多级汽轮机22226

2 1多级汽轮机的特点 多级汽轮机是提高机组功率和效率 实现抽汽回热和中间再热的必然结果 性能特点循环效率提高蒸汽参数提高 焓降增大 实现抽汽回热和中间再热 相对内效率提高合理分配各级焙降使之在最佳速比附近工作 大多数级的余速得到利用 平均焓降减小 可使级的平均直径减小 提高叶片高度 因存在重热现象 前级产生的损失部分地被下级利用 单位功率的投资减小 重热和重热系数在水蒸汽的焓 熵图上 等压线沿熵增方向逐渐扩张 即 2 1多级汽轮机的特点 等压线间的理想焓降随熵增而增大 这种由熵增损失产生的各级理想焓降之和大于整机理想焓降的现象称为多级汽轮机的重热现象 重热系数a 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 即重热利用是以熵增损失为代价 只是利用了上级损失中的部分能量 即减小上级损失产生的影响 但总的结果机组的次序是下降的 由于级的焓降决定于最佳速比 在计及重热后 整机的级数增多 多级汽轮机的结构与工作特征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 使汽轮机通流部分的结构和工作特征沿蒸汽流程发生很大变化 沿蒸汽流程平均直径和叶片高度 2 1多级汽轮机的特点 增大 反动度呈逐级增大势态 蒸汽比容的减小 漏汽损失的相对比例呈逐级下降 叶片的增长 二次流损失呈下降趋势 但叶型损失相对增大 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 2 1多级汽轮机的特点 2 2进排汽损失和机组性能评价 2 2 1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 2 2 2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 2 2进排汽损失和机组性能评价 对于再热管道及再热器 压损 2 2 3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 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 即静压恢复系数排汽通道出口 进口静压差与末级动叶出口蒸汽动能之比 即 2 2进排汽损失和机组性能评价 能量损失系数排汽通道总损失与末级动叶出口蒸汽动能之比 即 由可知 当 回收压头正好补偿流动损失压头 当 余速动能全部转变为静压头 当 部分汽流动能转变为压力能 当 扩压回收的压力不足以弥补沿程阻力损失 2 2进排汽损失和机组性能评价 2 2 4性能评价指标汽轮机性能评价指标分绝对效率和相对效率两种 以整机理想焓降为基础的效率是相对效率 而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 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内效率 机械效率汽轮机轴端输出功率与内功率之比 2 2进排汽损失和机组性能评价 2 2进排汽损失和机组性能评价 机械效率描述了轴承摩擦 主油泵等的功率消耗 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1KW h电量所消耗的蒸汽量 用下式表示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 热耗率机组发出1KW h电量所消耗的热量 用下式表示 2 2进排汽损失和机组性能评价 对中间再热机组 煤耗率机组发出1KW h电量所消耗的标煤量 标准煤g KW h 1kg标准煤发热量为7000Kcal 发电煤耗 供电煤耗 2 3多级汽轮机的轴向力及其平衡 2 3 1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 其中叶轮上的轴向力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 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 平衡孔漏汽和叶根漏汽的平衡 以及动叶根部 2 3多级汽轮机的轴向力及其平衡 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 叶轮反动度漏汽量计算隔板漏汽量计算按汽封漏汽计算公式计算 平衡孔漏汽量计算采用不可压缩流体的流量计算公式计算 2 3多级汽轮机的轴向力及其平衡 其中 动叶根部漏汽量按不可压缩流体流量计算公式计算 即动叶根部轴向间隙静压 抽汽 泵浦效应的等效压差 抽汽效应 喷嘴中流出的高速汽流在叶根处对隔板与叶轮间腔室内的蒸汽产生抽吸作用 其效应相当于增大腔室中的压力 抽汽效应反动度抽汽效应产生的压差与级压差的比值泵浦 pumping 效应高速旋转的叶轮带动周围蒸汽旋转运动 离心力使部分蒸汽产生指向叶根的径向运动 增大了叶根两侧的压差 泵浦效应反动度泵浦效应产生的压差与级压差的比值 2 3多级汽轮机的轴向力及其平衡 从而有即通过流量平衡求得 2 3 2轴向推力的平衡轴向推力的平衡主要由蒸汽膨胀的对称反流布置和设置平衡活塞实现的 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 减小叶轮的轴向推 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 2 3多级汽轮机的轴向力及其平衡 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 汽轮机中汽封有隔板汽封 叶根及叶顶汽封 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 2 4 1工作原理和计算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亚临界亚临界工况的漏汽量采用不可压缩流动方程 汽流通过 2 4轴封及轴封系统 2 4轴封及轴封系统 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临界临界工况时 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 2 4轴封及轴封系统 因而 漏汽量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 2 4 2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 轴封加热器和轴封抽汽器等组成 轴封系统的型式有外供汽式和自 2 4轴封及轴封系统 密封式两种 不同制造厂采用不同的轴封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 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