第二章多級汽輪機

1、第二章 多級汽輪機第一節(jié) 多級汽輪機的工作特點多級汽輪機的概念多級汽輪機的概念按工作壓力高低順序排列的若干級組成；按工作壓力高低順序排列的若干級組成；常見的有多級沖動式汽輪機和多級反動式汽輪機。常見的有多級沖動式汽輪機和多級反動式汽輪機。多級汽輪機通流部分結構特點：逐漸擴張多級汽輪機通流部分結構特點：逐漸擴張多級汽輪機熱力過程線多級汽輪機熱力過程線 0 0 第一級噴嘴前蒸汽狀態(tài)點第一級噴嘴前蒸汽狀態(tài)點 1 1 第一級噴嘴后狀態(tài)點第一級噴嘴后狀態(tài)點 2 2 第一級排汽狀態(tài)點第一級排汽狀態(tài)點 圖中：圖中：pe 汽輪機背壓汽輪機背壓 Ht 汽輪機的理想焓降汽輪機的理想焓降 Hi 汽輪機的有效焓降汽輪

2、機的有效焓降iihHiritHH汽輪機相對內(nèi)效率汽輪機相對內(nèi)效率1 1、多級汽輪機的循環(huán)熱效率大大提高、多級汽輪機的循環(huán)熱效率大大提高 多級汽輪機可以采用較高的進汽參數(shù)和較低的排汽參數(shù)，多級汽輪機可以采用較高的進汽參數(shù)和較低的排汽參數(shù)，還可以采用回熱循環(huán)和再熱循環(huán)。還可以采用回熱循環(huán)和再熱循環(huán)。2 2、多級汽輪機的相對內(nèi)效率明顯提高、多級汽輪機的相對內(nèi)效率明顯提高 每一級承擔的焓降不必很大，可以保證各級都在最佳速比附每一級承擔的焓降不必很大，可以保證各級都在最佳速比附近工作。近工作。 在一定條件下，余速動能可以全部或部分地被下一級利用。在一定條件下，余速動能可以全部或部分地被下一級利用。 級的

3、焓降較小，可以采用漸縮噴嘴，避免了采用難以加工、級的焓降較小，可以采用漸縮噴嘴，避免了采用難以加工、效率較低的縮放噴嘴。效率較低的縮放噴嘴。一、多級汽輪機的特點一、多級汽輪機的特點（一）多級汽輪機的優(yōu)越性（一）多級汽輪機的優(yōu)越性 級的焓降較小，根據(jù)最佳速比的要求，可相應減小級的平均級的焓降較小，根據(jù)最佳速比的要求，可相應減小級的平均直徑，從而可適當增加葉柵高度，減小葉柵的端部損失。直徑，從而可適當增加葉柵高度，減小葉柵的端部損失。 多級汽輪機具有多級汽輪機具有重熱重熱現(xiàn)象?，F(xiàn)象。3 3、多級汽輪機單位功率的投資大大減小、多級汽輪機單位功率的投資大大減?。ǘ┒嗉壠啓C存在的問題（二）多級汽輪機

4、存在的問題 增加了一些附加的能量損失，如級間漏汽損失、濕汽損失。增加了一些附加的能量損失，如級間漏汽損失、濕汽損失。 由于級數(shù)多，相應地增加了機組的長度和質(zhì)量。由于級數(shù)多，相應地增加了機組的長度和質(zhì)量。 由于新蒸汽和再熱蒸汽溫度的提高，故對零部件的金屬材料由于新蒸汽和再熱蒸汽溫度的提高，故對零部件的金屬材料要求高了。要求高了。 級數(shù)增加，零部件增多，使多級汽輪機的結構更為復雜。級數(shù)增加，零部件增多，使多級汽輪機的結構更為復雜。1 1余速利用對級效率的影響余速利用對級效率的影響2 2余速利用對整機效率的影響余速利用對整機效率的影響 余速利用后，整機熱力過程線左余速利用后，整機熱力過程線左移，整個

