汽輪機(jī)原理(第二章)

1、第二章第二章 多級汽輪機(jī)多級汽輪機(jī) a*atuuxc2 h*tth 300 16.7/537/537N為何要采用多級汽輪機(jī)？為何要采用多級汽輪機(jī)？從從分析分析結(jié)論：結(jié)論：多級汽輪機(jī)即可保證每一級在多級汽輪機(jī)即可保證每一級在a opx（ ）下工作下工作( (效率高效率高) )，又可使，又可使例如：湖南益陽電廠例如：湖南益陽電廠 ( (功率大功率大) )高壓缸：高壓缸：12級級+1單列調(diào)節(jié)級單列調(diào)節(jié)級 中壓缸：中壓缸：9級級低壓缸：低壓缸：14級級 共共36級級圖圖3 3MWMW汽輪機(jī)汽缸及連接汽輪機(jī)汽缸及連接21 21 多級汽輪機(jī)的特點(diǎn)與損失多級汽輪機(jī)的特點(diǎn)與損失1. 1. 汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原

2、理汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理一一 、多級汽輪機(jī)的工作過程、多級汽輪機(jī)的工作過程圖國產(chǎn)圖國產(chǎn)MWMW汽輪機(jī)高、中壓缸縱剖面圖汽輪機(jī)高、中壓缸縱剖面圖圖國產(chǎn)圖國產(chǎn)MWMW汽輪機(jī)低壓缸縱剖面圖汽輪機(jī)低壓缸縱剖面圖0P0Pti主汽閥前壓力主汽閥前壓力調(diào)節(jié)汽閥后壓力調(diào)節(jié)汽閥后壓力整臺汽輪機(jī)的理想焓降整臺汽輪機(jī)的理想焓降 整臺汽輪機(jī)的實(shí)際焓降整臺汽輪機(jī)的實(shí)際焓降 2 .熱力過程線熱力過程線 以右圖為例以右圖為例 （圖（圖2）二、二、 多級汽輪機(jī)的優(yōu)點(diǎn)多級汽輪機(jī)的優(yōu)點(diǎn)1.1.功率大功率大2.2.效率高效率高3.3.單位功率投資省單位功率投資省 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，總造價高，且存在一些附結(jié)構(gòu)復(fù)雜，總造價高，且

3、存在一些附加損失加損失 （漏汽損失大，濕汽損失）。（漏汽損失大，濕汽損失）。三、多級汽輪機(jī)各級段的工作特點(diǎn)三、多級汽輪機(jī)各級段的工作特點(diǎn)1. 1. 高壓段高壓段2 .2 .中壓段中壓段3 .3 .低壓段低壓段四、重?zé)岈F(xiàn)象和重?zé)嵯禂?shù)四、重?zé)岈F(xiàn)象和重?zé)嵯禂?shù)1 .重?zé)岈F(xiàn)象重?zé)岈F(xiàn)象 以四級組成的多級汽輪機(jī)以四級組成的多級汽輪機(jī) 為例進(jìn)行說明，其熱力過為例進(jìn)行說明，其熱力過 程線（圖程線（圖25）：）： 因?yàn)樵谝驗(yàn)樵趆s圖上，過熱區(qū)的等圖上，過熱區(qū)的等壓線沿熵增方向是擴(kuò)張型的。壓線沿熵增方向是擴(kuò)張型的。22tthh 哪個大？哪個大？和和重?zé)岈F(xiàn)象重?zé)岈F(xiàn)象前級的損失被下級部分利用，前級的損失被下級部分利用，

4、使下級的理想焓降在相同的壓差下比前級使下級的理想焓降在相同的壓差下比前級無損失時的理想焓降略有增大，這種現(xiàn)象無損失時的理想焓降略有增大，這種現(xiàn)象就稱為多級汽輪機(jī)的重?zé)岈F(xiàn)象。就稱為多級汽輪機(jī)的重?zé)岈F(xiàn)象。（為什么？）為什么？）2th2thtttttjjtHhhhhh432141432141ttttjjthhhhh2 . 重?zé)嵯禂?shù)重?zé)嵯禂?shù)顯然顯然tjjtHh4141jjth定義定義tjtjtHHh41為重?zé)嵯禂?shù)為重?zé)嵯禂?shù) （1 1）影響重?zé)嵯禂?shù)的因素影響重?zé)嵯禂?shù)的因素?整臺汽輪機(jī)的相對內(nèi)效率整臺汽輪機(jī)的相對內(nèi)效率各級平均內(nèi)效率各級平均內(nèi)效率iit 由（由（1）（）（2）（）（3）式得：）式得：sir

