电厂汽轮机原理及系统--ch2-多级汽轮机

1、1,Ch2 多级汽轮机,2,研究内容概述,研究内容 基于优化设计原则，分析汽轮机通流部分结构、热力参数变化特征和进、排汽损失，研究转子的轴向推力与平衡技术、轴端漏汽及轴封系统的计算和设计方法。 重点掌握 基于最佳速比与反动度设计原则，分析通流部分结构与热力变化特征和主要损失分布。 进、排汽损失机理和减小方法，汽轮机各种效率表示方法。 汽轮机转子的轴向推力及影响因素，轴向推力平衡方法。 汽封漏汽计算原理与方法，防止空气内漏、蒸汽外泄的轴封系统设计思想与方法。,3,2.1 多级汽轮机的特点与损失,多级汽轮机的特点 多级汽轮机的结构与工作特征 重热现象和重热系数 进排汽损失,4,2.1.1 多级汽轮

2、机的特点,循环效率高 蒸汽参数提高、焓降增大、实现抽汽回热和中间再热。 相对内效率高 合理分配各级焓降，在最佳速比附近工作；同时c1小、u也小，即直径小，叶高或部分进汽度相应大，这些都使效率增大 余速和前级产生的损失（重热现象）得到利用。 结构合理 级平均焓降减小，通过分流合理选取平均直径，控制叶片高度和平均转子轴向推力。 单位功率的投资减小,5,2.1.2 多级汽轮机的结构与工作特征,叶高逐级增大，且增大率随压力降低而增大 蒸汽膨胀，压力和温度降低，使比容及容积流量增大，导致沿蒸汽膨胀流程的通流面积增大，叶高和平均直径增大 焓降逐级增大 最佳速比是决定于级焓降分配。随蒸汽膨胀，容积流量增大，

3、叶片高度和平均直径增大，伴随焓降逐级增大。 低压级更容易达到临界或超临界 随蒸汽膨胀，音速下降，与此同时级焓降增大，汽流速度上升，更容易使汽流速度达到音速。,6,2.1.2 多级汽轮机的结构与工作特征,反动度逐级增大 叶高增大(除抽汽引起级流量减小外)，在叶根取一定反动度下，平均直径处的反动度随叶高增大，故反动度呈逐级增大态势。 性能趋势 比容增大，漏汽损失呈逐级下降； 叶高增大，二次流损失呈下降趋势，但叶型损失相对增大。 比容增大，叶轮摩擦损失呈下降趋势； 对中间再热机组，漏汽及二次流损失较大，加上调节级部分进汽，高压缸效率最低，中压缸的工况较好，故效率最高。,7,2.1.2 多级汽轮机的结

4、构与工作特征,各缸工作特点,8,2.1.2 多级汽轮机的结构与工作特征,9,2.1.3 重热现象和重热系数,重热机理 等压线沿熵增方向逐渐扩张，使等压线间的理想焓降随熵增而增大。各级理想焓降之和大于整机理想焓降 重热系数 各级理想焓降之和大于整机理想焓降的增量与整机理想焓降的比，即 注意！ 重热以损失为代价，减小损失、避免重热，提高效率,10,2.1.4 进排汽损失,系统特征 新蒸汽经电动主汽门、自动主汽门和调节汽门进入汽轮机，膨胀作功后由高压缸排汽回到锅炉再热器中加热，经中压主汽门和中压调节汽门到中、低压缸中继续膨胀作功，再由低压排汽口排向凝汽器。 蒸汽在汽轮机本体之外流道中的流动必然产生损