5、過程的熵增減小，汽輪機的移，整個過程的熵增減小，汽輪機的效率提高。效率提高。*21*00,tcirithhhhEh*21*0120,tciritchhhhEhhriri二、多級汽輪機的余速利用二、多級汽輪機的余速利用3 3實現(xiàn)余速利用的條件實現(xiàn)余速利用的條件 相鄰兩級的部分進汽度相同。相鄰兩級的部分進汽度相同。 調(diào)節(jié)級余速基本不可利用。調(diào)節(jié)級余速基本不可利用。 相鄰兩級的通流部分過渡平滑。相鄰兩級的通流部分過渡平滑。 相鄰兩級之間的軸向間隙要小，流量變化不大。相鄰兩級之間的軸向間隙要小，流量變化不大。 前一級的排汽角前一級的排汽角2應與后一級噴嘴的進汽角應與后一級噴嘴的進汽角0g一致。一致。

6、多級汽輪機的中間級基本上都能充分的利用前一級的余多級汽輪機的中間級基本上都能充分的利用前一級的余速動能。速動能。三、多級汽輪機的重熱現(xiàn)象三、多級汽輪機的重熱現(xiàn)象1234512345tttttttttthhhhhhhhhh tthH 由于多級汽輪機前面級的損失能夠由于多級汽輪機前面級的損失能夠在后面級中作為理想焓降而加以利用，在后面級中作為理想焓降而加以利用，這種現(xiàn)象稱為多級汽輪機的這種現(xiàn)象稱為多級汽輪機的重熱現(xiàn)象重熱現(xiàn)象。各級理想焓降之和各級理想焓降之和整機理想焓降整機理想焓降重熱系數(shù)重熱系數(shù)：由于重熱現(xiàn)象而增加的理想焓降占汽輪機理想焓降：由于重熱現(xiàn)象而增加的理想焓降占汽輪機理想焓降的比例，一

7、般的比例，一般為為0.040.08。1ttttthHhHHtrimitriihhHHtrimiHH)1 ()1 (rimtiriHH由于重熱現(xiàn)象，使整機效率提高。由于重熱現(xiàn)象，使整機效率提高。不能說，重熱系數(shù)越大，多級汽輪機的內(nèi)效率就越高。不能說，重熱系數(shù)越大，多級汽輪機的內(nèi)效率就越高。rim 各級的平均內(nèi)效率各級的平均內(nèi)效率 1 1高壓段高壓段 工作蒸汽的壓力、溫度很高，比體積較小，蒸汽容積流量較工作蒸汽的壓力、溫度很高，比體積較小，蒸汽容積流量較小，所需的通流面積也較小；小，所需的通流面積也較?。?在沖動式汽輪機的高壓段，級的反動度一般不大；在沖動式汽輪機的高壓段，級的反動度一般不大； 各

8、級焓降不大，焓降的變化也不大；各級焓降不大，焓降的變化也不大； 2 2低壓段低壓段 葉片高度很大；葉片高度很大； 級的反動度在低壓段明顯增大；級的反動度在低壓段明顯增大； 葉輪直徑增加，圓周速度增加較快，使各級的焓降增加較快葉輪直徑增加，圓周速度增加較快，使各級的焓降增加較快 3 3中壓段中壓段 反動度介于高壓和低壓之間。反動度介于高壓和低壓之間。四、多級汽輪機各級段的工作特點四、多級汽輪機各級段的工作特點一、多級汽輪機的損失一、多級汽輪機的損失外部漏汽損失機械損失外部損失機組的散熱損失排汽管的阻力損失中間再熱管道損失級內(nèi)各項損失進汽機構的節(jié)流損失內(nèi)部損失分類第二節(jié) 汽輪機的損失及其裝置的效率

