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第二章多级汽轮机

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第二章+多级汽轮机

第二章+多级汽轮机

第二章+多级汽轮机第二章多级汽轮机第一节多级汽轮机的工作特点为了满足电力生产日益增长的需要，世界各国都在生产大功率、高效率的汽轮发电机组。

要想增大汽轮机的功率，则应增加汽轮机的理想焓降和蒸汽流量。

若仍设计成单级汽轮机，则理想焓降增加，将使喷嘴出口速度相应增大，为了保持汽轮机级在最佳速比范围内工作，就必须相应地增加级的圆周速度，而增大圆周速度要受到叶轮和叶片材料强度条件的限制，所以焓降不能无限制地增加；增加级的蒸汽流量，则要增加级通流面积，即增大级的平均直径或叶片高度，同样将受到材料强度的限制。

那么提高汽轮机蒸汽初参数和降低背压，既能提高机组循环热效率，又能增大汽轮机功率，但焓降的增加不能仅靠单级来完成，否则，喷嘴出口速度将非常大，为保证级在最佳速比附近工作，又将会出现材料强度所不允许的、极大的圆周速度。

因此要增大汽轮机功率、又要保证高效率唯一的途径，就是采用多级汽轮机，其中每一级只利用总焓降的一小部分。

多级汽轮机是由按工作压力高低顺序排列的若干级组成的，常见的多级汽轮机有两种，即多级冲动式汽轮机和多级反动式汽轮机。

图1-8（见文后插页）是东方汽轮机厂生产的300MW 冲动式多级汽轮机的纵剖面图。

由图可见，该机组高压缸内有10级（1个单列冲动级作调节级，其余9个为压力级）；中压缸内有6级；低压缸内为对称分流，布置有6×2个压力级。

从结构上说，该机组共有28级，但由于蒸汽在低压缸内为对称分流，两部分的工作情况相同，故从热力过程的特点上说，该机组共有22级。

图1-9（见文后插页）为哈尔滨汽轮机厂制造的亚临界600MW 反动式汽轮机纵剖面图。

它由1个单列调节级、10个高压反动级、2×9个中压反动级和2×2×7个低压反动级组成，因此从结构上说它有57级，而从热力过程上看，它有27级。

蒸汽进入汽轮机后依次通过各级膨胀作功，压力逐级降低，比体积则不断增大，尤其当压力较低而又进入饱和区后，比体积增加得更快。

第二章 多级汽轮机-第一节 多级汽轮机的优越性及特点

第二章 多级汽轮机-第一节 多级汽轮机的优越性及特点

第一节 多级汽轮机的优越性及特点2.1.1 多级汽轮机的优越性和存在的问题（一）多级汽轮机的热效率大大提高1、多级汽轮机的循环热效率大大提高多级汽轮机的比焓降可比单级汽轮机增大很多，因而多级汽轮机的蒸汽初参数可大大提高，排汽压力可以降的很低，还可采用回热循环和中间再热循环，所以多级汽轮机的循环热效率大大高于单级汽轮机。

2、 多级汽轮机的相对内效率明显提高1）多级汽轮机在设计工况下每一级都在最佳速比附近工作，这就使它比单级汽轮机的相对内效率高。

2）在一定条件下，多级汽轮机的余速动能可以全部或部分地被下一级利用，而单级汽轮机的余速动能不可能被下一级利用。

对于多级汽轮机，只要相邻两级的部分进汽度相同，平均直径变化平滑，喷嘴进汽角与上一级的排汽角相近，级间的轴向间隙较小，两级的流量变化不大，那么上一级的余速动能可以全部或部分地被下一级利用。

除调节级及本汽缸地最末级外，多级汽轮机其他各级地余速动能一般可被下一级利用，因此整个汽轮机地内效率提高了。

3）多级汽轮机各级的比焓降比较小，速比一定时的圆周速度和平均直径m d 也都较小根据第一章中的连续方程111sin t n m n t Gv e d l c μπα=可知，在容积流量1t Gv 相同的条件下，由于m d 较小，喷口出口高n l 度增大，因而叶高损失减小，喷嘴流动效率较高。

4）多级汽轮机上面级的损失可以部分地被下面各级利用，使全机相对内效率提高，这种现象称为重热现象，这也是其效率比单级汽轮机高的一个原因。

综上所述，由于多级汽轮机的效率比单级汽轮机高得多，所以多级汽轮机的单位功率能耗大大低于单级汽轮机。

（二）多级汽轮机单位功率的投资大大减小多级汽轮机的单级功率可以远远大于单级汽轮机，因而使单位功率汽轮机组的造价、耗材和占地面积都比单级汽轮机大大减小，容量越大的机组减小得越多，这就使多级汽轮机单位功率得投资大大减小。

