汽轮机原理2010-第二章

式中 ht ht 即为多级汽轮机的重热量，表示前面 级的损失中被后面级利用了的小部分热量。
为讨论方便，假设汽轮机中各级的相对内效率都相 ilev ，则有： 等，都为平均内效率
ilev
hi1 hi2 1 2 ht ht
§3.1 多级汽轮机的工作过程
也就是 hi1 ilev ht1，hi2 ilev ht2， ，将这些等式相加， 可得：
(3)高中压缸前面若干级的工作温度高，对零部件的金 属材料要求提高了；
(4)级数增多，零部件增多，结构复杂，制造成本高。
第二节
多级汽轮机的工作过程
（二）多级汽轮机的工作过程
第二节
多级汽轮机的工作过程
东方汽轮机厂生产的N300—16.7/537/537—4型汽轮机纵剖面图
第二节
多级汽轮机的工作过程
第二节
多级汽轮机的工作过程
一、多级汽轮机的特点和工作过程
（一）多级汽轮机的特点
1.多级汽轮机循环热效率大大提高 蒸汽初参数提高，排汽压力降低，采用抽汽回热和 中间再热。 2.相对内效率提高 设计工况下，每级都在最佳速比附近工作 多数级余速可全部或部分利用 喷嘴和动叶的出口高度增大，减小了叶高损失 G1t n e d mln c1t sin1 存在重热现象

