第二篇 汽輪機基礎(chǔ)知識

第二篇汽輪機基礎(chǔ)知識

第一節(jié)汽輪機工作原理蒸汽的沖動作用原理和反動作用原理

沖動作用原理沖動力：改變其速度的大小和方向則產(chǎn)生一沖動力或汽流改變流動方向?qū)ζ喇a(chǎn)生一離心力，此力為沖動力，此力的大小取決于單位時間內(nèi)通過動葉通道的蒸汽質(zhì)量及其速度的變化。反動作用原理反動力：因汽流膨脹產(chǎn)生一相反力（汽體壓力變化），如火箭。此力的大小取決于汽體壓力的變化。作用在動葉片上的里有：沖動力和反動力沖動式汽輪機級的工作原理和級內(nèi)能量轉(zhuǎn)換過程及特點。

蒸汽在汽輪機級內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換過程，是先將蒸汽的熱能在其噴嘴葉柵中轉(zhuǎn)換為蒸汽所具有的動能，然后再將蒸汽的動能在動葉柵中轉(zhuǎn)換為軸所輸出的機械功。具有一定溫度和壓力的蒸汽先在固定不動的噴嘴流道中進行膨脹加速，蒸汽的壓力、溫度降低，速度增加，將蒸汽所攜帶的部分熱能轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝膭幽堋膰娮烊~柵噴出的高速汽流，以一定的方向進入裝在葉輪上的動葉柵，在動葉流道中繼續(xù)膨脹，改變汽流速度的方向和大小，對動葉柵產(chǎn)生作用力，推動葉輪旋轉(zhuǎn)作功，通過汽輪機軸對外輸出機械功，完成動能到機械功的轉(zhuǎn)換。由上述可知，汽輪機中的能量轉(zhuǎn)換經(jīng)歷了兩個階段：第一階段是在噴嘴葉柵和動葉柵中將蒸汽所攜帶的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝哂械膭幽埽诙A段是在動葉柵中將蒸汽的動能轉(zhuǎn)變?yōu)橥苿尤~輪旋轉(zhuǎn)機械功，通過汽輪機軸對外輸出。汽輪機分類1.按照熱力特性分凝汽式汽輪機蒸汽在汽輪機中膨脹做功后，在高度真空狀態(tài)下進入凝汽器凝結(jié)成水。有些給水泵汽輪機沒有回?zé)嵯到y(tǒng)，稱為純凝汽式汽輪機背壓式汽輪機蒸汽在汽輪機中膨脹做功后，排汽直接用于供熱，不設(shè)凝汽器。當(dāng)排汽作為其他中低壓汽輪機的工作蒸汽時，稱為前置式汽輪機調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機從汽輪機某級后抽出一定壓力的部分蒸汽對外供熱，其余排汽仍進入凝汽器。由于熱用戶對供熱蒸汽壓力有一定要求，需要對抽汽供熱壓力進行自動調(diào)節(jié)，故稱為調(diào)節(jié)抽汽。根據(jù)供熱需進入汽輪機的蒸汽膨脹到某一要，有一次調(diào)節(jié)抽汽和兩次調(diào)節(jié)抽汽之分抽汽背壓式汽輪機具有調(diào)節(jié)抽汽的背壓式汽輪機中間再熱式汽輪機進入汽輪機的蒸汽膨脹到某一壓力后，被送往鍋爐的再熱器進行再熱，再熱后返回汽輪機繼續(xù)膨脹做功混壓式汽輪機利用其他來源的蒸汽引入汽輪機相應(yīng)的中間級，與原來的蒸汽一起工作。通常用于工業(yè)生產(chǎn)的流程中，用來綜合利用蒸汽的熱能汽輪機其他分類1.工作原理沖動式汽輪機主要由沖動級組成，蒸汽主要在噴嘴葉柵中膨脹，在動葉柵中只有少量膨脹反動式汽輪機主要由反動級組成，蒸汽在噴嘴葉柵和動葉柵中膨脹程度相同。由于反動級不能做成部分進汽，故調(diào)節(jié)級常采用單列沖動級或復(fù)速級2.按照主蒸汽壓力低壓汽輪機主蒸汽壓力0.12～1.5MPa中壓汽輪機主蒸汽壓力２～４MPa高壓汽輪機主蒸汽壓力６～１０MPa超高壓汽輪機主蒸汽壓力１２～１４MPa亞臨界壓力汽輪機主蒸汽壓力１６～１８MPa超臨界壓力汽輪機主蒸汽壓力大于２２.１MPa超超臨界壓力汽輪機主蒸汽壓力大于３２MPa反動式汽輪機和沖動式汽輪機的優(yōu)缺點比較？不論沖動式汽輪機還是反動式汽輪機，其靜葉片的格道都是收縮形的，既槽道的進口寬度大，出口寬度小，蒸汽經(jīng)過這種槽道后，壓力降低，速度增加。但動葉片的槽道則不一樣，沖動式汽輪機的槽道進出口寬度基本差不多，從靜野流來的蒸汽只在其中改變方向，沒有加速，動葉進出口的速度相等；反動式汽輪機動野形成的槽道和靜葉相同，也呈收縮形，只是安裝方向相反，蒸汽在槽道中不但改變方向，還增加（）了速度，出口壓力也比進口壓力低。反動式汽輪機的級效率比沖動式高，大部分為短葉片，制造簡單，但每級的壓力降較小，總級數(shù)較沖動式汽輪機多得多，一般來講，小容量汽輪機用沖動式為宜，大容量汽輪機采用反動式可改善經(jīng)濟性。提高電廠熱力循環(huán)效率的途徑