5、i （1+ ）（2 2）（3 3）41jjtisrihH即整臺汽輪機(jī)的相對內(nèi)效率大于各級的平均即整臺汽輪機(jī)的相對內(nèi)效率大于各級的平均相對內(nèi)效率。相對內(nèi)效率。siri結(jié)論：結(jié)論：引論：引論：能否說能否說越大，汽輪機(jī)的效率越高？越大，汽輪機(jī)的效率越高？答案：不能。因?yàn)榇鸢福翰荒堋Ｒ驗(yàn)槁示驮降?。率就越低。增大是以損失為前提的。增大是以損失為前提的。增大，說明損失增大，重?zé)岈F(xiàn)象只能回收增大，說明損失增大，重?zé)岈F(xiàn)象只能回收損失中的一部分，而這一部分遠(yuǎn)不能補(bǔ)償損失損失中的一部分，而這一部分遠(yuǎn)不能補(bǔ)償損失的增大，所以應(yīng)說，的增大，所以應(yīng)說，越大，汽輪機(jī)的內(nèi)效越大，汽輪機(jī)的內(nèi)效五五、進(jìn)汽阻力損失和排汽阻力損失

6、進(jìn)汽阻力損失和排汽阻力損失主汽閥前蒸汽壓力；主汽閥前蒸汽壓力；調(diào)節(jié)汽閥后蒸汽壓力；調(diào)節(jié)汽閥后蒸汽壓力；高壓缸排汽壓力；高壓缸排汽壓力；低壓缸進(jìn)汽壓力；低壓缸進(jìn)汽壓力；低壓缸末級動葉后壓力；低壓缸末級動葉后壓力；凝汽器壓力。凝汽器壓力。0p0pspspcpcp圖汽輪機(jī)蒸汽系統(tǒng)圖汽輪機(jī)蒸汽系統(tǒng)1 1 .進(jìn)汽機(jī)構(gòu)阻力損失進(jìn)汽機(jī)構(gòu)阻力損失 （圖（圖22）（1 1）以焓降表示）以焓降表示（2 2）以壓降表示）以壓降表示0000P PPP=（0.030.05）=tttHHH02 2 .連通管的壓力損失連通管的壓力損失ssssP PPP=（0.020.03）=注：再熱機(jī)組還有冷注：再熱機(jī)組還有冷、熱再熱管道

7、及熱再熱管道及再熱器阻力損失。再熱器阻力損失。3 3 .排汽阻力損失（圖排汽阻力損失（圖22）（1 1）以焓降表示）以焓降表示（2 2）以壓降表示）以壓降表示ccccP PPP=（0.020.06）=ttctHHH（3 3）降低排汽阻力損失的措施）降低排汽阻力損失的措施將排汽管設(shè)計(jì)成具有良好性將排汽管設(shè)計(jì)成具有良好性能的擴(kuò)壓管，使排汽中部分動能能的擴(kuò)壓管，使排汽中部分動能轉(zhuǎn)變成靜壓，以補(bǔ)償排汽管中的轉(zhuǎn)變成靜壓，以補(bǔ)償排汽管中的壓力損失。壓力損失。4 4 .多級汽輪機(jī)的熱力過程線（圖多級汽輪機(jī)的熱力過程線（圖22）22 22 汽輪機(jī)及其裝置的評價指標(biāo)汽輪機(jī)及其裝置的評價指標(biāo)iit 一一、汽輪機(jī)的

