1、第二章第二章 多级汽轮机多级汽轮机 a*atuuxc2 h*tth 300 16.7/537/537N为何要采用多级汽轮机？为何要采用多级汽轮机？从从分析分析结论：结论：多级汽轮机即可保证每一级在多级汽轮机即可保证每一级在a opx（）下工作下工作(效率高效率高)，又可使，又可使例如：湖南益阳电厂例如：湖南益阳电厂(功率大功率大)高压缸：高压缸：12级级+1单列调节级单列调节级 中压缸：中压缸：9级级低压缸：低压缸：14级级 共共36级级图图3 3MWMW汽轮机汽缸及连接汽轮机汽缸及连接21 21 多级汽轮机的特点与损失多级汽轮机的特点与损失1.1.汽轮机的结构及工作原理汽轮机的结构及工作原理
2、一一 、多级汽轮机的工作过程、多级汽轮机的工作过程图国产图国产MWMW汽轮机高、中压缸纵剖面图汽轮机高、中压缸纵剖面图图国产图国产MWMW汽轮机低压缸纵剖面图汽轮机低压缸纵剖面图0P0Pti主汽阀前压力主汽阀前压力调节汽阀后压力调节汽阀后压力整台汽轮机的理想焓降整台汽轮机的理想焓降 整台汽轮机的实际焓降整台汽轮机的实际焓降 2.热力过程线热力过程线 以右图为例以右图为例（图（图2）二、二、多级汽轮机的优点多级汽轮机的优点1.1.功率大功率大2.2.效率高效率高3.3.单位功率投资省单位功率投资省 缺点：缺点：结构复杂，总造价高，且存在一些附结构复杂，总造价高，且存在一些附加损失加损失 （漏汽损
3、失大，湿汽损失）。（漏汽损失大，湿汽损失）。三、多级汽轮机各级段的工作特点三、多级汽轮机各级段的工作特点1.1.高压段高压段2.2.中压段中压段3.3.低压段低压段四、重热现象和重热系数四、重热现象和重热系数1.重热现象重热现象 以四级组成的多级汽轮机以四级组成的多级汽轮机 为例进行说明，其热力过为例进行说明，其热力过 程线（图程线（图25）：）：因为在因为在hs图上，过热区的等图上，过热区的等压线沿熵增方向是扩张型的。压线沿熵增方向是扩张型的。22tthh 哪个大？哪个大？和和重热现象重热现象前级的损失被下级部分利用，前级的损失被下级部分利用，使下级的理想焓降在相同的压差下比前级使下级的理想
4、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。就称为多级汽轮机的重热现象。（为什么？）为什么？）2th2thtttttjjtHhhhhh432141432141ttttjjthhhhh2.重热系数重热系数显然显然tjjtHh4141jjth定义定义tjtjtHHh41为重热系数为重热系数（1 1）影响重热系数的因素影响重热系数的因素?整台汽轮机的相对内效率整台汽轮机的相对内效率各级平均内效率各级平均内效率iit 由（由（1）（）（2）（）（3）式得：）式得：siri（1+）（2 2）（3 3）41jjtisrihH即
5、整台汽轮机的相对内效率大于各级的平均即整台汽轮机的相对内效率大于各级的平均相对内效率。相对内效率。siri结论：结论：引论：引论：能否说能否说越大，汽轮机的效率越高？越大，汽轮机的效率越高？答案：不能。因为答案：不能。因为率就越低。率就越低。增大是以损失为前提的。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，的增大，所以应说，越大，汽轮机的内效越大，汽轮机的内效五五、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汽阀前蒸汽压力；主汽阀前蒸汽压