電廠熱力循環(huán)以朗肯循環(huán)為基礎(chǔ)，根據(jù)上面的分析可知，提高電廠熱力循環(huán)效率的途徑有：提高循環(huán)的平均吸熱溫度，降低循環(huán)的平均放熱溫度，采用給水回?zé)?、蒸汽再熱、熱電?lián)產(chǎn)和雙工質(zhì)復(fù)合循環(huán)等。提高蒸汽初參數(shù)提高循環(huán)效率在平均放熱溫度不變的情況下，提高蒸汽的初溫可以提高循環(huán)的平均吸熱溫度，因此可以提高循環(huán)效率。提高蒸汽初溫，也提高了汽輪機排汽干度，減少汽輪機末級葉片水蝕。提高蒸汽的初壓力可以提高蒸汽的飽和溫度，從而提高循環(huán)的平均吸熱溫度，提高循環(huán)效率。但隨著蒸汽初壓的提高，汽輪機的排汽干度降低，從而限制了蒸汽初壓的提高。提高熱力循環(huán)初參數(shù)受到金屬材料所能承受的最高溫度的限制。目前，電廠熱力循環(huán)蒸汽初溫在550到600度以下。降低排汽壓力提高循環(huán)效率汽輪機的排汽是濕蒸汽，降低了汽輪機的排汽壓力就降低了熱力循環(huán)的平均放熱溫度，從而使熱力循環(huán)的效率提高。但是排汽壓力的降低會使汽輪機排汽的干度下降，造成汽輪機最后幾級蒸汽中的水滴增加，對汽輪機葉片產(chǎn)生水蝕，影響機組運行的安全。另外電廠一般以大氣環(huán)境作為冷源，排汽溫度的降低還受到環(huán)境溫度的限制。排汽壓力的降低會增大排汽容積流量，從而要求汽輪機有更大的排汽面積，增加了汽輪機末級葉片的長度和凝汽器的尺寸，提高了造價和制造難度。同時循環(huán)水泵容量及其耗電景也會增加。因此，汽輪機排汽壓力的選擇應(yīng)綜合考慮冷卻水溫度、末級葉片尺寸、凝汽器和循環(huán)水泵的投資費用等因素，在進行技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。采用中間再熱提高循環(huán)效率提高電廠熱力循環(huán)的蒸汽初壓力可以提高循環(huán)效率，但是蒸汽初壓力的提高卻使排汽干度下降，使得提高受到了限制。為了進一步提高蒸汽的初壓力，可以當(dāng)蒸汽在汽輪機中膨脹到一定壓力時，將蒸汽引入鍋爐進行再熱，從而提高汽輪機排汽干度。再熱汽輪機組不僅可以減少汽輪機低壓段的蒸汽含水量，也提高了循環(huán)效率。采用給水回?zé)崽岣哐h(huán)效率給水回?zé)峋褪抢闷啓C中間級抽汽加熱鍋爐給水，從而提高鍋爐的給水溫度熱力循環(huán)方式。采用給水回?zé)峥梢允构べ|(zhì)在熱力循環(huán)內(nèi)部互相傳遞熱量，減少蒸汽在凝汽器中的冷源損失，使循環(huán)的效率得以提高。從理論上講，給水回?zé)峒墧?shù)越多，給水溫度越高，整個熱力循環(huán)越接近卡諾循環(huán)，回?zé)嵫h(huán)效率越高。但隨著回?zé)峒墧?shù)的增加，循環(huán)效率的提高越來越小，回?zé)峒墧?shù)的增加受到設(shè)備投資的限制。在一定的回?zé)峒墧?shù)下，給水溫度有一個最佳值。目前對于大型機組來說，給水回?zé)峒墧?shù)一般為７～８級，給水溫度為２４０～２８０度。熱電聯(lián)合循環(huán)提高循環(huán)效率利用汽輪機中作過功的蒸汽（抽汽或排汽）為熱用戶供熱，這種既發(fā)電又供熱的熱力循環(huán)方式稱為熱電聯(lián)合循環(huán)。熱電聯(lián)產(chǎn)中，由于部分或全部蒸汽供給熱用戶使用，減少了冷源損失，從而提高了燃料的利用率。雙工質(zhì)復(fù)合循環(huán)提高循環(huán)效率雙工質(zhì)復(fù)合循環(huán)是利用不同工質(zhì)的熱力特性組成復(fù)合循環(huán)，從而提高循環(huán)的熱經(jīng)濟性。目前使用最多是燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)。燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)是利用燃氣循環(huán)平均吸熱溫度高和汽蒸循環(huán)平均放熱溫度低的特點，用燃氣輪機和汽輪機組成聯(lián)合循環(huán)，提高循環(huán)效率蒸汽在噴嘴中的熱力過程基本假設(shè)和基本方程式基本假設(shè)為了討論問題的方便，除把蒸汽當(dāng)作理想氣體處理外，還假設(shè)：1)蒸汽在級內(nèi)的流動是穩(wěn)定流動，即蒸汽的所有參數(shù)在流動過程中與時間尤關(guān)。實際上，絕對的穩(wěn)定流動是沒有的，蒸汽流過一個級時，由于有動葉在噴嘴柵后轉(zhuǎn)過，蒸汽參數(shù)總有一些波動。當(dāng)汽輪機穩(wěn)定工作時，由于蒸汽參數(shù)波動不大，可以相對地認為是穩(wěn)定流動。(2)蒸汽在級內(nèi)的流動是一元流動，即級內(nèi)蒸汽的任一參數(shù)只是沿一個坐標(biāo)(流程)方向變化，而在垂直截面上沒有任何變化。顯然，這和實際情況也是不相符的，但當(dāng)級內(nèi)通道彎曲變化不激烈，即曲率牛徑較大時，可以認為是一元流動。(3)蒸汽在級內(nèi)的流動是絕熱流動，即蒸汽流動的過程中與外界無熱交換。由于蒸汽流經(jīng)一個級的時間很短暫，可近似認為正確?；痉匠淌?/p>

