1、汽轮机原理汽轮机原理 Principle of Steam Turbine 主讲老师：密腾阁适用专业：能源与动力工程专业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 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
2、具有较大的功率 使每一级都在最佳速比附近工作titiiPPHH3n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，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
3、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）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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、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
9、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）（
10、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
11、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
12、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
13、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
14、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
15、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：
16、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
17、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
