多级汽轮机201301008

1、1第三章第三章 多级汽轮机多级汽轮机第二节第二节 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2n多级汽轮机的特点多级汽轮机的特点（一） 多级汽轮机的特点 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(1) 为什么采用多级汽轮机 ? 1）提高热效率和单机功率的需要 2）金属材料的限制提高热效率和单机功率提高循环初参数和降低终参数ih蒸汽的比焓降增大ih 很大ih假如在单一级中利用数值较大的会导致什么样的结果呢？1喷嘴出口汽流速度c 很大1(opopuxc最

2、佳 速 比)md 很大为保证较高的轮周效率u很大受金属材料强度的限制采用多级汽轮机i采用多级来分担 h,使整机具有较大的功率 使每一级都在最佳速比附近工作3n多级汽轮机的特点多级汽轮机的特点（一） 多级汽轮机的特点新蒸汽 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新蒸汽高压缸中压缸高压缸排汽，去再热器再热蒸汽低压缸中压缸排汽低压缸进汽低压缸排汽低压缸排汽4一一. 多级汽轮机的特点多级汽轮机的特点 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n（二）多级汽轮机的优越性（二）多级汽轮机的优越性n1多级汽轮机的循环热效率大大提高多级汽轮机的循环热效率大大提高n与单级汽轮机相比，

3、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，同时，由于是多级，还可采用回热循环和中间再热循环，因此循环热效率大大提高。n2多级汽轮机的相对内效率明显提高多级汽轮机的相对内效率明显提高n3 3单位功率的投资和运行成本降低单位功率的投资和运行成本降低n4.4.便于新技术的采用便于新技术的采用5一一. 多级汽轮机的特点多级汽轮机的特点 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n（二）多级汽轮机的优越性（二）多级汽轮机的优越性n1多级汽轮机的循环热效率大大提高多级汽轮机的循环热效率大大提高n2多级汽轮机的相对内效率明显提高多级汽轮机的相对内效率明显提高n（1

4、） 多级汽轮机每一级承担的焓降不必很大，可以保证各级都在最佳速比附近工作。使级的效率更高n（2）可以使每一级分配的比焓降，以及每一级的平均直径dm和喷嘴出口高度ln都比较合理，减小叶高损失。n（3）多级汽轮机具有重热现象重热的利用，使级的效率更高n（4）在一定的条件下，多级汽轮机的余速动能可以全部或部分地被下一级利用。余速的利用，使级的效率更高n（5）多级汽轮机级的焓降较小，可以采用渐缩喷嘴，避免了采用难以加工、效率较低的缩放喷嘴。6一一. 多级汽轮机的特点多级汽轮机的特点 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n（二）多级汽轮机的优越性（二）多级汽轮机的优越性n1多级汽轮机的

5、循环热效率大大提高多级汽轮机的循环热效率大大提高n2多级汽轮机的相对内效率明显提高多级汽轮机的相对内效率明显提高n3 3单位功率的投资和运行成本降低单位功率的投资和运行成本降低n4. 4. 便于新技术的采用便于新技术的采用7一一. 多级汽轮机的特点多级汽轮机的特点 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n（三）多级汽轮机存在的问题（三）多级汽轮机存在的问题n（1）增加了一些附加的能量损失，如隔板漏汽损失、湿汽损失等。）增加了一些附加的能量损失，如隔板漏汽损失、湿汽损失等。n（2）由于级数多，相应地增加了机组的长度和质量。）由于级数多，相应地增加了机组的长度和质量。n（3）由于新

6、蒸汽和再热蒸汽温度的提高，多级汽轮机高中压缸前面）由于新蒸汽和再热蒸汽温度的提高，多级汽轮机高中压缸前面若干级的工作温度较高，故对零部件的金属材料要求高了。若干级的工作温度较高，故对零部件的金属材料要求高了。n（4）级数增加，零部件增多，使多级汽轮机的结构更为复杂。）级数增加，零部件增多，使多级汽轮机的结构更为复杂。n总的来说，多级汽轮机的优越性远大于其存在的不足，因此在工业中总的来说，多级汽轮机的优越性远大于其存在的不足，因此在工业中得到了广泛的应用。得到了广泛的应用。8l 多级汽轮机有冲动式和反动式两种。国产100MW、125MW、200MW汽轮机都是冲动式多级汽轮机；国产300MW汽轮机

7、则是反动式汽轮机。多级汽轮机通常采用喷嘴调节（控制进汽量），称之为调节级调节级，其余的级称为压力级压力级。中小型汽轮机，通常采用双列级作为调节级，大功率汽轮机多用单列级单列级作为调节级。 l 蒸汽进入汽轮机各级膨胀作功，压力和温度逐级降低，比容不断增加。因此，通流部分尺寸逐级增大，特别是在低压部分，平均直径增加很快。即叶片的高度越来越长。 l 由于受到材料强度的限制，叶片不可能太长，故大型汽轮机都采用多排汽口多排汽口。如国产200MW汽轮机，设计为三排汽口和两排汽口；国产300MW汽轮机采用两排汽口。 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一一. 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机

8、的工作过程 1.多级汽轮机工作过程的基本特点9 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一一. 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的工作过程 10 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一一. 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的工作过程 2. 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的工作过程 ：蒸汽在多级汽轮机中膨胀作功过程和在级中的膨胀作功过程一样。作功过程是重复的，但参数是变化的。11 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一一. 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的工作过程 高、中、低级段（或高、中、低压缸）高、中、低级段（或高、中、低压缸）2. 多级汽轮机的

