汽轮机原理 多级汽轮机.ppt

1 第二章多级汽轮机 1 多级汽轮机的特点2 进汽排汽损失和热力过程线3 轴向推力及其平衡4 轴封及其系统 2 提高单级汽轮机功率 1 增大进汽量 2 增大有效比焓降但遇到以下难题 1 如果比焓降很大 喷嘴出口汽流的马赫数很大 流动损失很大 2 如果压力比很小 蒸汽比容变化大 则叶片无法制造多级 例如哈汽N600汽轮机 高压缸1 10级 中压缸2 9级 低压缸4 7级 焓降1559kJ kg 平均每级57 7kJ kg 3 1 多级汽轮机的特点 单个级的焓降小 易使每个级在直径较小的情况下工作于最佳速比 各级的余速动能可以被下一级利用 叶片中汽流多为亚音速 减小流动损失 级的直径较小 当面积一定时可增加叶高 整机的焓降大 可采用回热 再热技术 提高循环热效率 重热现象可部分弥补级内损失 提高整机效率单位功率造价低 4 重热现象 在h s图上 随着熵增大 两条等压线间的理想焓降也增大前一级的损失 引起后面级的理想焓降增大 有效焓降也随着增大以上称作重热现象 可部分弥补级内损失定义重热系数 单级的理想焓降之和 多级的理想焓降凝汽式汽轮机的重热系数约为0 04 0 08 5 1 级效率越低 重热系数越大2 级数越多 重热系数越大3 初始状态的熵越大 重热系数越大4 过热蒸汽的重热系数比湿蒸汽大重热系数对效率的影响 1 多级的效率2 平均级效率因重热现象 多级的效率大于各级的平均效率 6 凝汽式汽轮机各段工作特点 7 蒸汽在多级汽轮机中膨胀作功 压力和温度降低 比容增大 导致沿蒸汽膨胀流程的通流面积增大 使汽轮机通流部分结构和工作特征沿蒸汽流程发生很大变化 蒸汽比容增大引起叶高增大 最佳速比把u和c1联系起来 直径增大 u增大 c1增大 级的焓降增大 温度减小 音速减小 焓降增大 流速增大 8 叶根反动度一定时 叶高增大引起平均反动度增大蒸汽压差减小 比容增大 漏汽损失减小叶高增大 叶高损失减小比容增大 叶轮摩擦损失减小进入饱和区 湿汽损失增大效率排名 中压段 低压段 高压段 9 汽轮机性能评价指标 相对内效率汽轮机有效焓降 汽轮机理想焓降机械效率汽轮机轴端功率 汽轮机内功率发电机效率发电机出线端功率 汽轮机轴端功率汽轮发电机组的相对电效率相对内效率 机械效率 发电机效率汽轮发电机组的绝对电效率循环热效率 相对电效率汽耗率单位发电量所用蒸汽量热耗率单位发电量所用热量 10 课堂练习 汽轮机的进汽温度升高后 通流部分的内效率将如何变化 上述指标中 哪一个最能反映级和级组的经济性 哪一个最能反映汽轮发电机组的经济性 如何评价一个热力发电厂的经济性 锅炉 管道 汽轮机 发电机 11 2 进汽排汽损失和热力过程线 12 进汽阀门节流损失 蒸汽在进汽通道上的流动过程属于绝热等焓过程由于节流过程引起汽轮机理想焓降减小高压进汽部分的压损 2 5 p0再热管道部分的压损 8 12 pr0 13 Westinghouse600MW汽轮机高压主汽门 14 排汽管阻力损失 15 在排汽管进出口建立伯努利方程 当损失项 1 进口压力高 当损失项 1 进出口压力相等 当损失项 1 进口压力低 末级焓降较大 16 多级汽轮机热力过程线 17 末级排汽损失及叶高 排汽口数 末级排汽余速 当排汽量和排汽压力一定 增大排汽面积 可减小排汽余速损失 增加排汽面积方法 1 增大直径 转子制造成本 离心应力 2 增大叶高 半速技术 叶片制造成本 离心应力 3 增大排汽口数 制造成本 轴系长度 18 末级排汽压力与环境条件及冷却方式有关 1 低压末级排汽比容随压力变化很大 故排汽面积的选择与排汽压力关联性很强 2 我国南方和北方年平均温度差异较大 南方机组排汽压力高 排汽比容小 