6、力；调节汽阀后蒸汽压力；调节汽阀后蒸汽压力；高压缸排汽压力；高压缸排汽压力；低压缸进汽压力；低压缸进汽压力；低压缸末级动叶后压力；低压缸末级动叶后压力；凝汽器压力。凝汽器压力。0p0pspspcpcp图汽轮机蒸汽系统图汽轮机蒸汽系统1 1.进汽机构阻力损失进汽机构阻力损失 （图（图22）（1 1）以焓降表示）以焓降表示（2 2）以压降表示）以压降表示0000P PPP=（0.030.05）=tttHHH02 2.连通管的压力损失连通管的压力损失ssssP PPP=（0.020.03）=注：再热机组还有冷注：再热机组还有冷、热再热管道及热再热管道及再热器阻力损失。再热器阻力损失。3 3.排汽阻力
7、损失（图排汽阻力损失（图22）（1 1）以焓降表示）以焓降表示（2 2）以压降表示）以压降表示ccccP PPP=（0.020.06）=ttctHHH（3 3）降低排汽阻力损失的措施）降低排汽阻力损失的措施将排汽管设计成具有良好性将排汽管设计成具有良好性能的扩压管，使排汽中部分动能能的扩压管，使排汽中部分动能转变成静压，以补偿排汽管中的转变成静压，以补偿排汽管中的压力损失。压力损失。4 4.多级汽轮机的热力过程线（图多级汽轮机的热力过程线（图22）22 22 汽轮机及其装置的评价指标汽轮机及其装置的评价指标iit 一一、汽轮机的相对内效率汽轮机的相对内效率 相对效率：输入能量以全机的理相对效率
8、：输入能量以全机的理想焓降计算。想焓降计算。绝对效率：输入能量以整个循环中绝对效率：输入能量以整个循环中1kg1kg蒸汽在锅炉里吸收热量计算。蒸汽在锅炉里吸收热量计算。效率效率 二二、理想功率理想功率0tt3600DP图汽轮机发电机组图汽轮机发电机组式式中中0D汽轮机进汽量，汽轮机进汽量，kg/h 0i0tiiti36003600DDPP mmP为克服轴承摩擦阻力、带动主轴泵、为克服轴承摩擦阻力、带动主轴泵、调速器等消耗的能量。调速器等消耗的能量。机械效率机械效率 三三、内功率内功率四四、轴功轴功率率式中式中36000mitmiaxHDPPmiaxPPPmm分析：分析：越高。越高。（1 1）对
9、同一机组，负荷越大，）对同一机组，负荷越大，越高。越高。（2 2）对不同机组，容量越大，）对不同机组，容量越大，imiaxmPPPP1五五、电机功率电机功率0timge1axg3600DPP =式中式中 发电机效率，因发电机存在冷却介质发电机效率，因发电机存在冷却介质的摩擦的摩擦、铜损铜损(线圈发热线圈发热)、铁损铁损(铁芯涡铁芯涡流发热流发热)。g注：对国产注：对国产125MW125MW机组以上的机组：机组以上的机组：i 87%m 99%g97%.六六、相对电效率相对电效率e1表示每表示每1kg1kg蒸汽的理想焓降转变成电能的份额蒸汽的理想焓降转变成电能的份额七七、循环效率循环效率ttfwh
10、h=hfwh主蒸汽焓主蒸汽焓 锅炉给水焓锅炉给水焓 式中gmiel八八、绝对电效率绝对电效率timga e1timgfwhh ，a e1，表示每表示每kgkg蒸汽热量最终转变成电能的份额。蒸汽热量最终转变成电能的份额。九九、汽耗率汽耗率0e1dDP d d表示每生产表示每生产1kWh1kWh电能所消耗的蒸汽量。电能所消耗的蒸汽量。汽耗率仅能进行同类型同参数机组的经济性比较，汽耗率仅能进行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。不适用于不同类型机组的经济性比较。十十、热耗率热耗率ofwqdh-h（）q q表示每生产表示每生产1kWh1kWh电能所消耗的热量。电能所消耗的热
11、量。q q即可进行同类型机组的比较，也可进行不同类即可进行同类型机组的比较，也可进行不同类型机组的比较。型机组的比较。若再热机组，必须加再热蒸汽吸热量，即若再热机组，必须加再热蒸汽吸热量，即再热器进口蒸汽焓。再热器出口蒸汽焓；再热蒸汽量；式中rrrrrrfwhhDhhDDhhdq0023 23 多级汽轮机的轴向推力及平衡多级汽轮机的轴向推力及平衡1 1.方向方向 一般是高压端一般是高压端低压端低压端2 2.大小大小 冲动式汽轮机可达冲动式汽轮机可达404080t80t 反动式汽轮机可达反动式汽轮机可达200200300t300t（为什么？）（为什么？）注：只有作用在转动部分上才能产生轴向推力注