8、相對內(nèi)效率汽輪機(jī)的相對內(nèi)效率 相對效率：輸入能量以全機(jī)的理相對效率：輸入能量以全機(jī)的理想焓降計(jì)算。想焓降計(jì)算。絕對效率：輸入能量以整個循環(huán)中絕對效率：輸入能量以整個循環(huán)中1kg1kg蒸汽在鍋爐里吸收熱量計(jì)算。蒸汽在鍋爐里吸收熱量計(jì)算。效率效率 二二、理想功率理想功率0tt3600DP圖汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組圖汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組式式中中0D汽輪機(jī)進(jìn)汽量，汽輪機(jī)進(jìn)汽量，kg/h 0i0tiiti36003600DDPP mmP為克服軸承摩擦阻力、帶動主軸泵、為克服軸承摩擦阻力、帶動主軸泵、調(diào)速器等消耗的能量。調(diào)速器等消耗的能量。機(jī)械效率機(jī)械效率 三三、內(nèi)功率內(nèi)功率四四、軸功軸功率率式中式中36000mitmi

9、axHDPPmiaxPPPmm分析：分析：越高。越高。 （1 1）對同一機(jī)組，負(fù)荷越大，）對同一機(jī)組，負(fù)荷越大，越高。越高。（2 2）對不同機(jī)組，容量越大，）對不同機(jī)組，容量越大， imiaxmPPPP1五五、電機(jī)功率電機(jī)功率0timge1axg3600DPP =式中式中 發(fā)電機(jī)效率，因發(fā)電機(jī)存在冷卻介質(zhì)發(fā)電機(jī)效率，因發(fā)電機(jī)存在冷卻介質(zhì)的摩擦的摩擦、銅損銅損(線圈發(fā)熱線圈發(fā)熱)、鐵損鐵損(鐵芯渦鐵芯渦流發(fā)熱流發(fā)熱) 。g注：對國產(chǎn)注：對國產(chǎn)125MW125MW機(jī)組以上的機(jī)組：機(jī)組以上的機(jī)組： i 87%m 99%g97% .六六、相對電效率相對電效率e1表示每表示每1kg1kg蒸汽的理想焓降轉(zhuǎn)

10、變成電能的份額蒸汽的理想焓降轉(zhuǎn)變成電能的份額七七、循環(huán)效率循環(huán)效率ttfwhh=hfwh主蒸汽焓主蒸汽焓 鍋爐給水焓鍋爐給水焓 式中g(shù)miel八八、絕對電效率絕對電效率timga e1timgfwhh ，a e1，表示每表示每kgkg蒸汽熱量最終轉(zhuǎn)變成電能的份額。蒸汽熱量最終轉(zhuǎn)變成電能的份額。 九九、汽耗率汽耗率0e1dDP d d表示每生產(chǎn)表示每生產(chǎn)1kWh1kWh電能所消耗的蒸汽量。電能所消耗的蒸汽量。 汽耗率僅能進(jìn)行同類型同參數(shù)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性比較，汽耗率僅能進(jìn)行同類型同參數(shù)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性比較， 不適用于不同類型機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性比較。不適用于不同類型機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性比較。十十、熱耗率熱耗率ofwqdh

11、 -h （）q q表示每生產(chǎn)表示每生產(chǎn)1kWh1kWh電能所消耗的熱量。電能所消耗的熱量。q q即可進(jìn)行同類型機(jī)組的比較，也可進(jìn)行不同類即可進(jìn)行同類型機(jī)組的比較，也可進(jìn)行不同類型機(jī)組的比較。型機(jī)組的比較。若再熱機(jī)組，必須加再熱蒸汽吸熱量，即若再熱機(jī)組，必須加再熱蒸汽吸熱量，即再熱器進(jìn)口蒸汽焓。再熱器出口蒸汽焓；再熱蒸汽量；式中rrrrrrfwhhDhhDDhhdq0023 23 多級汽輪機(jī)的軸向推力及平衡多級汽輪機(jī)的軸向推力及平衡1 1 .方向方向 一般是高壓端一般是高壓端低壓端低壓端2 2 .大小大小 沖動式汽輪機(jī)可達(dá)沖動式汽輪機(jī)可達(dá)404080t80t 反動式汽輪機(jī)可達(dá)反動式汽輪機(jī)可達(dá)20

