1、多級汽輪機：由若干級按工作壓力高低順序排列而成，每一級承擔蒸汽總比焓降的一部分，蒸汽依次通過各級將熱能轉變汽輪機轉子(zhun z)旋轉機械功。高壓級段、中壓級段和低壓級段三個部分 。蒸汽(zhn q)經過調節(jié)閥門進入噴嘴室，通過噴嘴，在調節(jié)級內作功；在調節(jié)級后充分混合均勻的蒸汽繼續(xù)在各壓力(yl)級中作功直到汽輪機排汽口。 第1頁/共52頁第一頁，共52頁。31 多級汽輪機的工作多級汽輪機的工作(gngzu)過程過程1） 多級汽輪機各級都在最佳速比(s b)附近工作；4） 在一定條件下，多級汽輪機的余速動能可以全部(qunb)或部分地被下一級利用；2） 多級汽輪機各級的比焓降較小，速比一定時
2、級的圓周速度和平均直徑較小，所以在容積流量相同的條件下，噴嘴出口高度增大，葉高損失減小，噴嘴流動效率較高；3） 由于重熱現象，多級汽輪機前面級的損失可以部分地被下面各級利用，使全機相對內效率提高。初參數、終參數、級間抽汽（回熱循環(huán)、再熱循環(huán)）；一、多級汽輪機的特點和工作過程（一）多級汽輪機的特點1. 循環(huán)熱效率提高第2頁/共52頁第二頁，共52頁。3） 由于新蒸汽與再熱蒸汽溫度的提高由于新蒸汽與再熱蒸汽溫度的提高(t go)，多級汽輪機，多級汽輪機 工作溫度較高，對零部件的金屬材料要求提高工作溫度較高，對零部件的金屬材料要求提高(t go)4） 級數級數(j sh)增加，零部件增多，使汽輪機的
3、機構復雜，全機制造成本相應提高增加，零部件增多，使汽輪機的機構復雜，全機制造成本相應提高3. 單位功率(gngl)的投資以及運行成本明顯降低 4. 存在的問題 第3頁/共52頁第三頁，共52頁。1.高壓(goy)段（二）、多級汽輪機的工作(gngzu)過程1sin adeAlmnn第4頁/共52頁第四頁，共52頁。1.高壓(goy)段（二） 、多級汽輪機的工作(gngzu)過程1sin adeAlmnn1）葉高較小，端部損失(snsh)較大第5頁/共52頁第五頁，共52頁。1.高壓(goy)段（二） 、多級汽輪機的工作(gngzu)過程2）反動(fndng)度選取小小小小小topmhcxudG
4、v11)(變化小變化小變化小tmhdv3）高壓級蒸汽比體積較小各級平均直徑相應較小。 各級間比體積變化也不大平均直徑變化平緩。第6頁/共52頁第六頁，共52頁。1.高壓(goy)段（二） 、多級汽輪機的工作(gngzu)過程4）級內損失(snsh)第7頁/共52頁第七頁，共52頁。2.低壓(dy)段第8頁/共52頁第八頁，共52頁。取得相當大，噴嘴出口汽流角為了避免葉片高度太大1) 1顯增大級的反動度在低壓段明)2uunnWcllAGv大為使大大很大1;2.低壓(dy)段 當葉片高度很大時，避免葉根處產生負反動度； 當級的比焓降增大以后，為了防止(fngzh)噴嘴出口汽流速度超過臨界速度，過多
5、采用縮放噴嘴，而增大級的反動度。比焓降增大較快）低壓段中各級的理想3較快較快（較快大大topmhcxudGv11)第9頁/共52頁第九頁，共52頁。失很小葉高損失很小，摩擦損大，漏氣損失很小，損失較大，濕汽損失較低壓段中的損失：余速)42.低壓(dy)段第10頁/共52頁第十頁，共52頁。3.中壓段1）再熱后，壓力降低，溫度高，密度小，所以漏氣損失和葉輪摩擦損失都??；2）葉片高度較高壓級大，所以葉高損失??；3）全周進汽，無部分(b fen)進汽損失；（高壓段部分(b fen)進汽損失大）；4）不存在濕蒸汽區(qū)，無濕蒸汽損失；5）余速動能可被全部利用。iii中低高第11頁/共52頁第十一頁，共52
