华北电力大学汽轮机课件2

1、第二章第二章 多级汽轮机多级汽轮机l第一节第一节 多级汽轮机的优越性及其特点多级汽轮机的优越性及其特点l第二节第二节 进汽阻力损失和排气阻力损失进汽阻力损失和排气阻力损失l第三节第三节 汽轮机及其装置的评价指标汽轮机及其装置的评价指标l第四节第四节 轴封及其系统轴封及其系统l第五节第五节 多级汽轮机的轴向推力及其平多级汽轮机的轴向推力及其平衡衡l第六节第六节 单排汽口凝汽式汽轮机的极限单排汽口凝汽式汽轮机的极限功率功率第二章第二章 多级汽轮机多级汽轮机2.1 2.1 多级汽轮机的优越性及其特点多级汽轮机的优越性及其特点一、多级汽轮机的应用一、多级汽轮机的应用增大容量和提高机组效率要求蒸汽在汽轮

2、机中有较大的比增大容量和提高机组效率要求蒸汽在汽轮机中有较大的比焓降。焓降。单级汽轮机受叶轮和叶片材料强度的限制，所能承担的焓单级汽轮机受叶轮和叶片材料强度的限制，所能承担的焓降有限。降有限。在最佳速比下，单级焓降越大，圆周速度越大在最佳速比下，单级焓降越大，圆周速度越大？现代大容量汽轮机都采用多级设计！现代大容量汽轮机都采用多级设计！东方汽轮机厂东方汽轮机厂N300N30016.7/537/53716.7/537/5374 4型汽轮机型汽轮机 总共总共2828级，其中：级，其中： 高压缸：高压缸：1 1个单列调节级个单列调节级+9+9个冲动压力级个冲动压力级 中压缸：中压缸：6 6个冲动压力

3、级个冲动压力级 低压缸：低压缸：2 2 6 6个冲动压力级个冲动压力级 东方汽轮机厂生产的东方汽轮机厂生产的N300N30016.7/537/53716.7/537/5374 4型汽轮机纵剖面图型汽轮机纵剖面图 2.1 2.1 多级汽轮机的优越性及其特点多级汽轮机的优越性及其特点上海汽轮机厂引进型上海汽轮机厂引进型N300N30016.7/538/53816.7/538/538型汽轮机型汽轮机 全机共由全机共由3535级组成，其中级组成，其中 高压缸：高压缸：1 1个单列调节级个单列调节级+11+11个反动压力级个反动压力级 中压缸：中压缸：9 9个反动压力级个反动压力级 低压缸：低压缸：2

4、27 7个反动压力级个反动压力级上海汽轮机厂生产的反动式上海汽轮机厂生产的反动式N300N30016.7/538/53816.7/538/538型汽轮机纵剖面图型汽轮机纵剖面图 二、二、 优点优点及存在的问题及存在的问题( (一一) )优点优点(1)(1)多级汽轮机循环热效率大大提高多级汽轮机循环热效率大大提高(2)(2)多级汽轮机相对内效率明显提高多级汽轮机相对内效率明显提高设计工况下，每级都在最佳速设计工况下，每级都在最佳速比附近工作比附近工作多数级余速可全部或部分利用多数级余速可全部或部分利用喷嘴和动叶的出口高度增大，喷嘴和动叶的出口高度增大，减小了叶高损失减小了叶高损失1n 11sin

5、tnmtGe d l c 存在重热现象存在重热现象蒸汽参数提高，实现抽汽回热和蒸汽参数提高，实现抽汽回热和中间再热。中间再热。2.1 2.1 多级汽轮机的优越性及其特点多级汽轮机的优越性及其特点此外，多级汽轮机的单位功率造价、材料消耗和占地面积都比此外，多级汽轮机的单位功率造价、材料消耗和占地面积都比单级汽轮机明显减小，机组容量越大减小越显著，大大节省了单级汽轮机明显减小，机组容量越大减小越显著，大大节省了投资。投资。( (二二) )存在的问题存在的问题 (1)(1)增加了一些附加损失；增加了一些附加损失； (2) (2)增加了机组的长度和质量；增加了机组的长度和质量；(3)(3)高中压缸前面

6、若干级的工作温度高，对零部件的高中压缸前面若干级的工作温度高，对零部件的金属材料要求提高了；金属材料要求提高了；(4)(4)级数增多，零部件增多，结构复杂，制造成本高。级数增多，零部件增多，结构复杂，制造成本高。2th21pT、二、重热现象和重热系数二、重热现象和重热系数重热现象重热现象-在水蒸气的在水蒸气的h-sh-s图上等压线是沿着比熵增大的方向逐图上等压线是沿着比熵增大的方向逐渐扩张的，也就是说，等压线之间的理想比焓降随着比熵的增大渐扩张的，也就是说，等压线之间的理想比焓降随着比熵的增大而增大。这样上一级的损失而增大。这样上一级的损失( (客观存在客观存在) )造成比熵的增大将使后面造成

7、比熵的增大将使后面级的理想比焓降增大，即级的理想比焓降增大，即上一级损失中的一小部分可以在以后各上一级损失中的一小部分可以在以后各级中得到利用，这种现象称为多级汽轮机的重热现象级中得到利用，这种现象称为多级汽轮机的重热现象。 概念：概念：重热现象的解释重热现象的解释h hs s1p2p2th3p将蒸汽作为理想气体：将蒸汽作为理想气体：第一级没有损失时：第一级没有损失时：第二级的初始蒸汽参数为第二级的初始蒸汽参数为 。1T2.1 2.1 多级汽轮机的优越性及其特点多级汽轮机的优越性及其特点2.1 2.1 多级汽轮机的优越性及其特点多级汽轮机的优越性及其特点1231211kktpkhRTkp第一级