（三）多级汽轮机存在的问题1） 增加了一些附加损失，如隔板漏汽损失。

蒸汽动力系统：第二章 多级汽轮机

蒸汽动力系统：第二章 多级汽轮机

• 无抽汽回热时，
a ,i
hi mac h0 hc /
it
相对效率和绝对效率
相对效率 • 基准：全机理想焓降； • 仅评价汽轮发电机组的性能，不考虑热力
循环的效率。 绝对效率
• 基准：整个热力循环中，蒸汽所获得的热 量。
• 评价除锅炉外，整套装置的热功转换性能。 既考虑热力循环的效率、也考虑汽轮发电 机组的效率。
本节内容： 采用多缸汽轮机的原因。多缸汽轮机
产生的工程背景。
1.影响单排汽口汽轮机极限功率的因素 2.提高单机最大功率的途径。
一、极限功率的概念与计算
极限功率： 在一定初、终参数和转速下，单
排汽口凝汽式汽轮机所 能发出的最 大功率。
回热抽汽凝汽式机组，极限功率为：
Pel,max Gc,max mhtmac img
额定 功率 （MW）
内效率
i
12~25
0.82~ 0.85
50~100
0.85~ 0.87
机械 效率
m 0.985~
0.99
~0.99
125~200
0.87~ 0.88
>0.99
0.885~ 300~600
0.90
>0.99
>600
>0.90 >0.99
发电机 效率
g
0.965~ 0.975
0.98~ 0.985
1000 2550 2.82 1200 2900 2.42 （钛）
1150 2900 2.52 1140 2970 2.60
3000 8.82 3000 10.93
整机理想焓降
朗肯循环的效率
汽轮机相对效率ηi
汽轮机内功（率）

第二章多级汽轮机-第五节多级汽轮机的轴向推力及其平衡

第二章多级汽轮机-第五节多级汽轮机的轴向推力及其平衡

第五节多级汽轮机的轴向推力及其平衡2. 5.1 轴向推力在轴流式汽轮机中，通常是高压蒸汽由一端进入，低压蒸汽由另一端流出，从整体看，蒸汽对汽轮机转子施加了一个由高压端指向低压端的轴向力，使汽轮机转子有向低压端移动的趋势，这个力就称为转子的轴向推力。

（一）冲动式汽轮机的轴向推力整个转子上的轴向推力主要是各级轴向推力的总合。

作用在冲动级上的轴向推力是由作用在动叶上的轴向推力、作用在叶轮面上的轴向推力以及作用在轴的凸肩上的轴向推力三部分组成。

1．作用在动叶上的轴向推力如图2.5.1所示作用在动叶上的轴向推力是由动叶前后的静压差和汽流在动叶中轴向分速度改变所生成的。

（2.5.1）在冲动级中，一般轴向分速度都不大，加之动叶进口的轴向通流面积和蒸汽比容的改变都不大，因此汽流流经动叶时的轴向分速度的改变一般都很小。

由汽流轴向分速度的改变和产生的轴向推力一般都可忽略不计。

引入压力反动度的概念，压力反动度定义为（2.5.2）于是（2.5.3）则作用在动叶上的轴向推力可写成（2.5.4）对于速度级，应计算在两列动叶上所受静压差产生的推力之和，若是部分进汽级，则应乘以部分进汽度e。

由于h-s图上同一压差的等压线距离越向下越大，因此各级压力反动度都小于该级比焓降反动度，用代替所算得的轴向推力偏大，偏于安全，故可认为作用在动叶上的轴向推力正比于。

2．作用在叶轮面上的轴向推力根据图2.5.1的符号，作用在叶轮面上的轴向推力可写成（2.5.5）如果叶轮两侧的轮毂直径相同，即则有（2.5.5a）定义叶轮反动度，则又有（2.5.5b）由式2.5.5b可见，叶轮面上的轴向推力正比于。

3．作用在轴的凸肩上轴向推力在汽轮机轴的轴封套和隔板轴封内轴上的凸肩等处，都会承受轴向推力。

一般情况下，可先算出凸肩上的受压面积和各面积上所受的压力，在算出总的向前与向后的推力之差值，就得净轴向推力，一般的数值很小。

作用在一个级上的轴向推力即为上述三部分推力之和，可写成（2.5.17）对于有n个级的转子，其总轴向推力为：（2.5.18）（二）、反动式汽轮机的轴向推力在反动式汽轮机中，作用在流通部分转子上的轴向推力由下列三部分组成：1）作用在叶片上的轴向推力；2）作用在轮鼓锥形面上的轴向推力；3）作用在转子阶梯上的轴向推力。