9、工作过程多级汽轮机的工作过程 ：蒸汽在多级汽轮机中膨胀作功过程和在级中的膨胀作功过程一样。作功过程是重复的，但参数是变化的。沿蒸汽的流动方向沿蒸汽的流动方向12 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二二.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另外，当采用部分进汽方式增加叶片高度时，另外，当采用部分进汽方式增加叶片高度时，在选取叶片高度和部分进汽度这两个参数时，需要综合优化，以获得最高的效率。小小小小小topmhcxudGv11)(变化小变化小变化小tmhdv （一）高压段（一）高压段（1）（2）（3）m太大引起叶片顶部漏汽量增大13 第一节第一节 多级汽轮机的工

10、作过程多级汽轮机的工作过程二二.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（一）高压段（1）（2）（3）（4 4）采用全三维弯扭叶片技术，大大降低端部的二次流损失，同时通过新型汽封减少漏汽。采用全三维弯扭叶片技术，大大降低端部的二次流损失，同时通过新型汽封减少漏汽。14 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二二.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高压缸的工作过程高压缸的工作过程 新蒸汽（从过热器来）排汽（到再热器去）沿蒸汽流动方向，逐级做功15 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二二.多级汽轮机各级段的工作特点多级

11、汽轮机各级段的工作特点END 8（二）低压级段（低压缸）（二）低压级段（低压缸）例如：600MW汽轮机中流经最末级的蒸汽体积流量约为流经第一级的800倍，而在低压缸最后5级中的体积流量就增大50倍左右。 （1）各级之间变化剧烈。各级之间变化剧烈。 （2）由于各级之间平均直径变化急剧，叶片很长，设计应使子午面轮廓线的流线光滑，并逐级加大出口汽流角，且径高比小，故均采用扭曲叶片。 （3）16 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二二.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END 8（二）低压级段（低压缸）（二）低压级段（低压缸） （1）各级之间变化剧烈。各级之间变化

12、剧烈。 （2） （3） （4）17 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二二.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）中压段（一）中压段（1）（2）各级的平均直径变化比较平缓各级的平均直径变化比较平缓（3）（4）18 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二二.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中压段中压段1919 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20前一级的排汽状态点，就是下一级的进汽状态点。把各点连接起来，就是多级汽轮机的热力过程曲线。整个热力过

13、程曲线由三部分所组成：进汽机构的节流过程，各级实际膨胀过程, 排汽管道的节流过程。tHiH 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cp三、多级汽轮机的热力过程曲线三、多级汽轮机的热力过程曲线),(000tpA 调节级前的蒸汽状态点为tH 汽轮机总理想焓降为 排汽压力cp由于进汽机构的节流损失和排汽机构的压力损失 调节级喷嘴前的实际状态点为0A 排汽压力为cp 总的理想焓降为整机有效焓降为tHtHcp0A0A1A为第一级的排汽状态点， 第二级的进汽状态点iH排汽汽机构节流过程各级实际膨胀过程进汽机构节流过程21（1）重热现象 在在h-s 图上，在图上，在过热区内过热区内，随着温度

14、增加，等，随着温度增加，等压线是压线是呈扩散形呈扩散形。因此，在。因此，在h-s 图上的两条等压线图上的两条等压线之间的距离（之间的距离（焓降）是随着熵的增加而增加的焓降）是随着熵的增加而增加的。这样一来，前一级的损失造成的熵增，能使后一这样一来，前一级的损失造成的熵增，能使后一级的理想焓降增加。即前一级的损失，加热了蒸级的理想焓降增加。即前一级的损失，加热了蒸汽本身，使后一级的进汽温度升高，即在后一级汽本身，使后一级的进汽温度升高，即在后一级得到了利用得到了利用这就是多级汽轮机的这就是多级汽轮机的重热现象重热现象。 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二二. 多级汽轮机的重

15、热现象多级汽轮机的重热现象1. 重热现象与重热系数3p2p22 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二二. 多级汽轮机的重热现象多级汽轮机的重热现象1. 重热现象与重热系数u重热现象的解释132Tp ,th从 做等熵膨胀到其理想焓降为21,p T2th 21,p T21132,Tp ,tTh实际过程存在损失于是第二级的实际初始参数为 p从 做等熵膨胀到其理想焓降为21,p T2th平行线22tthh 2th前一级的损失造成的熵增，能使后一级的理想焓降增加。即前一级的损失，在后一级得到了利用23n由于重热现象而增加的理想焓降占汽轮机理想由于重热现象而增加的理想焓降占汽轮机理想焓

16、降的比例称为重热系数，焓降的比例称为重热系数，用表示。可见：二二. . 重热系数重热系数1.重热现象与重热系数（2）重热系数由于等压线是呈扩散形，所以：以上各式相加得：0tittHHH1122,.,tttttntnhhhhhh 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则上式写成242. 重热现象与效率重热现象与效率设各级内效率相等，用（ ）表示，则各级有效焓降为：sri11tsriihh22tsriihh，tnsriinhh相加得 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25而整机的内效率为：1(1)(1)nijsjTsiritririttthHHHHH由于 0，所

17、以 ，即整机的内效率大于各级平均内效率。结论：结论：1）整机的内效率大于各级平均内效率2）决不能误认为越大越好。因为增大，是以增加损失为代价的，而重热只能回收损失其中的一小部分。大会使整机的内效率降低。3）提高汽轮机效率的根本途径是提高各级的相对内效率。sriTri 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2. 重热现象与效率重热现象与效率263. 重热系数的计算重热系数的计算通常，重热系数通常，重热系数 = 0.03 0.08 ，其大小与下列因素有关：，其大小与下列因素有关：1) 和级数有关，级数多，和级数有关，级数多，大；大；2) 与各级内效率有关，级内效率低，则与各级内效率