5、失，将使机组的效率下降。 这些损失归结为进汽损失和排汽损失两部分。主要特征是汽流的沿程摩擦、转向和涡流损失三方面。,11,2.1.4 进排汽损失,进汽损失 蒸汽的进汽机构通道上流动过程简化为绝热等焓过程。进汽损失定义为由进汽机构流动损失所产生的整机理想焓降减小的部分。为计算方便，通常用压损占新汽压力的百分数来表示，损失的大小取决于汽流速度和主汽门及调门的空气特性。 对高压进汽部分，压损 对于再热管道及再热器，压损 。 排汽损失 排汽部分通常做成蜗壳扩散式，并内装导流环，尽可能使排汽的余速动能转变为压力能，补偿流动产生的损失。排汽管内的流动主要表现为流动压降损失、动能损失转变为热能和降速扩压。,

6、12,13,2.1.4 进排汽损失,排汽损失 排汽损失通常用汽轮机未级动叶出口静压与凝汽器喉部静压差表示。由能量平衡得 排汽总损失 进入凝汽器的蒸汽动能和排汽通道的流动压力损失。即： 一般情况下：,14,2.2 机组性能评价指标,评价指标分类 汽轮机性能评价指标分绝对效率和相对效率两种。 以单位质量蒸汽在热力循环中所吸收热量为基础的效率是绝对效率。 以整机理想焓降为基础的效率是相对效率 相对效率又分整机相对内效率和缸相对内效率 相对内效率 有效焓降与理想焓降之比 绝对内效率 有效焓降与循环吸热量之比， 循环热效率 理想焓降与循环吸热量之比， 显然， ，提高绝对内效率的途径是增大循环热效率和相对

7、内效率。,15,2.2 机组性能评价指标,机械效率 汽轮机轴端输出功率与内功率之比 发电机效率 发电机功率输出与汽轮机轴端功率之比 发电机损失主要是机械损失(机械摩擦和风扇功耗)和电气损失(励磁功耗、铁损、铜损)。 汽轮发电机组相对电效率 汽轮发电机组绝对电效率 汽耗率 机组发出1KWh电量所消耗的蒸汽量 汽耗率并不能完整地表示机组经济性的优劣。回热抽汽机组的汽耗率大于非回热抽汽机组，但前者的循环效率高于后者。,16,2.2 机组性能评价指标,热耗率 机组发出1KWh电量所消耗的热量 对中间再热机组， 煤耗率 机组发出1KWh电量所消耗的标煤量(标准煤g/KWh）。 1kg标准煤发热量为700

8、0Kcal。 指标分为：发电煤耗、供电煤耗。,17,2.3 多级汽轮机的轴向力及其平衡,冲动式汽机轴向力的计算 转子上的轴向推力包括作用在动叶上汽流力和压差力、叶轮两侧的压差力和转子凸肩上压差力三个方面。 动叶上的轴向力 动叶上的汽流力正比于流量和级的反动度及动叶的有效作用面。即： 压力反动度 动叶前后压差与级压差的比值， 在h-s图上，同一压差的焓降随压力降低而增大，故压力反动度小于焓降反动度，用焓降反动度替代压力反动度计算轴向偏于安全,18,2.3 多级汽轮机的轴向力及其平衡,叶轮上的轴向力 叶轮反动度 轴向推力 叶轮上的轴向力决定于叶轮两侧的压差。而压差的大小决定于隔板漏汽G11、平衡孔

9、漏汽G12和叶根漏汽G13的平衡，以及动叶根部汽流产生的抽汽效应和叶轮旋转产生的泵浦效应。三者的流量决定于隔板与叶轮空间的压力pd。 延伸学习：漏汽量的计算；抽汽效应；泵浦(pumping)效应 。,19,2.3 多级汽轮机的轴向力及其平衡,转子凸肩上的轴向力 轴封套和隔板轴封内轴上的凸肩等处 反动式汽轮机的轴向推力 叶片上、轮鼓锥形面上、转子阶梯上 轴向推力的平衡 设置平衡活塞、叶轮开平衡孔、反流布置、推力轴承。 对于冲动式为主的汽轮机，因叶轮两侧的压差较小，通常采用高、中压缸对置，低压缸双分流布置基本上平衡轴向推力，其余部分由推力轴承来承担； 对反动式机组，高、中压缸转子采用鼓式结构，减小