8、总是有损失存在的，因此第一级排汽的比熵和温度将增加，第一级总是有损失存在的，因此第一级排汽的比熵和温度将增加，实际第二级实际第二级初始蒸汽参数初始蒸汽参数21pT、1231211-kktpkhRTkp2211tt,TThh在前一级有损失的情况下，本级进口温度升高，级的理想比焓降在前一级有损失的情况下，本级进口温度升高，级的理想比焓降稍有增大，这就是重热现象。稍有增大，这就是重热现象。 重热系数重热系数重热系数重热系数-各级理想焓降之和大于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整机理想焓降的增量与整机理想焓降的比。重热系数的比。重热系数2.1 2.1 多级汽轮机的优越性及其特点多级

9、汽轮机的优越性及其特点1212leviiitthhhh1macmacttttmacthhhhh即（+ ）levi式中式中 即为多级汽轮机即为多级汽轮机的重热量，表示前面级的损失中被后面的重热量，表示前面级的损失中被后面级利用了的小部分热量。级利用了的小部分热量。m actthh 为讨论方便，假设汽轮机中各级的相为讨论方便，假设汽轮机中各级的相对内效率对内效率 都相等，则有都相等，则有12121levleviiittitmacmacmaclevleviiiitimactthhhhhhhhhhh 或（ +）另一方面，整个多级汽轮机的相对内效率为另一方面，整个多级汽轮机的相对内效率为：可得可得：因此

10、因此2.1 2.1 多级汽轮机的优越性及其特点多级汽轮机的优越性及其特点macmaciimacthh1m a cl e vii重获热量使整个汽轮机的相对内效率重获热量使整个汽轮机的相对内效率 大于各级的平均大于各级的平均内效率内效率也就是也就是 些等式相加，可得：些等式相加，可得：1122levleviitiithhhh，m a cile vi2.1 2.1 多级汽轮机的优越性及其特点多级汽轮机的优越性及其特点(1)(1)由于重热现象的存在，多级汽轮机中前一级的损失，可以小部由于重热现象的存在，多级汽轮机中前一级的损失，可以小部分在后面级中得到重新利用，使多级汽轮机全机的效率要比各级分在后面级

11、中得到重新利用，使多级汽轮机全机的效率要比各级平均的效率好一些。平均的效率好一些。(2)(2)不应从上式中简单地得出不应从上式中简单地得出越大，全机效率越高的结论，越大，全机效率越高的结论，这是因为这是因为的提高是在各级存在损失，各级效率降低的前的提高是在各级存在损失，各级效率降低的前提下实现的，重热现象的存在仅仅是使多级汽轮机能回收提下实现的，重热现象的存在仅仅是使多级汽轮机能回收其损失的一部分而已。其损失的一部分而已。讨论讨论(3)(3)提高汽轮机效率的根本途径是提高各级的相对内效率。提高汽轮机效率的根本途径是提高各级的相对内效率。2thh hs s2p2th3p级的能量损失增大，级的能量

12、损失增大，重热系数增加，重重热系数增加，重热量是增加的损失热量是增加的损失中很小一部分中很小一部分三、三、 多级汽轮机各级段的工作特点多级汽轮机各级段的工作特点1n 11sintnmtGe d l c 2.1 2.1 多级汽轮机的优越性及其特点多级汽轮机的优越性及其特点( (一一) )高压段高压段 蒸汽特性：蒸汽特性：高压、高温，比容小，蒸汽容积流量小。高压、高温，比容小，蒸汽容积流量小。结构特点：结构特点：喷嘴出口汽流方向角喷嘴出口汽流方向角l l较小，以保证叶片高度。较小，以保证叶片高度。一般情况下，冲动式汽轮机的一般情况下，冲动式汽轮机的l l= 11= 111414，反动式汽轮机，反动

13、式汽轮机的的l l= 14= 142020。 气动特性：气动特性：各级比焓降不大，比焓降的变化也不大。各级比焓降不大，比焓降的变化也不大。在冲动汽轮机的高压段，级的反动度一般不大。在冲动汽轮机的高压段，级的反动度一般不大。级内损失特点：级内损失特点：可能存在的级内损失有：轮周损失、叶高损失、扇形损失、漏可能存在的级内损失有：轮周损失、叶高损失、扇形损失、漏汽损失、叶轮摩擦损失、部分进汽损失等。汽损失、叶轮摩擦损失、部分进汽损失等。高压段各级的效率相对较低。高压段各级的效率相对较低。叶高损失、漏汽损失、叶轮摩擦损失、部分进汽损失相对较大叶高损失、漏汽损失、叶轮摩擦损失、部分进汽损失相对较大2.1

14、 2.1 多级汽轮机的优越性及其特点多级汽轮机的优越性及其特点1n 11sintnmtGe d l c 低压段低压段蒸汽特性：蒸汽特性：低压、低温，末几级处于湿汽区，比容大，蒸汽容积低压、低温，末几级处于湿汽区，比容大，蒸汽容积流量大。流量大。结构特点：结构特点：喷嘴出口汽流方向角喷嘴出口汽流方向角l l大，避免叶高过大。大，避免叶高过大。气动特性：气动特性：级内损失特点：级内损失特点：可能存在的级内损失有：轮周损失、叶高损失、扇形损失、漏可能存在的级内损失有：轮周损失、叶高损失、扇形损失、漏汽损失、叶轮摩擦损失、湿汽损失等。汽损失、叶轮摩擦损失、湿汽损失等。余速损失大，但一般可被下级利用，叶

15、轮摩擦损失、漏汽损失、余速损失大，但一般可被下级利用，叶轮摩擦损失、漏汽损失、叶高损失很小，主要是湿气损失大。叶高损失很小，主要是湿气损失大。理想比焓降较大，且相应增加较快理想比焓降较大，且相应增加较快叶高大，末两级叶高扩张很快叶高大，末两级叶高扩张很快级的反动度明显增大级的反动度明显增大效率介于高压级和中压级之间。效率介于高压级和中压级之间。2.1 2.1 多级汽轮机的优越性及其特点多级汽轮机的优越性及其特点( (三三) )中压段中压段 蒸汽特性：蒸汽特性：中压、高温，中比容，蒸汽容积流量中等。中压、高温，中比容，蒸汽容积流量中等。结构特点：结构特点：气动特性：气动特性：级的反动度介于高压缸