18、有关，级内效率低，则大；大；3) 与蒸汽状态有关，过热区与蒸汽状态有关，过热区大，湿汽区大，湿汽区小。小。一般用经验公式计算重热系数一般用经验公式计算重热系数 其中，其中，k-修正系数，过热区修正系数，过热区 k = 0.2；湿汽区；湿汽区 k = 0.12；部分在过热区，部分；部分在过热区，部分在湿汽区在湿汽区 k = 0.140.18。zzHktri1187. 4)1 ( 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27 汽轮机除了各级级内损失之外，还有进、排汽管道的节流损失，前后端轴封的漏汽轮机除了各级级内损失之外，还有进、排汽管道的节流损失，前后端轴封的漏汽损失，机械损失。汽

19、损失，机械损失。一一. 前后端轴封的漏汽损失前后端轴封的漏汽损失1. 漏汽原因：漏汽原因：n由于结构的要求，汽轮机由于结构的要求，汽轮机大轴必须从汽缸内向外伸出大轴必须从汽缸内向外伸出并支持在轴承座上。这样，大并支持在轴承座上。这样，大轴和汽缸之间必须留有一定的间隙。轴和汽缸之间必须留有一定的间隙。n汽缸的高压端，缸内蒸汽压力大于大气压力，蒸汽必然要汽缸的高压端，缸内蒸汽压力大于大气压力，蒸汽必然要从间隙向外泄漏从间隙向外泄漏。 这样就这样就减少了作功蒸汽量减少了作功蒸汽量 ， 降低了机组的经济性。降低了机组的经济性。 n在机组的排汽端，缸内为真空运行，蒸汽压力低于大气压力，外界的在机组的排汽

20、端，缸内为真空运行，蒸汽压力低于大气压力，外界的空气将通过间空气将通过间隙流入汽缸内隙流入汽缸内，破坏真空，也会降低机组的经济性。，破坏真空，也会降低机组的经济性。第二节第二节 多级汽轮机的损失及装置效率多级汽轮机的损失及装置效率282. 减少漏汽的措施：减少漏汽的措施： 第二节第二节 多级汽轮机的损失及装置效率多级汽轮机的损失及装置效率l 装在汽轮机高压端的汽封称为装在汽轮机高压端的汽封称为前轴封前轴封，作用是为了减少高温高压蒸汽从汽，作用是为了减少高温高压蒸汽从汽缸内缸内向外泄漏向外泄漏；l 装在汽轮机低压端的汽封称为装在汽轮机低压端的汽封称为后轴封后轴封，它的作用是为了防止外界空气，它的

21、作用是为了防止外界空气漏漏向汽缸向汽缸，保，保 证汽缸内的真空度。证汽缸内的真空度。 l 对于多缸汽轮机，每个缸的两端都有轴封。对于多缸汽轮机，每个缸的两端都有轴封。29第二节第二节 多级汽轮机的损失及装置效率多级汽轮机的损失及装置效率30（一）轴封系统（一）轴封系统 第二节第二节 多级汽轮机的损失及装置效率多级汽轮机的损失及装置效率(1) 作用作用 确保汽轮机轴端和汽轮机进汽阀（主汽阀、调节阀）阀杆端部处的严密性，确保汽轮机轴端和汽轮机进汽阀（主汽阀、调节阀）阀杆端部处的严密性，收集利用汽轮机轴封、进汽阀杆的漏气，收集利用汽轮机轴封、进汽阀杆的漏气，防止蒸汽向外泄露以及空气漏人低压防止蒸汽向

22、外泄露以及空气漏人低压汽缸内汽缸内.(2) 组成组成 轴封、轴封冷却器及轴封风机、轴封蒸汽压力和温度调节器，压力调节阀、轴封、轴封冷却器及轴封风机、轴封蒸汽压力和温度调节器，压力调节阀、减温器以及相连的管道、阀门等。减温器以及相连的管道、阀门等。(3) 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或风机维持略由抽汽器或风机维持略低于大气压力，紧邻腔室的压力低于大气压力，紧邻腔室的压力由压力调节器维持由压力调节器维持高于大气压力高于大气压力，从而保证蒸，从而保证蒸汽不外泄、空气不内漏。汽不外泄、空气不内漏。(4) 轴封系统根据其功能又

23、可分为轴封轴封系统根据其功能又可分为轴封供汽、轴封漏气和轴封回汽三个部分。供汽、轴封漏气和轴封回汽三个部分。 31A2、B1、C3的漏气去的漏气去5号加热器号加热器高压缸第高压缸第7级抽汽和级抽汽和C2漏气去漏气去3号加热器号加热器600MW凝汽式汽轮机轴封系统流程图凝汽式汽轮机轴封系统流程图（汽轮机启动或低负荷运行时）（汽轮机启动或低负荷运行时）A1腔室腔室(高压缸内缸前轴封高压缸内缸前轴封)的大部的大部分漏气排入高压缸内、外缸夹层分漏气排入高压缸内、外缸夹层C1腔室腔室(中压缸前轴封中压缸前轴封)的漏气的漏气大部分排入中压缸内、外缸夹层大部分排入中压缸内、外缸夹层最外侧的腔室，通过轴封冷却

24、器、轴封风机维持微真空最外侧的腔室，通过轴封冷却器、轴封风机维持微真空32 高压侧与外界压差大，设置的汽封齿数较多，轴封分段较多，高压侧与外界压差大，设置的汽封齿数较多，轴封分段较多，每段轴径可不同，两段之间设腔室每段轴径可不同，两段之间设腔室（4） 轴封系统的设计思路轴封系统的设计思路第二节第二节 多级汽轮机的损失及装置效率多级汽轮机的损失及装置效率33汽封的主要形式：齿形汽封汽封的主要形式：齿形汽封(1) (1) 齿形汽封的结构：齿形汽封的结构： 现代汽轮机中常见的轴封是齿形轴封，它是由许多固定在汽现代汽轮机中常见的轴封是齿形轴封，它是由许多固定在汽缸上的金属片组成。其高低齿与轴或者轴套上