第二章多级汽轮机

第二章多级汽轮机

§ 2.3 汽轮机及其装置的评价指标
P 机械效率----汽轮机的轴端功率与汽轮机的内功 e 率之比，描述了轴承摩擦、主油泵等的功率损耗
m P e / P i
表示前面级的损失中被后面级利用了的小部分热量。
§2.1 多级汽轮机的优越性及其特点
需特别指出，重热只表明当各级有损失时，全机的效率要 比各级平均的效率好一些，而不是说有损失时全机的效率 比没有损失时全机的效率高。更不应从中简单地得出α越 大，全机效率越高的结论，这是因为口的提高是在各级存 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。
§2.1 多级汽轮机的优越性及其特点
总体来看沿蒸汽流程平均直径和叶片高度增大，反动度呈逐级增大势态。蒸 汽比容的减小，漏汽损失的相对比例呈逐级下降。叶片的增长，二次流损失呈 下降趋势，但叶型损失相对增大。对中间再热机组，漏汽及二次流损失较大， 加上调节级部分进汽，高压缸效率最低，中压缸的工况较好，故效率最高
§ 2.3 汽轮机及其装置的评价指标
汽轮机性能评价指标中有绝对效率和相对效率两种,以整机 理想焓降为基础的效率是相对效率，而以单位质量蒸汽在热力 循环中所吸收热量为基础的效率是绝对效率。 一、 汽轮机的相对内效率 汽轮机的相对内效率----有效比焓降与理想比焓降之比
himac i htmac 相应的，汽轮机的内功率 D0 htmac p i i G h mac pi 0 t i 3.6 式中， D0 和 G0 分别是以 t / h 和kg / s 为单位的进汽流量
§2.1 多级汽轮机的优越性及其特点
三、 多级汽轮机各级段的工作特点 (一)高压段 高压、高温，比容小，蒸汽容积流量小。由 连续性方程，为保证喷嘴有足够的出口高度，减 小叶高损失，喷嘴出口汽流方向角αl较小。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°。 在冲动汽轮机的高压段，级的反动度一般不 大。当动静叶根部间隙不吸汽也不漏汽时，根部 反动度Ωr较小，这样，虽然沿叶片高度从根部到 顶部的反动度不断增大，但由于高压段各级的叶 片高度总是较小的，因此，平均直径处的反动度 仍较小。

多级汽轮机

多级汽轮机

多级汽轮机的热力过程
Pc 汽轮机的排汽压力／汽轮机的背压 H t 汽轮机的理想焓降 H i 汽轮机的有效焓降
hi 各级有效焓降 H i hi
汽轮机的有效焓降 H 等于各级有效焓降 h 之和。
i i
整个汽轮机的内效率等于各级内功率之和。汽轮 机的相对内效率为
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第一节 第二节 多级汽轮机的工作特点
第二章 多级汽轮机
多级汽轮机的损失及其装置的效率和热 经济指标
第三节
多级汽轮机的轴向推力
第二章 多级汽轮机
第一节 多级汽轮机的工作特点
பைடு நூலகம் 引
言
单级汽轮机增大圆周速度和蒸汽流量都 受到材料强度的限制，因此增大汽轮机的功 率和保证高效率唯一的途径，就是采用多级 汽轮机。 组成：由工作压力高低顺序排列的若干 级组成。 种类：①多级冲动式汽轮机 ②多级反动式汽轮机
m ——机械效率
ri ——相对内效率
⒊汽轮发电机组的相对电效率 rel
rel
Pel Pel Pe Pi gmri gre Pt Pe Pi Pt Pel
g ——发电机效率
——相对有效效率
re—— 电功率
（二）绝对效率 1、绝对效率 定义：以汽轮发电机组不同的功率作为输 出能量所得到的一组效率称为绝对效率。 2、循环热效率 t
防止漏汽的措施： ⒈安装齿形汽封 原理：齿形汽封能够尽量 地减少漏汽间隙，并能有 效地降低漏汽速度。
⒉安装轴封系统 ⑴ 正压轴封：装在汽侧压力高于外界大气压处 的汽封。 作用：在正常负压下减少汽轮机内高压蒸汽向外 的漏汽量。 ⑵ 负压轴封：装在汽侧压力低于外界大气压处 的汽封。 作用：防止外界空气漏入汽缸。

第二章多级汽轮机选编

第二章多级汽轮机选编

1 0,ri

hi E0

ht* h hc2
ht* 1hc2
1
0,ri

hi E0

ht*
h hc2 ht*
ri ri
2．余速利用对整机效率的影响
余速利用后，整机热力过程线左 移，整个过程的熵增减小，汽轮机的 效率提高。
图中：pe — 汽轮机背压 Ht — 汽轮机的理想焓降 Hi — 汽轮机的有效焓降
Hi hi
汽轮机相对内效率
ri