6、頁。第一級損失造成比熵增大第一級損失造成比熵增大(zn d)后（沿等壓線），第二級理想比焓后（沿等壓線），第二級理想比焓降變?yōu)椋航底優(yōu)椋海?）重熱現象：上一級損失造成的比熵增大將）重熱現象：上一級損失造成的比熵增大將使后面級的理想比焓降增大，即上一級損失中的使后面級的理想比焓降增大，即上一級損失中的一小部分可以在以后一小部分可以在以后(yhu)各級中得到利用。各級中得到利用。二、多級汽輪機的重熱現象(xinxing)第12頁/共52頁第十二頁，共52頁。第13頁/共52頁第十三頁，共52頁。重熱系數重熱系數(xsh)0a提高提高(t go)汽輪機效率的根本途徑是提高汽輪機效率的根本途徑是提高(
7、t go)各級的相對內效率。各級的相對內效率。由圖可知，重熱系數(xsh)的提高使全級效率的增大遠小于級效率的降低所引起全機效率的降低。(1)siriritHH0ttthHH第14頁/共52頁第十四頁，共52頁。32 軸封及其效率軸封及其效率(xio l)漏汽：高壓缸和中壓缸的兩端蒸汽向外泄漏，效率降低，凝結水損失增大；漏汽：高壓缸和中壓缸的兩端蒸汽向外泄漏，效率降低，凝結水損失增大；漏氣漏氣(lu q)：低壓缸和低壓缸的兩端，空氣向內泄漏，機組真空惡化，抽氣器負荷增大；：低壓缸和低壓缸的兩端，空氣向內泄漏，機組真空惡化，抽氣器負荷增大；軸封（軸端汽封）：高壓缸或高壓段采用軸封（軸端汽封）：高
8、壓缸或高壓段采用(ciyng)曲徑軸封曲徑軸封 低壓缸或低壓段采用低壓缸或低壓段采用(ciyng)光軸軸封光軸軸封第15頁/共52頁第十五頁，共52頁。軸封蒸汽(zhn q)母管第16頁/共52頁第十六頁，共52頁。1. 軸封供汽1）啟動或低負荷運行時， 軸封系統的蒸汽汽源來自(li z)輔助蒸汽母管或再熱蒸汽冷段蒸汽母管。 軸封蒸汽壓力調節(jié)器控制補給調節(jié)閥的開度，確保軸封蒸汽母管壓力略高于大氣壓力，并關閉出口調節(jié)閥。當進汽調節(jié)閥全關時，軸封蒸汽(zhn q)的汽源為高、中壓缸軸封漏汽。1，隨著汽輪機負荷的增加，高、中壓缸軸封漏汽量和高、中壓進汽閥閥桿漏汽量也相應地增加，致使軸封蒸汽壓力升高。
9、于是，軸封蒸汽壓力調節(jié)器逐漸關小進汽閥的開度，以維持軸封蒸汽母管的正常壓力；2，如果去低壓缸軸封的軸封蒸汽溫度(wnd)太高，溫度(wnd)控制器控制溫度(wnd)調節(jié)器的開度，凝結水通過溫度(wnd)調節(jié)閥向減溫器噴水，以維持軸封蒸汽的正常溫度(wnd)為150。第17頁/共52頁第十七頁，共52頁。2. 軸封漏汽相鄰兩個軸封段之間形成1個腔室。1）高壓缸前軸封A設置(shzh)成5段4個腔室的軸封結構，其中內缸前軸封有1段，外缸前軸封有4段。高壓缸后軸封B設置(shzh)成4段3個腔室的結構。 2）中壓缸前軸封為6段5腔室結 構 ，其中(qzhng)內缸前軸封有2段，外缸前軸封有4段。 3
