20209式中：；为排汽管中汽流速度，六、排汽阻力损失凝汽式汽轮机末级动叶出口静压力 ，与凝汽器喉部静压力 之差为排汽阻力损失。2/22/202010可通过排汽管的扩压设计，把末级的余速转换为压力能，减少排汽阻力损失。动压 静压先扩压后转向2/22/202011先转向后扩压亚临界中间再热300MW汽轮机热力过程线2/22/2020122/22/202013第二节汽轮机及其装置的评价指标相对效率汽轮机内功率①汽轮机相对内效率②机械效率：汽轮机轴端功率：③发电机效率：发电机出线功率：④相对电效率：PtPi

PePel2/22/202014绝对效率、汽耗率、热耗率①朗肯循环效率：②绝对内效率：③绝对电效率：其他一些经济指标：①汽耗率：每发电能所消耗的蒸汽量d不适于比较不同类型机组的经济性②热耗率：每发

电能所消耗的热量2/22/202015汽轮发电机组的热经济性指标额定功率（MW）内效率机械效率发电机效率绝对电效率汽耗率热耗率12~250.82~0.850.985~0.990.965~0.9750.30

~0.334.7~4.112140~1089050~1000.85~0.87~0.990.98~0.9850.37~0.393.7~3.59630~9210125~2000.87~0.88>0.990.985~0.990.42~0.433.2~3.08500~8370300~6000.885~0.90>0.990.985~0.990.44~0.463.2~2.98100~7810>600>0.90>0.990.985~0.99>0.46<3.2<78002/22/2020162/22/202017第三节轴封及其系统轴封的意义间隙的存在：①隔板和主轴的间隙，动叶顶部和汽缸的间隙；②高压轴端，低压轴端。设置轴封目的：①在高压轴端防止蒸汽泄漏；②在低压轴端防止空气漏入。齿形轴封高低齿轴封（曲径轴封）平齿轴封（光轴轴封）2/22/202018齿隙一、齿形轴封曲径轴封工作原理然扩大、碰撞、产生涡流 动能变为热能。等焓熵增节流过程。δ蒸汽在齿隙中加速 在汽室中突汽封直径dl齿隙面积：漏汽量：随着蒸汽膨胀，密度 不断减小，蒸汽流速不断增大，最后一个齿隙流速最大。若齿隙前后压比小于临界压比，则汽流速度可以达到临界，漏汽量为临界流量，而其他齿隙的汽流速度均小于临界流速。取0.3～0.6mm，精密度高时，取0.25～0.45mm2/22/2020192/22/2020202/22/202021光轴轴封光轴轴封漏汽量修正系数由于允许汽轮机主轴受热后有较大的轴向位移，光轴轴封在低压缸应用广泛。光轴轴封漏气量较大。2/22/2020222/22/202023二、轴封系统轴封系统的功能是确保汽轮机轴端和汽轮机进汽阀（主汽门、调节门）阀杆端部处的严密性，防止蒸汽向外泄漏，防止空气从汽轮机低压缸轴端漏入汽缸内；收集利用汽轮机轴封、进汽阀杆的漏汽。轴封系统主要包括轴封、轴封冷却器及轴封风机、轴封蒸汽压力、温度调节器、压力调节阀、减温器以及相连的管道、阀门等。轴封系统根据其功能又可分为轴封供汽、轴封漏汽和轴封回汽三大部分。轴封系统实例2/22/2020242/22/202025轴封汽的利用低温低压汽源的利用防止蒸汽由端轴封漏入大气防止空气漏入真空部分轴封系统特点2/22/202026第四节多级汽轮机轴向推力及其平衡蒸汽在轴流式汽轮机中工作时，有一个使转子由高压端向低压端移动趋势的轴向力。反动式：轴向推力可达(2～3)×106N冲动式：轴向推力可达(4～8)×105

N作用在动叶上作用在叶轮面上作用在轴的凸肩上作用在轴封凸肩上的轴向力一、轴向推力：2/22/202027（一）冲动式汽轮机的轴向推力1.作用在动叶上压力反动度h-s图上，同一压差的等压线距离越向下越大，因此小于 ，用 代替 计算结果会偏大，偏于安全。2/22/2020282.作用在叶轮面上当叶轮两侧轮毂直径相同，即式中： 为隔板与叶轮之间蒸汽压力。2/22/202029式中： 叶根处轴向间隙两侧的压差，应考虑叶根压力 和叶轮前压力的压差外，还考虑主汽流的抽汽效应和叶轮的泵浦效应。隔板与叶轮间蒸汽压力的确定， 取决于隔板漏汽量 ，经平衡孔漏向级后的漏汽量

，及动叶根部漏入的蒸汽量 ，三者的流量平衡条件决定（1）隔板轴封漏汽量：定义：通过平衡孔的漏汽量动叶根部漏入的漏汽量叶轮反动度12/22/202030抽汽效应和叶轮的泵浦效应抽汽效应：由于喷嘴和动叶之间存在间隙，高速汽流将把叶轮和隔板间的蒸汽吸入。抽汽效应产生一压差 ，用抽汽效应反动度泵浦效应：由于叶轮高速旋转带动周围蒸汽旋转，使蒸汽沿轮壁向外流向动叶根部。泵浦效应产生一压差，用泵浦效应反动度叶根处轴向间隙两侧压差式中：为动叶根部反动度根据 ，可求出 ，近似计算可用代替 ，计算结果 会偏大，偏于安全。2/22/2020313.作用在轴的凸肩上、轴封凸肩上在轴的轴封套，隔板轴封上的凸肩等，只要两端存在压力差和面积差，都会产生轴向推力总的轴向推力一个级上的轴向推力整个汽轮机的转子轴向推力2/22/202032（二）反动式汽轮机的轴向推力作用在叶片上作用在轮鼓锥形面上作用在转子阶梯上作用在轴封凸肩上的轴向力2/22/202033二、轴向推力的平衡平衡活塞法相反流动布置法平衡孔推力轴承支撑2/22/2020342/22/202035第五节单排汽口凝汽式汽轮机的极限功率一、极限功率的概念与计算极限功率：在一定初、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。回热抽汽凝汽式机组，极限功率为：式中： —通过末级的最大流量；m

—采用回热抽汽后的增大系数，m

＝1.1～1.2＝1000～1500kJ/kg—全机理想焓降，—相对内效率—机械效率—发电机效率影响极限功率主要因素是末级蒸汽流量2/22/202036式中：，以减少余速损失；不能太大，＝205～300取决排汽压力，排汽压力（真空），热效率，叶片强度限制。，但极限功率：式中：末级蒸汽流量2/22/202037极限功率表达式制造厂国别(mm)(mm)东方中国85125202.96(

3000)(6.73)9(

)529.5哈尔滨中国90026002.8930007.35550G.E,日立美,日85223002.7136006.15594EE－AEI英国85022802.6536006.0590西屋公司美国78724803.1536006.12616BBC瑞士100025502.8230008.82600лмз苏联1200（钛）