Hi Ht
一、多级汽轮机的特点
（一）多级汽轮机的优越性
1、多级汽轮机的循环热效率大大提高
多级汽轮机可以采用较高的进汽参数和较低的排汽参数，还 可以采用回热循环和再热循环。 2、多级汽轮机的相对内效率明显提高
3．实现余速利用的条件 相邻两级的部分进汽度相同。
调节级余速基本不可利用。 相邻两级的通流部分过渡平滑。 相邻两级之间的轴向间隙要小，流量变化不大。 前一级的排汽角α2应与后一级喷嘴的进汽角α0g一致。
多级汽轮机的中间级基本上都能充分的利用前一级的余速 动能。
三、多级汽轮机的重热现象
（二）多级汽轮机存在的问题 增加了一些附加的能量损失，如级间漏汽损失、湿汽损失。 由于级数多，相应地增加了机组的长度和质量。 由于新蒸汽和再热蒸汽温度的提高，故对零部件的金属材料 要求高了。 级数增加，零部件增多，使多级汽轮机的结构更为复杂。
二、多级汽轮机的余速利用
1．余速利用对级效率的影响
每一级承担的焓降不必很大，可以保证各级都在最佳速比附 近工作。 在一定条件下，余速动能可以全部或部分地被下一级利用。 级的焓降较小，可以采用渐缩喷嘴，避免了采用难以加工、 效率较低的缩放喷嘴。

动力机械2-多级汽轮机

动力机械2-多级汽轮机

3）多级冲动式汽轮机的工作过程 → 在多级汽轮机中，蒸汽首先通过主汽阀、调节阀， 进入汽轮机调节级。—→ 存在一个进汽节流损失； → 汽流在调节级中膨胀作功。 压力、温度和焓值降低；
各级压力分布曲线 各级功率分布曲线
→ 从调节级出来的汽流逐个进入后面的压力级， 在每个压力级中都继续膨胀、作功。 汽流的压力、温度和焓值逐渐降低；
② 将许多汽轮机级， 按压力高低排列， 逐级利用总焓降。
→ 称为多级汽轮机
二、多级透平工作过程
类型：① 多级冲动式汽轮机； ② 多级反动式汽轮机。
1) 多级冲动式透平的基本结构（通流部分）
图4.1 12000 kW多级冲动凝汽式汽轮机示意图
主要包含：→ 汽轮机主轴；
→ 主轴上安装若干个叶轮，叶轮上安装动叶片；
H s i0 isk
总能量：
GH s
汽轮机 内效率：
T oi
Hi Hs
i0 ik i0 isk
内功率：
Ni
GH i
ห้องสมุดไป่ตู้
GH
s
T oi
4）多级透平的特点
透平总功率等于每个透平级功率之和， ① 功率大：
即： Ni Ni
② 效率高：→ 多级透平的焓降大，需要提高蒸汽的 初参数（初压、初温）。 从热力循环角度看，使循环的热效率提高；
hi hiV hs hsV
有：
hi
m oi
hs
（第一级）
hi
m oi
hs
（第二级）
hi
m oi
hs
（第三级）
hiV
m oi
hsV（第四级）
上面四式相加，可得：
hi
hi hi hiV

第二章 多级汽轮机

第二章 多级汽轮机
=
Hi =
n j =1
hi j
= is (1
)
H
t
=
is
(1
)
Ht
Ht
Ht
由于 α> 0，所以 iT > is ，即整机的内效率大于各级平均内效率。
通常，重热系数 α= 0.03 ~ 0.08 ，其大小与下列因素有关： 1) 和级数有关，级数多，α大； 2) 与各级内效率有关，级内效率低，则α大； 3) 与蒸汽状态有关，过热区α大，湿汽区α小。
乘以一个流量系数。即 G = l Gl ' 不同结构的轴封，其流量系数可从图
2---10 中查得。 * 对于平齿齿封，其流量的计算，则要从图2---11中查取一个修正系数，用
此系数乘以用上述方法计算而得到的轴封漏汽量，即
G = k k l Gl '
14
图2—10、图2——11 流量系数、修正系数
k = 0.12；部分在过热
7
第四节 多 级 汽 轮 机 的 损 失
汽轮机除了各级级内损失之外，还有进、排汽管道的节流损失，前后 端轴封的漏汽损失，机械损失。
一 ，前后端轴封的漏汽损失和漏汽量计算 1，漏汽原因：
* 由于结构的要求，汽轮机大轴必须从汽缸内向外伸出并支持在轴承座 上。这样，大轴和汽缸之间必须留有一定的间隙。
装在 汽轮机高压端的汽封称为 前轴封 ， 作用是为了减少 高温高压蒸汽从汽缸内 向外泄漏 ；
装在 汽轮机低压端的汽封称为 后轴封 ，它的作用是为了 防止外界空气 漏向汽缸 ，保 证汽缸内的真空度。
对于多缸的大型汽轮机，每个缸的两端都有轴封，其作用 要根据具体情况而定。
（一）齿形轴封的工作原理 1，齿形轴封的结构：