9、 和經(jīng)濟指標直接影響蒸汽狀態(tài)的損失不直接影響蒸汽狀態(tài)的損失 1 1、機械損失、機械損失 汽輪機運行時，要克服支持軸承和推力軸承的摩擦阻力，及汽輪機運行時，要克服支持軸承和推力軸承的摩擦阻力，及帶動主油泵、調(diào)速器等，要消耗一部分有用功而造成的損失。帶動主油泵、調(diào)速器等，要消耗一部分有用功而造成的損失。 2 2、外部漏汽損失、外部漏汽損失 主軸穿出汽缸兩端時留有間隙，汽缸內(nèi)外存在壓差，造成蒸主軸穿出汽缸兩端時留有間隙，汽缸內(nèi)外存在壓差，造成蒸汽漏出或空氣漏入，形成損失。汽漏出或空氣漏入，形成損失。l 解決方法解決方法：設置軸封裝置（正壓軸封、負壓軸封）：設置軸封裝置（正壓軸封、負壓軸封） 汽輪機各

10、汽缸端部的軸封及其與之相連接的管道和附屬設備，汽輪機各汽缸端部的軸封及其與之相連接的管道和附屬設備，稱為稱為汽輪機的軸封系統(tǒng)汽輪機的軸封系統(tǒng)。（一）多級汽輪機的外部損失（一）多級汽輪機的外部損失l 常用結構常用結構：齒形汽封，能夠盡量地減小漏汽間隙，并能有：齒形汽封，能夠盡量地減小漏汽間隙，并能有效地降低漏汽速度。效地降低漏汽速度。l 300MW 300MW汽輪機軸封系統(tǒng)汽輪機軸封系統(tǒng) 在機組正常運行時，靠高中壓缸兩端軸封漏汽作為低壓在機組正常運行時，靠高中壓缸兩端軸封漏汽作為低壓端軸封供汽，不需另供軸封用汽，這種系統(tǒng)稱為端軸封供汽，不需另供軸封用汽，這種系統(tǒng)稱為自密封軸封自密封軸封系統(tǒng)系統(tǒng)。

11、汽封圈汽封圈彈簧片彈簧片定位面定位面3 軸封套筒軸封套筒0.020.027MPa 1 1汽輪機進汽機構的節(jié)流損失汽輪機進汽機構的節(jié)流損失（1 1）產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因：新蒸汽在進入汽輪機的第一級噴嘴之前，首：新蒸汽在進入汽輪機的第一級噴嘴之前，首先要經(jīng)過主汽閥、調(diào)節(jié)汽閥、管道和蒸汽室，蒸汽流經(jīng)這些先要經(jīng)過主汽閥、調(diào)節(jié)汽閥、管道和蒸汽室，蒸汽流經(jīng)這些部件時由于摩擦、渦流等要造成壓力降低，即節(jié)流過程。在部件時由于摩擦、渦流等要造成壓力降低，即節(jié)流過程。在背壓不變的條件下使整機的理想焓降減小。這種由于節(jié)流作背壓不變的條件下使整機的理想焓降減小。這種由于節(jié)流作用引起的損失稱為節(jié)流損失。用引起的損失稱為節(jié)流

12、損失。（2 2）影響因素影響因素：管道長短、汽流速度，閥門型線及汽室形狀。：管道長短、汽流速度，閥門型線及汽室形狀。 000ppp（二）多級汽輪機的內(nèi)部損失（二）多級汽輪機的內(nèi)部損失第一級噴嘴前第一級噴嘴前2 2、排汽管中的壓力損失、排汽管中的壓力損失（1 1）產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因：汽輪機的排汽從末級動葉排出后，由排汽管：汽輪機的排汽從末級動葉排出后，由排汽管道引至凝汽器。蒸汽在排汽管道中流動時，存在摩擦、撞擊和道引至凝汽器。蒸汽在排汽管道中流動時，存在摩擦、撞擊和渦流等項損失，使壓力降低，即汽輪機末級動葉后壓力渦流等項損失，使壓力降低，即汽輪機末級動葉后壓力pc高于高于凝汽器的壓力凝汽器的壓力p