25、的凸肩沟槽相错缸上的金属片组成。其高低齿与轴或者轴套上的凸肩沟槽相错对应，使两者之间保持一对应，使两者之间保持一 较小的间隙较小的间隙 ，以形成许多汽封齿隙。，以形成许多汽封齿隙。而两齿之间形成一个环形汽室。而两齿之间形成一个环形汽室。（二）（二） 齿形汽封的工作原理齿形汽封的工作原理 第二节第二节 多级汽轮机的损失及装置效率多级汽轮机的损失及装置效率34 (2)减少漏汽的途径：减少漏汽的途径：当漏汽通过轴封时，依次逐个通过这些齿隙和当漏汽通过轴封时，依次逐个通过这些齿隙和环形汽室。通过轴封漏量按续程方程来确定。为了减少漏汽量，可以通环形汽室。通过轴封漏量按续程方程来确定。为了减少漏汽量，可以

26、通过：减少齿隙面积过：减少齿隙面积A、汽流速度、汽流速度C 和增大比容和增大比容V 等办法来实现。等办法来实现。vCAGll第二节第二节 多级汽轮机的损失多级汽轮机的损失比容比容是蒸汽流动状态来决定，不可任意改变是蒸汽流动状态来决定，不可任意改变面积面积 分别为轴封直径、间隙）、轴封直径分别为轴封直径、间隙）、轴封直径d是由大轴的强是由大轴的强度确定。为了保证安全，间隙度确定。为了保证安全，间隙 不能太小不能太小(一般一般 = 0.3 0.6 mm) 。 太小，太小，可能使大轴与轴封片摩擦，造成大轴弯曲可能使大轴与轴封片摩擦，造成大轴弯曲 ， 引起机组振动。引起机组振动。 、lllddA(汽流

27、速度汽流速度C。汽流速度。汽流速度C取取决于轴封齿两侧的压力差，决于轴封齿两侧的压力差，所以所以减小轴封齿两侧的压力减小轴封齿两侧的压力差是减少轴封漏汽量的主要差是减少轴封漏汽量的主要措施措施。35(3) 齿形轴封的工作原理齿形轴封的工作原理： 蒸汽通过一环形齿隙时，由于通道面积减小，速度增加，压力从po降到p1。 但是蒸汽进入两齿间的环形汽室时，通道面积突然增大，速度降低。由于涡流和碰撞，蒸汽动能被消耗而转变成热量，使蒸汽焓值又回到原值。即蒸汽通过轴封齿隙为一节流过程。 其后，蒸汽每通过轴封一齿隙时，都重复这一过程，压力不断降低，直到降低轴封最后一齿后的压力为止。所以，轴封的作用是将一个较大

28、的压差分割成若干个减小的压差，从而达到降低漏汽速度，减小漏汽量的作用。 第二节第二节 多级汽轮机的损失及装置效率多级汽轮机的损失及装置效率环形齿隙环形汽室36(3) 齿形轴封的工作原理齿形轴封的工作原理：蒸汽每通过轴封一齿隙时，压力不断降低，容积不断扩大，而流量是相同的。根据连续性方程，则流速是越来越大的，其比焓降也越来越大。第二节第二节 多级汽轮机的损失及装置效率多级汽轮机的损失及装置效率从a点到b点（蒸汽在环形齿隙中流动）等熵膨胀，压力从po降到p1，速度增加从b点到c点（蒸汽在环形汽室中流动）压力p1不变，速度降低，蒸汽动能转变为热能，重新加热蒸汽，使蒸汽焓值又回到原值将bdfh各点连成

29、的曲线称为芬诺曲线。 cdab37(3) 齿形轴封的工作原理齿形轴封的工作原理：第二节第二节 多级汽轮机的损失及装置效率多级汽轮机的损失及装置效率 bdfh各点连成的曲线称为各点连成的曲线称为芬诺曲线。芬诺曲线。当汽封中最后一个齿隙的压比小于临界当汽封中最后一个齿隙的压比小于临界压比时，压比时，该处的蒸汽速度达到临界速度，该处的蒸汽速度达到临界速度，汽封的漏气量达到最大，汽封的漏气量达到最大，前面各齿隙处的前面各齿隙处的蒸汽速度必然都小于临界速度。蒸汽速度必然都小于临界速度。当汽封中最后一个齿隙的压比大于临界当汽封中最后一个齿隙的压比大于临界压比时，压比时，各齿隙处的蒸汽速度都小于临界各齿隙处

30、的蒸汽速度都小于临界速度。速度。由此可知：由此可知：384. 轴封漏汽量计算轴封漏汽量计算 为了计算轴封漏汽量，这里作两个假设： 1） 蒸汽在轴封间隙中的流动和在简单的渐缩喷嘴中的流动相似； 2 ）假定轴封各齿隙的面积都相同。 蒸汽在轴封间隙中流动时，汽流速度逐级增加。蒸汽在轴封间隙中的流动和在简单的渐缩喷嘴中的流动相似。所以，蒸汽在轴封间隙中的最大速度是临界速度，这一速度只可能在轴封最后一齿中达到。这样，蒸汽在轴封间隙中的流动可能产生两种情况： 1 ）蒸汽在轴封各齿隙中的流动均小于临界速度均小于临界速度； 2 ）蒸汽在轴封最后一齿隙中达到临界速度，而在以前各齿中其汽流速度均小于临界速度 。