16、与低压缸之间，且逐渐增大。级的反动度介于高压缸与低压缸之间，且逐渐增大。级内损失特点：级内损失特点：中等叶高，各级叶片高度沿流动方向逐渐增大。中等叶高，各级叶片高度沿流动方向逐渐增大。可能存在的级内损失有：轮周损失、叶高损失、扇形损失、漏可能存在的级内损失有：轮周损失、叶高损失、扇形损失、漏汽损失、叶轮摩擦损失等。汽损失、叶轮摩擦损失等。叶高损失较小；一般为全周进汽，没有部分进汽损失，中压级叶高损失较小；一般为全周进汽，没有部分进汽损失，中压级漏汽损失较小，叶轮摩擦损失也较小，也没有湿汽损失。漏汽损失较小，叶轮摩擦损失也较小，也没有湿汽损失。效率要比高压级和低压级都高。效率要比高压级和低压级都

17、高。多级汽轮机各缸工作特点小结多级汽轮机各缸工作特点小结 蒸汽 参数 汽缸 汽缸 受力 容积 流量 叶片 型式 平均 直径 级 焓降 反 动度 主 要损失 效率 功率 高 压 缸 高温 高压 多层缸 较厚 压力 热应 力 小 较短 直叶 微弯 小 小 较小 叶高 漏汽 部分 较低 不足 1/3 中 压 缸 高温 中压 多层 较薄 压力 热应 力 中 扭叶 较长 中 中 中等 漏汽 较高 大于 1/3 低 压 缸 低温 低压 多层 薄 压力 热应 力 大 扭叶 长 大 大 较大 湿汽 稍低 近 1/3 2.1 2.1 多级汽轮机的优越性及其特点多级汽轮机的优越性及其特点2.1 2.1 多级汽轮机

18、的优越性及其特点多级汽轮机的优越性及其特点1.1.描述多级汽轮机的性能与特点。描述多级汽轮机的性能与特点。2.2.解释重热现象和重热系数。解释重热现象和重热系数。2.1 2.1 多级汽轮机的优越性及其特点多级汽轮机的优越性及其特点G锅炉锅炉高压缸高压缸中压缸中压缸凝汽器凝汽器再热器再热器主汽阀主汽阀调节阀调节阀低压缸低压缸中压主汽阀中压主汽阀中压调节阀中压调节阀过热器过热器LP一、多级汽轮机蒸汽流程一、多级汽轮机蒸汽流程2.2 进汽阻力损失和排汽阻力损失进汽阻力损失和排汽阻力损失主要原因是汽流的沿程摩擦、转向和涡流损失三方面。主要原因是汽流的沿程摩擦、转向和涡流损失三方面。蒸汽在汽轮机本体之外

19、流道中的流动必然产生损失，将使机组的效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。这些损失归结为率下降。这些损失归结为进汽损失进汽损失和和排汽损失排汽损失两部分。两部分。二、进汽机构节流损失二、进汽机构节流损失由于通过这些部件时蒸汽的散热损失可忽略，因此蒸汽通过汽阀由于通过这些部件时蒸汽的散热损失可忽略，因此蒸汽通过汽阀的热力过程是一个的热力过程是一个节流过程节流过程，即蒸汽通过进汽部分到达调节级喷，即蒸汽通过进汽部分到达调节级喷嘴前后虽有嘴前后虽有压力降落，但比焓值不变压力降落，但比焓值不变。蒸汽进入汽轮机工作级前必须先经过主汽阀、调节阀和蒸汽室。蒸汽进入汽轮机工作级前

20、必须先经过主汽阀、调节阀和蒸汽室。蒸汽通过这些部件时就会产生压力降，主汽阀和调节阀最为严重。蒸汽通过这些部件时就会产生压力降，主汽阀和调节阀最为严重。2.2 2.2 进汽节流损失和排汽阻力损失进汽节流损失和排汽阻力损失macth()macmacmactthhh 2.2 2.2 进汽节流损失和排汽阻力损失进汽节流损失和排汽阻力损失0000.03 0.05oppppr00(0.12 0.15)rrppp高压缸排汽压力ss(0.02 0.03)sppp中压缸排汽压力汽轮机进汽节流损失：进汽机构阻力使汽轮机进汽节流损失：进汽机构阻力使进入汽轮机第一级的蒸汽节流降压，从进入汽轮机第一级的蒸汽节流降压，从

21、而引起的理想比焓降损失。而引起的理想比焓降损失。该损失的表示方法：该损失的表示方法：通常用压损占新汽压力的百分数来表示通常用压损占新汽压力的百分数来表示对高压进汽部分压损对高压进汽部分压损对于再热管道及再热器，压损对于再热管道及再热器，压损对于中低压缸连通管，压损对于中低压缸连通管，压损2.2 2.2 进汽节流损失和排汽阻力损失进汽节流损失和排汽阻力损失损失的大小取决于损失的大小取决于汽流速度汽流速度控制阀门与管道中蒸汽流速控制阀门与管道中蒸汽流速404060m/s60m/s主汽门及调门主汽门及调门的气动特性的气动特性优化阀芯型线和汽室形状，优化阀芯型线和汽室形状，采用带扩压管的阀门。采用带扩

22、压管的阀门。mach2.2 2.2 进汽节流损失和排汽阻力损失进汽节流损失和排汽阻力损失三、三、 排汽阻力损失排汽阻力损失排汽在排汽管中流动时，由于摩擦，涡排汽在排汽管中流动时，由于摩擦，涡流，转向等阻力作用而有压力下降，这流，转向等阻力作用而有压力下降，这部分没做功的压降损失，称为汽轮机的部分没做功的压降损失，称为汽轮机的排汽阻力损失。排汽阻力损失。cccppp定义式：定义式：cpcp-末级动叶出口的静压末级动叶出口的静压-凝汽器喉部静压凝汽器喉部静压2100excccpp 估算式：估算式：凝汽式机排汽管中汽流速度凝汽式机排汽管中汽流速度c cexex100100120m/s 120m/s

