汽輪機-第二章

§2多級汽輪機第二章多級汽輪機

第一節(jié)多級汽輪機的優(yōu)越性及其特點第二節(jié)進汽阻力損失和排氣阻力損失第三節(jié)汽輪機及其裝置的評價指標(biāo)第四節(jié)軸封及其系統(tǒng)第五節(jié)多級汽輪機的軸向推力及其平衡第六節(jié)單排氣口凝汽式汽輪機的極限功率§2多級汽輪機§2.1多級汽輪機的優(yōu)越性及其特點§2.1.1性能特點循環(huán)效率提高蒸汽參數(shù)提高、焓降增大、實現(xiàn)抽汽回?zé)岷椭虚g再熱。相對內(nèi)效率提高合理分配各級焙降使之在最佳速比附近工作；大多數(shù)級的余速得到利用；平均焓降減小，可使級的平均直徑減小，提高葉片高度；因存在重?zé)岈F(xiàn)象，前級產(chǎn)生的損失部分地被下級利用。單位功率的投資減小。§2.1.2重?zé)岈F(xiàn)象和重?zé)嵯禂?shù)重?zé)岈F(xiàn)象----上一級損失中的一小部分在以后各級中得到應(yīng)用，即各級理想比焓降之和大于整級理想比焓降。重?zé)岈F(xiàn)象§2.1多級汽輪機的優(yōu)越性及其特點右圖所示為一具有四個級的熱力過程線，為討論方便，略去了汽輪機的進排汽節(jié)流損失。若第一級沒有損失，則第二級的初始蒸汽參數(shù)為。當(dāng)將蒸汽作為理想氣體處理時，第二級的理想比焓降為：但第一級總是有損失存在的，因此第一級排汽的比熵和溫度將增加，使第二級進口溫度不再是而是，此時第二級的理想比焓降變?yōu)椋罕容^上兩式，可以看出，由于，故，也就是在前一級有損失的情況下，本級進口溫度升高，級的理想比焓降稍有增大，這就是重?zé)岈F(xiàn)象。重?zé)嵯禂?shù)為討論方便，假設(shè)汽輪機中各級的相對內(nèi)效率都相等，則有也就是把這些等式相加，可得：重?zé)嵯禂?shù)----各級理想焓降之和大于整機理想焓降的增量與整機理想焓降的比?！?.1多級汽輪機的優(yōu)越性及其特點上兩式中，是汽輪機全機有效比焓降。另一方面，整個多級汽輪機的相對內(nèi)效率為：式中，是多級汽輪機全機理想比焓降。將上兩式相除，可得：由于重?zé)岈F(xiàn)象，故因此上式可§2.1多級汽輪機的優(yōu)越性及其特點式中即為多級汽輪機的重?zé)崃?，表示前面級的損失中被后面級利用了的小部分熱量。重獲熱量使整個汽輪機的相對內(nèi)效率大于各級的平均內(nèi)效率即：注：

越大整級內(nèi)效率越小，因為重?zé)嵯禂?shù)的很少量增大是在級效率降低較多的前提下實現(xiàn)的?！?.1多級汽輪機的優(yōu)越性及其特點上式中，稱為重?zé)嵯禂?shù)，永遠是一個正值§2.1.3多級汽輪機各級段的工作特點

蒸汽在多級汽輪機中膨脹作功，壓力和溫度降低、比容增大，導(dǎo)致沿蒸汽膨脹流程的通流面積增大，使汽輪機通流部分的結(jié)構(gòu)和工作特征沿蒸汽流程發(fā)生很大變化。沿蒸汽流程平均直徑和葉片高度增大，反動度呈逐級增大勢態(tài)。蒸汽比容的減小，漏汽損失的相對比例呈逐級下降。葉片的增長，二次流損失呈下降趨勢，但葉型損失相對增大。對中間再熱機組，漏汽及二次流損失較大，加上調(diào)節(jié)級部分進汽，高壓缸效率最低，中壓缸的工況較好，故效率最高。§2.1多級汽輪機的優(yōu)越性及其特點蒸汽參數(shù)汽缸汽缸受力容積流量葉片形式平均直徑級比焓降反動度主要損失效率功率高壓缸高溫高壓多層較厚壓力熱應(yīng)力小較短直葉微彎小小較小葉高漏汽部分較低中壓缸高溫中壓多層較薄壓力熱應(yīng)力中扭葉較長中中中等漏汽較高低壓缸低溫低壓多層薄壓力熱應(yīng)力大扭葉長大大較大濕汽較低§2.1多級汽輪機的優(yōu)越性及其特點§2.1多級汽輪機的優(yōu)越性及其特點§2.1多級汽輪機的優(yōu)越性及其特點(作業(yè))1.描述多級汽輪機的性能與特點。2.解釋重?zé)岈F(xiàn)象和重?zé)嵯禂?shù)。§2.2進汽阻力損失和排汽阻力損失§2.2.1