31、END 9第二节第二节 多级汽轮机的损失及装置效率多级汽轮机的损失及装置效率39（1 1）蒸汽在轴封最后一齿隙中流速低于临界速度时）蒸汽在轴封最后一齿隙中流速低于临界速度时 若已知轴封前后蒸汽压力为 ，轴封间隙为 ，轴封齿数为z ，高低齿间隙处的直径分别为 d1,d2 二者相差小， 用平均半径 ，则轴的齿隙面积 。则通过轴封的漏汽量可用下式计算： 从上式可知，当轴封前后蒸汽压力确定后，增加轴封齿数，可减少漏汽 量 。zpp 、0)(2121dddllldA 00220 vpzppAGlzll4. 轴封漏汽量计算轴封漏汽量计算第二节第二节 多级汽轮机的损失及装置效率多级汽轮机的损失及装置效率40

32、（2 2）蒸汽在轴封最后一齿隙中流速达到临界速度时）蒸汽在轴封最后一齿隙中流速达到临界速度时 根据上述公式分析，当蒸汽在轴封最后一齿隙中流速达到临界速度，而在此之前的各齿中，汽流速度均小于临界速度的情况下，其漏汽量可计算：02120 ) 1(RTzppAGzlll而蒸汽在最后一齿隙中流速达到临界速度,其流量为临界流量，因此应按临界流量公式进行计算，即 根据连续性，两种流量应相等，则：4. 轴封漏汽量计算轴封漏汽量计算第二节第二节 多级汽轮机的损失及装置效率多级汽轮机的损失及装置效率01)1()1( ,)12(RTpkkAGzkkllcrl41（3 3）临界状态判别式）临界状态判别式 当蒸汽在轴

33、封最后一齿隙中流速达到临界速度时，则该齿前后压力比 0.546。则可得到临界状态判别式： 即当 时，则说明最后一齿达到临界速度；反之，若 ，则说明最后一齿未达到临界速度。当判别之后，分别计算其漏汽量。1/zzpp25. 182. 00lzzpp25. 182. 00lzzpp25. 182. 00lzzpp轴封最后一齿隙中流速达到临界时，漏汽量为：第二节第二节 多级汽轮机的损失及装置效率多级汽轮机的损失及装置效率42（4 4）轴封漏汽量的流量系数）轴封漏汽量的流量系数 在上述两种情况下的轴封漏汽量计算式中，考虑轴封结构的影响。需要乘以一个流量系数。不同结构的轴封，其流量系数可从图3-7中查得。

34、 * 对于光轴汽封光轴汽封 (平齿齿封）平齿齿封），其流量的计算，则要从图3-8中查取一个修正系数K1，用此系数乘以用上述方法计算而得到的轴封漏汽量，即 1lGKG轴封最后一齿隙中流速达到临界时，漏汽量为：蒸汽在轴封最后一齿隙中流速低于临界速度时蒸汽在轴封最后一齿隙中流速低于临界速度时第二节第二节 多级汽轮机的损失及装置效率多级汽轮机的损失及装置效率43流量系数较小0.70.8第二节第二节 多级汽轮机的损失及装置效率多级汽轮机的损失及装置效率1234567723564144（5）（5）第二节第二节 多级汽轮机的损失及装置效率多级汽轮机的损失及装置效率45（6）第二节第二节 多级汽轮机的损失及装

35、置效率多级汽轮机的损失及装置效率4646第二节第二节 多级汽轮机的损失多级汽轮机的损失（7）布莱登汽封）布莱登汽封自由状态下的布莱登汽封进汽槽布莱登汽封的结构特征1、取消了传统汽封背部的板式压簧3、加大了汽封“脖颈”处与汽封槽的间隙2、在汽封的圆周方向加装4支螺旋压缩弹簧进汽槽4、在汽封的进汽侧增加进汽槽4747第二节第二节 多级汽轮机的损失多级汽轮机的损失汽封设计工作间隙为0.350.05mm自由状态下的布莱登汽封布莱登汽封的工作原理及工作过程布莱登汽封的工作原理及工作过程工作状态下的布莱登汽封布莱登汽封受力分布 在汽轮机停机状态下，汽封在弹簧力的作用下，处于张开状态。此时，汽封与转子的间隙

36、为最大状态。 当汽轮机启动后，蒸汽进入到缸内。在汽封进汽侧及出汽侧蒸汽压差的作用下，汽封出汽侧脖颈处与汽封槽道贴合，这样，就在汽封的背部与汽封槽道形成一半封闭“腔室”，蒸汽顺进汽槽进入该“腔室”。4848第二节第二节 多级汽轮机的损失多级汽轮机的损失汽封设计工作间隙为0.350.05mm自由状态下的布莱登汽封工作状态下的布莱登汽封布莱登汽封受力分布布莱登汽封的工作原理及工作过程布莱登汽封的工作原理及工作过程 随着汽轮机通流部分蒸汽进入量的增加，作用于汽封弧段背部的关闭力克服作用于汽封齿侧的开启力及摩擦力，汽封弧块在关闭力的作用下逐级关闭，并最终实现汽封块的关闭，使汽封齿与转子的径向间隙减到最小

37、值，并予以保持。4949第二节第二节 多级汽轮机的损失多级汽轮机的损失汽封设计工作间隙为0.350.05mm自由状态下的布莱登汽封工作状态下的布莱登汽封布莱登汽封受力分布布莱登汽封的工作原理及工作过程布莱登汽封的工作原理及工作过程 当机组停机时，由于进入的蒸汽量少，相应进入汽封弧段背部的蒸汽量也少，作用于汽封弧段背部的关闭力就小，当蒸汽流量减少到3%30%时，汽封块在开启力的作用下，各汽封处于张开状态，远离转子，使汽封齿与转子的径向间隙保持在较大状态（最大值为汽封退让隙与机组正常运行时的汽封径向间隙之和。汽封退让间隙1.82.0mm）。5050第二节第二节 多级汽轮机的损失多级汽轮机的损失汽封

