1、第二章 多级汽轮机与汽轮机装臵 绪论 1.功率要求：大焓降。2.经济性要求：高参数、大容量，大焓降。3.最佳速比的限制：大焓降要求大的dm，制造难。研究内容 基于汽轮机优化设计原则分析：1.汽轮机通流部分结构；2.热力参数变化特征；3.进、排汽损失；4.汽轮机转子的轴向推力与平衡技术；5.轴端漏汽及轴封系统的计算和设计方法。第二章 多级汽轮机与汽轮机装臵 重点掌握 基于最佳速比与反动度设计原则，分析汽轮机通流部分结构与热力变化特征和主要损失分布。进、排汽损失机理和减小方法，汽轮机各效率表示方法。汽轮机转子的轴向推力及影响因素，轴向推力平衡方法。汽封漏汽计算原理与方法，防止空气内漏、蒸汽外泄的轴
2、封系统设计思想与方法。2.1 多级汽轮机的特点多级汽轮机的特点 提高机组功率和效率、实现抽汽回热和中间再热的必然结果。2.1.1 性能特点性能特点 1.循环效率高：蒸汽参数提高、焓降增大,实现抽汽回热和中间再热。2.级的相对内效率高：1)合理分配各级焓降使之在最佳速比附近工作；2)大多数级的余速得到利用；3)平均焓降减小，可使级的平均直径减小，提高叶片高度；4)因存在重热现象，前级产生的损失部分地被下级利用。3.单位功率的制造、投资减小。第一讲 多级汽轮机的特点 多数级可不超音速；第一讲 多级汽轮机的特点 重热和重热系数重热和重热系数 在水蒸汽的焓熵图上，等压线沿熵增方向逐渐扩张，即等压线间的
3、理想焓降随熵增而增大。这种由熵增损失产生的各级理想焓降之和大于整机理想焓降的现象称为多级汽轮机的重热现象。重热系数重热系数 各级理想焓降之和大于整机理想焓降的增量与整机理想焓降的比，即：ht考虑损失后级的理想焓降；mactmactthhh重热系数一般为：0.040.08 mactmactthhh第一讲 多级汽轮机的特点 影响重热系数的因素：影响重热系数的因素：1.若级效率为1，=0；2.级数多，大；3.初、终参数高，则大（压力线扩张的多）；4.湿区的小；重热利用是以熵增损失为代价，只是利用了上级损失中的部分能量，即减小上级损失产生的影响，但总的结果全机的效率是下降的。第一讲 多级汽轮机的特点
4、影响重热系数的因素：影响重热系数的因素：由于级的焓降决定于最佳速比，在计及重热后，整机的级数增多。全机效率：重热的利用可使整个汽轮机的效率大于各级的平均效率，但是它是以降低级效率为前题，只能回收热损失的一部分，所以重热系数不是越大越好。重热系数一般为0.040.08 maxitihh第一讲 多级汽轮机的特点 2.1.2 多级汽轮机的结构与工作特征多级汽轮机的结构与工作特征 蒸汽在多级汽轮机中膨胀作功，压力和温度降低、比容增大，音速变小，导致沿蒸汽膨胀流程的通流面积增大，使汽轮机通流部分的结构和工作特征沿蒸汽流程发生很大变化。比容变化 因 压力较高时，比容随压力变化的灵敏度系数较小；反之，压力较
5、低时则较大。故在高压缸中，尽管蒸汽压力下降，但比容变化较小，容积流量增大较小，叶片高度增大缓慢。在中压缸中叶高增速加快，在低压缸中比容变化很大，叶片快速增高。对抽汽回热汽轮机，通过抽汽抑制叶片高度的快速增长。2vRTpp 第一讲 多级汽轮机的特点 最佳速比决定级的焓降 随蒸汽膨胀，容积流量增大，叶片高度和平均直径增大，伴随焓降逐级增大。低压级更易达临界:随蒸汽膨胀，音速下降，与此同时级焓降增大，汽流速度上升，更易使汽流速度达到音速。故在汽轮机中，低压级更容易达到临界或超临界。平均反动度随叶高增大 随蒸汽膨胀，叶高增大(除抽汽引起级流量减小外)，在叶根取一定反动度下，平均直径处的反动度随叶高增大
6、，故反动度呈逐级增大势态。第一讲 多级汽轮机的特点 整机特征 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。蒸汽 参数 汽缸 汽缸 受力 容积 流量 叶片 型式 平均 直径 级 焓降 反 动度 主 要损失 效率 功率 高 压 缸 高温 高压 多层缸 较厚 压力 热应 力 小 较短 直叶 微弯 小 小 较小 叶高 漏汽 部分 较低 不足 1/3 中 压 缸 高温 中压 多层 较薄 压力 热应 力 中 扭叶 较长 中 中 中等 漏汽 较高 大
