第三章多级汽轮机

1、汽轮机原理汽轮机原理第三章第三章 多级汽轮机多级汽轮机l第一节第一节 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的工作过程l第二节第二节 多级汽轮机的损失及汽轮机装置效多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率率l第二节第二节 轴封及轴封系统轴封及轴封系统l第三节第三节 多级汽轮机的轴向推力多级汽轮机的轴向推力第三章第三章 多级汽轮机多级汽轮机3.1 3.1 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的工作过程 一、优点及存在的问题一、优点及存在的问题(一)优点(1)与单级汽轮机相比，多级汽轮机的比焓降增大很多，相应地进汽参数大大提高，排汽压力也可显著降低，由于是多级，还可采用回热循环和中间再热循环，这些都使循环热效率大大提高

2、；(2)在全机总比焓降一定时，每个级的比焓降较小，每级都在材料强度允许的条件下，设计在最佳速比附近工作，使级效率较高。(3)在相邻两级部分进汽度相同，平均直径变化光滑，喷嘴进汽角与上一级的排汽角相近，级间轴向间隙较小，两级的流量变化不大的条件下，多级汽轮机各级的余速动能可以全部或部分地被下一级所利用，提高了级的效率；(4)可以使每级分配的比焓降，以及每一级的平均直径和喷嘴出口高度都比较合理，减小叶高损失。(5)由于重热现象的存在，多级汽轮机前面级的损失可以部分地被后面各级利用，使全机效率提高。(6)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

3、节省了投资。(7)采用多级汽轮机的大功率机组，便于应用先进的控制技术和环保技术。3.1 3.1 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的工作过程RHB-SHHPIPLPLPGENBFPTCNDCPGJ1GJ2GJ3FWPDTRDJ1DJ2DJ3DJ4181123131710156719212352427282930313233343536373839404142425ZJ9121416201822434426453.1 3.1 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的应用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

4、。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

5、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 3.1 3.1 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的工作过程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 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

6、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 11sintnmtGe 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

7、高，实现抽汽回热和中间再热。中间再热。3.1 3.1 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的工作过程3.1 3.1 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的工作过程3.1 3.1 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的工作过程3.1 3.1 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的工作过程3.1 3.1 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的工作过程3.1 3.1 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的工作过程3.1 3.1 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的工作过程3.1 3.1 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的工作过程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；

8、增加了机组的长度和质量；(3)(3)高中压缸前面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。3.1 3.1 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的工作过程三、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(一)高压段：高压、高温、比容小，蒸汽容积流量小。由连续性方程 知，为保证喷嘴有足够的出口高度，减小叶高损失，喷嘴出口汽流方向角 较小。一般情况下，冲动式汽轮机的 ，反动式汽轮机的 在冲动式汽轮机的高压段，级的反动度一般不

9、大。当动静叶根部间隙不吸汽也不漏汽时，根部反动度较小，这样，虽然沿叶片高度从根部到顶部的反动度不断增大，但由于高压段各级的叶片高度较小，因此，平均直径处的反动度较小。在高压段的各级中，各级比焓降不大，比焓降的变化也不大。根据连续性方程，为增大叶片高度，以减小叶高损失，叶轮的平均直径就较小，相应的圆周速度也较小。同时，为保证各级在最佳速比附近工作，则各级比焓降不大。高压各级的比容变化较小，因而各级的平均直径变化也不大。 1n 11sintnmtGe d l c 1111 14 114 20 3.1 3.1 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的工作过程结构特点：结构特点：喷嘴出口汽流方向角喷嘴出口汽流

10、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。高压级段蒸汽的比容汽损失、叶轮摩擦损失、部分进

11、汽损失等。高压级段蒸汽的比容较小，而漏汽间隙又不可能按比例减小，故漏汽量相对较大，漏较小，而漏汽间隙又不可能按比例减小，故漏汽量相对较大，漏汽损失较大。对于部分进汽的级，由于不进汽的动叶弧段成为漏汽损失较大。对于部分进汽的级，由于不进汽的动叶弧段成为漏汽的通道，使漏汽损失更有所增大。高压级段蒸汽的比容较小，汽的通道，使漏汽损失更有所增大。高压级段蒸汽的比容较小，叶轮摩擦损失也相对较大。此外，高压级段叶片高度相对较小，叶轮摩擦损失也相对较大。此外，高压级段叶片高度相对较小，所以叶高损失也较大。总上所述，可以看出，高压段各级的效率所以叶高损失也较大。总上所述，可以看出，高压段各级的效率相对较低。相