10、）中壓缸后軸封D為3段2腔室結構；4）低壓(dy)缸前后軸封E、F、G、H均為3段2腔室結構。 A1腔室漏汽排入高壓內、外缸夾層。A2、B1和C3腔室的漏汽，則分別經過各自的節(jié)流孔板后，去中壓缸排汽管道，即至5號加熱器。 A3、B2、C4和D1腔室的漏汽，均接至低壓缸前、后軸封的軸封蒸汽管道。 C2腔室的漏汽與高壓缸第7級后的出汽管道相連，去3號加熱器。 第18頁/共52頁第十八頁，共52頁。3. 軸封回汽B3、A4、C5、D2、E2、F2、G2和H2等腔室漏汽，為軸封漏汽和空氣的混合物 ，與回汽母管相通，排入軸封冷卻器。軸封風機維持回汽母管微真空(zhnkng)，防止蒸汽外漏。軸封系統設計(
11、shj)思路：(1)由于高壓側與外界的壓差大，汽封齒多，軸封分段較多，兩段之間設腔室；(2)采用軸封后，總有少量蒸汽由高壓處向低壓處漏出，各個腔室中蒸汽有不同壓力，通過相連(xin lin)的管道引至壓力相當的加熱器或汽缸夾層，以回收漏汽的熱量和工質；(3)最外側的腔室（如圖35中A4、B3、C5、D2、E2、F2、G2、H2）通過軸封冷卻器、軸封風機，維持微真空，由于低于1個大氣壓力，蒸汽不會漏至大氣。尚有少量空氣漏入，經軸封風機抽出；(4)最外第2層腔室（如A3、B2、C4、D1、E1、F1、G1、H1）與軸封蒸汽母管相連(xin lin)，通過調節(jié)器維持一個穩(wěn)定且略高于大氣壓力的狀態(tài)，防
12、止空氣漏入低壓缸內。 第19頁/共52頁第十九頁，共52頁。等流量(liling)曲線汽封片與主軸上凹凸槽相錯對應，構成狹小的徑向環(huán)形(hun xn)齒隙，每二個齒隙之間形成一個環(huán)形(hun xn)汽室。蒸汽進入汽封片后的環(huán)形汽室，通道面積突然擴大，流速降低，產生渦流和碰撞，使蒸汽具有的動能全部損失轉變?yōu)闊崮?。在汽室壓力p1下，重新加熱到蒸汽中去，蒸汽的比焓恢復(huf)到原來的比焓值。 等比焓節(jié)流過程 。各齒隙面積Al相等 各齒隙的漏汽量Gl完全相同. 1122lllGccA常數蒸汽依次流過各齒隙時，隨著壓力逐齒下降，蒸汽質量密度相應減小，所以齒隙出口處的蒸汽速度逐齒增加，其比焓降也逐齒增大
13、，即：ab cd ，曲線bdfh稱為芬諾曲線。 10121kkznczppk最后一個齒封，臨界速度。汽封片主軸上凹凸槽第20頁/共52頁第二十頁，共52頁。任一軸封孔口任一軸封孔口(kn ku)的汽流速度的汽流速度=臨界速度臨界速度減小等流量(liling)曲線第21頁/共52頁第二十一頁，共52頁。xxpppp1表示，環(huán)形孔口前后的壓差用似按不可壓縮流體處理比容變化不大，可以近很小，蒸汽通過孔口時p1222 xxlllppAG常數0011ppxx常數 00212pAGpplllx等比焓節(jié)流過程，T0不變。第22頁/共52頁第二十二頁，共52頁。第23頁/共52頁第二十三頁，共52頁。常數00
14、11ppzz100112kkcnckpp102/00021kkkntnnnpkGAkv第24頁/共52頁第二十四頁，共52頁。3 . 1k若壓力若壓力(yl)比比第25頁/共52頁第二十五頁，共52頁。但是尖銳但是尖銳(jinru)邊緣在汽機運行中會因摩擦鈍化，邊緣在汽機運行中會因摩擦鈍化，此時此時流動情況接近噴嘴。流動情況接近噴嘴。流動(lidng)情況會接近漸縮噴嘴，而使漏汽流量系數增大，漏汽量增大，汽封效果減弱。第26頁/共52頁第二十六頁，共52頁。低壓缸汽封中常采用光軸汽封（平齒汽封）：1，避免大軸向膨脹的危害；2，方便主軸加工和安裝；蒸汽通過某一齒隙時其流動動能沒有在齒隙后汽室中全