23、，背压机，背压机c cexex404060m/s,60m/s,排汽管阻力系数排汽管阻力系数=0.05=0.050.1(0.1(下置式下置式凝汽器凝汽器).).(0.02 0.06)ccpp一般情况下：一般情况下：减小排汽阻力损失方法：减小排汽阻力损失方法：通过扩压把排汽动能转化为静压，以补偿排汽管中的压力损失。通过扩压把排汽动能转化为静压，以补偿排汽管中的压力损失。2.2 2.2 进汽节流损失和排汽阻力损失进汽节流损失和排汽阻力损失对扩压型排汽管：对扩压型排汽管：如果排汽管进口马赫数如果排汽管进口马赫数MaMa0.50.52222111ccccexGpppAf则排汽压损可由下式计算：则排汽压损

24、可由下式计算：排汽部分通常做成蜗壳扩散式，尽可能使排汽的余速动能转变为排汽部分通常做成蜗壳扩散式，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，并内装导流环，使乏汽均匀地布压力能，补偿流动产生的损失，并内装导流环，使乏汽均匀地布满整个排汽通道，保持排汽畅通。由于排气管中扩压器的位置不满整个排汽通道，保持排汽畅通。由于排气管中扩压器的位置不同，所以有不同的排气管形式，如图表示了两种不同形式的排气管。同，所以有不同的排气管形式，如图表示了两种不同形式的排气管。排汽管评价指标：排汽管评价指标： 能量损失系数能量损失系数exex和静压恢复系数和静压恢复系数exex22112212022ccp

25、p 进入排汽管的汽流速度的马赫数进入排汽管的汽流速度的马赫数MaMa0.30.3时，排汽可视为不可压缩时，排汽可视为不可压缩流体，其能量方程为：流体，其能量方程为：21221 11 1122ppcc整理为：整理为：21112()e xbc2121112()e xppac2.2 2.2 进汽节流损失和排汽阻力损失进汽节流损失和排汽阻力损失2121112e xppc21112e xc令：令：1exex则有则有ex静压恢复系数静压恢复系数 ：排汽通道出口、进口静压差与末级动叶出口：排汽通道出口、进口静压差与末级动叶出口蒸汽动能之比。蒸汽动能之比。 即式即式(a)(a)：ex能量损失系数能量损失系数

26、：排汽通道总损失与末级动叶出口蒸汽动能：排汽通道总损失与末级动叶出口蒸汽动能之比。即式之比。即式(b)(b)：22202c 式中：蒸汽在排汽管的总损失，进入凝汽器的蒸汽动能和排汽式中：蒸汽在排汽管的总损失，进入凝汽器的蒸汽动能和排汽通道的流动压力损失。即通道的流动压力损失。即0 ;1e xe x(2)(2)0 ;1e xe x0 ;1e xe x部分汽流动能转化为压力能。部分汽流动能转化为压力能。减少能量损失系数及提高静压减少能量损失系数及提高静压恢复系数是排汽管设计目标。恢复系数是排汽管设计目标。0;1exex扩压回收压力不足以弥补沿程扩压回收压力不足以弥补沿程阻力损失，应尽量避免这种情阻力

27、损失，应尽量避免这种情况出现。况出现。2.2 2.2 进汽节流损失和排汽阻力损失进汽节流损失和排汽阻力损失12pp21pp21pp回收压头正好补偿流动损失压头；回收压头正好补偿流动损失压头；讨论：讨论：(1)(1)(3)(3)2.2 2.2 进汽节流损失和排汽阻力损失（作业）进汽节流损失和排汽阻力损失（作业）1.1.汽轮机高、中、低压缸的主要损失有哪几种？汽轮机高、中、低压缸的主要损失有哪几种？2.2.解释进汽阻力损失和排气阻力损失，并在解释进汽阻力损失和排气阻力损失，并在h-h-s s 图上表示出来。图上表示出来。 2.3 2.3 汽轮机及其装置的评价指标汽轮机及其装置的评价指标ma cii

28、ma cthh003.6macmactiitiDhpGh汽轮机性能汽轮机性能评价指标评价指标以整机理想焓降为基础以整机理想焓降为基础以单位质量蒸汽在热力循环中所吸收热以单位质量蒸汽在热力循环中所吸收热量为基础量为基础绝对效率绝对效率相对效率相对效率一、一、 汽轮机的相对内效率汽轮机的相对内效率以下以无回热抽汽、无再热、无前后端轴封漏汽和门杆漏汽的以下以无回热抽汽、无再热、无前后端轴封漏汽和门杆漏汽的纯凝汽式机组说明相关效率的定义式。纯凝汽式机组说明相关效率的定义式。汽轮机的相对内效率汽轮机的相对内效率-有效比焓降与理想比焓降之比有效比焓降与理想比焓降之比相应的，汽轮机的内功率相应的，汽轮机的内

29、功率式中，式中， 和和 分别是以分别是以 和和 为单位的进汽流为单位的进汽流量量0G/ t h/kg s0D/meiPP即：即：003.6macmactimemitimDhPPGh /ge lePP汽轮发电机组相对电效率汽轮发电机组相对电效率elimg 即：即：003.6m actimgm acelegtimgDhPPGh 2.3 2.3 汽轮机及其装置的评价指标汽轮机及其装置的评价指标机械效率机械效率-汽轮机的轴端功率汽轮机的轴端功率 与汽轮机的内功率与汽轮机的内功率 之比，之比，其描述了轴承摩擦、主油泵的功率损耗。其描述了轴承摩擦、主油泵的功率损耗。ePiP发电机效率发电机效率-发电机输出

30、功率发电机输出功率 与汽轮机轴端功率与汽轮机轴端功率 之比。之比。elPeP003.6m acm acteleltelDhPGh电功率电功率汽轮机组的绝对内效率汽轮机组的绝对内效率-全机实际比焓降与整个循环中加给全机实际比焓降与整个循环中加给1kg1kg蒸汽的热量之比蒸汽的热量之比,0m a ciaitichhh 绝对电效率绝对电效率-1kg-1kg蒸汽理想比焓降蒸汽理想比焓降 中转换成电能的部中转换成电能的部分分 与整个热力循环中加给与整个热力循环中加给1kg1kg蒸汽的能量之比蒸汽的能量之比macthmactelh.0mactela elchhh 2.3 2.3 汽轮机及其装置的评价指标汽