汽輪機的主要損失：1：級內(nèi)損失（九種）2：進汽阻力損失3：排汽阻力損失4：軸封漏汽損失5：機械摩擦損失§2.2.2進汽阻力損失：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，主汽閥和調(diào)節(jié)閥最為嚴(yán)重。由于通過這些部件時蒸汽的散熱損失可忽略，因此蒸汽通過汽閥的熱力過程是一個節(jié)流過程，即蒸汽通過汽閥后雖有壓力降落，但比焓值不變。如圖所示。從圖中也可看出，如果沒有汽閥的節(jié)流，則全機的理想比焓降為，由于汽閥的節(jié)流作用，實際的理想比焓降為其差值為節(jié)流引起的比焓降損失。稱為汽輪機進汽阻力損失。通常進汽壓力降落為：降低進汽阻力損失的主要方法改善蒸汽在氣門中的流動特性§2.2進汽阻力損失和排汽阻力損失§

2.2.3排汽阻力損失：排氣在排氣管中流動時，由于摩擦，渦流，轉(zhuǎn)向等阻力作用而有壓力下降，這部分沒做功的壓將損失，稱為汽輪機的排氣阻力損失。即：末級動葉出口的靜壓與凝汽器喉部靜壓之差為汽輪機排汽阻力損失。汽輪機理想比焓降由變?yōu)閾p失了§2.2進汽阻力損失和排汽阻力損失一般情況下，汽輪機的排汽阻力損失為提高機組的經(jīng)濟性，可通過擴壓的方法把排汽動能轉(zhuǎn)化為靜壓，以補償排汽管中的壓力損失。一般由于排氣管中擴壓器的位置不同，所以有不同的排氣管形式，如圖：表示了兩種不同形式的排氣管。能量損失系數(shù)：排汽通道總損失與末級動葉出口蒸汽動能之比。即：靜壓恢復(fù)系數(shù)：排汽通道出口、進口靜壓差與末級動葉出口蒸汽動能之比。即：§2.2進汽阻力損失和排汽阻力損失由可知：

當(dāng)回收壓頭正好補償流動損失壓頭；

當(dāng)余速動能全部轉(zhuǎn)化為靜壓頭

當(dāng)部分氣流動能轉(zhuǎn)化為壓力能

當(dāng)擴壓回收壓力不足以彌補沿程阻力損失§2.2進汽阻力損失和排汽阻力損失§2.2進汽阻力損失和排汽阻力損失（作業(yè)）1.汽輪機高、中、低壓缸的主要損失有哪幾種？2.解釋進汽阻力損失和排氣阻力損失，并在h-s圖上表示出來?！?.3汽輪機及其裝置的評價指標(biāo)汽輪機性能評價指標(biāo)中有絕對效率和相對效率兩種,以整機理想焓降為基礎(chǔ)的效率是相對效率，而以單位質(zhì)量蒸汽在熱力循環(huán)中所吸收熱量為基礎(chǔ)的效率是絕對效率?！?.3.1汽輪機的相對內(nèi)效率汽輪機的相對內(nèi)效率----有效比焓降與理想比焓降之比相應(yīng)的，汽輪機的內(nèi)功率