第二章多级汽轮机

第二章多级汽轮机

0 ——流经排汽管的压力损失,
实际上也是损失
ξ ex ——能量损失系数
ξ ex >1,ηex <0:排汽管出口静压低于进口蒸汽静压,
表明排汽缸阻力很大,恢复的静压头不足以弥补损失
ξ ex =1,ηex =0:恢复的静压头正好弥补损失 ξ ex <1,ηex >0:汽轮机末级出口压力低于凝汽器压力,
提高机组有效焓降,机组热效率有所提高
轴封及其系统
轴封
转子轴封段
转子轴封段
低压转子轴封段
去除轴封环的轴封套
轴封套,内装汽封齿
汽缸轴封段
隔板汽封
汽封环
轴封系统
自密封结构
沁北电厂轴封系统
自密封系统 自动控制压力和温度 汽源:二段抽汽,辅汽,主蒸汽,Table 2-11 75%负荷以后,达到自密封状态
低压级的工作特点
体积流量大,流通面积大, 体积流量大,流通面积大,叶片长 为了避免叶片过长, 为了避免叶片过长,喷嘴的出口角度大 反动度大 内效率较高
进汽阻力损失和排汽阻力损失
排汽管
蒸汽在排汽管中的热力过程线
p1 +
ρ1c12
2
= p2 +
2 ρ 2 c2
2
+ 0
2 ρ 2 c2
2 ρ1c12 p2 -p1 p1 + = p2 + + =1 ηex + ξex = 1 2 2 ρ1c1 ρ1c1 2 2 2 ηex ——静压恢复系数
汽封联箱压力 Pa(表压)) (表压))
高压供汽 阀状态 开和调节 关闭 关关闭 关闭
22630
26080 29530 32980
冷端再热 供汽阀状 态 开 开 开和调节 关闭

多级汽轮机的工作原理解析

多级汽轮机的工作原理解析
影响因素： 其大小与排汽管中汽流速度、排汽缸型线、结构有关。
减少损失的方法： 可将排汽缸做成具有扩压作用，利用乏汽本身动能来补偿排汽管中的压力降； 安装导流板来减少流动阻力。
多级汽轮机的进汽机构的节流损失和排汽管损失热力过程线
Ht ——没有节流损失，汽 轮机的理想焓降
H t—' —有节流损失，汽轮 机理想焓降
3）级的焓降明显增大，焓降的变化大。
4）各级的效率较低，特别是最后几级，效率降低更多：
①级内损失有喷嘴损失、动叶损失、余速损失、漏汽损失、叶轮摩擦损失等。
②蒸汽容积流量大，而通流面积受到一定限制，余速损失较大。
③低压级段处于湿蒸汽区，存在湿汽损失，且越往后湿汽损失越大。
④低压级的叶片搞，漏汽间隙所占比例小，同时蒸汽比容很大，漏汽损失很 小；
2、低压段：
1）喷嘴出口汽流角α1较大； 2）反动度较大；
原因：
a.叶高很大，为保证叶片根部不出现负反动度，导致平均直径处的反 动度较大；
b.焓降较大，为避免喷嘴出口汽流速度超过临界速度过多，尽可能利用 减缩喷嘴斜切部分的膨胀，要求蒸汽在喷嘴中的焓降不能过多，只有增 大级的反动度，导致动叶焓降增大；
③多级汽轮机的多数级是在非临界状态下工作的，这使得在工况变动时 级的相对内效率变化较小；
④由于各级的焓降较小，在速比一定时，级的圆周速度和平均直径也较 小，在容积流量不变的条件下，使得喷嘴和动叶的高度增大，叶高损 失减小；若采用部分进汽，则部分进汽度增大，部分进汽损失减小， 从而使得汽轮机的相对内效率提高；
进汽机构的压力降：p 0.03 ~ 0.05p0
影响因此： 其大小与汽流速度、阀门型式、门芯型线及汽室形状等因此有关。
减少损失的方法： 为减少进汽机构节流损失，一般需限制通过自动主汽阀和调节汽阀的流速， 流速不超过40~60m/s，并选用流动性能好的阀门结构。

汽轮机原理 多级汽轮机

汽轮机原理 多级汽轮机

ht ——单级的理想焓降之和 ht' ——多级的理想焓降 凝汽式汽轮机的重热系数约为0.04~0.08
4
1）级效率越低，重热系数越大 2）级数越多，重热系数越大 3）初始状态的熵越大，重热系数越大 4）过热蒸汽的重热系数比湿蒸汽大 重热系数对效率的影响：
1）多级的效率 2）平均级效率
冲动式
反动式
动叶型线
通流面积不变
通流面积减小
动叶中流速 叶型、端部损失
不加速，转向大 较大
加速（边界层薄）、 转向小
较小
漏汽损失
较小
较大
最佳速比
0.5cosα1
cosα1
相同参数、直径、 叶片短，焓降大， 叶片长，焓降小，
流量
推力小，级数少 推力大，级数多
结构
有叶轮、平衡孔 无叶轮
42
本章思考题
1）多级汽轮机比单级汽轮机有哪些优越性？ 2）什么是重热现象？对汽轮机内效率的影响？ 3）沿着汽流方向，为什么多级汽轮机各级的叶片越来越高？ 4）沿着汽流方向，为什么多级汽轮机各级的比焓降越来越大？ 5）沿着汽流方向，为什么多级汽轮机各级的反动度越来越大？ 6）进汽、排汽管件的节流会引起什么样的损失？ 7）如何计算动叶受到的轴向推力？ 8）什么是叶轮的抽汽效应、泵浦效应？ 9）如何确定冲动级叶轮前的压力？ 10）如何平衡汽轮机的轴向推力？ 11）曲径轴封的漏汽量与哪些因素有关？ 12）画图表示一个轴封系统，说明各部件工作原理。 13）哪些指标用于评价汽轮发电机组的经济性？
35
当最后一个齿片达音速：
k 1
Gl l Al
k
k
2 k 1
1