31、轮机及其装置的评价指标二、二、 汽轮机组的绝对内效率汽轮机组的绝对内效率0m a cttchhh式中循环热效率：式中循环热效率：. a elteltimg 汽耗率汽耗率-每生产每生产1kW1kWh h电能所消耗的蒸汽量电能所消耗的蒸汽量01 0 0 03 6 0 0m a ce lte lDdPh热耗率热耗率-每生产每生产1kW1kWh h电能所消耗的热量电能所消耗的热量00.36003600ccmactela elhhqd hhh中间再热机组：中间再热机组：00rcrrDqhhhhD 2.3 2.3 汽轮机及其装置的评价指标汽轮机及其装置的评价指标机组发出机组发出1kW1kWh h电量所消耗

32、的标煤量电量所消耗的标煤量( (标准煤标准煤g/kWg/kWh h）。）。(1kg(1kg标准煤标准煤发热量为发热量为7000kCal)7000kCal)。发电煤耗、供电煤耗。发电煤耗、供电煤耗。三、三、 汽轮发电机组的汽耗率汽轮发电机组的汽耗率四、四、 热耗率热耗率 五、煤耗率五、煤耗率 2.3 2.3 汽轮机及其装置的评价指标汽轮机及其装置的评价指标讨论：讨论：(1)(1)相对效率是衡量某个能量转换环节设计的完善程度相对效率是衡量某个能量转换环节设计的完善程度的指标。的指标。(2)(2)绝对电效率和热耗率是衡量汽轮发电机组经济性的主绝对电效率和热耗率是衡量汽轮发电机组经济性的主要指标。要指

33、标。(3)(3)汽耗率由于和机组的初终参数有关，因此只能用于比汽耗率由于和机组的初终参数有关，因此只能用于比较同类型同参数机组的运行管理水平。较同类型同参数机组的运行管理水平。(4)(4)汽轮发电机组的绝对电效率和热耗率由于没有考虑锅汽轮发电机组的绝对电效率和热耗率由于没有考虑锅炉效率、管道效率和厂用电等，因此高于机组电效率炉效率、管道效率和厂用电等，因此高于机组电效率和热耗率。和热耗率。(5)(5)未扣除厂用电的煤耗率称为发电煤耗，扣除厂用电的未扣除厂用电的煤耗率称为发电煤耗，扣除厂用电的称为供电煤耗，因此称为供电煤耗，因此供电煤耗总是高于发电煤耗供电煤耗总是高于发电煤耗。 2.3 2.3

34、汽轮机及其装置的评价指标（作业与思考）汽轮机及其装置的评价指标（作业与思考）1.1.解释汽轮机的相对内效率、汽轮发电机组的解释汽轮机的相对内效率、汽轮发电机组的相对内效率、汽轮机的绝对内效率、绝对电效相对内效率、汽轮机的绝对内效率、绝对电效率。率。2.2.解释汽耗率及热耗率，并写出定义式。解释汽耗率及热耗率，并写出定义式。2.4 2.4 轴封及其系统轴封及其系统 汽轮机是高速旋转的机械。在汽缸、隔板等静子部分与主轴、汽轮机是高速旋转的机械。在汽缸、隔板等静子部分与主轴、叶轮（包括动叶）等转子部分之间，必须有一定的轴向和径向间叶轮（包括动叶）等转子部分之间，必须有一定的轴向和径向间隙，以免机组在

35、工作时动静部件之间发生摩擦。既然有间隙存在，隙，以免机组在工作时动静部件之间发生摩擦。既然有间隙存在，间隙前后又存在压差，就可能漏汽（气），为了减少蒸汽的泄漏间隙前后又存在压差，就可能漏汽（气），为了减少蒸汽的泄漏和防止空气漏入，需要有汽封装置。和防止空气漏入，需要有汽封装置。汽封按用途分类：汽封按用途分类：隔板汽封隔板汽封叶根及叶顶汽封叶根及叶顶汽封轴端汽封轴端汽封 ( (轴封轴封) )隔板内圆处的汽封，用来阻碍蒸汽绕过喷嘴而引起能隔板内圆处的汽封，用来阻碍蒸汽绕过喷嘴而引起能量损失并使叶轮上的轴向推力增大。量损失并使叶轮上的轴向推力增大。动叶栅顶部和根部处的汽封，通称通流部分汽封，动叶栅顶

36、部和根部处的汽封，通称通流部分汽封，用来阻碍蒸汽从动叶栅两端逸散致使做功能力降低。用来阻碍蒸汽从动叶栅两端逸散致使做功能力降低。转子穿过汽缸两端处的汽封，高压轴封防止蒸汽漏出汽缸，造成转子穿过汽缸两端处的汽封，高压轴封防止蒸汽漏出汽缸，造成工质损失，恶化运行环境，并且加热轴颈或冲进轴承使润滑油质工质损失，恶化运行环境，并且加热轴颈或冲进轴承使润滑油质劣化；低压轴封用来防止空气漏入汽缸，破坏凝汽器正常工作。劣化；低压轴封用来防止空气漏入汽缸，破坏凝汽器正常工作。2.4 2.4 轴封及其系统轴封及其系统主要形式：齿形轴封、蜂窝式轴封等。主要形式：齿形轴封、蜂窝式轴封等。一、一、 齿形轴封齿形轴封齿

37、形轴封分为高低齿轴封齿形轴封分为高低齿轴封( (曲径轴封曲径轴封) )和平齿轴封和平齿轴封( (光轴轴封光轴轴封) )两种。在汽轮机的高压段采用曲径轴封，在低压段采用光轴两种。在汽轮机的高压段采用曲径轴封，在低压段采用光轴轴封。轴封。工作原理：工作原理：当漏汽漏过汽封时，每通过一个汽封片所形成当漏汽漏过汽封时，每通过一个汽封片所形成的孔口，就产生一次节流作用，即蒸汽的压力的孔口，就产生一次节流作用，即蒸汽的压力就降低一次，每一汽室中的压力都低于前一汽就降低一次，每一汽室中的压力都低于前一汽室中的压力，每一汽封片前后压差之和就等于室中的压力，每一汽封片前后压差之和就等于汽封前后的总压差汽封前后的