式中，和分別是以和為單位的進汽流量機械效率----汽輪機的軸端功率與汽輪機的內(nèi)功率之比，其描述了軸承摩擦、主油泵等的功率損耗即：發(fā)電機效率----發(fā)電機輸出功率與汽輪機軸端功率之比，汽輪發(fā)電機組相對內(nèi)效率即：§2.3汽輪機及其裝置的評價指標(biāo)§2.3.2汽輪機的絕對內(nèi)效率汽輪機的絕對內(nèi)效率----有效比焓降與循環(huán)熱效率之比式中——循環(huán)熱效率：絕對電效率----1kg蒸汽理想比焓降中轉(zhuǎn)換成電能的部分與整個熱力循環(huán)中加給1kg蒸汽的能量之比§2.3汽輪機及其裝置的評價指標(biāo)§2.3.3汽耗率汽耗率----每生產(chǎn)1kw·h電能所消耗的蒸汽量§2.3.4熱耗率熱耗率----每生產(chǎn)1kw·h電能所消耗的熱量對于中間再熱機組：§2.3汽輪機及其裝置的評價指標(biāo)§2.3汽輪機及其裝置的評價指標(biāo)（作業(yè)與思考）1.解釋汽輪機的相對內(nèi)效率、汽輪發(fā)電機組的相對內(nèi)效率、汽輪機的絕對內(nèi)效率、絕對電效率。2.解釋汽耗率及熱耗率，并寫出定義式。軸封：在汽缸兩端轉(zhuǎn)子穿出處,轉(zhuǎn)子與汽缸間的汽封。作用：減小漏汽損失,防止蒸汽外逸和空氣內(nèi)漏。主要形式：齒形軸封、蜂窩式軸封§2.4.1齒形軸封齒形軸封分為高低齒軸封(曲徑軸封)和平齒軸封(光軸軸封)兩種。在汽輪機的高壓段采用曲徑軸封，在低壓段采用光軸軸封?！?.4軸封及其系統(tǒng)工作原理：蒸汽在汽封中的流動當(dāng)作絕熱等焓過程。蒸汽在流經(jīng)汽封片時節(jié)流加速,然后在腔室中產(chǎn)生渦流，軸封段漏汽量計算

：漏汽量計算分亞臨界和超臨界兩種工況亞臨界：亞臨界工況的漏汽量采用不可壓縮流動方程，汽流通過孔口的流速為對應(yīng)的流量為由于等焓線上壓力與比容之商為常數(shù)，從而求得腔室壓力與前后壓差的關(guān)系§2.4軸封及其系統(tǒng)將汽流動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。隨壓力降低,蒸汽比容增大,故對相同結(jié)構(gòu)的汽封,汽流速度是逐級增大。又因膨脹后焓值變小、音速降低,因此在汽封中如果出現(xiàn)超臨界流動,只能在最后一個汽封片處出現(xiàn)。（芬諾曲線）臨界：臨界工況時，將最后一個孔口當(dāng)作噴嘴。由臨界流量計算公式得通過最后一個孔口的漏汽量為因最后道汽封前均為亞臨界，由前亞臨界漏汽量計算公式求得末道前壓力判定是否臨界的準(zhǔn)則因而，漏汽量§2.4軸封及其系統(tǒng)由遞推關(guān)系，得亞臨界時通過汽封的蒸汽量軸封孔口流量系數(shù)蒸汽通過軸封孔口的流速是用漸縮噴嘴的流速公式計算的，其與實際有一定的差異，由實驗求取流量系數(shù)，其與軸封齒的形狀及幾何參數(shù)有關(guān)，右圖可查得：光軸軸封漏汽量修正系數(shù)與曲徑軸封的區(qū)別是蒸汽進入下一空口前還有一定的初速，故漏汽量增大，其計算結(jié)果只需在曲徑軸封的計算結(jié)果上乘一修正系數(shù)，可由光軸軸封尺寸和軸封片數(shù)z查得，圖：§2.4軸封及其系統(tǒng)不同軸封齒形對應(yīng)的流量系數(shù)基本計算公式分析與統(tǒng)一公式缺陷：①臨界點計算結(jié)果不一致。②計算時必須先判別在軸封段的最末一片中是否達到臨界速度計算曲徑軸封的漏汽量時，也可用單一表達式

可根據(jù)z與查得：右圖：若算平齒式光軸軸封的軸封漏汽量，則需再乘上修正系數(shù)?！?.4軸封及其系統(tǒng)§2.4.2軸封系統(tǒng)軸封系統(tǒng)由端軸封和與它向連的管道和附屬設(shè)備組成作用是在任何運行工況下保證蒸汽不外泄、空氣不內(nèi)漏，同時回收泄漏蒸汽的熱能（軸封加熱器）和組織汽流冷卻轉(zhuǎn)子的軸端。自密封式軸封系統(tǒng)

軸封主要由三段二室組成。高負(fù)荷運行時，低壓軸封的供汽來自于高壓軸封的漏汽，高壓漏汽經(jīng)噴水減溫后進入低壓軸封；低負(fù)荷時，軸封汽由外部提供。優(yōu)點：系統(tǒng)簡單；缺點：不能充分冷卻高、中壓缸高溫軸端?！?.4軸封及其系統(tǒng)外供汽式軸封系統(tǒng)

