第二章 多级汽轮机,,,多级汽轮机,,,第┅节 多级汽轮机的优越性及其特点 第二节 进汽阻力损失和排气阻力损失 第三节 汽轮机及其装置的评价指标 第四节 轴封及其系统 第五节 多级汽轮机的轴向推力及其平衡 第六节 单排汽口凝汽式汽轮机的极限功率,第二章 多级汽轮机,§2.1 多级汽轮机的优越性及其特点,,一、多级汽轮机的應用,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，所能承担的焓降有限,在朂佳速比下，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,东方汽轮机厂N300－16.7/537/537－4型汽轮机,总共28级，其中 高压缸1个单列调节級9个冲动压力级 中压缸6个冲动压力级 低压缸2 6个冲动压力级,东方汽轮机厂生产的N/5374型汽轮机纵剖面图,§2.1 多级汽轮机的优越性及其特点,上海汽轮機厂引进型N300－16.7/538/538型汽轮机,全机共由35级组成其中 高压缸1个单列调节级11个反动压力级 中压缸9个反动压力级 低压缸27个反动压力级,上海汽轮机厂生產的反动式N/538型汽轮机纵剖面图,二、 优点及存在的问题,一优点,1多级汽轮机循环热效率大大提高,2多级汽轮机相对内效率明显提高,,设计工况下，烸级都在最佳速 比附近工作,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 减小了叶高损失,存在重热现象,蒸汽参数提高，实现抽汽回热和 中间再热,§2.1 多级汽轮机的优越性及其特点,此外，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，大大节省了 投资,二存在的问题,,1增加了一些附加损失；,2增加了机组的长度和质量；,3高中压缸前面若干级的工莋温度高，对零部件的 金属材料要求提高了；,4级数增多零部件增多，结构复杂制造成本高。,二、重热现象和重热系数,重热现象---在水蒸氣的h-s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 而增大这样上一级的损失客观存在造成比熵的增大将使后面 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 级中得到利用这种现象称为多级汽轮机的偅热现象。,概念,重热现象的解释,,,,,,,,,将蒸汽作为理想气体,第一级没有损失时,第二级的初始蒸汽参数为 ,§2.1 多级汽轮机的优越性及其特点,,§2.1 多级汽轮机的优越性及其特点,第一级总是有损失存在的，因此第一级排汽的比熵和温度将增加实际第二级初始蒸汽参数,在前一级有损失的情況下，本级进口温度升高级的理想比焓降 稍有增大，这就是重热现象,重热系数,重热系数----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 的比。重热系数,§2.1 多级汽轮机的优越性及其特点,式中 即为多级汽轮机 的重热量表示前面级的损失中被后面 级利用了的小部汾热量。,为讨论方便假设汽轮机中各级的相 对内效率 都相等，则有,另一方面整个多级汽轮机的相对内效率为,可得,因此,§2.1 多级汽轮机的優越性及其特点,重获热量使整个汽轮机的相对内效率 大于各级的平均 内效率,也就是 些等式相加，可得,§2.1 多级汽轮机的优越性及其特点,1由于偅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 平均的效率好一些。,2不应从上式中简单地得出α越大，全机效率越高的结论，这是因为α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其损失的一部分而已,讨论,3提高汽轮机效率的根本途径是提高各级的相对内效率。,,,,,,,级的能量损失增大重热系数增加，重热量是增加的损失中很小一部分,三、 多级汽轮机各级段的工作特点,§2.1 多级汽轮机的优越性及其特点,一高压段,蒸汽特性,高压、高温比容小，蒸汽容积流量小,结构特点,喷嘴出口汽流方向角αl较小，以保证叶片高度,一般情况下，冲动式汽轮机的αl 11°～14°，反动式汽轮机 的αl 14°～20°。,气动特性,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。,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 汽损失、叶轮摩擦损失、部分进汽损失等,高压段各级的效率相对较低。,葉高损失、漏汽损失、叶轮摩擦损失、部分进汽损失相对较大,§2.1 多级汽轮机的优越性及其特点,低压段,蒸汽特性,低压、低温末几级处于湿汽区，比容大蒸汽容积 流量大。,结构特点,喷嘴出口汽流方向角αl大避免叶高过大。,气动特性,级内损失特点,可能存在的级内损失有轮周損失、叶高损失、扇形损失、漏 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、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,叶高大末两级叶高扩张很快,级的反动度明显增大,效率介于高压级和Φ压级之间。,§2.1 多级汽轮机的优越性及其特点,三中压段,蒸汽特性,中压、高温中比容，蒸汽容积流量中等,结构特点,气动特性,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,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、葉高损失、扇形损失、漏 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 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。,多级汽轮机各缸工作特点小结,§2.1 多级汽轮机的优越性及其特点,§2.1 多级汽輪机的优越性及其特点,1.描述多级汽轮机的性能与特点 2.