15、部損失掉，而是保留著一部分動能（初速）進入下一個齒隙。在汽封前、后參數(cnsh)和齒數、齒隙面積不變的情況下，其漏汽量會比高低齒曲徑汽封有所增加。（a）光軸汽封示意圖；（b）光軸汽封修正曲線圖圖39 光軸汽封的修正系數光軸汽封的修正系數（a）光軸汽封示意圖；（b）光軸汽封修正曲線圖圖39 光軸汽封的修正系數光軸汽封的修正系數第27頁/共52頁第二十七頁，共52頁。4) 基本基本(jbn)計算公式的分計算公式的分析析存在存在(cnzi)的問題：的問題：1. 臨界點的計算結果不一致臨界點的計算結果不一致(yzh)2. 需要判別在軸封段的最末一片需要判別在軸封段的最末一片中是否達到臨界速度中是否達
16、到臨界速度111/20000111/20000)12(12)12(12kkkknknkknkknknnncnkkvpkkAvpkkAGG000011)12(vpkkAGkknntc100112kkcnckpp102/00021kkkntnnnpkGAkv00000.6673,1.3ntcnpGAkv第28頁/共52頁第二十八頁，共52頁。圖圖310汽封無因子漏汽量比曲線汽封無因子漏汽量比曲線5) 計算曲徑軸封漏氣計算曲徑軸封漏氣(lu q)量的單一表達式量的單一表達式當軸封最后一片當軸封最后一片(y pin)孔口處未達到臨界速度時孔口處未達到臨界速度時當軸封最后一片孔口處達到當軸封最后一片孔口
17、處達到(d do)臨界速臨界速度時度時無因子漏汽量比：汽封漏汽量G與假定該段汽封只有1個齒隙（即z1）時的臨界漏汽量(Gl，cr)m之比。 第29頁/共52頁第二十九頁，共52頁。 (四)布萊登汽封傳統傳統(chuntng)特點：特點：汽封環(huán)背部是片狀彈簧，將汽封環(huán)頂向轉子。汽封環(huán)背部是片狀彈簧，將汽封環(huán)頂向轉子。片狀彈簧的作用：當汽輪機運行時一旦發(fā)生轉子與片狀彈簧的作用：當汽輪機運行時一旦發(fā)生轉子與汽封片摩擦，汽封環(huán)可以退讓，不致造成過度的剛汽封片摩擦，汽封環(huán)可以退讓，不致造成過度的剛性摩擦。性摩擦。實際上，由于作用在汽封環(huán)上的片狀彈簧的剛度和實際上，由于作用在汽封環(huán)上的片狀彈簧的剛度和預緊
18、力較大，雖然名為彈性汽封，但在動、靜部分預緊力較大，雖然名為彈性汽封，但在動、靜部分碰摩時退讓作用是有限的。碰摩時退讓作用是有限的。布萊登汽封特點；布萊登汽封特點；啟動時，在周向螺旋彈簧力作用下，汽封環(huán)啟動時，在周向螺旋彈簧力作用下，汽封環(huán)沿圓周沿圓周(yunzhu)向張開，使動、靜部分向張開，使動、靜部分達到最大間隙，其最大汽封齒間隙可達到達到最大間隙，其最大汽封齒間隙可達到3mm以上，避免了啟動過程中由于振動及以上，避免了啟動過程中由于振動及變形而導致的碰摩。變形而導致的碰摩。運行時，高壓側蒸汽進入汽封體，汽封環(huán)外運行時，高壓側蒸汽進入汽封體，汽封環(huán)外徑處受到進汽側壓力作用，與內徑處的壓力
19、徑處受到進汽側壓力作用，與內徑處的壓力差也逐漸增大，最后這一壓差足以克服彈簧差也逐漸增大，最后這一壓差足以克服彈簧力，將所有汽封環(huán)頂向轉子側，達到設計的力，將所有汽封環(huán)頂向轉子側，達到設計的汽封齒間隙，其設計最小汽封齒間隙可達汽封齒間隙，其設計最小汽封齒間隙可達0.32mm。取消了位于汽封環(huán)外徑處的片狀彈簧(tnhung)，在不同汽封環(huán)弧段之間，沿圓周方向裝有4根螺旋彈簧(tnhung)，在汽封環(huán)進汽側（高壓側）開一條通汽槽，供進汽側蒸汽流入汽封環(huán)背部（外徑處）。布賴登汽封適用布賴登汽封適用：汽封環(huán)前后的設計壓差要足夠大，適用于高、中壓缸軸端汽封和隔板汽封中，在軸端汽封最外三段不能使用布萊登汽