高、中缸高溫端軸封由多(大于3）段多室組成，部分漏汽被引至低壓加熱器。低壓軸封的供汽來自于輔助蒸汽系統(tǒng)。優(yōu)點：低溫輔助蒸汽對高、中壓段高溫軸端起到冷卻作用；缺點：系統(tǒng)復(fù)雜?！?.4軸封及其系統(tǒng)§2.4軸封及其系統(tǒng)（作業(yè)與思考）1.簡述軸封概念、作用及主要形式。2.簡述軸封系統(tǒng)的組成及作用。3.軸封漏汽量在亞臨界和超臨界兩種工況時的計算公式?！?.5.1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，從整體來看，蒸汽對汽輪機轉(zhuǎn)子施加了一個由高壓端指向低壓端的軸向力，使轉(zhuǎn)子存在一個向低壓端移動的趨勢，這個力就稱為轉(zhuǎn)子的軸向推力。

沖動式汽輪機的軸向推力轉(zhuǎn)子上的軸向推力包括作用在動葉上的軸向推力、作用在葉輪面上的軸向推力和作用在轉(zhuǎn)子凸肩上的軸向推力三部分?！?.5多級汽輪機的軸向推力及其平衡軸承、推力軸承１.作用在動葉上的軸向推力動葉上的軸向推力是由動葉前后的靜壓差和汽流在動葉中軸向分速度的改變所產(chǎn)生的壓力反動度上式可寫為§2.5多級汽輪機的軸向推力及其平衡２.作用在葉輪面上的軸向推力葉輪上的軸向力決定于葉輪兩側(cè)的壓差。而壓差的大小決定于隔板漏汽、平衡孔漏汽和葉根漏汽的平衡，以及動葉根部汽流產(chǎn)生的抽汽效應(yīng)和葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的泵浦效應(yīng)。三者的流量決定于隔板與葉輪空間的壓力。葉輪反動度在h-s圖上，同一壓差的焓降隨壓力降低而增大，故壓力反動度小于焓降反動度，用替代計算軸向偏于安全，故可認(rèn)為正比與§2.5多級汽輪機的軸向推力及其平衡漏汽量計算隔板漏汽量

----其計算按汽封漏汽計算公式計算即平衡孔漏汽量----計算采用不可壓縮流體的流量計算公式計算即動葉根部漏汽量

----按不可壓縮流體流量計算公式計算即為動葉根部軸向間隙靜壓、抽汽、泵浦效應(yīng)的等效壓差§2.5多級汽輪機的軸向推力及其平衡抽氣效應(yīng)----噴嘴中流出的高速汽流在葉根處對隔板與葉輪間腔室內(nèi)的蒸汽產(chǎn)生抽吸作用，其效應(yīng)相當(dāng)于增大腔室中的壓力。抽氣效應(yīng)的大小可由抽氣效應(yīng)反動度表示式中為抽氣效應(yīng)產(chǎn)生的壓差，一般情況泵浦效應(yīng)----高速旋轉(zhuǎn)的葉輪帶動周圍蒸汽旋轉(zhuǎn)運動，離心力使部分蒸汽產(chǎn)生指向葉根的徑向運動，增大了葉根兩側(cè)的壓差。泵浦效應(yīng)的大小可有泵浦效應(yīng)反動度表示一般情況§2.5多級汽輪機的軸向推力及其平衡從而有即通過流量平衡求得進而可確定反動式汽輪機的軸向推力在反動式汽輪機中，作用在通流部分轉(zhuǎn)子上的軸向推力由下列三部分組成：①作用在葉片上的軸向推力；②作用在輪鼓錐形面上的軸向推力；③作用在轉(zhuǎn)子階梯上的軸向推力?！?.5多級汽輪機的軸向推力及其平衡§2.5.2軸向推力的平衡平衡活塞法----在轉(zhuǎn)子通流部分的對側(cè)，加大高壓外軸封的直徑，以產(chǎn)生相反方向的軸向推力。相反流動布置法----將蒸汽在汽輪機兩汽缸或兩部分內(nèi)的流動安排成相反的方向，使其產(chǎn)生相反的軸向推力，相互平衡。沖動式為主的汽輪機，因葉輪兩側(cè)的壓差較小