在汽乾機的熱力計算中，往往需要應(yīng)用可壓縮流體一元流動方程式，這些基本方程式有：狀態(tài)及過程方程式，連續(xù)性方程式和能量守恒方程式。

狀態(tài)及過程方程式理想氣體的狀態(tài)方程式為pv=RT

式中p－絕對壓力，Pa；

v－氣體比容，m3／kg；

T－熱力學(xué)溫度，K；

R－氣體常數(shù)，對于蒸汽，R=461.5J／(kg·K)。當(dāng)蒸汽進行等熵膨脹時，膨脹過程可用下列方程式表示

pvk=常數(shù)其微分形式為

式中：k為絕熱指數(shù)。對于過熱蒸汽，k=1.3；對于濕蒸汽，k=1.035+0.1x，其中x是膨脹過程初態(tài)的蒸汽干度。pv=RT

連續(xù)性方程式在穩(wěn)定流動的情況下，每單位時間流過流管任一截面的蒸汽流量不變，用公式表示為

Gv=cA

式中G---蒸汽流量，kg／s；

A--流管內(nèi)任一截面積，m3

c---垂直于截面的蒸汽速度，m/s

v---在截面上的蒸汽比容，m3/kg能量守恒方程式根據(jù)能量守恒定律可知，加到汽流中的熱量與氣體壓縮功的總和必等于機械功、摩擦功、內(nèi)能、位能及動能增值的總和。而在汽輪機中，氣體位能的變化以及與外界的熱交換?？陕匀ゲ挥嫞瑫r蒸汽通過葉柵槽道時若只有能量形式的轉(zhuǎn)換，對外界也不做功，則能量守恒方程可表達為式中h0、h1---蒸汽進入和流出葉柵的焓值，J/kg；c0、c1---蒸汽進入和流出葉柵的速度，m/s；對于在理想條件下的流動，沒有流動損失，與外界沒有熱交換，也就是說在比等熵條件下，在葉柵出口處的流動速度為理想速度c1t，則蒸汽在噴嘴中的膨脹過程蒸汽的滯止參數(shù)理想氣體在等比熵過程中的比焓差可表示為下角0與1分別表示噴嘴進出口處的狀態(tài)蒸汽在噴嘴出口處的動能是由噴嘴進口和出口的蒸汽參數(shù)決定的，并和噴嘴進口蒸汽的動能有關(guān)。當(dāng)噴嘴進口蒸汽動能c02／2很小，并可忽略不計時，噴嘴出口的蒸汽流速僅是熱力學(xué)參數(shù)的函數(shù)。若噴嘴進口蒸汽的動能不能忽略不計，那么我們可以假定這一動能是由于蒸汽從某一假想狀態(tài)0*(其參數(shù)為p0*，、v0*、h0*等)等比熵膨脹到噴嘴進口狀態(tài)0(其參數(shù)為p0、v0、h0等)時所產(chǎn)生的，在這一假想狀態(tài)下，蒸汽的初速為零。換言之，參數(shù)p0*、v0*是以初速c0從p0v0等比熵滯止到速度為零時的狀態(tài)，我們稱p0*、v0*、h0*等為滯止參數(shù)。若用滯止參數(shù)表示則式滯止參數(shù)在h-s，圖上的表示如圖所示。噴嘴出口汽流速度對于穩(wěn)定的絕熱流動過程(等比熵過程)，噴嘴出口蒸汽的理想速度為式中h1t----在理想條件下，噴嘴出口的比焓，J／kg；