38、总压差P P0 0P Pg g。由于孔口的漏汽面。由于孔口的漏汽面积是积是A Ap pddp p定值（定值（dpdp是汽封片处轴的直径是汽封片处轴的直径，是汽封间隙），因此在给定的总压差下，是汽封间隙），因此在给定的总压差下，如果汽封片数越多，则每一汽封片两侧的压力如果汽封片数越多，则每一汽封片两侧的压力差就越小，漏汽量也就越少。差就越小，漏汽量也就越少。 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。随压力降低低,

39、 ,蒸汽比容增大蒸汽比容增大, ,故对相同故对相同结构的汽封结构的汽封, ,汽流速度和焓降汽流速度和焓降是逐级增大是逐级增大。又因蒸汽在汽封。又因蒸汽在汽封中膨胀时逐级焓值变小、音速中膨胀时逐级焓值变小、音速降低、流速增加降低、流速增加, ,汽封孔口汽封孔口只能看作无斜切部分的渐缩喷只能看作无斜切部分的渐缩喷嘴，因此在嘴，因此在汽封中只可能出汽封中只可能出现临界流动现临界流动, ,且只能在最后且只能在最后一个汽封片处出现。一个汽封片处出现。2.4 2.4 轴封及其系统轴封及其系统蒸汽在汽封中的流动过程：蒸汽在汽封中的流动过程：芬诺曲线芬诺曲线( (等流量线等流量线) )等焓线等焓线漏汽量计算分

40、亚临界和超临界两种工况漏汽量计算分亚临界和超临界两种工况亚临界工况的漏汽量采用不可压缩流动方程，汽流通过某一片孔口亚临界工况的漏汽量采用不可压缩流动方程，汽流通过某一片孔口的流速为的流速为2xxpc 对应的流量为对应的流量为122lllxxllxllxGAcApAp20102lxllGppAp 由于等焓线上压力与密度之商为常数，从而求得腔室压力与前由于等焓线上压力与密度之商为常数，从而求得腔室压力与前后压差的关系后压差的关系2.4 2.4 轴封及其系统轴封及其系统漏汽量计算漏汽量计算 ：1.1.最后一片孔口处流速未达临界速度最后一片孔口处流速未达临界速度1010 xxppconst212lxl

41、lGpA1xxppp2.4 2.4 轴封及其系统轴封及其系统20102lxllGpppco n stA孔口前压力孔口前压力 越低，压差越低，压差 越大，孔口中的比焓降越大，孔口中的比焓降 越大。越大。1xpph201102zlxllzpGppconstAZ Z片轴封相加片轴封相加 改写为积分式：改写为积分式：00222210010222zzppxzlxpllppppzpGppA亚临界时通过汽封的蒸汽量亚临界时通过汽封的蒸汽量22000zlllppGAzp00.20.40.60.811.2123456系列1 最后一片孔口处流速达临界速度最后一片孔口处流速达临界速度 临界工况时，将最后一个孔口当作

42、喷嘴。由临界流量计算公式临界工况时，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得通过最后一个孔口的漏汽量为因最后一片轴封孔口前均为亚临界，由前面亚临界漏汽量计算公式因最后一片轴封孔口前均为亚临界，由前面亚临界漏汽量计算公式求得末道轴封孔口前压力求得末道轴封孔口前压力112,111kkl cllzzkGAkp1110021111.31 0.445(1)1(1)kkzkpppkzkz定熵指数2.4 2.4 轴封及其系统轴封及其系统1010 xxpp由112012,10kkzl cllkpGAkp判定是否临界的准则判定是否临界的准则 100.820.5461.25zzpp

43、pz因而，最后一片中流速达临界时漏汽量因而，最后一片中流速达临界时漏汽量00,1.25l cllpGAz3 3 轴封孔口流量系数轴封孔口流量系数2.4 2.4 轴封及其系统轴封及其系统蒸汽通过轴封孔口的流速是用渐缩喷嘴的蒸汽通过轴封孔口的流速是用渐缩喷嘴的流速公式计算的，其与实际有一定的差异，流速公式计算的，其与实际有一定的差异，由实验求取流量系数由实验求取流量系数 ，其与轴封齿的形，其与轴封齿的形状及几何参数有关，可查右图状及几何参数有关，可查右图. .l(1)(1)齿进汽侧不应作成圆弧状或斜面状，齿进汽侧不应作成圆弧状或斜面状，应保持齿的尖锐边缘应保持齿的尖锐边缘 (2)(2)齿的尖锐边缘

44、在运行中会因为摩齿的尖锐边缘在运行中会因为摩擦而钝化，流量系数会增大擦而钝化，流量系数会增大 4 4光轴轴封漏汽量修正系数光轴轴封漏汽量修正系数 与曲径轴封的区别是蒸汽进入下一空口前还有一定的初速，与曲径轴封的区别是蒸汽进入下一空口前还有一定的初速，故漏汽量增大，其计算结果只需在曲径轴封的计算结果上乘一故漏汽量增大，其计算结果只需在曲径轴封的计算结果上乘一修正系数修正系数 ， 可由光轴轴封尺寸可由光轴轴封尺寸 和轴封片数和轴封片数z z查得，查得，图：图：lklk/s2.4 2.4 轴封及其系统轴封及其系统计算时必须先判别在轴封段的最末一片计算时必须先判别在轴封段的最末一片中是否达到临界速度。

45、中是否达到临界速度。000.667llllGAp 00./0.667/llllll cGApGG 若算平齿式光轴轴封的轴封若算平齿式光轴轴封的轴封漏汽量，则需再乘上修正系数漏汽量，则需再乘上修正系数 lk2.4 2.4 轴封及其系统轴封及其系统计算漏汽量前，不必事先判断轴计算漏汽量前，不必事先判断轴封最后一片孔口处是否达到临界封最后一片孔口处是否达到临界速度，只需根据速度，只需根据Z Z与与 查得查得 应用上式计算。应用上式计算。 0/zppl5 5 计算曲径轴封的漏汽量单一表达式计算曲径轴封的漏汽量单一表达式轴封漏汽量比：轴封漏汽量比：二、二、 轴封系统轴封系统2.4 2.4 轴封及其系统轴