13、c ，存在著壓降，存在著壓降 ， 這部分壓降用于克服排汽管道的流動阻力，而未參與作功，故這部分壓降用于克服排汽管道的流動阻力，而未參與作功，故稱為排汽管的壓力損失。稱為排汽管的壓力損失。（2 2）影響因素影響因素：排汽管中蒸汽的速度和排汽管的結構：排汽管中蒸汽的速度和排汽管的結構；（3 3）減小措施減小措施：將排汽管設計成擴壓效率較高的擴壓管，同：將排汽管設計成擴壓效率較高的擴壓管，同時在擴壓段內(nèi)部和其后設置一些導流環(huán)或?qū)Я靼?，使乏汽均勻時在擴壓段內(nèi)部和其后設置一些導流環(huán)或?qū)Я靼?，使乏汽均勻地布滿整個排汽通道，使排汽通暢，減少排汽動能的消耗。地布滿整個排汽通道，使排汽通暢，減少排汽動能的消耗。

14、cccpppttcHHH 3 3、聯(lián)通管的壓力損失、聯(lián)通管的壓力損失 蒸汽由高壓缸出來經(jīng)過容汽管道把蒸汽引入低壓缸工作，蒸汽由高壓缸出來經(jīng)過容汽管道把蒸汽引入低壓缸工作，由于蒸汽與管壁發(fā)生的摩擦損失造成壓力降。若蒸汽經(jīng)過再由于蒸汽與管壁發(fā)生的摩擦損失造成壓力降。若蒸汽經(jīng)過再熱器或汽水分離再熱器都帶來附加的損失。此時損失壓力差熱器或汽水分離再熱器都帶來附加的損失。此時損失壓力差就比較大。一般摩擦損失引起的壓力降是蒸汽管前面壓力就比較大。一般摩擦損失引起的壓力降是蒸汽管前面壓力ps的的2%-3%。2%3%sspppr 再熱壓力再熱壓力二、汽輪機及其裝置的效率二、汽輪機及其裝置的效率 一個機械或裝置

15、的輸入能量與輸出能量之比稱為此機械一個機械或裝置的輸入能量與輸出能量之比稱為此機械或裝置的或裝置的效率效率。 在分析整個發(fā)電廠的經(jīng)濟性時，將汽輪機放在整個熱在分析整個發(fā)電廠的經(jīng)濟性時，將汽輪機放在整個熱力循環(huán)中考慮，即把發(fā)電廠的熱力循環(huán)系統(tǒng)作為研究對力循環(huán)中考慮，即把發(fā)電廠的熱力循環(huán)系統(tǒng)作為研究對象，這時輸入循環(huán)中的能量為蒸汽在鍋爐中的吸熱量象，這時輸入循環(huán)中的能量為蒸汽在鍋爐中的吸熱量Q，再分別考慮汽輪發(fā)電機組的不同損失后得出不同的能量再分別考慮汽輪發(fā)電機組的不同損失后得出不同的能量作為輸出能量，這樣得到的一組效率為作為輸出能量，這樣得到的一組效率為絕對效率絕對效率。（一）相對效率（一）相對

16、效率 當分析汽輪發(fā)電機組的經(jīng)濟性時，將汽輪發(fā)電機組作為研當分析汽輪發(fā)電機組的經(jīng)濟性時，將汽輪發(fā)電機組作為研究對象，則輸入汽輪發(fā)電機組中的能量為汽輪機的理想焓降究對象，則輸入汽輪發(fā)電機組中的能量為汽輪機的理想焓降Ht，以此而得到的一組效率稱為，以此而得到的一組效率稱為相對效率相對效率。1 1、汽輪機的相對內(nèi)效率、汽輪機的相對內(nèi)效率 衡量汽輪機內(nèi)能量轉(zhuǎn)換過程完善程度的指標；對于汽輪機衡量汽輪機內(nèi)能量轉(zhuǎn)換過程完善程度的指標；對于汽輪機來說，其輸入能量為蒸汽在汽輪機中的理想焓降來說，其輸入能量為蒸汽在汽輪機中的理想焓降Ht，輸出能輸出能量為汽輪機的內(nèi)功率。一般汽輪機組的相對內(nèi)效率約為量為汽輪機的內(nèi)功率