Δhn----在理想條件下，噴嘴中的理想比焓降，Δhn=h0-h1t，J／kg；

Δhn*----噴嘴中的滯止理想比焓降，Δhn*=Δhc0-Δhn，J／kg。噴嘴噴嘴速度系數(shù)及動能損失速度系數(shù)及動能損失由于蒸汽在實際流動過程中總是有損失的，所以噴嘴出口蒸汽的實際速度c1總是要小于理想速度clt，速度系數(shù)正是反映噴嘴內(nèi)由于各種損失而使汽流速度減小的一個修正值。

φ為噴嘴速度系數(shù)，是一個小于1的數(shù)，其值主要與噴嘴高度、葉型、噴嘴槽道形狀、汽體的性質(zhì)、流動狀況及噴嘴表面粗糙度等因素有關(guān)。噴嘴的實際汽流速度c1比理想速度c1t要小，所損失的動能又重新轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，在等壓下被蒸汽吸收，比熵增加，使噴嘴出口汽流的比焓值升高。因此，蒸汽在噴嘴?nèi)的實際膨脹過程不再按等比熵線進行，而是一條熵增曲線。噴嘴中的臨界條件在噴嘴中，當(dāng)蒸汽作等比熵膨脹到某一狀態(tài)時，汽流速度就和當(dāng)?shù)匾羲傧嗟?，即c1t=a，則稱這時蒸汽達到臨界狀態(tài)，此時馬赫數(shù)Ma=c1t／a=1，這一條件稱為臨界條件。臨界條件下的所有參數(shù)均稱為臨界參數(shù)，在右下角以“c”表示，如臨界速度c1c、臨界壓力p1c等。臨界速度為噴嘴臨界壓力比實踐和理論都可以證明，初壓為P0的蒸汽，通過噴嘴后，如果不發(fā)生紊亂膨脹，其后邊的壓力P1不可能無限度降低，對于過熱蒸汽，P1只能降至0.546P0，對于干飽和蒸汽，P1只能降至0.577P0蒸汽通過噴嘴后，壓力降至最低的那個極限壓力，稱為臨界壓力，臨界壓力和噴嘴前的蒸汽壓力之比，稱為臨界壓力比εnc縮放噴嘴和漸所噴嘴蒸汽在噴嘴中流動的連續(xù)流動方程q=Ac/v或A=qv/c進入噴嘴中的蒸汽量，不論噴嘴截面是否相等，流過噴嘴各截面的流量均相等，----等截面噴嘴當(dāng)蒸汽流過噴嘴時，比容和流速都增大，，如果比容和流速增加的速率相等，則噴嘴的面積相等，---等截面噴嘴如果比容的增長的速率小于流速增長的速率，這時的v/c的數(shù)值是不斷縮小的，噴嘴面積A就不斷縮小，---漸縮噴嘴如果比容的增長的速率大于流速增長的速率，這時的v/c的數(shù)值是不斷增加的，噴嘴面積A就不斷增加，-----漸擴噴嘴如果蒸汽在噴嘴中比容的增長的速率先是小于流速增長的速率，當(dāng)流到某一截面后，又變成比容的增長的速率大于流速增長的速率，----縮放噴嘴當(dāng)P1/P0≥εnc選用漸縮噴嘴當(dāng)P1/P0

＜εnc選用縮放噴嘴蒸汽在噴嘴斜切部分的膨脹在汽輪機的一個級中，為保證汽流進入動葉時有良好的方向，在噴嘴出口處總具有一個斜切部分采用斜切噴嘴可以獲得超音速汽流，但只有噴嘴出口處壓力p1大于膨脹極限壓力p1d，即p1p1d時，采用斜切噴嘴得到超音速汽流才是合理有效的。否則，若p1p1d，則將引起汽流在噴嘴出口處突然膨脹，產(chǎn)生附加損失。斜切噴嘴可以在一定范圍內(nèi)取代縮放噴嘴蒸汽在動葉中的流動