北方相反 3 环境温度随季节变化 开式循环与闭式循环 水冷与空冷 排汽压力也会变化 19 3 轴向推力及其平衡 汽轮机的转子受到轴向推力 在轴向固定转子时需要施加一反力给予平衡 冲动式汽轮机的轴向推力来自动叶 叶轮 轴肩 动叶所受推力 20 叶轮所受推力叶轮的受力面积A2 叶轮前的压力pd 根据漏汽量平衡 隔板漏汽量 动叶根部漏汽量 平衡孔漏汽量隔板漏汽量 21 平衡孔漏汽量 叶根漏汽量 先求叶根间隙的压差 考虑泵浦效应 抽汽效应后 22 由流量平衡 求pd 再求F2轴肩受轴向推力为F3所以 一个级的总的轴向推力 转子受到的轴向推力为各级推力之和反动式汽轮机级的轴向推力算法与冲动式相同 但没有叶轮 23 轴向推力的平衡 平衡孔 冲动式汽轮机 平衡活塞 反动式汽轮机 24 对称布置 25 推力轴承 26 推力轴承 27 4 轴封及其系统 轴封的作用 1 防止高压蒸汽漏出汽缸2 防止空气漏入低压缸轴封的类型 1 梳齿式 曲径式 2 蜂窝式3 刷式 28 蜂窝式密封 优点 在最小的材料质量下能保证密封具有最大的强度允许在高压降下应用且不增加密封的尺寸装配简单 比梳齿密封具有更好的转子动力学特性使用可磨损材料 比梳齿密封减少泄漏量应用 离心式高压压缩机 航天飞机高压液氧涡轮泵 汽轮机低压缸末级叶片的顶部密封 吸附水滴 29 30 刷式密封 刷式密封是现代先进透平机械发展的关键技术之一 已应用于航空发动机 工业燃气轮机和汽轮机等叶轮机械 如SiemensWestinghouse的501E燃气轮机 空中客车A320 欧洲幻影2000 美国F15 F16 F22等飞机的发动机 刷式密封在转子瞬间大幅径向位移后可保持密封间隙不变 其泄漏量是梳齿密封的1 5 1 10 使发动机耗油率降低约2 并能改善转子运行的稳定性 刷式密封可以承受的转子线速度为305m s 运行温度达690 刷毛是直径一般为0 05 0 07mm的细金属丝 其自由端与轴表面接触 31 32 曲径轴封 33 蒸汽在汽封中的流动近似于绝热等焓过程 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 轴封孔口可视为一个渐缩喷嘴 则孔口流速最高可达当地音速 因膨胀后焓值变小 音速降低 因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 34 漏汽量计算假定所有齿片结构尺寸相同 皆亚音速流动 第x个齿片 共有z个 流量 35 将常数项合并 沿汽流方向 齿片压差逐渐增加 比焓降增加 齿片数增加 漏汽量减小 36 当最后一个齿片达音速 37 当最后一个齿片达音速 根据上式判断汽封流动是否达临界 临界时汽封漏汽量 齿片流量系数选取 38 轴封系统 轴封系统功能1 防止空气漏入汽缸内真空部分2 防止汽缸内蒸汽漏入大气3 低压低温汽源的利用 用低温蒸汽供给轴封冷却转子保护轴承 汽缸内真空时供汽 4 轴封汽的利用 高压蒸汽引至加热器加热给水 低压蒸汽引至轴封加热器加热凝结水 39 三段二室 40 轴封系统示例 41 课堂练习 冲动式汽轮机沿蒸汽膨胀流程反动度与焓降逐级增大的原因是什么 在等直径曲径汽封中 如果发生临界流动只可能在最后一道汽封齿 为什么 曲径汽封的漏汽量和哪些因素有关 三段二室轴封系统是如何保证空气不漏入 蒸汽不漏出的 42 冲动式汽轮机与反动式汽轮机比较 43 本章思考题 1 多级汽轮机比单级汽轮机有哪些优越性 2 什么是重热现象 对汽轮机内效率的影响 3 沿着汽流方向 为什么多级汽轮机各级的叶片越来越高 4 沿着汽流方向 为什么多级汽轮机各级的比焓降越来越大 5 沿着汽流方向 为什么多级汽轮机各