12、对较低。高压段各级的效率相对较低。高压段各级的效率相对较低。高压段特性概括如下：3.1 3.1 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的工作过程低压段：低压级段的特点是蒸汽的容积流量很大，要求很大的通流面积， 叶片高度势必很大。为避免叶高过大，有时不得不将低压各级的喷嘴出口汽流方向角取得很大。由于低压级段的容积流量很大，因此，叶轮直径较大，级的圆周速度也比较大。为了保证有较高的级效率，各级均应在最佳速比附近工作，则相应的理想比焓降将明显增大。级的反动度在低压段也明显增大，其原因有二：一是因为低压级叶片高度很大，为保证叶片根部不出现负反动度，则平均直径处的反动度就必然较大；二是因为低压级的比焓降较大，为

13、避免喷嘴出口汽流速度超过临界速度过多，尽可能利用渐缩喷嘴斜切部分的膨胀.这就要求蒸汽在喷嘴中的比焓降不能太大，而增大级的反动度，保证动叶内有足够大的比焓降。1n 11sintnmtGe d l c 3.1 3.1 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的工作过程低压段：蒸汽容积流量很大，而通流面积受到一定限制，余速损失较大；低压级一般都处于湿蒸汽区，存在湿汽损失，而且越往后该项损失越大；由于低压级的叶片高度很大，漏汽间隙所占比例很小，同时低压级段的蒸汽比容很大，因此漏汽损失很小；低压级的蒸汽比容很大，所以叶轮摩擦损失很小；低压级都是全周进汽，没有部分进汽损失。总之，对于低压级，由于湿汽损失很大，使效率

14、降低，特别是最后几级，效率降低更多。低压段特性概括如下：低压段特性概括如下：3.1 3.1 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的工作过程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

15、。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。3.1 3.1 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的工作过程中压段：中压段处于高压级段和低压级段之间，其特点是蒸汽比容既不像高压级段那样很小，也不像低压级段那样很大。因此，中压级有足够的叶

16、片高度，叶高损失较小；一般为全周进汽，没有部分进汽损失。此外，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。所以，中压各级的级内损失较小，效率要比高压级和低压级都高。为了保证汽轮机通流部分的通畅，各级喷嘴和动叶的高度沿蒸汽流动方向是逐渐增大的，所以中压各级的反动度一般介于高压级和低压级之间，且逐渐增大。中压段特性概括如下：中压段特性概括如下：3.1 3.1 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的工作过程( (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与低

17、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高。

18、3.1 3.1 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的工作过程结论：结论：总体来看，沿蒸汽流程平均直径和叶片高度增大，反动度呈总体来看，沿蒸汽流程平均直径和叶片高度增大，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。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，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。高压缸效率最低，中压缸的工况较好，故效

19、率最高。3.1 3.1 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的工作过程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 3.1 3.1 多级汽轮机的工作过

20、程多级汽轮机的工作过程3.1 3.1 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的工作过程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

21、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 。1T3.1 3.1 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的工作过程1.1.重热现象重热现象假设忽略汽轮机进汽和排汽损失，以有4个级的多级汽轮机为例，热力过程线如右图示，若各级没有损失，则整机的理想比焓降为：但汽轮机级中实际存在着级内损失，各级的累计理想比焓降为：由热力学理论知，蒸汽h-s图上的等压线沿着比熵增大的方向是

22、逐渐扩散的，也就是说等压线之间的理想比焓降随着比熵增大而略有增大。可见，各级累计理想比焓降 大于整机理想比焓降 这种现象称为重热现象。1234 macttttthhhhh1234 ttttthhhhhthmacth3.1 3.1 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的工作过程2.2.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1212leviiitthhhh 1macmacttttmacthhhhh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