46、封及其系统作用：在任何运行工况下作用：在任何运行工况下保证蒸汽不外泄、空气不内漏，同时回收保证蒸汽不外泄、空气不内漏，同时回收泄漏蒸汽的热能（轴封加热器）和组织汽流冷却转子的轴端泄漏蒸汽的热能（轴封加热器）和组织汽流冷却转子的轴端。端轴封和与它相连的管道和附属设备端轴封和与它相连的管道和附属设备组成：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密封式外供汽式和自密封式两种，不同制造厂采用不同的轴封系统和轴封汽流组织方式。两种，不同制造厂采

47、用不同的轴封系统和轴封汽流组织方式。特点：轴封分成多段多室，与特点：轴封分成多段多室，与大气环境接近的腔室的压力大气环境接近的腔室的压力由抽汽器由抽汽器或风机维持或风机维持略低于大气压力略低于大气压力，紧邻的腔室压力紧邻的腔室压力由压力调节器维持略由压力调节器维持略高于大气压力高于大气压力，从而保证蒸汽不外泄、空气不内漏。，从而保证蒸汽不外泄、空气不内漏。 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；启动于高压轴封的漏汽，高压漏汽经喷水减温后进入低压轴封；启动或低负荷时，轴封

48、汽由外部提供。或低负荷时，轴封汽由外部提供。优点：系统简单；优点：系统简单；缺点：不能充分冷却高、中压缸高温轴端。缺点：不能充分冷却高、中压缸高温轴端。2 2 外供汽式轴封系统外供汽式轴封系统高、中缸高温端轴封由多高、中缸高温端轴封由多( (大于大于3 3）段多室组成，部分漏汽被引至）段多室组成，部分漏汽被引至低压加热器。轴封的供汽来自于辅助蒸汽系统。低压加热器。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；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。缺点：系统复杂。2.4 2.4 轴封及其系统轴封及其系统三、轴封系统的特点三、轴封系

49、统的特点1 1自密封式轴封系统自密封式轴封系统4 4、防止空气漏入真空部分、防止空气漏入真空部分-在低压端轴封次外腔室通入比大气压在低压端轴封次外腔室通入比大气压力稍高的蒸汽，沿着主轴向背离汽缸方向流动，以阻止外界空气流力稍高的蒸汽，沿着主轴向背离汽缸方向流动，以阻止外界空气流入。入。 2.4 2.4 轴封及其系统轴封及其系统 1 1、轴封汽的利用、轴封汽的利用-将漏汽从轴封中间腔室引出加以利用或回收将漏汽从轴封中间腔室引出加以利用或回收漏汽漏汽( (含空气含空气) )混合物的热量以加热凝结水混合物的热量以加热凝结水( (多于两个腔室时多于两个腔室时) )； 2 2、低压低温汽源的利用、低压低

50、温汽源的利用-高压缸两端与主轴承靠近，为防止传出高压缸两端与主轴承靠近，为防止传出高温蒸汽使轴承超温，常向高压轴封供低压低温蒸汽高温蒸汽使轴承超温，常向高压轴封供低压低温蒸汽( (非自密封系非自密封系统统) ) ；或在启动及低负荷时，向轴封供备用蒸汽；或在启动及低负荷时，向轴封供备用蒸汽( (各种系统各种系统) )。3 3、防止蒸汽由端轴封漏入大气、防止蒸汽由端轴封漏入大气-防止蒸汽漏入轴承使油质恶化、防止蒸汽漏入轴承使油质恶化、车间湿度增大及汽水损失，通常在高低压端轴封最外腔室人为地车间湿度增大及汽水损失，通常在高低压端轴封最外腔室人为地造成一个比大气压力稍低的压力，将漏出的蒸汽和漏入的空气

51、一造成一个比大气压力稍低的压力，将漏出的蒸汽和漏入的空气一起抽出，经冷却后排入大气；起抽出，经冷却后排入大气；2.4 2.4 轴封及其系统（作业与思考）轴封及其系统（作业与思考）1.1.简述轴封概念、作用及主要形式。简述轴封概念、作用及主要形式。2.2.简述轴封系统的组成及作用。简述轴封系统的组成及作用。3.3.轴封漏汽量在亚临界和超临界两种工况时轴封漏汽量在亚临界和超临界两种工况时的计算公式。的计算公式。 一一 轴向推力轴向推力2.5 2.5 多级汽轮机的轴向推力及其平衡多级汽轮机的轴向推力及其平衡 轴流式汽轮机中，高压蒸汽由一端进入，低压蒸汽由另一端轴流式汽轮机中，高压蒸汽由一端进入，低压

52、蒸汽由另一端流出，整体来看，蒸汽对转子施加了一个由高压端指向低压端的流出，整体来看，蒸汽对转子施加了一个由高压端指向低压端的轴向力，使转子存在一个向低压端移动的趋势，这个力就称为转轴向力，使转子存在一个向低压端移动的趋势，这个力就称为转子的轴向推力。子的轴向推力。轴向推力由推力轴承承担。轴向推力由推力轴承承担。计算轴向推力，为推力轴承的设计提供依椐。计算轴向推力，为推力轴承的设计提供依椐。对轴向推力采取平衡措施，平衡掉部分轴向推力，减少推力对轴向推力采取平衡措施，平衡掉部分轴向推力，减少推力轴承的设计制造难度。轴承的设计制造难度。例如对高压反动式机组，它的推力可高达例如对高压反动式机组，它的推