38、设计工作间隙为0.350.05mm自由状态下的布莱登汽封工作状态下的布莱登汽封布莱登汽封受力分布布莱登汽封的工作原理及工作过程布莱登汽封的工作原理及工作过程 综上，布莱登汽封通过汽封弧段的自动开启和关闭，实现了在机组启、停机过程中汽封与转子的径向间隙可调，避免了由于振动产生的动静碰磨，在机组正常运行中汽封与转子的径向间隙始终保持在较小的范围内，即设计值的下限。5151第二节第二节 多级汽轮机的损失多级汽轮机的损失 通过停机过程中的张开状态和过临界转速后的闭合状态，有效避免汽封与转子的动静碰磨，并使汽封在机组运行过程中始终与转子保持最小工作间隙。52第二节第二节 多级汽轮机的损失及装置效率多级汽

39、轮机的损失及装置效率二二. 汽轮机进、排汽机构的损失汽轮机进、排汽机构的损失 汽轮机在启动、停机和负荷变化时，通过控制调节汽阀的开度来改变汽轮汽轮机在启动、停机和负荷变化时，通过控制调节汽阀的开度来改变汽轮机的蒸汽流量或蒸汽参数（或同时改变两者）。机的蒸汽流量或蒸汽参数（或同时改变两者）。 汽轮机必须有汽轮机必须有进汽机构进汽机构和和排汽管道排汽管道。进汽机构由主汽阀、调节阀、导汽管和。进汽机构由主汽阀、调节阀、导汽管和蒸汽室组成。排汽机构是一个扩散形的排汽管所构成。蒸汽在这些部件中流动蒸汽室组成。排汽机构是一个扩散形的排汽管所构成。蒸汽在这些部件中流动必然存在损失，将使机组的效率下降。主要损

40、失包括两个方面：必然存在损失，将使机组的效率下降。主要损失包括两个方面： 蒸汽从末级动叶出口，经排汽缸流至凝汽器，为克服汽蒸汽从末级动叶出口，经排汽缸流至凝汽器，为克服汽流的摩擦和涡流，必须要有合理的压力降。流的摩擦和涡流，必须要有合理的压力降。进汽压力损失进汽压力损失排汽压力损失排汽压力损失蒸汽进入汽轮机工作级前必须先经过主汽阀、调节阀和蒸汽进入汽轮机工作级前必须先经过主汽阀、调节阀和蒸汽室，由于沿程阻力和局部阻力等原因，产生压力损蒸汽室，由于沿程阻力和局部阻力等原因，产生压力损耗。其中主汽阀和调节阀的损耗最为严重。耗。其中主汽阀和调节阀的损耗最为严重。由于通过这些部件时蒸汽的散热损失可忽略

41、，因此这些压力损失的近似为一由于通过这些部件时蒸汽的散热损失可忽略，因此这些压力损失的近似为一个等个等比焓节流过程比焓节流过程，即，即压力降低，但比焓值不变压力降低，但比焓值不变。53第二节第二节 多级汽轮机的损失及装置效率多级汽轮机的损失及装置效率1th2th2th 2th1 th0p0prprp rp1 th2thspcpspcp3th3th2thtchhs一次中间再热汽轮机的热力过程线一次中间再热汽轮机的热力过程线进汽机构压力损失中压联合进汽压力损失低压部分进汽压力损失排汽压力损失再热管道及再热器压损54第二节第二节 多级汽轮机的损失及装置效率多级汽轮机的损失及装置效率1 th2th2t

42、h 2th1 th0p0prprp rp1 th2 thspcpspcp3th3th3 thtchhs一次中间再热汽轮机的热力过程线一次中间再热汽轮机的热力过程线ssspppps)03. 002. 0(rrrppppr1 . 01、进汽机构压损：、进汽机构压损：高压缸理想比焓降损失值为：高压缸理想比焓降损失值为：333ttthhh2、再热管道及再热器压损：、再热管道及再热器压损：111ttthhh3、中压联合进汽阀压损：、中压联合进汽阀压损：rpppprrr02. 0 000)05. 003. 0( 0pppp低压缸理想比焓降损失值为：低压缸理想比焓降损失值为：222ttthhh4、低压缸进汽

43、导管压损：、低压缸进汽导管压损：中、低压缸理想比焓降损失值为：中、低压缸理想比焓降损失值为：（一）进汽压力损失计算（一）进汽压力损失计算蒸汽在进汽机构中的压力损失和管道长短、阀门蒸汽在进汽机构中的压力损失和管道长短、阀门型线、蒸汽室形状及汽流速度有关。通常，当阀型线、蒸汽室形状及汽流速度有关。通常，当阀门全开时，汽流速度为（门全开时，汽流速度为（40 60）m / s。55第二节第二节 多级汽轮机的损失及装置效率多级汽轮机的损失及装置效率1 th2th2th 2th1 th0p0prprp rp1 th2 thspcpspcp3 th3th2 thtchhs一次中间再热汽轮机的热力过程线一次中

44、间再热汽轮机的热力过程线2、排汽压损：、排汽压损：中、低压压缸理想比焓降损失值为：中、低压压缸理想比焓降损失值为：（二）排汽压力损失计算（二）排汽压力损失计算2100excccCpppp 22ttchhht式中，阻力系数，一般取=0.050.1；100m/s80exC排汽管中的汽流速度对于凝汽机，对于背压机，60m/s40exCexC排汽压力损失主要取决于流速的大排汽压力损失主要取决于流速的大小、排汽管道的型线结构等原因小、排汽管道的型线结构等原因5657三三. 机械损失机械损失 汽轮机在工作时，要克服支持轴承、推力轴承的摩擦阻力，还要带动主油泵和调速系统工作，必然要消耗一部分功率。通常，用机