汽轮机原理(第二章)ppt课件

汽轮机原理(第二章)ppt课件
t —整台汽轮机的理想焓降 i —整台汽轮机的实际焓降
整理版课件
5
二、 多级汽轮机的优点
1.功率大 2.效率高 3.单位功率投资省
缺点： 结构复杂，总造价高，且存在一些附
加损失 （漏汽损失大，湿汽损失）。
整理版课件
6
三、多级汽轮机各级段的工作特点
1. 高压段 2 .中压段 3 .低压段
整理版课件
a ，e 1 表示每kg蒸汽热量最终转变成电能的份额。
九、汽耗率
d D0 Pe1
d表示每生产1kW•h电能所消耗的蒸汽量。 汽耗率仅能进行同类型同参数机组的经济性比较， 不适用于不同类型机组的经济性比较。
整理版课件
25
十、热耗率
qd（ho-hfw）
q表示每生产1kW•h电能所消耗的热量。
若再热机组，必须加再热蒸汽吸热量，即
7
四、重热现象和重热系数
1 .重热现象 以四级组成的多级汽轮机 为例进行说明，其热力过 程线（图2—5）：
整理版课件
8
h
2 t
和
h
2 t
哪个大？
ht2 ht2（为什么？）
因为在h—s图上，过热区的等压线沿熵增方向是扩张型的。
重热现象—前级的损失被下级部分利用， 使下级的理想焓降在相同的压差下比前级 无损失时的理想焓降略有增大，这种现象 就称为多级汽轮机的重热现象。
21
PmPi Pax
分析：
m
Pa x Pi
1Pm Pi
（1）对同一机组，负荷越大， m 越高。 （2）对不同机组，容量越大， m 越高。
整理版课件
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五、电机功率
Pe1=PaxgD0 36t 0i0mg
式中 g —发电机效率，因发电机存在冷却介质

汽轮机第二章

汽轮机第二章
凝汽机组的cex<100~120m/s，背压机组cex<40~60m/s。 当进入排汽管的汽流速度较低，即M<0.3时，可以将蒸汽 视为不可压缩流体，对其进出口建立能量平衡方程：
p1
1c12
2
p2
2 2 c2
2
0 p2
两边同除以
1c12 2
，则有：
ex
2
2.蒸汽在排汽管中的热力过程
一排汽管有扩压作用，蒸汽速度的部分变为 压力头，进入凝汽器的压力p2‘高于p1，热力过 程近似1-3线，阻力系数λ为负值；图2-6 二蒸汽在排汽管中有较大的损失，凝汽 压力 p2’’低于p1，其热力过程曲线以1-4线表示，阻力 系数λ为正值；图2-6 三是最末级级后压力等于凝汽器压力，阻力 系数λ为0。图2-6
静压恢复系数
能量损失系数
ex
p2 p1 2 1c1 2 2 1c1 2
p2 p1 1 2 2 1c1 1c1 2 2
ex ex 1
当排汽管进口汽流M>0.3时，就必须考虑其压缩性， 但仍然有： ex ex ex 1 ex
三、多级汽轮机各级段的工作特点 （一）高压段 蒸汽压力、温度很高，比容较小，蒸汽容积流 量较小，通流面积也较小。各级比焓降的变化也 不大。漏汽损失、叶轮摩擦损失及叶高损失较大， 各级的效率相对较低。
（二）低压段 容积流量很大，通流面积大，反动度明显增 大，叶轮直径较大，余速损失大，漏汽损失和 叶轮摩擦损失小，无部分进汽损失。由于湿汽 损失很大，使效率降低，特别是最后几级效率 降低更多。
himac htmac
各级平均的相对内效率：
ave ri
himac ht , j
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ri
内功率Pi H i 理想功率Pt H t
2、汽轮机的相对有效效率 机械效率：将全部机械损失看成集中在轴承上，则对于轴承 来说，其输入能量为汽轮机的内功率，输出能量称为有效功率 pe，则机械损失为Δpm＝pi－pe，故