蒸汽在靜止的噴嘴中從壓力p0(當(dāng)噴嘴進口蒸汽速度不為0時，則應(yīng)為p0*)膨脹到出口壓力p1,速度c1流向旋轉(zhuǎn)的動葉柵。當(dāng)蒸汽通過動葉時，它一般還要繼續(xù)作一定膨脹，從噴嘴后的壓力p1膨脹到動葉后的壓力p2在有損失的情況下，對整個級來說，其理想比焓降Δht*該是噴嘴中的理想比焓降Δhn*和動葉中的理想比焓降Δhb*之和反動度：為了表明在一級中，蒸汽在動葉內(nèi)膨脹程度的大小，我們引入反動度的概念。級的平均直徑處的反動度Ωm是動葉內(nèi)理想比焓降Δhb和級的理想比焓降Δht*之比，即

什么是汽輪機的級？汽輪機的級可分為哪幾類？

一列噴嘴葉柵和其后面相鄰的一列動葉柵構(gòu)成的基本作功單元稱為汽輪機的級，它是蒸汽進行能量轉(zhuǎn)換的基本單元。根據(jù)蒸汽在汽輪機內(nèi)能量轉(zhuǎn)換的特點，可將汽輪機的級分為純沖動級、反動級、帶反動度的沖動級和復(fù)速級等幾種。汽輪機各類級的特點1）純沖動級：蒸汽只在噴嘴葉柵中進行膨脹，而在動葉柵中蒸汽不膨脹。它僅利用沖擊力來作功。在這種級中：p1=p2；hb=0；Ωm=0。（2）反動級：蒸汽的膨脹一半在噴嘴中進行，一半在動葉中進行。它的動葉柵中不僅存在沖擊力，蒸汽在動葉中進行膨脹還產(chǎn)生較大的反擊力作功。反動級的流動效率高于純沖動級，但作功能力較小。在這種級中：p1>p2；hn≈hb≈0.5ht；Ωm=0.5。（3）帶反動度的沖動級：蒸汽的膨脹大部分在噴嘴葉柵中進行，只有一小部分在動葉柵中進行。這種級兼有沖動級和反動級的特征，它的流動效率高于純沖動級，作功能力高于反動級。在這種級中：p1>p2；hn>hb>0；Ωm=0.05～0.35。（4）復(fù)速級：復(fù)速級有兩列動葉，現(xiàn)代的復(fù)速級都帶有一定的反動度，即蒸汽除了在噴嘴中進行膨脹外，在兩列動葉和導(dǎo)葉中也進行適當(dāng)?shù)呐蛎?。由于?fù)速級采用了兩列動葉柵，其作功能力要比單列沖動級大。壓力級和速度級（按照蒸汽的動能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子的機械能的過程不同，汽輪機可以分為壓力級和速度級）壓力級：蒸汽的動能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子的機械能的過程在級內(nèi)只進行一次的級。壓力級是以利用級組中合理分配的壓力降或比焓降為主的級，效率較高．速度級：蒸汽的動能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子的機械能的過程在級內(nèi)進行一次以上的級。速度級有雙列和多列之分，如復(fù)速級，它是以利用蒸汽流速為主的級，級的比焓降較大．調(diào)節(jié)級和非調(diào)節(jié)級調(diào)節(jié)級：通流面積能隨負荷改變的級，如噴嘴調(diào)節(jié)的第一級非調(diào)節(jié)級：通流面積能不隨負荷改變的級，可以全周進汽，也可以部分進汽。動葉進出口速度三角形級的輪周效率和最佳速比級的輪周有效焓降：1kg蒸汽所做的輪周功級的輪周效率：蒸汽在級內(nèi)所作的輪周功Wu1與蒸汽在該級中所具有的理想能量E0之比速比：圓周速度與噴嘴出口汽流速度之比。最佳速比：輪周效率最高時的速比。最佳速比：輪周效率最高時的速比。汽輪發(fā)電機組的效率汽輪發(fā)電機組的各種效率反映各個設(shè)備在能量轉(zhuǎn)換和能力傳遞方面的完