23、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3.1 3.1 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的工作过程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：因此因此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

24、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 vi3.1 3.1 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的工作过程(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

25、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3.1 3.1 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的工作过程HPIPLPG锅炉锅炉高压缸高压缸中压缸中压

26、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3.2 多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率中压联合汽门中压联合汽门( (中调门中调门) )高压联合汽门高压联合汽门( (高调门高调门) )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。这些损失称为率下降。这些损失称为压力损失压力损失即

27、即进汽损失进汽损失和和排汽损失排汽损失两部分。两部分。(1)(1)进汽进汽机构节流机构节流损失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

28、调节阀最为严重。1.压力损失3.2 多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率macth()macmacmactthhh 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汽轮机进汽节流节流损失：进汽机构阻力使损失：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

29、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3.2 多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率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。采用带扩压管的阀门。3.2 多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率mach(2) (2) 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

30、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-凝汽器喉部静压凝汽器喉部静压-末级动叶出口的静压末级动叶出口的静压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 ，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

31、.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。3.2 多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率对扩压型排汽管：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，

32、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，同，所以有不同的排气管形式，如图如图表示了两种不同形式的排气管。表示了两种不同形式的排气管。3.2 多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率2.阀杆漏汽损失进汽阀包括主汽阀和调节汽阀，为了防止阀杆卡涩，阀杆与套筒之间留有一定的径向间隙。通过阀杆间隙泄露的蒸汽损失称为阀杆漏汽损失阀杆漏汽损失。通常阀杆套筒设计成锯齿形，将阀杆间隙分成若干段，构成汽封，以减少阀杆的漏汽

33、量，并把阀杆漏汽分别与轴封系统相连，回收其漏汽的热量和工质。3.机械损失汽轮机在运行时，用于克服径向轴承、推力轴承摩擦阻力和带动主油泵、调节系统等所损耗的功率称为机械损失机械损失。汽轮机内功率减去机械损失即为汽轮机主轴输出的轴端功率。对于同一台机组，汽轮机的机械损失在不同负荷下近似为一个常数，因而，汽轮机的机械效率是随着负荷增加而增加的。对于不同容量的汽轮机组，机械损失并不与机组容量成正比，大容量机组的机械效率大于小容量机组的机械效率。3.2 多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率ma ciima cthh003.6macmactiitiDhpGh汽轮机性能汽轮机性能

34、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

35、量量0G/ t h/kg s0D3.2 多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率/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 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。e

36、lPeP003.6m acm acteleltelDhPGh电电功功率率3.2 多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率汽轮机汽轮机组组的绝对内效率的绝对内效率-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二、二、 汽轮机汽轮机组组的绝对内效率的

37、绝对内效率0m a cttchhh式中循环热效率：式中循环热效率：. a elteltimg 3.2 多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率汽耗率汽耗率-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机组发出机组发出1kW1kWh h电量所消耗的标煤量电量所消耗的标煤量( (标准煤标准煤g/kWg/

38、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、 汽轮发电机组的汽轮发电机组的汽耗率汽耗率四、四、 热耗率热耗率 五、煤耗率五、煤耗率3.2 多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率d对于纯凝汽式汽轮机hc为凝结水比焓，即汽轮机排汽压力下的饱和水比焓，有回热抽汽时为末级高压加热器出口给水比焓。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

39、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

40、耗总是高于发电煤耗供电煤耗总是高于发电煤耗。3.2 多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率1.1.大功率汽轮机为什么都设计成多级汽轮机。大功率汽轮机为什么都设计成多级汽轮机。2.2.解释重热现象和重热系数解释重热现象和重热系数? ?为什么重热系数越为什么重热系数越大机组效率越低？大机组效率越低？3.3.简述汽轮机进、排汽机构的损失。简述汽轮机进、排汽机构的损失。4.4.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。3.2 多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率一、一、 极限功率的概念与计算极限功率的概念与计算极限功率极限