机械效率m

有效功率pe 内功率pi
相对有效效率：把汽轮机和轴承看成一个整体，此时输入为 蒸汽的理想功率，输出为有效功率，故
重热系数：由于重热现象而增加的理想焓降占汽轮机理想焓降 的比例，一般α为0.04～0.08。
h H
t
t
Ht
ht 1 Ht
H i ri H t hi rim ht
ηrim — 各级的平均内效率
H i rim (1 )H t
j 1 n
m g
D H 3600
j 1 i
n
ij
Gi ( D j ) ：表示第j段的流量； Hij ：表示第j段的有效焓降。
（二）绝对效率
当考虑发电厂整个热力循环时，若以Q0作为输入能量，以汽 轮发电机组不同的功率作为输出能量所得到的一组效率称为绝 对效率。

当以汽轮机的理想焓降为输出能量时，所得到的效率称为循 环热效率ηt。 H t H t t Qo h0 hc
级的焓降较小，可以采用渐缩喷嘴，避免了采用难以加工、 效率较低的缩放喷嘴。
级的焓降较小，根据最佳速比的要求，可相应减小级的平均 直径，从而可适当增加叶栅高度，减小叶栅的端部损失。

多级汽轮机具有重热现象。
3、多级汽轮机单位功率的投资大大减小 （二）多级汽轮机存在的问题


增加了一些附加的能量损失，如隔板漏汽损失、湿汽损失。
ri
H i rim (1 ) H t
由于重热现象，使整机效率提高。 不能说，重热系数越大，多级汽轮机的内效率就越高。
四、多级汽轮机各级段的工作特点
1．高压段 工作蒸汽的压力、温度很高，比体积较小，蒸汽容积流量较 小，所需的通流面积也较小； 在冲动式汽轮机的高压段，级的反动度一般不大； 各级焓降不大，焓降的变化也不大； 2．低压段 叶片高度很大； 级的反动度在低压段明显增大； 叶轮直径增加，圆周速度增加较快，使各级的焓降增加较快 3．中压段 反动度介于高压和低压之间。
0.02~0.027MPa
（二）多级汽轮机的内部损失 1．汽轮机进汽机构的节流损失 （1）产生原因：新蒸汽在进入汽轮机的第一级喷嘴之前，首 先要经过主汽阀、调节汽阀、管道和蒸汽室，蒸汽流经这些 部件时由于摩擦、涡流等要造成压力降低，即节流过程。在 背压不变的条件下使整机的理想焓降减小。这种由于节流作 用引起的损失称为节流损失。 （2）影响因素：管道长短、汽流速度，阀门型线及汽室形状。 第一级喷嘴前
* hi ht h hc 2 1 0, ri E0 ht*
ri ri
2．余速利用对整机效率的影响 余速利用后，整机热力过程线左 移，整个过程的熵增减小，汽轮机的 效率提高。
3．实现余速利用的条件

相邻两级的部分进汽度相同。
调节级余速基本不可利用。 相邻两级的通流部分过渡平滑。 相邻两级之间的轴向间隙要小，流量变化不大。 前一级的排汽角α2应与后一级喷嘴的进汽角α0g一致。
第二章 多级汽轮机
哈尔滨工程大学核科学与技术学院
第一节 多级汽轮机的工作特点
速度分级与压力分级
多级汽轮机的概念

按工作压力高低顺序排列的若干级组成； 能够增大汽轮机功率，又能保证高效率； 常见的有多级冲动式汽轮机和多级反动式汽轮机。
东方300MW汽轮机
哈尔滨亚临界600MW汽轮机
（二）提高单机功率的途径 提高新蒸汽参数，并配合采用中间再热循环可以有效地提高 单机组功率。

提高冷凝器的压力，使排汽的比容减小，在相同的末级通流 面积时流过的蒸汽量增大，也就提高了机组发出的功率，显然 这是用降低循环效率的方法达到的。

采用高强度、低密度材料，可使末级叶高大大增加，从而提 高极限功率；
（3）减小措施：将排汽管设计成扩压效率较高的扩压管，同 时在扩压段内部和其后设臵一些导流环或导流板，使乏汽均匀 地布满整个排汽通道，使排汽通畅，减少排汽动能的消耗。
3、联通管的压力损失 蒸汽由高压缸出来经过容汽管道把蒸汽引入低压缸工作， 由于蒸汽与管壁发生的摩擦损失造成压力降。若蒸汽经过再 热器或汽水分离再热器都带来附加的损失。此时损失压力差 就比较大。一般摩擦损失引起的压力降是蒸汽管前面压力ps的 2%-3%。

采用低转速，增大末级叶片长度；
增加单机功率的最有效措施是增加汽轮机的排汽口，即进行 分流。
第三节 多级汽轮机的轴向推力
蒸汽在轴流式多级汽轮机的通流部分膨 胀作功时，使转子由高压端向低压端移动的 轴向力，这个力称为轴向推力。
一、多级汽轮机的轴向推力
1、作用在动叶片上的轴向推力
Fz1 G(c1 sin 1 c2 sin 2 ) dblb ( p1 p2 ) dblb m ( p0 p2 )
由于级数多，相应地增加了机组的长度和质量。
由于新蒸汽和再热蒸汽温度的提高，故对零部件的金属材料 要求高了。