20、封，以在啟動過程中建立真空。第30頁/共52頁第三十頁，共52頁。二、二、 進汽阻力進汽阻力(zl)損失和排汽阻力損失和排汽阻力(zl)損失損失（一）壓力(yl)損失圖圖3 315 15 一次中間再熱汽輪機熱力過程線一次中間再熱汽輪機熱力過程線1, 蒸汽在進入汽輪機工作級之前，必須先通過(tnggu)主汽閥和調節(jié)汽閥、主蒸汽管道、蒸汽室等;2, 再熱蒸汽流過再熱器和再熱冷、熱管道時的壓力損失;3, 蒸汽流經中壓聯合進汽閥（中壓主汽閥與中壓調節(jié)汽閥）的壓力損失 5,汽輪機的排汽從末級動葉出口，經排汽缸流至凝汽器，為克服汽流的摩擦阻力和渦流，造成其壓力降低，這部分壓力損失稱為汽輪機排汽阻力損失。
21、4, 采用分缸結構時，蒸汽經過二個汽缸之間連通管時，其流動阻力引起壓力損失. 第31頁/共52頁第三十一頁，共52頁。圖圖3 315 15 一次中間再熱汽輪機熱力過程線一次中間再熱汽輪機熱力過程線中壓聯合進汽閥處于全開狀態(tài)，當負荷小于30%額定負荷時，才參與調節(jié)，所以，中壓主汽閥與中壓調節(jié)汽閥的壓力損失要比高壓主汽閥和調節(jié)汽閥的壓力損失小。 對于(duy)中間再熱汽輪機而言，進汽機構的壓力損失主要影響高壓缸的理想比焓降。 減少進汽損失減少進汽損失(snsh)的的措施：措施：1)限制蒸汽限制蒸汽(zhn q)流速：閥門全流速：閥門全開時，蒸汽開時，蒸汽(zhn q)速度不大于速度不大于4060
22、m/s。2)改善蒸汽改善蒸汽(zhn q)在汽門中的流在汽門中的流動特性動特性第32頁/共52頁第三十二頁，共52頁。排汽阻力損失：排汽在排汽管中流動時，由于摩擦、渦流、轉向等排汽阻力損失：排汽在排汽管中流動時，由于摩擦、渦流、轉向等阻力作用阻力作用(zuyng)而有壓力降落，這部分沒有做功的壓降損失，而有壓力降落，這部分沒有做功的壓降損失，稱為汽輪機的排汽阻力損失。稱為汽輪機的排汽阻力損失。動葉出口的靜壓表示凝汽式汽輪機末級cp表示凝汽器喉部的靜壓cpccppp排汽阻力損失：）理想比焓降（ mactmacthh()排汽阻力(zl)損失：第33頁/共52頁第三十三頁，共52頁。擴壓：把排汽動能
23、轉換為靜壓，以補償排汽管中的壓力擴壓：把排汽動能轉換為靜壓，以補償排汽管中的壓力(yl)損失，可以提高機組的經濟性損失，可以提高機組的經濟性.先擴壓后轉向先擴壓后轉向(zhunxing)的徑的徑向擴壓管向擴壓管先轉向先轉向(zhunxing)后擴壓的軸后擴壓的軸向擴壓管向擴壓管1,排汽段設計成效率較好的擴壓段，使排汽的動能轉變成靜壓，以補償排汽管中的壓力損失，力求pc盡可能接近pc。2,采用限制流速、設置導流環(huán)、導流板等減少流動阻力的措施。設計良好的排汽段，流動阻力系數可以取得小些。第34頁/共52頁第三十四頁，共52頁。靜壓恢復系數靜壓恢復系數能量能量(nngling)損損失系數失系數排汽管