7、于 1/3 低 压 缸 低温 低压 多层 薄 压力 热应 力 大 扭叶 长 大 大 较大 湿汽 稍低 近 1/3 第一讲 多级汽轮机的特点 2845272344331832500%20%40%60%80%100%高压缸 中压缸 低压缸ABB 汽轮机各汽缸损失分布叶型损失二次流损失泄漏损失第一讲 多级汽轮机的特点 2.1.3 进、排汽损失 系统特征 工艺流程：新蒸汽经自动主汽门和调节汽门进入汽轮机，膨胀作功后由高压缸排汽回到锅炉再热器中加热，经中压主汽门和中压调节汽门到中、低压缸中继续膨胀作功，再由低压排汽口排向凝汽器。蒸汽在汽轮机本体之外流道中的流动必然产生损失，将使机组的效率下降。这些损失归
8、结为进汽损失和排汽损失两部分。主要特征是汽流的沿程摩擦、转向和涡流损失三方面。第一讲 多级汽轮机的特点 进汽损失 蒸汽在进汽机构通道上流动过程简化为绝热等焓过程。进汽损失定义为：由进汽机构流动损失所产生的整机理想焓降减小的部分。为计算方便，通常用压损占新汽压力的百分数来表示；损失的大小取决于汽流速度和主汽门及调门的空气特性。对高压进汽部分，压损：对于再热管道及再热器，压损：0(0.03 0.05)pp 0(0.12 0.15)rpp Westinghouse 600MW汽轮机高压主汽门汽轮机高压主汽门 第一讲 多级汽轮机的特点 第一讲 多级汽轮机的特点 排汽损失 排汽部分通常做成蜗壳扩散式，并
9、内装导流环，尽可能使排汽的余速动能转变为压力能，补偿流动产生的损失。排汽管内的流动主要表现为:1.流动压降损失;2.动能损失转变为热能;3.降速扩压。排汽损失：用汽轮机未级动叶出口静压与凝汽器喉部静压差表示。由能量平衡得:221111 122 2022pcpc第一讲 多级汽轮机的特点 排汽损失：排汽管阻力系数；cex 排汽管中汽流速度；pc 凝汽器内蒸汽压力；用汽轮机未级动叶出口静压与凝汽器喉部静压差表示。由能量平衡得:221111 122 2022pcpckPapcpcexc)100(12221121112ccpp221111 122 2022pcpc212 202c 其中：第一讲 多级汽轮
10、机的特点 排汽总损失：进入凝汽器的蒸汽动能和排汽通道的流动压力损失：即:(0-压力损失)静压恢复系数：排汽通道出口、进口静压差与末级动叶出口蒸汽动能之比。即:能量损失系数：排汽通道总损失与末级动叶出口蒸汽动能之比。即：由：212 202c 21211 12exppc211 12exc1exex第一讲 多级汽轮机的特点 可知：当 ，线1-2回收压头正好补偿流动损失压头；当 ，线1-3 余速动能全部转变为静压头；当 ，部分汽 流动能转变为压力能；p2p1，降低了未级压力提高 了出力。当 ，线1-4 扩压回收的压力不足以弥 补沿程阻力损失，扩压器效果不好。0;1exex1;0exex0;1exex0
11、;1exex第一讲 多级汽轮机的特点 2.1.4 机组性能评价指标机组性能评价指标 汽轮机性能评价指标分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。相对效率又分整机相对内效率和缸相对内效率 相对内效率 有效焓降与理想焓降之比，绝对内效率 有效焓降与循环吸热量之比，循环热效率 理想焓降与循环吸热量之比，显然，提高绝对内效率的途径 是增大循环热效率和相对内效率。机械效率 汽轮机轴端输出功率与内功率之比，,0()Tia ichhh0()Tttchhh,a itiTiiTthhemiPP第一讲 多级汽轮机的特点 机械效率描