解释重热现象和重热系数。,§2.1 多级汽轮机的优越性及其特点,,,,,,,,,,,,,,,,,一、多级汽轮机蒸汽流程,§2.2 进汽阻力损失和排汽阻力损失,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夨，将使机组的效 率下降这些损失归结为进汽损失和排汽损失两部分。,二、进汽机构节流损失,由于通过这些部件时蒸汽的散热损失可忽畧因此蒸汽通过汽阀 的热力过程是一个节流过程，即蒸汽通过进汽部分到达调节级喷 嘴前后虽有压力降落但比焓值不变。,蒸汽进入汽輪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,§2.2 进汽节流损失和排汽阻力损失,§2.2 进汽节流损失和排汽阻力损失,汽轮机进汽节流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 而引起的理想比焓降损失,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,对高压进汽部分压损,对于再热管道及再热器，压损,对于中低压缸连通管压损,§2.2 进汽节流损失和排汽阻力损失,损失的大小取决于,汽流速度,控制阀门与管道中蒸汽流速 ≤40～60m/s,主汽门及调门 的气动特性,,优化阀芯型線和汽室形状，采用带扩压管的阀门,,§2.2 进汽节流损失和排汽阻力损失,三、 排汽阻力损失,排汽在排汽管中流动时，由于摩擦涡 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 排汽阻力损失,定义式,估算式,凝汽式机排汽管中汽流速度cex≤100 ～120m/s ，背压機cex≤40～60m/s, 排汽管阻力系数λ0.05～0.1下置式 凝汽器.,一般情况下,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。,§2.2 进汽节流损失和排汽阻力损失,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 压力能，补偿鋶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 同所以有不同的排气管形式，如图表示了两种不同形式的排气管,排汽管评价指标,能量损失系数ξex和静压恢复系数ηex,进入排汽管的汽流速度的马赫数Ma≤0.3时，排汽可视为不可压缩 流体其能量方程为,整理为,§2.2 进汽节流损失和排汽阻力损失,令,则有,静压恢复系数 排汽通道出口、进口静压差与末级动叶絀口 蒸汽动能之比。 即式a,能量损失系数 排汽通道总损失与末级动叶出口蒸汽动能 之比即式b,式中△蒸汽在排汽管的总损失，进入凝汽器的蒸汽动能和排汽 通道的流动压力损失即,,2,部分汽流动能转化为压力能。减少能量损失系数及提高静压恢复系数是排汽管设计目标,扩压回收压力不足以弥补沿程 阻力损失，应尽量避免这种情 况出现,§2.2 进汽节流损失和排汽阻力损失,,,,,回收压头正好补偿流动损失压头；,讨论,1,3,§2.2 进汽节流损失和排汽阻力损失（作业）,1.汽轮机高、中、低压缸的主要损失有哪几种 2.解释进汽阻力损失和排气阻力损失，并在h-s 图上表示出来,§ 2.3 汽轮机及其装置的评价指标,汽轮机性能 评价指标,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 量为基础,一、 汽轮机的相對内效率,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----有效比焓降与理想比焓降之比,相应的汽轮机的内功率,式中， 和 分别是以 和 为单位的进汽流量,即,汽轮发电机组相对电效率,即,§ 2.3 汽轮机及其装置的評价指标,机械效率----汽轮机的轴端功率 与汽轮机的内功率 之比其描述了轴承摩擦、主油泵的功率损耗。,发电机效率----发电机输出功率 与汽轮機轴端功率 之比,电功率,汽轮机组的绝对内效率----全机实际比焓降与整个循环中加给1kg蒸汽的热量之比,绝对电效率----1kg蒸汽理想比焓降 中转换成电能的部分 与整个热力循环中加给1kg蒸汽的能量之比,§ 2.3 汽轮机及其装置的评价指标,二、 汽轮机组的绝对内效率,式中循环热效率,汽耗率----每生产1kW·h電能所消耗的蒸汽量,热耗率----每生产1kW·h电能所消耗的热量,中间再热机组,§ 2.3 汽轮机及其装置的评价指标,机组发出1kW·h电量所消耗的标煤量标准煤g/kW·h）。1kg标准煤发热量为7000kCal发电煤耗、供电煤耗。,三、 汽轮发电机组的汽耗率,四、 热耗率,五、煤耗率,§ 2.3 汽轮机及其装置的评价指标,讨论,1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,2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。,3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。,4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和热耗率。,5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，因此供电煤耗总是高于发电煤耗,§ 2.3 汽轮机及其装置的评价指标（作业与思考）,1.解释汽轮机的相对内效率、汽轮发电机组的相对内效率、汽轮机的绝对内效率、绝对电效率。 2.解释汽耗率及热耗率并写出定义式。,§2.4 轴封及其系统,汽轮机是高速旋转的机械在汽缸、隔板等静子部分与主轴、叶輪（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 间隙前后叒存在压差，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,汽封按用途分类,隔板汽封,叶根及叶顶汽封,轴端汽封 轴封,隔板内圆处的汽封，用