41、功率-在一定的初终参数和转速下，单排汽口凝汽式汽轮在一定的初终参数和转速下，单排汽口凝汽式汽轮机所能发出的最大功率。机所能发出的最大功率。回热抽汽凝汽式汽轮机组的发电极限功率为回热抽汽凝汽式汽轮机组的发电极限功率为.m ax.m axm acelctimgPGmh 式中，式中， 为通过汽轮机末级的最大流量，为通过汽轮机末级的最大流量，m m 为回热抽汽式比纯凝为回热抽汽式比纯凝汽式增大的倍数，对中小型机组汽式增大的倍数，对中小型机组 哈尔滨汽轮机厂制造哈尔滨汽轮机厂制造的的600MW600MW汽轮机组汽轮机组m m1.3621.362。而影响极限功率的主要因素是末级蒸。而影响极限功率的主要因素

42、是末级蒸汽流量汽流量 ，可用下式表示：，可用下式表示： 一般取一般取 ；末级余速；末级余速c c2 2=205=205300m/s300m/s范围内；比容范围内；比容 决决定于末级排汽压力，降低凝结器真空可使比容减小，定于末级排汽压力，降低凝结器真空可使比容减小， 增大，增大，极限功率增大，循环热效率降低。因此，末级流量取决于排汽面积。极限功率增大，循环热效率降低。因此，末级流量取决于排汽面积。.maxcG1.11.2m .maxcG.m ax22221sincbGd l c.maxcG029023.2 多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率二、提高单机最大功率的途径

43、二、提高单机最大功率的途径a a提高新蒸汽参数；提高新蒸汽参数；b b采用高强度、低密度材料；采用高强度、低密度材料； c c排汽分流，采用多排汽口；排汽分流，采用多排汽口；d d采用低转速；采用低转速；e e提高机组提高机组的相对内效率；的相对内效率；f f采用给水回热循环。采用给水回热循环。末级流量变化成末级流量变化成则极限功率则极限功率 22.m ax223600cu cGn2.m ax221800m aceltimgckPmhn 02/;9060bbbd ndlu3.2 多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率3.2 3.2 轴封及轴封系统轴封及轴封系统 汽轮机

44、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。汽封工作原理：汽封工作原理：在合金钢环体上车制出一连串较薄的薄片，每在合金钢环体上车制出一连串

45、较薄的薄片，每一个扼流圈后有一个膨胀室，当蒸汽通过时，速度加快，在膨胀一个扼流圈后有一个膨胀室，当蒸汽通过时，速度加快，在膨胀室蒸汽的动能变化为热能，压力降低，比容增大，依此类推，在室蒸汽的动能变化为热能，压力降低，比容增大，依此类推，在蒸汽通过多个扼流圈时，其每个扼流圈的前后压差就很小，泄漏蒸汽通过多个扼流圈时，其每个扼流圈的前后压差就很小，泄漏量就降低很多。量就降低很多。3.2 3.2 轴封及轴封系统轴封及轴封系统3.2 3.2 轴封及轴封系统轴封及轴封系统汽封按用途分类：汽封按用途分类：隔板汽封、叶顶汽封、轴端汽封。隔板汽封、叶顶汽封、轴端汽封。隔板汽封隔板汽封隔板内圆处的汽封，用来阻碍

46、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。隔板汽封特点：隔板汽封特点：其前后的压差大，汽封梳齿较多，结构较为复杂。最常见的汽封结构为，有装在隔板内孔的汽封圈和转子上的凸台形成。其中汽封齿可直接和汽封圈一体车出，也可利用镶嵌的办法将梳齿固定在汽封圈上。汽封圈沿圆周分成几段，有隔板水平结合面处装入隔板T型槽内，并用弹簧板将其压住，在T型槽的侧面开有小孔，运行时，蒸汽进入槽内，对汽封圈产生附加力，是汽封圈始终向心。一般大型汽轮机组都采用弹性隔板汽封，梳齿呈现高低分布，蒸汽在汽封中流动成曲折形。隔板汽封的径向间隙一