善程度。汽輪機的相對內(nèi)效率：在沒有任何損失的理想汽輪機中，蒸汽的理想焓降將全部轉(zhuǎn)化為機械功，但在實際汽輪機中，由于存在各種損失，蒸汽在汽輪機中的實際焓降要小于理想焓降，實際發(fā)出的功率（即內(nèi)功率）小于理想功率．內(nèi)功率與理想功率之比（實際焓降和理想焓降之比）稱為汽輪機的相對內(nèi)效率汽輪機內(nèi)效率考慮了所有的內(nèi)部損失，是一個表示汽輪機內(nèi)部工作完善程度的指標(biāo)。目前汽輪機的內(nèi)效率已達７８％～９３％。汽輪發(fā)電機組的相對電效率。機械效率：由于存在軸承摩擦、驅(qū)動主油泵和調(diào)速器等機械損失，汽輪機軸端輸出的功率并不是內(nèi)功率，而是有功功率（軸端功率）有功功率和汽輪機內(nèi)功率之比稱為機械效率．機械效率表示了汽輪機的機械損失程度，一般為９６％～９８％發(fā)電機效率：由于發(fā)電機中存在電氣損失和機械損失，發(fā)電機出線端的電功率要小于汽輪機的有功功率，發(fā)電機的輸出電功率和有功功率之比稱為發(fā)電機效率．汽輪發(fā)電機組的相對電效率：發(fā)電機的輸出電功率和汽輪機理想功率之比第二章級汽輪機

隨著對電力需求的日益增長，對汽輪機的要求也越來越高，不僅要求汽輪機有更大的單機容量，而且要有更高的經(jīng)濟性。為提高汽輪機的經(jīng)濟性，除應(yīng)努力減小汽輪機內(nèi)的各種損失外，還應(yīng)努力提高蒸汽的初參數(shù)和降低背壓，以提高循環(huán)熱效率；為提高汽輪機的單機功率，除應(yīng)增大汽輪機的進汽量外，還應(yīng)增大蒸汽在汽輪機內(nèi)的比焓降?？梢钥闯?，這兩方面的共同要求是增大蒸汽在汽輪機內(nèi)的比焓降。如果一個比較大的比焓降只在單級內(nèi)加以利用，其結(jié)果將是：要么因為級的最佳速度比大大偏離最佳值而使效率顯著降低；要么因為蒸汽的容積流量急驟增大，要求有相當(dāng)大的級的直徑和葉片高度，這在制造上是無法實現(xiàn)的。因此，為保證汽輪機有較高的效率和較大的單機功率，就必須將汽輪機設(shè)計成多級汽輪機。在多級汽輪機中每個級只承擔(dān)部分比焓降，使很大的比焓降逐級有效地加以利用。多級汽輪機的優(yōu)點(1)在全機總比焓降一定時，每個級的比焓降較小，每級都可在材料強度允許的條件下，設(shè)計在最佳速度比附近工作，使級效率較高；(2)除級后有抽汽口，或進汽度改變較大等特殊情況外，多級汽輪機各級的余速動能可以全部或部分地被下一級所利用，提高了級的效率；(3)多級汽輪機的大多數(shù)級可在不超臨界的條件下工作，使噴嘴和動葉在工況變動條件下仍保持一定的效率。同時，由于各級的比焓降較小，速度比一定時級的圓周速度和平均直徑也較小，根據(jù)連續(xù)性方程可知，在容積流量相同的條件下，更使得噴嘴和動葉的出口高度增大，減小了葉高損失，或使得部分進汽度增大，減小了部分進汽損失，這都有利于級效率的提高；(4)與單級汽輪機相比，多級汽輪機的比焓降增大很多，相應(yīng)地進汽參數(shù)大大提高，排汽壓力也可顯著降低，同時，由于是多級，還可采用回?zé)嵫h(huán)和中間再熱循環(huán)，這些都使循環(huán)熱效率大大提高；(5)由于重?zé)岈F(xiàn)象的存在，多級汽輪機前面級的損失可以部分地被后面各級利用，使全機效率提高。此外，多級汽輪機的單位功率造價、材料消耗和占地面積都比單級汽輪機明顯減小，機組容量越大減小越顯著，大大節(jié)省了投資。多級汽輪機的重?zé)岈F(xiàn)象和重?zé)嵯禂?shù)

在水蒸氣的h-s圖上等壓線是沿著比熵增大的方向逐漸擴張的，也就是說，等壓線之間的理想比焓降隨著比熵的增大而增大。這樣上一級的損失(客觀存在)造成比熵的增大將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各級中得到利用，這種現(xiàn)象稱為多級汽輪機的重?zé)岈F(xiàn)象。由于在各個級中存在損失，使各級的累計理想比焓降Δhi，大于沒有損失時全機總的理想比焓降himac。各級的累計理想比焓降Δhi，兩者之差，即增大的那部分比焓降與沒有損失時全機總的理想比降之比，稱為重?zé)嵯禂?shù)。它永由于重?zé)岈F(xiàn)象的存在，使全機的相對內(nèi)效率高于各級平均的相對內(nèi)效率。這里需特別指出，這一結(jié)論只表明當(dāng)各級有損失時，全機的效率要比各級平均的效率好一些，而不是說有損失時全機的效率比沒有損失時全機的效率高。更不應(yīng)從上式中簡單地得出α越大，全機效率越高的結(jié)論，這是因為口的提高是在各級存在損失，各級效率降低的前提下實現(xiàn)的，重?zé)岈F(xiàn)象的存在僅僅是使多級汽輪機能回收其損失的一部分而已。永遠是一個正值

