汽轮机原理(第二章)教学教材

第二章多级汽轮机

为何(wèihé)要采用多级汽轮机？从分析(fēnxī)结论(jiélùn)：多级汽轮机即可保证每一级在下工作(效率高)，又可使例如：湖南益阳电厂

(功率大)第一页，共50页。高压(gāoyā)缸：12级+1单列调节级中压缸：9级低压(dīyā)缸：14级

共36级图２－１3００MW汽轮机汽缸(qìgāng)及连接第二页，共50页。§2—1多级汽轮机的特点(tèdiǎn)与损失1.汽轮机的结构及工作(gōngzuò)原理一、多级汽轮机的工作(gōngzuò)过程图２－２国产６００MW汽轮机高、中压缸纵剖面图第三页，共50页。图２－３国产(guóchǎn)６００MW汽轮机低压缸纵剖面图第四页，共50页。—主汽阀前压力(yālì)—调节(tiáojié)汽阀后压力—整台汽轮机的理想(lǐxiǎng)焓降—整台汽轮机的实际焓降

2.热力过程线以右图为例（图2—４）第五页，共50页。二、多级汽轮机的优点(yōudiǎn)1.功率大2.效率高3.单位功率投资省缺点：结构复杂，总造价高，且存在(cúnzài)一些附加损失（漏汽损失大，湿汽损失）。第六页，共50页。三、多级汽轮机各级段的工作(gōngzuò)特点1.高压(gāoyā)段2.中压段3.低压段第七页，共50页。四、重热现象(xiànxiàng)和重热系数1.重热现象以四级组成的多级汽轮机为例进行说明(shuōmíng)，其热力过程线（图2—5）：第八页，共50页。因为(yīnwèi)在h—s图上，过热区的等压线沿熵增方向是扩张型的。哪个(nǎge)大？和重热现象—前级的损失被下级(xiàjí)部分利用，使下级(xiàjí)的理想焓降在相同的压差下比前级无损失时的理想焓降略有增大，这种现象就称为多级汽轮机的重热现象。（为什么？）第九页，共50页。2.重热系数(xìshù)显然(xiǎnrán)>定义(dìngyì)为重热系数（1）影响重热系数的因素?第十页，共50页。整台汽轮机的相对(xiāngduì)内效率各级平均(píngjūn)内效率由（1）（2）（3）式得：（2）（3）第十一页，共50页。即整台汽轮机的相对内效率大于各级(ɡèjí)的平均相对内效率。结论(jiélùn)：引论(yǐnlùn)：能否说越大，汽轮机的效率越高？答案：不能。因为率就越低。增大是以损失为前提的。增大，说明损失增大，重热现象只能回收损失中的一部分，而这一部分远不能补偿损失的增大，所以应说，越大，汽轮机的内效第十二页，共50页。五、进汽阻力(zǔlì)损失和排汽阻力(zǔlì)损失－主汽阀前蒸汽(zhēnɡqì)压力；－调节(tiáojié)汽阀后蒸汽压力；－高压缸排汽压力；－低压缸进汽压力；－低压缸末级动叶后压力；－凝汽器压力。图２－６汽轮机蒸汽系统第十三页，共50页。1.进汽机构(jīgòu)阻力损失（图2—７）（1）以焓降表示(biǎoshì)（2）以压降表示(biǎoshì)第十四页，共50页。2.连通管的压力(yālì)损失注：再热机组还有冷、热再热管道(guǎndào)及再热器阻力损失。第十五页，共50页。3.排汽阻力(zǔlì)损失（图2—８）（1）以焓降表示(biǎoshì)（2）以压降表示(biǎoshì)´第十六页，共50页。（3）降低排汽阻力(zǔlì)损失的措施将排汽管设计成具有良好性能的扩压管，使排汽中部分动能转变成静压，以补偿(bǔcháng)排汽管中的压力损失。第十七页，共50页。4.多级汽轮机的热力过程线（图2—９）第十八页，共50页。§2—2汽轮机及其装置的评价(píngjià)指标一、汽轮机的相对(xiāngduì)内效率

相对效率：输入能量以全机的理想(lǐxiǎng)焓降计算。绝对效率：输入能量以整个循环中1kg蒸汽在锅炉里吸收热量计算。效率

第十九页，共50页。二、理想(lǐxiǎng)功率图２－１０汽轮机发电机组第二十页，共50页。式中—汽轮机进汽量，kg/h

—为克服轴承摩擦阻力、带动主轴(zhǔzhóu)泵、调速器等消耗的能量。—机械效率(jīxièxiàolǜ)三、内功率(gōnglǜ)四、轴功率式中第二十一页，共50页。分析(fēnxī)：越高。