12、述了轴承摩擦、主油泵等的功率消耗。发电机效率 发电机功率输出与汽轮机轴端功率之比，发电机损失主要是机械损失(机械摩擦和风扇功耗)和电气损失(励磁功耗、铁损、铜损)。汽轮发电机组相对电效率 汽轮发电机组绝对电效率 汽耗率 机组发出1KW h电量所消耗的蒸汽量，用下式表示 汽耗率并不能完整地表示机组经济性的优劣。回热抽汽机组的汽耗率大于非回热抽汽机组，但前者的循环效率高于后者。热耗率 机组发出1KW h电量所消耗的热量，用下式表示 /gelePPelimg eltimg 0(/)1000/3600/()macelteld kg kWhDPh00()3600()/()maccctelqd hhhhh
13、第一讲 多级汽轮机的特点 对中间再热机组，煤耗率 机组发出1KW h电量所消耗的标煤量(标准煤g/KW h）。(1kg标准煤发热量为7000Kcal)。发电煤耗、供电煤耗。目前，国际上汽轮发电机组的绝对电效率最高达到42.7%。2.1.5 本讲小结本讲小结 本讲所涉教材内容 PP48 60 基本概念 重热系数 进汽损失 排汽损失 能量损失系数 静压恢复系数 相对内效率、绝对内效率 循环效率 汽耗率 热耗率 基本原理 多级汽轮机的叶高、反动度、焓降变化 效率计算原理 强化掌握 多级汽轮机原理 多级汽轮机通流部分变化和主要损失 各种效率意义与计算 00()()rDcrrDqd hhhh第二讲 多级
14、汽轮机的轴向力与漏汽计算 2.2.1 轴向力的计算轴向力的计算 转子上的轴向推力包括动叶、叶轮和转子凸肩三个方面。主要是汽流力和压差力：动叶上的轴向力 动叶上的汽流力正比于流量、级的反动度和动叶的有效作用面。即:其中:IIIIIIzzzzFFFF12()szzzFFApp22112211(sinsin)(sinsin)szmmFwwcctt第二讲 多级汽轮机的轴向力与漏汽计算 叶轮上的轴向力 压力反动度 动叶前后压差与级压差的比值：h-s图上，同一压差的焓降随压力降低而增大，故压力反动度小于焓降反动度，用焓降反动度替代压力反动度计算轴向力偏于安全。叶轮上的轴向力决定于叶轮两侧的压差。而压差的大
15、小决定于：隔板漏汽 、平衡孔漏汽 、叶根漏汽 的平衡和动叶根部汽流产生的抽汽效应和叶轮旋转产生的泵浦效应。三者的流决定于隔板与叶轮空间的压力 。1202pppppdp1 lG1lG2lG3lG第二讲 多级汽轮机的轴向力与漏汽计算 叶轮反动度 漏汽量计算 隔板漏汽量 计算按汽封漏汽计算 公式计算。平衡孔漏汽量 计算采用不可压缩 流体的流量计算公式计算 其中：202ddpppp 22222()dlldppGAv12G11012()ldldAppGvz20.30.45lGl1 1 lG第二讲 多级汽轮机的轴向力与漏汽计算 动叶根部漏汽量动叶根部漏汽量 按不可压缩流体流量计算公式计算，即：动叶根部轴向
16、间隙静压、抽汽、泵浦效应的等效压差。根据动叶根部稍有漏汽的流量平衡条件：3332rlldpGAv30.4l13Grp232231lllGGG第二讲 多级汽轮机的轴向力与漏汽计算 抽汽效应抽汽效应 喷嘴中流出的高速汽流在叶根处对隔板与叶轮间腔室内的蒸汽产生抽吸作用，其效应相当于增大腔室中的压力。抽汽效应反动度抽汽效应反动度 抽汽效应产生的压差与级压差的比值：02ccppp 抽气效应产生的压差cp2.01.0:一般c第二讲 多级汽轮机的轴向力与漏汽计算 泵浦泵浦(pumping)效应：效应：高速旋转的叶轮带动周围蒸汽旋转运动，离心力使部分蒸汽产生指向叶根的径向运动，增大了叶根两侧的压差。泵浦效应产生在叶轮和叶根间隙两侧产生的压差。与级压差的比值：为泵浦效应反动度，一般取：它与叶根处最小轴向与间隙的大小有关。02bbppp bp2.01.0 b第二讲 多级汽轮机的轴向力与漏汽计算 从而有：即：其中：通过流量平衡：求得：1rrdcbppppp02()()rrdcbppp 或ddp2021pppprr(Pg63-64)232231lllGGG第二讲 多级汽轮机的轴向力与漏汽计算 作用在轴的凸肩上