10、叶轮的轴向推力，除采用高、中压对置布置外，还在高、中压缸转子上增设平衡活塞，减小转子上的净轴向推力。,20,21,2.4 轴封及轴封系统,轴封 在汽缸两端转子穿出处，转子与汽缸间的汽封 作用是减小漏汽损失，防止蒸汽外逸和空气内漏 汽封的类型 有隔板汽封，叶根及叶顶汽封、平衡活塞汽封、轴端汽封和门杆汽封。 主要型式：曲径式汽封，平齿汽封、蜂窝式。,22,2.4.1 工作原理和计算,工作原理 蒸汽在汽封中的流动当作绝热等焓过程。蒸汽在流经汽封片时节流加速，然后在腔室中产生涡流，将汽流动能转变为热能。 随压力降低，蒸汽比容增大，故对相同结构的汽封，汽流速度是逐级增大。又因膨胀后焓值变小、音速降低，因

11、此在汽封中如果出现超临界流动，只能在最后一个汽封片处出现。 漏汽量计算 漏汽量计算分亚临界和超临界两种工况,23,24,亚临界工况 亚临界工况的漏汽量采用不可压缩流动方程，汽流通过孔口的流速为 对应的流量为 由于等焓线上压力与比容的乘积为常数，从而求得腔室压力与前后压差的关系 由递推关系，得亚临界时通过汽封的蒸汽量：,2.4.1 工作原理和计算,25,2.4.1 工作原理和计算,临界工况 临界工况时，将最后一个孔口当作喷嘴。由临界流量计算公式得通过最后一个孔口的漏汽量为 因最后道汽封前均为亚临界，由前亚临界漏汽量计算公式求得末道前压力 判定是否临界的准则 因而，漏汽量为：,26,2.4.1 工

12、作原理和计算,临界压比与汽封齿数有关 齿数愈多，临界压比愈小 亚临界的漏汽量小于临界工况 减小漏量的措施应采用小的汽封间隙和增加汽封齿数，以及采用新型高效汽封。 流量系数 流量系数决定于汽封的结构形状，对曲径式汽封有一组试验曲线，对光轴则还应加上一个修正系数。 减小流量系数的途径是增大汽封腔室的动能损耗。,27,28,2.4.2 轴封系统,轴封系统作用 在任何运行工况下保证蒸汽不外泄、空气不内漏，同时回收泄漏蒸汽的热能和组织汽流冷却的转子轴端。 系统组成 轴封系统由轴封、供汽母管及均压箱、轴封调节器、轴封冷却器和轴封抽汽器等组成。轴封系统的型式有外供汽式和自密封式两种，不同制造厂采用不同的轴封

13、系统和轴封汽流组织方式。 轴封分成多段多室，与大气环境接近的腔室的压力由抽汽器或风机维持略低于大气压力，紧邻的腔室压力由压力调节器维持略高于大气压力，从而保证蒸汽不外泄、空气不内漏。高压缸因压力较高，轴封的段数较多，其中高压段的漏汽被引作回热抽汽。,29,30,2.4.2 轴封系统,自密封式轴封系统 轴封主要由三段二室组成。高负荷运行时，低压轴封的供汽来自于高压轴封的漏汽，高压漏汽经喷水减温后进入低压轴封；低负荷时，轴封汽由外部提供。 优点：系统简单； 缺点：不能充分冷却高、中压缸高温轴端。 外供汽式轴封系统 高、中缸高温端轴封由多(大于3）段多室组成，部分漏汽被引至低压加热器。低压轴封的供汽来自于辅助蒸汽系统。 优点：低温辅助蒸汽对高、中压段高温轴端起到冷却作用 缺点：系统复杂。,31,2.4.2 轴封系统,轴封系统的特点