比较上两式，可以看出，由于 T1 T1' , Δht2 Δht2'，也 就是在前一级有损失的情况下，本级进口温度升高，级 的理想比焓降稍有增大，这就是重热现象。 对于图示四个级的多级汽轮机，其理想焓降为：
htmac ht1 ht2' ht3' ht4'
第二节
多级汽轮机的工作过程
右图所示为一具有四个级的热力 过程线，为讨论方便，略去了汽 轮机的进排汽节流损失。若第一 级没有损失，则第二级的初始蒸 p1、T1'。当将蒸汽作为理 汽参数为 想气体处理时，第二级的理想比 焓降为： k 1
p3 k ' h RT1 1 p2 k 1
第二节 (二）低压段
多级汽轮机的工作过程
低压级段的特点是：蒸汽的容积流量很大，要求很 大的通流面积，叶片高度势必很大。为避免叶高过大， 有时不得不将低压各级的喷嘴出口汽流方向角αl取得很 大。 由于低压级段的容积流量很大，因此叶轮直径较大， 级的圆周速度也比较大。为了保证有较高的级效率，各 级均应在最佳速度比附近工作，则相应的理想比焓降将 明显增大。 级的反动度在低压段也明显增大，其原因有二：一 是因为低压级叶片高度很大，为保证叶片根部不出现负 反动度，则平均直径处的反动度就必然较大；二是因为 低压级的比焓降较大，为避免喷嘴出口汽流速度超过
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多级汽轮机的工作过程
汽轮机结构照片
高中压转子
低压转子
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多级汽轮机的工作过程
(一)高压段 高压段的特点是：高压、高温，比容小，蒸汽容积 流量小。 由连续性方程 G1t n e d mln c1t sin1，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。通常，冲动式汽轮机取αl= 11°～14°， 反动式汽轮机取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体是较小的，因 此，平均直径处的反动度仍较小。
内部 损失
进汽机构节流损失
排汽机构阻力损失
Hale Waihona Puke 第三节 多级汽轮机的损失与效率
二、多级汽轮机的轴端漏汽损失
1.轴封系统的组成及作用 (1)为什么设臵汽封？ 汽轮机是高速旋转的机械。在汽缸、隔板等静子部 分与主轴、叶轮（包括动叶）等转子部分之间，必须有 一定的轴向和径向间隙，以免机组在工作时动静部件之 间发生摩擦。既然有间隙存在，间隙前后又存在压差， 就可能漏汽（气），为了减少蒸汽的泄漏和防止空气漏 入，需要有汽封装臵。 (2)轴端汽封 (轴封) 转子穿过汽缸两端处，高压轴端蒸汽漏出汽缸，造 成工质损失，恶化运行环境，并且加热轴颈或冲进轴承 使润滑油质劣化；低压轴端空气漏入汽缸，破坏凝汽器 正常工作。因此，必须在轴端设臵汽封，简称轴封。
第三节 多级汽轮机的损失与效率
大型汽轮机的轴封系统是具有自动调节装臵的闭式 系统。其供汽方式分为自密封供汽和外来汽源供汽两种。 A.自密封式轴封系统 所谓自密封系统是指机组在正常运行时，靠高中压 缸两端轴封漏汽作为低压缸两端的轴封供汽，不需另供 轴封用汽，这种系统称为自密封轴封系统。 优点：系统简单； 缺点：不能充分冷却高、中压缸高温轴端。 B.外供汽式轴封系统 高、中缸高温端轴封由多(大于3）段多室组成，部 分漏汽被引至低压加热器。低压轴封的供汽来自于辅助 蒸汽系统。优点：低温辅助蒸汽对高、中压段高温轴端 起到冷却作用；缺点：系统复杂。
大
大
大
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多级汽轮机的工作过程
二、多级汽轮机的重热现象
1.重热现象 在水蒸气的h-s图上等压线是 沿着比熵增大的方向逐渐扩张的， 即：等压线之间的理想比焓降随着 比熵的增大而增大。蒸汽在汽轮机 内进行能量转换的过程中，伴随的 各项损失部分转化为热量，并重新 被蒸汽吸收。这样上一级的损失造 成比熵的增大将使后面级的理想比 焓降增大，即上一级损失中的一小 部分可以在以后各级中得到利用， 此现象称为多级汽轮机的重热现象。
第二节
多级汽轮机的工作过程
临界速度过多，尽可能利用渐缩喷嘴斜切部分的膨胀， 这就要求蒸汽在喷嘴中的比焓降不能太大，而增大级的 反动度，保证动叶内有足够大的比焓降。 蒸汽容积流量很大，而通流面积受到一定限制，余 速损失较大；低压级一般都处于湿蒸汽区，存在湿汽损 失，而且越往后该项损失越大；由于低压级的叶片高度 很大，漏汽间隙所占比例很小，同时低压级段的蒸汽比 容很大，因此漏汽损失很小；低压级的蒸汽比容很大， 所以叶轮摩擦损失很小；低压级都是全周进汽，没有部 分进汽损失。 可见，对于低压级，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。 大型机组低压级的叶片均采用扭叶片。
第二节
多级汽轮机的工作过程
在高压段的各级中，各级比焓降不大，比焓降的变 化也不大。(为减小叶高损失，叶轮的平均直径较小，相应的圆
周速度也较小。同时，为保证各级在最佳速度比附近工作，则各 级比焓降不大。高压各级的比容变化较小，因而各级的平均直径 变化也不大，所以各级比焓降的变化也不大。)
在高压各级中，可能存在的级内损失有：轮周损失、 叶高损失、扇形损失、漏汽损失、叶轮摩擦损失、部分 进汽损失等。高压级段蒸汽的比容较小，而漏汽间隙又 不可能按比例减小，故漏汽量相对较大，漏汽损失较大。 对于部分进汽的级，由于不进汽的动叶弧段成为漏汽的 通道，使漏汽损失更有所增大。高压级段蒸汽的比容较 小，叶轮摩擦损失也相对较大。此外，高压级段叶片高 度相对较小，所以叶高损失也较大。可见，高压段各级 的效率相对较低。
四、多级汽轮机的余速利用
在多级汽轮机中，除了调节级和末级外，上一级的 余速动能可以全部或部分地被下一级所利用。余速利用 提高了汽轮机的相对内效率。
第三节 多级汽轮机的损失与效率
一、多级汽轮机的损失
外部损失：不直接影响蒸汽状态的损失（全机损 失，不属于某一级）； 内部损失：直接影响蒸汽状态的损失（级内损 失）； 轴端漏汽损失 外部 损失 整机 损失 机械损失 级内损失（9项）
第一节
概
述
增大汽轮机单机功率的途径： 流量增加，叶片高度增加，受强度受到限制，则 通流面积受到限制。 焓降增加，会使ca增加，若保持最佳速比，则u 增加。u增加受叶轮、叶片强度的限制。 增加汽轮机单机功率的途径是采用多级汽轮机。 多级汽轮机是由若干级按工作压力高低顺序排列的 组成的，每一级承担蒸汽总焓降的一部分，蒸汽依次通 过各级做功，汽轮机的输出功率是各级功率之和。 常见的多级汽轮机有两种型式：多级冲动式汽轮机 和多级反动式汽轮机。 现代大容量汽轮机都采用多级设计！
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多级汽轮机的工作过程
（三）中压段 中压级特点是：中压级段处于高压级段和低压级段 之间，其蒸汽比容既不像高压级段那样很小，也不像低 压级段那样很大。因此，中压级有足够的叶片高度，叶 高损失较小；一般为全周进汽，没有部分进汽损失。此 外，中压级漏汽损失较小，叶轮摩擦损失也较小，也没 有湿汽损失。所以，中压各级的级内损失较小，效率要 比高压级和低压级都高。 为了保证汽轮机通流部分的通畅，各级喷嘴和动叶 的高度沿蒸汽流动方向是逐渐增大的，所以中压各级的 反动度一般介于高压级和低压级之间，且逐渐增大。 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' t k

但第一级总是有损失存在的，因 此第一级排汽的比熵和温度将增 加，使第二级进口温度不再是 而是 p1 , t1 ，此时第二级的理想比
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多级汽轮机的工作过程
p3 p 2
k -1 k
焓降变为：
ht
2
k RT1 1 k -1
第二节
多级汽轮机的工作过程
多级汽轮机各缸工作特点小结
蒸汽 汽缸 汽缸 参数 受力 高 高温 多层缸压力 压 热应 缸 高压 较厚 力 中 高温 多层 压力 压 较薄 热应 缸 中压 力 低 低温 多层 压力 压 低压 薄 热应 缸 力 容积 叶片 平均 级焓 流量 型式 直径 降 较短 小 直叶 小 小 微弯 扭叶 中 较长 中 中 扭叶 长 反动 主要 效率 功率 度 损失 叶高 不足 较小 漏汽 较低 1/3 部分 大于 中等 漏汽 较高 1/3 近 较大 湿汽 稍低 1/3
各级的理想焓降为：
h
则有：
t
ht1 ht2 ht3 ht4 ht htmac