级数增加，零部件增多，使多级汽轮机的结构更为复杂。
二、多级汽轮机的余速利用
1．余速利用对级效率的影响
* hi ht h hc 2 1 0, ri E0 ht* 1hc 2
一、多级汽轮机的特点
（一）多级汽轮机的优越性 1、多级汽轮机的循环热效率大大提高 多级汽轮机可以采用较高的进汽参数和较低的排汽参数， 还可以采用回热循环和再热循环。 2、多级汽轮机的相对内效率明显提高 每一级承担的焓降不必很大，可以保证各级都在最佳速比附 近工作。

在一定条件下，余速动能可以全部或部分地被下一级利用。

多级汽轮机的中间级基本上都能充分的利用前一级的余 速动能。
三、多级汽轮机的重热现象
ht1 ht2 ht3 ht4 ht5 ht1 ht2 ht3 ht4 ht5
h H
t
t
各级理想焓降之和
整机理想焓降
由于多级汽轮机前面级的损失能够 在后面级中作为理想焓降而加以利用， 这种现象称为多级汽轮机的重热现象。
p1 p2 压力反动度 p m p0 p2
２、作用在叶轮轮面上的轴向推力
Fz 2

( db lb ) 2 d12 pd 4


2 (d b lb ) 2 d 2 p2 4
若轮毂直径相等，d1＝d2＝d
Fz 2
p0 p0 p0
2、排汽管中的压力损失 （1）产生原因：汽轮机的排汽从末级动叶排出后，由排汽管 道引至凝汽器。蒸汽在排汽管道中流动时，存在摩擦、撞击和 涡流等项损失，使压力降低，即汽轮机末级动叶后压力pc′高于 ' 凝汽器的压力pc ，存在着压降 pc pc pc H c H t H t ， 这部分压降用于克服排汽管道的流动阻力，而未参与作功，故 称为排汽管的压力损失。 （2）影响因素：排汽管中蒸汽的速度和排汽管的结构；
（一）多级汽轮机的外部损失 1、机械损失 汽轮机运行时，要克服支持轴承和推力轴承的摩擦阻力，及 带动主油泵、调速器等，要消耗一部分有用功而造成的损失。 2、外部漏汽损失 主轴穿出汽缸两端时留有间隙，汽缸内外存在压差，造成蒸 汽漏出或空气漏入，形成损失。

解决方法：设臵轴封装臵（正压轴封、负压轴封）

h0 — 汽轮机新蒸汽的初焓； hc' — 凝结水的焓。

绝对电效率：加给每千克蒸汽的热量最终转变成电能的份额。
ael trim g
三、汽轮发电机组的经济指标 （一）汽耗率d

汽耗率d ：汽轮发电机组每发1度电所消耗的蒸汽量 ，单位为
kg/(kW h)

汽耗量D：每小时消耗的蒸汽量，单位为kg/h
ps 2% 3% ps
pr — 再热压力
二、汽轮机及其装臵的效率
一个机械或装臵的输入能量与输出能量之比称为此机械或 装臵的效率。 （一）相对效率 当分折汽轮发电机组的经济性时，将汽轮发电机组作为研 究对象，则输入汽轮发电机组中的能量为汽轮机的理想焓降 ΔHt，以此而得到的一组效率称为相对效率。 1、汽轮机的相对内效率 衡量汽轮机内能量转换过程完善程度的指标；一般汽轮机 组的相对内效率约为0.78-0.89，大功率电站会更高些。
第二节 汽轮机的损失及其装置的效率 和经济指标
一、多级汽轮机的损失
直接影响蒸汽状 态的损失
分 类
不直接影响蒸汽 状态的损失
进汽机构的节流损失 级内各项损失 内部损失中间再热管道损失 排汽管的阻力损失 机组的散热损失 机械损失 外部损失 外部漏汽损失
汽轮机各汽缸端部的轴封及其与之相连接的管道和附属设备， 称为汽轮机的轴封系统。
弹簧片 汽封圈 定位面
3 轴封套筒
常用结构：齿形汽封，能够尽量地减小漏汽间隙，并能有 效地降低漏汽速度。

300MW汽轮机轴封系统
在机组正常运行时，靠高中压缸两端轴封漏汽作为低压 端轴封供汽，不需另供轴封用汽，这种系统称为自密封轴封 系统。
D0 — 汽轮机总进汽量，kg/h；
Dr — 再热蒸汽量，kg/h；
hr，hr '— 再热蒸汽段焓和冷段焓，kJ/kg。
四、汽轮机的极限功率和提高单机功率的途径
（一）汽轮机的极限功率 在一定的蒸汽初、终参数和转速下，单排汽口凝汽式汽轮 机所能获得的最大功率称为极限功率。 凝汽式汽轮机组的发电极限功率：
相对电效率rel 电功率pel p p p el e i gmri gre 理想功率pt pe pi pt