45、械损失来描述。汽轮机的机械损失一般用机械效率来计算。这样， 式 中 ， 分别为汽轮机的内功率、轴端功率； 为机械损失，对于同一台机组，由于转速为常数，所以近似为常数。immmiiPPPPP,imP PmP第二节第二节 多级汽轮机的损失及装置效率多级汽轮机的损失及装置效率58 火力发电厂的生产过程，要经过一系列的能量转换之后，最后才能将矿物燃料矿物燃料的化学能转变为电能。在这些转换过程中，要用各种效率来描述整个能量转换过程中的完善程度 。第二节第二节 多级汽轮机的损失及装置效率多级汽轮机的损失及装置效率汽轮机性能的评价指标相对效率： 以整机的理想焓降为基础，不考虑循环热效率绝对效率：以单位质量蒸

46、汽在锅炉中的吸热量为基础 ，即要考虑循环热效率四、汽轮机装置的效率及热经济性指标59iiritthPhP第二节第二节 多级汽轮机的损失及装置效率多级汽轮机的损失及装置效率汽轮机的相对内效率是考虑了机组进出口管道的压力损失和各级内能的 。汽轮机的相对内效率是衡量汽轮机内能量转换完善程度的重要指标。它是整机的有效焓降与理想焓降之比，即 （一） 相对效率四、汽轮机装置的效率及热经济性指标汽轮机性能的评价指标：相对效率和绝对效率1、汽轮机相对内效率和内功率tiP式中： 为汽轮机的理想功率，kW;P为汽轮机的内功率，kW.60 汽轮机的内功率等于汽轮机的进汽量与有效焓降之乘积。 对于无回热加热系统的汽轮

47、机，它的内功率为：0itritriPPGh03.6triitriDhPP113.6nitrijijjPPDHjijnjhj式中， 为回热抽汽级数；D 为第 段的蒸汽流量，t/h;为第 段增其有效比焓降，kJ/kg.第二节第二节 多级汽轮机的损失及装置效率多级汽轮机的损失及装置效率对于有回热加热系统的汽轮机，它的内功率为：或 者 ，00/ ;/ .Dt h Gkg s式中：为主蒸汽流量，为主蒸汽流量，（一） 相对效率1、汽轮机相对内效率和内功率61 2. 2. 机械效率，轴端功率机械效率，轴端功率03.6trimmimDhPPP 00.3.63.6ttelmelrimelr elDhDhPP .

48、 r elrimel 第二节第二节 多级汽轮机的损失及装置效率多级汽轮机的损失及装置效率发电机出线功率为：汽轮机以轴端功率来拖动发电机发电，还要考虑发电机的机械损失和电气损失。汽轮机主轴输出的轴端功率为 ： mmiPP汽轮机的机械效率为：3.3.发电机效率，发电机出线功率发电机效率，发电机出线功率（一） 相对效率发电机效率为：elelmPP它表示每kg蒸汽所具有的理想焓降中最后转变为电能的份额，是衡量汽轮发电机组工作完善程度的一个综合指标 。4.4.发电机组的相对电效率发电机组的相对电效率发电机组的相对电效率为：轴端输出功率Pm和内功率Pi的比值发电机出线功率Pel和轴端输出功率Pm的比值发电

49、机相对内效率、机械效率和发电机效率的乘积62 （二）绝对效率（二）绝对效率00tttfwhhQhh01kg1kgth蒸汽具有的理想比焓降与蒸汽在锅炉中吸收的热量Q的比值,00()trimgela eltrimgfwhPQhh 第二节第二节 多级汽轮机的损失及装置效率多级汽轮机的损失及装置效率1、循环热效率、循环热效率2、绝对电效率、绝对电效率01kg1kgth蒸汽具有的理想比焓降转换为电能的份额与蒸汽在锅炉中吸收的热量Q的比值3、电厂热效率、电厂热效率elselsC.其中，Cs是涉及锅炉效率、管道效率及厂用电率的系数。一般取 Cs= 0.80.85。现代大型汽轮发电机组的电厂热效率在45%左右

50、。在绝对电效率el的基础上，考虑锅炉效率、管道效率及厂用电率形成的效率值630.10003600eltr elDdPh)()(0000fwelfwelhhdPhhDPQq第二节第二节 多级汽轮机的损失及装置效率多级汽轮机的损失及装置效率 （三）其他重要热经济性指标（三）其他重要热经济性指标1.汽耗率汽耗率对 于 同 功 率 的 汽 轮 机 组 ， 虽 然 功 率 相 同 ， 但 因 蒸 汽 的 初 终 参 数 不 同 ， 而 使 得 汽 耗 量 不 一 样 。 所 以 ，汽 耗 率 d 并 不 宜 用 来 比 较 不 同 类 型 机 组 的 经 济 性 ， 而 是 采 用 反 映 机 组 经

51、济 性 的 另 一 指 标即热 耗 率q。/()d kgkW h用来表示1kW h生产的电能所消耗的蒸汽量称为汽耗率，6400,3600()3600()fwfwtr ela elhhqd hhh第二节第二节 多级汽轮机的损失及装置效率多级汽轮机的损失及装置效率2.热耗率热耗率1kW h生产的电能所消耗的热量称为热耗率，/()q kJkW h用来表示u对 于 无中 间 再 热 机 组 来 说 ，u对 于 中 间 再 热 机 组 来 说 ， 00()()fwrrrrDqd hhhhD 00t / h /rrrDDhhhkJkg 其中：、分别为汽轮机主蒸汽流量、再热蒸汽流量量，；为主蒸汽比焓值，kJ