53、力可高达1.961.962.94MN2.94MN二二 冲动式汽轮机的轴向推力冲动式汽轮机的轴向推力 转子上的轴向推力是各级轴向推力的总合，包括转子上的轴向推力是各级轴向推力的总合，包括作用在各级动叶作用在各级动叶上的轴向推力上的轴向推力、作用在叶轮面上的轴向推力作用在叶轮面上的轴向推力和和作用在转子凸肩上的作用在转子凸肩上的轴向推力轴向推力三部分。三部分。zzzzFFFF 动叶上的轴向推力是由动叶前后的动叶上的轴向推力是由动叶前后的静压差和汽流在动叶中轴向分速度静压差和汽流在动叶中轴向分速度的改变所产生的的改变所产生的 112212sinsinzm bFG ccd l pp引入引入压力反动度压

54、力反动度1202ppppp 由于轴向分速度变化很小，上式可写由于轴向分速度变化很小，上式可写02zmbpFd lpp2.5 2.5 多级汽轮机的轴向推力及其平衡多级汽轮机的轴向推力及其平衡zF. .作用在动叶上的轴向推力作用在动叶上的轴向推力速度级：计算两列动叶受力之和速度级：计算两列动叶受力之和部分进汽级：乘上部分进汽度部分进汽级：乘上部分进汽度e e2.5 2.5 多级汽轮机的轴向推力及其平衡多级汽轮机的轴向推力及其平衡在在h-sh-s图上，同一压差的等压线距离越向下越大，即焓降增大，故图上，同一压差的等压线距离越向下越大，即焓降增大，故压力反动度小于焓降反动度，压力反动度小于焓降反动度，

55、用替代计算偏于安全，用替代计算偏于安全，故故可认为正比与可认为正比与 。mpmp02mppzF1ph hs s0p2p. .作用在叶轮面上的轴向推力作用在叶轮面上的轴向推力zF叶轮上的轴向力决定于叶轮上的轴向力决定于叶轮两侧的压差叶轮两侧的压差和和轮盘面积轮盘面积。由于轮盘面积很大，故轮面上的轴向推由于轮盘面积很大，故轮面上的轴向推力也很大。为减小此项推力，常在轮盘力也很大。为减小此项推力，常在轮盘面上面上开设平衡孔，以减小轮盘两侧的压开设平衡孔，以减小轮盘两侧的压差。差。 作用在叶轮轮面上的轴向推力作用在叶轮轮面上的轴向推力 可写成可写成 zF222212244zmbdmbFdldpdldp

56、2.5 2.5 多级汽轮机的轴向推力及其平衡多级汽轮机的轴向推力及其平衡漏汽流动情况可归纳为：漏汽流动情况可归纳为：1 1 动叶动叶根部吸汽根部吸汽时：时：123lllGGG123lllGGG或或2 2 动叶动叶根部漏汽根部漏汽时：时：213lllGGG如果叶轮两侧的轮毂直径相同，即如果叶轮两侧的轮毂直径相同，即d d1 1=d=d2 2=d=d，则上式可简化为，则上式可简化为 2224zmbddFdldpp对部分进汽级上式应加上对部分进汽级上式应加上21m bded lpp202ddpppp定义：定义：叶轮反动度叶轮反动度22024zmbddFdldpp叶轮反动度的确定叶轮反动度的确定需要进

57、行漏汽量计算需要进行漏汽量计算1lGdp3lG 不一定等于喷嘴后叶根压力不一定等于喷嘴后叶根压力 ，其大小决定于隔板漏，其大小决定于隔板漏汽汽 、平衡孔漏汽、平衡孔漏汽 和叶根漏汽和叶根漏汽 的平衡关系。的平衡关系。2lG1rp( (不进汽的动叶不进汽的动叶) )2.5 2.5 多级汽轮机的轴向推力及其平衡多级汽轮机的轴向推力及其平衡10.81.3l110110212()2(1)()ldldlddAppAppGzz 在汽轮机设计时，应尽量使动叶根部不吸不漏或动叶根部稍在汽轮机设计时，应尽量使动叶根部不吸不漏或动叶根部稍有蒸汽漏过平衡孔。有蒸汽漏过平衡孔。3 3 动叶动叶根部不吸汽也不漏汽根部不

58、吸汽也不漏汽时：时：123,0lllGGG202222222()2()ddlllddppppGAA20.3 0.45l 隔板漏汽量隔板漏汽量 -根据连续性方程和伯努利方程根据连续性方程和伯努利方程1lG 平衡孔漏汽量平衡孔漏汽量 -计算采用不可压缩流体的流量计算公计算采用不可压缩流体的流量计算公式计算式计算2lG2l平衡孔处圆周速度与反向变化漏汽流速常取常取0.40.42.5 2.5 多级汽轮机的轴向推力及其平衡多级汽轮机的轴向推力及其平衡抽气效应抽气效应-喷嘴中流出的高速汽流在叶根处对隔板与叶轮间腔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

59、力。抽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。抽气效应的大小可由抽气效应反动度气效应的大小可由抽气效应反动度 表示表示c 动叶根部漏汽量动叶根部漏汽量 -按不可压缩流体流量计算公式计算按不可压缩流体流量计算公式计算3332rlldpGA30.4l3lG 为动叶根部轴向间隙两侧压差，是动叶根部压力为动叶根部轴向间隙两侧压差，是动叶根部压力 与叶轮前压与叶轮前压力力 考虑考虑抽汽、泵浦抽汽、泵浦效应后的等效压差效应后的等效压差rp1rpdp02ccppp式中式中 为抽气效应产生的压差，为抽气效应产生的压差，cp与间隙、叶根盖度的大小与间隙、叶根盖度的大小及圆周速度有关及圆周速度有关c

60、0.01 0.02c 一般情况一般情况与间隙大小有关与间隙大小有关02bbpppbp2.5 2.5 多级汽轮机的轴向推力及其平衡多级汽轮机的轴向推力及其平衡0.01 0.02b b泵浦效应泵浦效应-高速旋转的叶轮带动周围蒸汽旋转运动，离心力使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，叶轮和叶根间隙两侧增加一部分蒸汽产生指向叶根的径向运动，叶轮和叶根间隙两侧增加一压差压差 ，其效应相当于增大腔室中的压力。泵浦效应的大小可，其效应相当于增大腔室中的压力。泵浦效应的大小可由泵浦效应反动度由泵浦效应反动度 表示表示一般情况一般情况从而有从而有102()()rrdcbr