12、：只有作用在转动部分上才能产生轴向推力3 3.危害性危害性 严重危及机组的运行安全严重危及机组的运行安全一、轴向推力的概念一、轴向推力的概念二、冲动式汽轮机的轴向推力及计算二、冲动式汽轮机的轴向推力及计算1 1.作用在动叶上的轴向推力（图作用在动叶上的轴向推力（图221 1）2022111sinsinppldccGFmbmz分析：分析：z1z1F eF（3 3）对复速级，为两列动叶轴向力之和。）对复速级，为两列动叶轴向力之和。（1 1）对冲动级，轴向分速改变不大，第一项可略去。）对冲动级，轴向分速改变不大，第一项可略去。（2 2）对部分进汽级，）对部分进汽级，2 2.叶轮轮面两侧压差产生的轴向
13、推力叶轮轮面两侧压差产生的轴向推力z2F2z2mbdF dld 422（-）（P-P）dP2P式中式中 叶轮后压力叶轮后压力（1 1）当轮盘面积及前后压差较大时，）当轮盘面积及前后压差较大时，分析：分析：z2F较大，较大，一般在轮盘上开平衡孔。一般在轮盘上开平衡孔。（2 2）部分进汽级，不进汽动叶也受压差）部分进汽级，不进汽动叶也受压差的作用，再加上的作用，再加上叶轮前压力叶轮前压力d2（P-P）这一项。这一项。)()1(2PPldedbm3 3.作用在轴凸肩上的轴向推力作用在轴凸肩上的轴向推力z3F一般很小一般很小任一级总轴向推力任一级总轴向推力整台汽轮机轴向推力整台汽轮机轴向推力 zz1z
14、2z3F=F+F+Fzz1z2z3F=F+F+F。对应计算面上的静压力外径；对应计算面上的内径和、式中xxzpddpddF21212234z3F2 2.轴向推力的组成轴向推力的组成（1 1）作用在动叶上的轴向推力）作用在动叶上的轴向推力（2 2）作用在转鼓锥形面上的推力）作用在转鼓锥形面上的推力（3 3）作用在转子阶梯上的轴向推力）作用在转子阶梯上的轴向推力四、轴向推力的平衡方法四、轴向推力的平衡方法1 1.采用平衡活塞采用平衡活塞（1 1）原理（图）原理（图222 2）1 1.反动式汽轮机转子为鼓式转子，无叶轮，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？）叶片直接装在
15、转鼓上。（为什么？）三、反动式汽轮机的轴向推力三、反动式汽轮机的轴向推力 将转子高压轴封第一段轴封直径加大，使其产生将转子高压轴封第一段轴封直径加大，使其产生平衡活塞作用。平衡活塞作用。x1PP 漏汽环形面积增大，漏汽量加大。一般漏汽环形面积增大，漏汽量加大。一般用于中小型机组，但目前用于中小型机组，但目前300MW300MW及以上反动及以上反动式汽轮机广泛采用（高压、中压、低压平衡式汽轮机广泛采用（高压、中压、低压平衡活塞）。活塞）。缺点：缺点：（2 2）计算）计算。平衡活塞两侧的压力差上的内径和外径；分别为平衡活塞作用面、式中pddpddFz21212242 2.在叶轮上开平衡孔在叶轮上开
16、平衡孔 常在前后压差较大的高中压级叶轮上开常在前后压差较大的高中压级叶轮上开5 5或或7 7个平衡孔（个平衡孔（为什么是单数？为什么是单数？）。）。例如：例如：国产国产125MW125MW机组高中压缸各级均开机组高中压缸各级均开7 7个个 50的平的平衡孔；国产衡孔；国产200MW200MW机组第机组第2 21212级叶轮均开级叶轮均开5 5个个 的平衡孔。的平衡孔。503 3.汽缸采用反向流动布置汽缸采用反向流动布置 轴向推力经过上述平衡后，剩余的不平衡轴向轴向推力经过上述平衡后，剩余的不平衡轴向推力由推力轴承承担。推力由推力轴承承担。高中压缸对称反向布置，低压缸对称反向分流高中压缸对称反向