24、的好壞，一般可用能量(nngling)損失系數和靜壓恢復系數來衡量。汽流通過排汽管的壓力(yl)損失21ex21 12ppcex21 12cexex1第35頁/共52頁第三十五頁，共52頁。擴壓管內蒸汽流動壓力擴壓管內蒸汽流動壓力變化的兩個原因：變化的兩個原因：1）蒸汽流速）蒸汽流速(li s)降降低，所引起壓力的增加；低，所引起壓力的增加；2）壁面摩擦所引起壓力）壁面摩擦所引起壓力的減小。的減小。排汽管進口(jn ku)狀態(tài)點2，3，4：排汽管出口(ch ku)狀態(tài)點。排汽管進口參數滯止為0點排汽管進口蒸汽動能第36頁/共52頁第三十六頁，共52頁。ahh31總損失：過程線：1-3（1-10
25、-3）；焓增原因：a)摩擦引起排汽焓增;b) 擴壓引起焓增，回收(hushu)了部分位能。排汽管總損失(snsh)：21ex21 102ppc靜壓恢復系數：ex21 112c能量損失(snsh)系數：過程線：1-2；摩擦引起排汽焓增，速度減小。101/擴壓不僅克服了部分排汽管阻力所消耗的動壓頭，還提高了蒸汽的壓能，使得排汽管進口壓力可以低于環(huán)境壓力，從而使得機組有效焓降增大，提高了機組效率。第37頁/共52頁第三十七頁，共52頁。這表明這表明(biomng)排汽管的阻力損失很大，氣流通過排汽管時恢復的位能不足以補償損失，排汽管的阻力損失很大，氣流通過排汽管時恢復的位能不足以補償損失，還需要另外
26、消耗一部分靜壓頭來克服排汽管的壓力。還需要另外消耗一部分靜壓頭來克服排汽管的壓力。10擴壓管內蒸汽流動過程線：1-4（1-1/-4）：1-1/釋放部分位能(winng)后，擴壓所回收的壓能=摩擦所消耗的壓能。若將p2/看成(kn chn)背壓，則排汽管出口壓力p1要高于p2/；第38頁/共52頁第三十八頁，共52頁。四、汽輪機裝置四、汽輪機裝置(zhungzh)的效率及熱經濟性指的效率及熱經濟性指標標(一)相對效率第39頁/共52頁第三十九頁，共52頁。四、汽輪機裝置四、汽輪機裝置(zhungzh)的效率及熱經濟性的效率及熱經濟性指標指標(一)相對效率第40頁/共52頁第四十頁，共52頁。四、
27、汽輪機裝置的效率四、汽輪機裝置的效率(xio l)及熱經濟性指標及熱經濟性指標(二)絕對(judu)效率第41頁/共52頁第四十一頁，共52頁。四、汽輪機裝置的效率四、汽輪機裝置的效率(xio l)及熱經濟性指標及熱經濟性指標(三)其他重要(zhngyo)熱經濟性指標第42頁/共52頁第四十二頁，共52頁。四、汽輪機裝置的效率四、汽輪機裝置的效率(xio l)及熱經濟性指及熱經濟性指標標(三)其他(qt)重要熱經濟性指標第43頁/共52頁第四十三頁，共52頁。四、汽輪機極限功率和提高四、汽輪機極限功率和提高(t go)單機功率的措施單機功率的措施極限(jxin)功率：在一定(ydng)的蒸汽初終參數和轉速下，單排汽口凝汽式汽輪機所能發(fā)出的最大功率 單排汽口極限功率約為110150兆瓦。 提高單機功率措施：第44頁/共52頁第四十四頁，共52頁。25 多級汽輪機的軸向推力及其平衡多級汽輪機的軸向推力及其平衡(pnghng)一、軸向推力一、軸向推力在軸流式汽輪機中，通常是高壓蒸汽由一端進入，低壓蒸汽由另一端流出，從整體看，蒸汽在軸流式汽輪機中，通常是高壓蒸汽由一端進入，低壓蒸汽由另一端流出，從整體看，蒸汽對汽輪機轉子施加對汽輪機轉
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