17、。一般汽輪機組的相對內(nèi)效率約為0.78-0.89，大功率電站會更高些。，大功率電站會更高些。PPiirittHH內(nèi)功率理想功率二、汽輪機及其裝置的效率二、汽輪機及其裝置的效率機械效率機械效率：將全部機械損失看成集中在軸承上，則對于軸承來：將全部機械損失看成集中在軸承上，則對于軸承來說，其輸入能量為汽輪機的內(nèi)功率，輸出能量稱為有效功率說，其輸入能量為汽輪機的內(nèi)功率，輸出能量稱為有效功率pe，則機械損失為則機械損失為pmpipe，故，故 emipp有效功率機械效率內(nèi)功率eeiremrititpp ppp p 有效功率相對有效效率理想功率l 相對有效效率相對有效效率：把汽輪機和軸承看成一個整體，此時

18、輸入為：把汽輪機和軸承看成一個整體，此時輸入為蒸汽的理想功率，輸出為有效功率，故蒸汽的理想功率，輸出為有效功率，故機械損失包括用來帶動主油泵和克服軸承摩擦而消耗的功率。機械損失包括用來帶動主油泵和克服軸承摩擦而消耗的功率。2 2、汽輪機的相對有效效率、汽輪機的相對有效效率3 3汽輪發(fā)電機組的相對電效率汽輪發(fā)電機組的相對電效率l 發(fā)電機效率發(fā)電機效率：單獨討論發(fā)電機，其輸入的能量為軸承的輸出：單獨討論發(fā)電機，其輸入的能量為軸承的輸出能量，即為有效功率能量，即為有效功率pe，由于發(fā)電機內(nèi)有銅損、鐵損和機械損，由于發(fā)電機內(nèi)有銅損、鐵損和機械損失等，輸出能量為電功率失等，輸出能量為電功率pel，則，則

19、elgepp電功率發(fā)電機效率有效功率eleleirelgmrigreteitppp pppp p 電功率相對電效率理想功率l 相對電效率相對電效率：將汽輪機、軸承、發(fā)電機看作一個整體，則整：將汽輪機、軸承、發(fā)電機看作一個整體，則整個機組的輸入能量為理想功率個機組的輸入能量為理想功率pt，輸出能量為電功率，輸出能量為電功率pel，而整，而整個機組的效率稱為相對電效率個機組的效率稱為相對電效率： njijinjgmijigmelHDHGp1136004 4、汽輪發(fā)電機組的電功率、汽輪發(fā)電機組的電功率（1 1）無回熱抽汽）無回熱抽汽gmritelHGp3600gmritelHDp或或（2 2）有回熱

20、抽汽）有回熱抽汽()ijG D：表示第：表示第j段的流量；段的流量；ijH：表示第：表示第j段的有效焓降。段的有效焓降。l 當考慮發(fā)電廠整個熱力循環(huán)時，以蒸汽吸熱量當考慮發(fā)電廠整個熱力循環(huán)時，以蒸汽吸熱量Q0作為輸入能作為輸入能量，以汽輪發(fā)電機組不同的功率作為輸出能量所得到的一組效量，以汽輪發(fā)電機組不同的功率作為輸出能量所得到的一組效率稱為率稱為絕對效率絕對效率。l 當以汽輪機的理想焓降為輸出能量時，所得到的效率稱為當以汽輪機的理想焓降為輸出能量時，所得到的效率稱為循循環(huán)熱效率環(huán)熱效率t。ctotthhHQH0gmritaell 絕對電效率絕對電效率：加給每千克蒸汽的熱量最終轉(zhuǎn)變成電能的份額。