（1）对同一(tóngyī)机组，负荷越大，越高。（2）对不同机组(jīzǔ)，容量越大，第二十二页，共50页。五、电机(diànjī)功率式中

—发电机效率，因发电机存在冷却介质(jièzhì)的摩擦、铜损(线圈发热)、铁损(铁芯涡流发热)。注：对国产125MW机组(jīzǔ)以上的机组(jīzǔ)：

.第二十三页，共50页。六、相对(xiāngduì)电效率表示每1kg蒸汽(zhēnɡqì)的理想焓降转变成电能的份额七、循环(xúnhuán)效率—主蒸汽焓

—锅炉给水焓

式中第二十四页，共50页。八、绝对(juéduì)电效率表示每kg蒸汽热量最终转变成电能(diànnéng)的份额。九、汽耗率d表示每生产1kW•h电能所消耗的蒸汽量。汽耗率仅能进行(jìnxíng)同类型同参数机组的经济性比较，不适用于不同类型机组的经济性比较。第二十五页，共50页。十、热耗率q表示(biǎoshì)每生产1kW•h电能所消耗的热量。q即可进行同类型(lèixíng)机组的比较，也可进行不同类型(lèixíng)机组的比较。若再热机组(jīzǔ)，必须加再热蒸汽吸热量，即第二十六页，共50页。§2—3多级汽轮机的轴向推力及平衡(pínghéng)1.方向一般是高压端→低压端2.大小冲动式汽轮机可达40～80t反动式汽轮机可达200～300t（为什么？）注：只有作用在转动部分上才能产生轴向推力3.危害性严重危及(wēijí)机组的运行安全一、轴向推力的概念(gàiniàn)二、冲动式汽轮机的轴向推力及计算1.作用在动叶上的轴向推力（图2—１1）第二十七页，共50页。第二十八页，共50页。分析(fēnxī)：（3）对复速级，为两列动叶轴向力之和。（1）对冲动级，轴向分速改变(gǎibiàn)不大，第一项可略去。（2）对部分(bùfen)进汽级，2.

叶轮轮面两侧压差产生的轴向推力第二十九页，共50页。式中

—叶轮(yèlún)后压力（1）当轮盘面积(miànjī)及前后压差较大时，分析(fēnxī)：较大，一般在轮盘上开平衡孔。（2）部分进汽级，不进汽动叶也受压差的作用，再加上—叶轮前压力这一项。第三十页，共50页。3.作用(zuòyòng)在轴凸肩上的轴向推力一般(yībān)很小任一级总轴向推力整台汽轮机轴向推力

第三十一页，共50页。2.轴向推力的组成(zǔchénɡ)（1）作用在动叶上的轴向推力（2）作用在转鼓(zhuǎnɡǔ)锥形面上的推力（3）作用在转子阶梯上的轴向推力四、轴向推力的平衡(pínghéng)方法1.采用平衡活塞（1）原理（图2—１2）1.反动式汽轮机转子为鼓式转子，无叶轮，叶片直接装在转鼓上。（为什么？）三、反动式汽轮机的轴向推力第三十二页，共50页。将转子高压(gāoyā)轴封第一段轴封直径加大，使其产生平衡活塞作用。第三十三页，共50页。漏汽环形面积增大，漏汽量加大。一般用于中小型机组，但目前300MW及以上反动式汽轮机广泛采用(cǎiyòng)（高压、中压、低压平衡活塞）。缺点(quēdiǎn)：（2）计算(jìsuàn)第三十四页，共50页。2.在叶轮(yèlún)上开平衡孔常在前后压差较大的高中压级叶轮上开5或7个平衡(pínghéng)孔（为什么是单数？）。例如(lìrú)：

国产125MW机组高中压缸各级均开7个

的平衡孔；国产200MW机组第2～12级叶轮均开5个

的平衡孔。

第三十五页，共50页。3.汽缸采用反向流动(liúdòng)布置轴向推力经过上述平衡(pínghéng)后，剩余的不平衡(pínghéng)轴向推力由推力轴承承担。高中压缸对称反向布置(bùzhì)，低压缸对称反向分流布置(bùzhì)（如国产300MW及600MW机组）。4.采用推力轴承推力轴承结构

推力盘推力瓦块工作瓦块非工作瓦块第三十六页，共50页。§2—4轴封及其系统(xìtǒng)一、汽封的种类(zhǒnglèi)与作用1.汽封的种类(zhǒnglèi)（1）按位置分

汽封通流部分汽封隔板汽封轴端汽封（轴封）第三十七页，共50页。（2）按结构(jiégòu)型式分汽封曲径(qǔjìnɡ)式碳精式水封(shuǐfēnɡ)式2.轴封装置的作用（1）高压端防止蒸汽外漏（2）低压端防止空气漏入汽缸第三十八页，共50页。二、齿形曲径(qǔjìnɡ)轴封（齿形轴封）1.种类(zhǒnglèi)（图2—13）2.工作(gōngzuò)原理（图2—14）第三十九页，共50页。第四十页，共50页。（芬诺曲线(qūxiàn)，即等流量曲线(qūxiàn)）第四十一页，共50页。3.轴封漏汽量计算将轴封的每个齿隙看作(kànzuò)一个渐缩喷嘴，则若出现临界，只有最后一个齿隙。∵音速(yīnsù)马赫数

顺流动(liúdòng)方向

∴轴封漏汽量计算以最后一个齿隙达临界和未达临界两种情况讨论。

（1）最后一个齿隙未达临界第四十二页，共50页。分析(fēnxī)：

①与轴封前后(qiánhòu)压差、漏气面积及齿数有关(yǒuguān)。②在

一定时，或。

（2）最后一片齿隙达临界

（3）临界状态的判别第四十三页，共50页。当时，最末齿隙达临界(línjiè)当

时，最末齿隙亚临界(línjiè)（4）漏汽量的修正(xiūzhèng)为什么要修正？

因为上述推导中作了一些假定，例如将轴封当作渐缩喷嘴，且没有考虑其具体形状，所以应进行修正，引入流量系数,则查图2—15确定

第四十四页，共50页。第四十五页，共50页。则查图2—16确定(quèdìng)若为(ruòwéi)平齿轴封，还应乘以一个大于1的系数。第四十六页，共50页。三、轴封系统(xìtǒng)1.轴封系统(xìtǒng)的组成由轴封装置和与之相连接的管道(guǎndào)和附属设备组成。2.轴封系统的作用（4）回收轴封漏汽的工质和热量（1）防止高