47、般选用0.40.7mm之间，轴向的间隙可依据通流部分的轴向间隙考虑原则选取。 3.2 3.2 轴封及轴封系统轴封及轴封系统叶顶汽封叶顶汽封动叶栅顶部的汽封，称为通流部分汽封，主要密封的动叶栅顶部的汽封，称为通流部分汽封，主要密封的位置包括动叶片围带处和静叶片或隔板之间的径向、位置包括动叶片围带处和静叶片或隔板之间的径向、轴向以及动叶片根部和静叶片或隔板之间的径向、轴轴向以及动叶片根部和静叶片或隔板之间的径向、轴向汽封。向汽封。叶栅汽封相对于隔板汽封和轴端汽封，其汽封前后压差较小，装设部位狭小，因而结构简单，一般情况叶顶径向汽封梳齿嵌压在静止件上，它与围带维持着较小的间隙，构成简单的叶顶轴向汽封

48、。 3.2 3.2 轴封及轴封系统轴封及轴封系统轴端汽封轴端汽封 ( (轴封轴封) )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。轴封动画轴封动画汽轮机轴端密封装置有两个方面的功能，一是在汽轮机压力区段防止蒸汽外泄，确保进入汽轮机的全部蒸汽都沿汽轮机的叶栅通道前进做功，提高汽轮机的效率；二是在真空区段，防止

49、汽轮机外侧的空气向汽轮机内泄，保证汽轮机组有良好的真空，降低汽轮机的背压，提高汽轮机的做功能力。一般情况下每一个汽缸都有一组轴封，每组轴封有多段轴封组成，并配有相应的供汽系统。 主要形式：主要形式：齿形轴封、蜂窝式轴封齿形轴封、蜂窝式轴封等。等。一、一、 齿形轴封齿形轴封齿形轴封分为齿形轴封分为高低齿轴封高低齿轴封( (曲径轴封曲径轴封) )和和平齿轴封平齿轴封( (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

50、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

51、越少。差就越小，漏汽量也就越少。 3.2 3.2 轴封及轴封系统轴封及轴封系统不同形式汽封动画不同形式汽封动画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, ,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

52、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。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3.2 3.2 轴封及轴封系统轴封及轴封系统漏汽量计算分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122lllxxllx

53、llxGAcApAp20102lxllGppAp 蒸汽在汽封内的流动过程为等比焓的节流过程，在比定压热容蒸汽在汽封内的流动过程为等比焓的节流过程，在比定压热容保持不变的条件下，温度也保持不变，故等焓线上压力与密度之商保持不变的条件下，温度也保持不变，故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为常数，从而求得腔室压力与前后压差的关系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 xxppconst212lxllGpA1xxppp3.2 3.2 轴封及轴封系统轴封及轴封系统20102lxllGpppco n stA孔口前压

54、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。1xpph201102zlxllzpGppco n stAZ 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13.2 3.2 轴封及轴封系统轴封及轴封系统2.2.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

55、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1010 xxpp由112012,10kkzl cllkpGAkp3.2 3.2 轴封及轴封系统轴封及轴封系统判定是否临界的准则判定是否临界的准则 100.820.5461.25zzpppz因而，最后一片中流速达临界时漏汽量因而，最后一片

56、中流速达临界时漏汽量00,1.25l cllpGAz3.2 3.2 轴封及轴封系统轴封及轴封系统从式(3-15)和(3-24)可知，减小汽封漏汽量的最有效方法是减小汽封齿间隙，即减小汽封齿间隙的环形面积A，但汽封齿间隙做的过小的话，容易引起动静部分碰摩，造成转子局部发热和变形。汽封齿间隙一般在0.30.6mm之间。增加齿数z也是减小汽封漏汽的有效方法，汽封段前后压差越大，齿数应越多，但是齿数过多的话，造成轴封段过长，引起转子轴系过长，容易引起转子振动。目前轴封段长度占到轴长的三分之一左右。3 3 轴封孔口流量系数轴封孔口流量系数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

57、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 3.2 3.2 轴封及轴封系统轴封及轴封系统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

58、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/s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。中是否达到临界速度。3.2 3.2 轴封及轴封系统轴封及轴封系统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 l

59、k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：3.2 3.2 轴封及轴封系统轴封及轴封系统二、二、 轴封系统轴封系统作用：作用：在任何运行工况下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

60、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：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，不同制造厂采用不同的轴封系统和轴封汽流组织方式。特点：特点：轴封分成多段多室，与轴封分成多段多室，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