21、：加給每千克蒸汽的熱量最終轉(zhuǎn)變成電能的份額。h0 汽輪機新蒸汽的初焓；汽輪機新蒸汽的初焓；hc 凝結水的焓。凝結水的焓。（二）絕對效率（二）絕對效率（一）汽耗率一）汽耗率d l汽耗率汽耗率d ：汽輪發(fā)電機組每發(fā)：汽輪發(fā)電機組每發(fā)1度電所消耗的蒸汽量度電所消耗的蒸汽量 ，單位為，單位為l汽耗量汽耗量D：每小時消耗的蒸汽量，單位為：每小時消耗的蒸汽量，單位為kg/h（二）熱耗率（二）熱耗率q 汽輪發(fā)電機組每發(fā)汽輪發(fā)電機組每發(fā)1度電所消耗的熱量，單位度電所消耗的熱量，單位kg/(kW h)eltelHpDd3600kJ/(kw h)aeleltfwfwHhhhhdq3600)(3600)(00三、汽

22、輪發(fā)電機組的經(jīng)濟指標三、汽輪發(fā)電機組的經(jīng)濟指標hfw 給水焓給水焓)()(00rrrfwhhDDhhdq對于中間再熱機組，對于中間再熱機組，D0 汽輪機總進汽量，汽輪機總進汽量，kg/h；Dr 再熱蒸汽量，再熱蒸汽量，kg/h；hr，hr 再熱蒸汽段焓和冷段焓，再熱蒸汽段焓和冷段焓，kJ/kg。 （一）汽輪機的極限功率（一）汽輪機的極限功率 在一定的蒸汽初、終參數(shù)和轉(zhuǎn)速下，單排汽口凝汽式汽輪在一定的蒸汽初、終參數(shù)和轉(zhuǎn)速下，單排汽口凝汽式汽輪機所能獲得的最大功率稱為機所能獲得的最大功率稱為極限功率極限功率。 凝汽式汽輪機組的發(fā)電極限功率：凝汽式汽輪機組的發(fā)電極限功率：Gc,max 通過汽輪機末級

23、的最大流量。通過汽輪機末級的最大流量。,max,maxelctrimgpGH 四、汽輪機的極限功率和提高單機功率的途徑四、汽輪機的極限功率和提高單機功率的途徑,max22222211sinsincb bb bGd l wd l cvv222max223600sincu cGn vv2 末級出口比容，可以通過降低真空減小。末級出口比容，可以通過降低真空減小。 徑高比，徑高比，=db/lb，受葉片強度的限制。受葉片強度的限制。 c2、v2的變化范圍是受限的，影響的變化范圍是受限的，影響Gc,max的主要因素是末的主要因素是末級排汽面積級排汽面積dblb，但，但db、lb的增大將使動葉離心力增大，受

24、的增大將使動葉離心力增大，受到葉片材料強度的限制。到葉片材料強度的限制。l 提高新蒸汽參數(shù)，并配合采用中間再熱循環(huán)可以有效地提高提高新蒸汽參數(shù)，并配合采用中間再熱循環(huán)可以有效地提高單機組功率。單機組功率。l 提高冷凝器的壓力，使排汽的比容減小，在相同的末級通流提高冷凝器的壓力，使排汽的比容減小，在相同的末級通流面積時流過的蒸汽量增大，也就提高了機組發(fā)出的功率，顯然面積時流過的蒸汽量增大，也就提高了機組發(fā)出的功率，顯然這是用降低循環(huán)效率的方法達到的。這是用降低循環(huán)效率的方法達到的。l 采用高強度、低密度材料，可使末級葉高大大增加，從而提采用高強度、低密度材料，可使末級葉高大大增加，從而提高極限功率；高極限功率；l 采用低轉(zhuǎn)速，增大末級葉片長度；采用低轉(zhuǎn)速，增大末級葉片長度；l 增加單機功率的最有效措施是增加汽輪機的排汽口，即進行增加單機功率的最有效措施是增加汽輪機的排汽口，即進行分流。分流。（二）提高單機功率的途徑（二）提高單機