52、/kg;、再热蒸汽进汽比焓值、高压缸排汽比焓值，。, a el其中，为绝对电效率。3.汽轮发电机组的各种效率和经济指标见表汽轮发电机组的各种效率和经济指标见表3-1。国产200MW汽轮发电机组的热耗率为q 8402 kJ / kw h，国 产300MW 汽轮发电机组的热耗率为q 7993kJ / kw h，65第二节第二节 多级汽轮机的损失及装置效率多级汽轮机的损失及装置效率是衡量某个能量转换环节设计的完善程度的指标。是衡量某个能量转换环节设计的完善程度的指标。ri(1)相对效率相对效率是衡量汽轮发电机组经济性的主要指标。是衡量汽轮发电机组经济性的主要指标。,a el(2)绝对电效率绝对电效率

53、和热耗率效率和热耗率效率qq(4)热耗率热耗率热耗率可以作为不同机组之间经济性评价的指标。热耗率可以作为不同机组之间经济性评价的指标。d(3)汽耗率汽耗率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。组的运行管理水平。讨论：讨论：不同类型、不同参数、不同型式66五. 汽轮机极限功率和提高单机功率的主要措施 （一） 凝汽式汽轮机的功率可用下式表示：03.6trimgelDHP n整机的理想焓降Ht取决于初终参数。 在常见的初终参数条件下， Ht =10001500 kJ/kg；三个效率的变化不大；

54、n汽轮机所能发出的最大功率就取决于进汽量D0；n在汽轮机中，蒸汽膨胀到末级时，其容积流量达到最大值；因此通过汽轮机的最大流量又取决于末级叶片的几何尺寸；n当容积流量达最大值，要求通流面积也最大，因此，末级动叶片必须做得很长。n由于汽轮机转子作高速旋转，长叶片将产生巨大的离心力。然而，叶片材料的强度是有限的，因此，末级叶片的叶高将受到限制（10001300mm）；可见：单缸单排汽的汽轮机的功率是有限的，其最大功率称为汽轮机的极限功率极限功率。通常，单缸单排汽的汽轮机的极限功率可达110150 MW（ 对于高压机组而言）。第二节第二节 多级汽轮机的损失及装置效率多级汽轮机的损失及装置效率67 （二

55、） 提高汽轮机单机容量的措施 由于单缸单排汽汽轮机受到极限功率的限制，为了得到更大的功率，就必须采取其他措施，常用的办法有： 1. 提高新蒸汽的参数提高新蒸汽的参数 提高新蒸汽的参数可以增大整机的理想焓降 ，再加上中间再热，就能较大地提高单机功率 ； 2. 采用高强度低重度的合金材料采用高强度低重度的合金材料 由于汽轮机单机功率受到末级叶片材料强度的限制（离心力太大），故末级叶片不可能做得很长，通流面积大小有限。采用高强度低重度的合金材料制造末级叶片，就可以在保证叶片强度的条件下，增长末级叶片的高度，即增大通流面积，从而达到增加进汽量、增大汽轮机单机功率的目的。 第二节第二节 多级汽轮机的损失

56、及装置效率多级汽轮机的损失及装置效率683. 采用多排汽口采用多排汽口 将汽轮机设计为多排汽缸形式，以保证能够通过更大的流量。这是当前提高汽轮机单机功率最有效的办法之一。4. 采用低转速采用低转速 降低转速可以大幅提高通流面积，从而显著增大功率。通常只有在核电汽轮机中，由于蒸汽的体积流量很大，为解决末级叶片排汽困难，才采用半速机。5. 提高机组的相对内效率提高机组的相对内效率 采用全三维的弯扭叶片和新型的轴封装置等，使得各级机内损失降低，提高机组的相对内效率，从而提高汽轮机单机功率和机组的热经济性。第二节第二节 多级汽轮机的损失及装置效率多级汽轮机的损失及装置效率（二） 提高汽轮机单机容量的措

57、施696. 采用给水回热循环采用给水回热循环 从汽轮机中间某些级抽出部分蒸汽来加热给水，一方面可以减少排汽量，同时也可以增加进汽量。减少排汽量，可以降低末级叶片高度，同时可以减少冷源损失；增加进汽量，可以增大机组功率，增大高压部分叶高和部分进汽度，提高其效率。因此，采用给水回热循环既可提高单机功率又可提高热效率。7. 采用中间再热循环采用中间再热循环 通过中间再热，可以提高蒸汽初参数，增加汽轮机总的理想比焓降，同时可以降低低压级的湿气损失，从而提高单机功率。第二节第二节 多级汽轮机的损失及装置效率多级汽轮机的损失及装置效率（二） 提高汽轮机单机容量的措施70第三节第三节 级汽轮机的轴向推力及平

58、衡方法级汽轮机的轴向推力及平衡方法1 1、作用在动叶片上的轴向力、作用在动叶片上的轴向力1zF一一. 多级汽轮机的轴向推力多级汽轮机的轴向推力 蒸汽通过汽轮机通流部分膨胀作功时，对叶片的作用力由圆周分力和轴向分力所组成。其中，圆周分力推动叶轮作功，而轴向分力则对转子产生一个轴向推力。 在一般情况下，作用在一个冲动级上的轴向推力由 3 部分所组成： 2 2、作用在叶轮面上的轴向力、作用在叶轮面上的轴向力2zF3 3、作用在主轴凸肩上的轴向力、作用在主轴凸肩上的轴向力3zF71第三节第三节 级汽轮机的轴向推力及平衡方法级汽轮机的轴向推力及平衡方法1 1、作用在动叶片上的轴向力：、作用在动叶片上的轴向力：1zF1112212( sinsin)()zb bFG ccd lpp1202:pppppp定义一个压力反动度一一. 多级汽轮机的轴向