高中壓缸汽輪機的損失由于各種實際原因，汽輪機在工作中會產(chǎn)生多種形式的損失。汽輪機的損失可以分為內(nèi)部損失和外部損失，對蒸汽的熱力過程和狀態(tài)不發(fā)生影響的損失叫外部損失，對蒸汽熱力過程和狀態(tài)發(fā)生影響的叫內(nèi)部損失。汽輪機的外部損失1.端補軸封漏汽損失。端部軸封中漏出高壓端的和進入低壓端的蒸汽都不作任何游泳功。2.汽缸散熱損失。汽缸雖然敷設(shè)了保溫層，但仍向周圍低溫空氣散熱，形成汽缸散熱損失。3.機械損失。汽輪機的內(nèi)部損失1.進汽閥門節(jié)流損失。蒸汽進入汽輪機工作級前必須先經(jīng)過主汽閥、調(diào)節(jié)閥和蒸汽室，蒸汽通過這些部件時就會產(chǎn)生壓力降，雖然比焓值不變，但理想比焓降降低，形成損失。2.排汽管阻力損失。汽輪機的排汽從末級動葉流出后通過排汽管進人凝汽器。蒸汽在排汽管中流動時，由于存在摩擦、渦流等產(chǎn)生的阻力，造成蒸汽的壓力降落。這部分蒸汽壓降并沒有做功，形成損失，稱為排汽管阻力損失。3.汽輪機的級內(nèi)損失。汽輪機的級內(nèi)損失一般包括：噴嘴損失；動葉損失；余速損失；葉高損失；扇形損失；葉輪摩擦損失；部分進汽損失；漏汽損失；濕汽損失汽輪機的級內(nèi)損失（1）噴嘴損失：蒸汽在噴嘴葉柵內(nèi)流動時，汽流與流道壁面之間、汽流各部分之間存在碰撞和摩擦，產(chǎn)生的損失。（2）動葉損失：因蒸汽在動葉流道內(nèi)流動時，因摩擦而產(chǎn)生損失。（3）余速損失：當(dāng)蒸汽離開動葉柵時，仍具有一定的絕對速度，動葉柵的排汽帶走一部分動能，稱為余速損失。（4）葉高損失：由于葉柵流道存在上下兩個端面，當(dāng)蒸汽流動時，在端面附面層內(nèi)產(chǎn)生摩擦損失，使其中流速降低。其次在端面附面層內(nèi)，凹弧和背弧之間的壓差大于彎曲流道造成的離心力，產(chǎn)生由凹弧向背弧的二次流動，其流動方向與主流垂直，進一步加大附面層內(nèi)的摩擦損失。（5）扇形損失：汽輪機的葉柵安裝在葉輪外圓周上，為環(huán)形葉柵。當(dāng)葉片為直葉片時，其通道截面沿葉高變化，葉片越高，變化越大。另外，由于噴嘴出口汽流切向分速的離心作用，將汽流向葉柵頂部擠壓，使噴嘴出口蒸汽壓力沿葉高逐漸升高。而按一元流動理論進行設(shè)計時，所有參數(shù)的選取，只能保證平均直徑截面處為最佳值，而沿葉片高度其它截面的參數(shù)，由于偏離最佳值將引起附加損失，統(tǒng)稱為扇形損失。（6）葉輪摩擦損失：葉輪在高速旋轉(zhuǎn)時，輪面與其兩側(cè)的蒸汽發(fā)生摩擦，為了克服摩擦阻力將損耗一部分輪周功。又由于蒸汽具有粘性，緊貼著葉輪的蒸汽將隨葉輪一起轉(zhuǎn)動，并受離心力的作用產(chǎn)生向外的徑向流動，而周圍的蒸汽將流過來填補產(chǎn)生的空隙，從而在葉輪的兩側(cè)形成渦流運動。為克服摩擦阻力和渦流所消耗的能量稱為葉輪摩擦損失。（7）部分進汽損失：它由鼓風(fēng)損失和斥汽損失兩部分組成。在沒有布置噴嘴葉柵的弧段處，蒸汽對動葉柵不產(chǎn)生推動力，而需動葉柵帶動蒸汽旋轉(zhuǎn)，從而損耗一部分能量；另外動葉兩側(cè)面也與弧段內(nèi)的呆滯蒸汽產(chǎn)生摩擦損失，這些損失稱為鼓風(fēng)損失。當(dāng)不進汽的動葉流道進入布置噴嘴葉柵的弧段時，由噴嘴葉柵噴出的高速汽流要推動殘存在動葉流道內(nèi)的呆滯汽體，將損耗一部分動能。此外，由于葉輪高速旋轉(zhuǎn)和壓力差的作用，在噴嘴組出口末端的軸向間隙會產(chǎn)生漏汽，而在噴嘴組出口起始端將出現(xiàn)吸汽現(xiàn)象，使間隙中的低速蒸汽進入動葉流道，擾亂主流，形成損失，這些損失稱為斥汽損失。（8）漏汽損失：汽輪機的級由靜止部分和轉(zhuǎn)動部分組成，動靜部分之間必須留有間隙，而在間隙的前后存在有一定的壓差時，會產(chǎn)生漏汽，使參加作功的蒸汽量減少，造成損失，這部分能量損失稱為漏汽損失。（9）濕汽損失：在濕蒸汽區(qū)工作的級，將產(chǎn)生濕汽損失。其原因是：濕蒸汽中的小水滴，因其質(zhì)量比蒸汽的質(zhì)量大，所獲得的速度比蒸汽的速度小，故當(dāng)蒸汽帶動水滴運動時，造成兩者之間的碰撞和摩擦，損耗一部分蒸汽動能；在濕蒸汽進入動葉柵時，由于水滴的運動速度較小，在相同的圓周速度下，水滴進入動葉的方向角與動葉柵進口幾何角相差很大，使水滴撞擊在動葉片的背弧上，對動葉柵產(chǎn)生制動作用，阻止葉輪的旋轉(zhuǎn)，為克服水滴的制動作用力，將損耗一部分輪周功；當(dāng)水滴撞擊在動葉片的背弧上時，水滴就四處飛濺，擾亂主流，進一步加大水滴與蒸汽之間的摩擦，又損耗一部分蒸汽動能。以上這些損失稱為濕汽損失汽輪機在變工況下的工作和弗留蓋爾公式