17、布置，低压缸对称反向分流布置（如国产布置（如国产300MW及及600MW机组）。机组）。4 4.采用推力轴承采用推力轴承推力轴承结构推力轴承结构 推力盘推力盘推力瓦块推力瓦块工作瓦块工作瓦块非工作瓦块非工作瓦块2424轴封及其系统轴封及其系统一、汽封的种类与作用一、汽封的种类与作用1 1.汽封的种类汽封的种类（1 1）按位置分）按位置分 汽封汽封通流部分汽封通流部分汽封隔板汽封隔板汽封轴端汽封（轴封）轴端汽封（轴封）（2）按结构型式分）按结构型式分 汽封汽封曲径式曲径式碳精式碳精式水封式水封式2 2.轴封装置的作用轴封装置的作用（1 1）高压端防止蒸汽外漏）高压端防止蒸汽外漏（2 2）低压端防
18、止空气漏入汽缸）低压端防止空气漏入汽缸二、齿形曲径轴封（齿形轴封）二、齿形曲径轴封（齿形轴封）1 1.种类（图种类（图213213）2 2.工作原理（图工作原理（图214214）c常数（芬诺曲线，即等流量曲线）（芬诺曲线，即等流量曲线）3 3.轴封漏汽量计算轴封漏汽量计算 将轴封的每个齿隙看作一个渐缩喷嘴，则若出现临将轴封的每个齿隙看作一个渐缩喷嘴，则若出现临界，只有最后一个齿隙。界，只有最后一个齿隙。音速音速 a=KRT，马赫数马赫数 caM，顺流动方向顺流动方向 轴封漏汽量计算以最后一个齿隙达临界和未达临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。界两种情况讨论。（1 1）最
19、后一个齿隙未达临界）最后一个齿隙未达临界 0z0=ZPllGA220（P-P）ac，。分析：分析：lGlAZ 与轴封前后压差、漏气面积与轴封前后压差、漏气面积及齿数及齿数有关。有关。在在 lA lZG。一定时，一定时，或或。（2 2）最后一片齿隙达临界）最后一片齿隙达临界 0=ZllGA0P+1.25（3 3）临界状态的判别）临界状态的判别z0P、P当当 时，最末齿隙达临界时，最末齿隙达临界当当 时，最末齿隙亚临界时，最末齿隙亚临界 z00.821.25PPZz00.821.25PPZ（4 4）漏汽量的修正）漏汽量的修正 为什么要修正？为什么要修正？因为上述推导中作了一些假定，例如将轴封当作因
20、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，引入流量系数修正，引入流量系数l,则则lllGGl查图查图215215确定确定 则则llllGKGlK查图查图216216确定确定 若为平齿轴封，还应乘以若为平齿轴封，还应乘以一个大于一个大于1 1的系数。的系数。三、轴封系统三、轴封系统1 1.轴封系统的组成轴封系统的组成由轴封装置和与之相连接的管道和附属设备组成。由轴封装置和与之相连接的管道和附属设备组成。2 2.轴封系统的作用轴封系统的作用（4 4）回收轴封漏汽的工质和热量）回收轴封漏汽的工质和热量（1 1）防止高压端蒸汽外漏）防止高压端蒸汽外漏（2 2）防止低压端空气漏入汽缸）防止低压端空气漏入汽缸3 3.轴封系统的特点轴封系统的特点（1 1）轴封分段设置，各段间有环形腔室）轴封分段设置，各段间有环形腔室 。（图（图217 217、218218）（3 3）汽轮机启动时，向轴封供汽，迅速建立凝汽器真空。）汽轮机启动时，向轴封供汽，迅速建立凝汽器真空。通过管道将漏到腔室中的蒸汽疏走或向腔室中送汽。通过管道将漏到腔室中的蒸汽疏走或向腔室中送汽。（2 2）轴封设置供汽源）轴封设置供汽源 作用作用密封作用密封作用冷却轴端作用冷却轴端作用4 4.轴封系统实例（图轴封系统实例（图219219）