當(dāng)噴嘴前、后壓比變化時，流經(jīng)噴嘴的蒸汽流量要相應(yīng)發(fā)生變化。反之，當(dāng)流過噴嘴的蒸汽流量變化時，噴嘴及動葉前后的壓力也要隨之變化，從而引起級內(nèi)各項損失、反動度、級的功率、效率、軸向推力及其他的特性的變化級組是一些流量相等，通流面積不隨工況而變(或變化程度相同)的依次串聯(lián)排列的若干級的組合。當(dāng)級組內(nèi)各級的汽流速度均小于臨界速度時，稱級組為亞臨界工況；當(dāng)級組內(nèi)至少有一列葉柵(如某一級的噴嘴或動葉)的出口流速達到或超過臨界速度時，稱級組為臨界工況。討論級組的變工況主要是研究級組前后蒸汽參數(shù)與流量之間的變化關(guān)系。弗留格爾公式p0、pz和p01、pz1依次為流量G和G1下該級組前后的壓力溫度變化影響忽略弗留格爾公式。此式為多級汽輪機變工況計算的最常用、最基本公式。利用該式計算時，在一個級組內(nèi)可以取不同的級數(shù)，只要該級組內(nèi)無調(diào)節(jié)抽汽口便可。對于凝汽式汽輪機，若所取級組的級數(shù)較多時弗留格爾公式可近似簡化為即凝汽式汽輪機各級(最后一、二級除外)級前壓力與流量成正比弗留蓋爾公式應(yīng)用的條件有哪些？

弗留蓋爾公式的應(yīng)用條件是：要求級組內(nèi)的級數(shù)較多；各級流量相等；變工況時各級通流面積不變；如果級組中某一級后有抽汽，只要抽汽量隨進汽量的變化而按比例變化，各級蒸汽流量按比例變化的條件下，弗留蓋爾公式仍然成立。對于調(diào)節(jié)級，只有當(dāng)?shù)谝徽{(diào)節(jié)汽門開大或關(guān)小而其他調(diào)節(jié)汽門均關(guān)閉時，通汽面積才不變，才可把調(diào)節(jié)級包括在級組內(nèi)。若調(diào)節(jié)級在變工況過程中多開了或關(guān)閉了一個調(diào)節(jié)汽門，則改變了通汽面積，就不能包括在級組內(nèi)，也不能對調(diào)節(jié)級單獨應(yīng)用流量與壓力的關(guān)系式進行計算。弗留格爾公式在工程中的應(yīng)用

監(jiān)視汽輪機通流部分運行是否正常。在已知汽輪機功率或流量的條件下，根據(jù)弗留格爾公式的計算結(jié)果監(jiān)視某些級組(監(jiān)視段)前