12、0200300t300t（為什么？）（為什么？） 注：只有作用在轉(zhuǎn)動部分上才能產(chǎn)生軸向推力注：只有作用在轉(zhuǎn)動部分上才能產(chǎn)生軸向推力3 3 .危害性危害性 嚴(yán)重危及機(jī)組的運(yùn)行安全嚴(yán)重危及機(jī)組的運(yùn)行安全一、軸向推力的概念一、軸向推力的概念二、沖動式汽輪機(jī)的軸向推力及計(jì)算二、沖動式汽輪機(jī)的軸向推力及計(jì)算1 1 .作用在動葉上的軸向推力（圖作用在動葉上的軸向推力（圖221 1）2022111sinsinppldccGFmbmz分析：分析：z1z1F eF（3 3）對復(fù)速級，為兩列動葉軸向力之和。）對復(fù)速級，為兩列動葉軸向力之和。（1 1）對沖動級，軸向分速改變不大，第一項(xiàng)可略去。）對沖動級，軸向分速改

13、變不大，第一項(xiàng)可略去。（2 2）對部分進(jìn)汽級，）對部分進(jìn)汽級， 2 2 . 葉輪輪面兩側(cè)壓差產(chǎn)生的軸向推力葉輪輪面兩側(cè)壓差產(chǎn)生的軸向推力z2F2z2mbdF dld 422（- ）（P -P）dP2P式中式中 葉輪后壓力葉輪后壓力（1 1）當(dāng)輪盤面積及前后壓差較大時，）當(dāng)輪盤面積及前后壓差較大時， 分析：分析：z2F較大，較大，一般在輪盤上開平衡孔。一般在輪盤上開平衡孔。（2 2）部分進(jìn)汽級，不進(jìn)汽動葉也受壓差）部分進(jìn)汽級，不進(jìn)汽動葉也受壓差的作用，再加上的作用，再加上葉輪前壓力葉輪前壓力d2（P -P）這一項(xiàng)。這一項(xiàng)。)()1 (2PPldedbm3 3 .作用在軸凸肩上的軸向推力作用在軸凸

14、肩上的軸向推力z3F一般很小一般很小任一級總軸向推力任一級總軸向推力整臺汽輪機(jī)軸向推力整臺汽輪機(jī)軸向推力 zz1z2z3F =F +F +Fzz1z2z3F =F +F +F。對應(yīng)計(jì)算面上的靜壓力外徑；對應(yīng)計(jì)算面上的內(nèi)徑和、式中xxzpddpddF21212234z3F2 2 .軸向推力的組成軸向推力的組成（1 1）作用在動葉上的軸向推力）作用在動葉上的軸向推力（2 2）作用在轉(zhuǎn)鼓錐形面上的推力）作用在轉(zhuǎn)鼓錐形面上的推力（3 3）作用在轉(zhuǎn)子階梯上的軸向推力）作用在轉(zhuǎn)子階梯上的軸向推力四、軸向推力的平衡方法四、軸向推力的平衡方法1 1 .采用平衡活塞采用平衡活塞（1 1）原理（圖）原理（圖222

15、 2）1 1 .反動式汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子為鼓式轉(zhuǎn)子，無葉輪，反動式汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子為鼓式轉(zhuǎn)子，無葉輪， 葉片直接裝在轉(zhuǎn)鼓上。（為什么？）葉片直接裝在轉(zhuǎn)鼓上。（為什么？）三、反動式汽輪機(jī)的軸向推力三、反動式汽輪機(jī)的軸向推力 將轉(zhuǎn)子高壓軸封第一段軸封直徑加大，使其產(chǎn)生將轉(zhuǎn)子高壓軸封第一段軸封直徑加大，使其產(chǎn)生平衡活塞作用。平衡活塞作用。x1PP 漏汽環(huán)形面積增大，漏汽量加大。一般漏汽環(huán)形面積增大，漏汽量加大。一般用于中小型機(jī)組，但目前用于中小型機(jī)組，但目前300MW300MW及以上反動及以上反動式汽輪機(jī)廣泛采用（高壓、中壓、低壓平衡式汽輪機(jī)廣泛采用（高壓、中壓、低壓平衡活塞）。活塞）。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：（2 2）計(jì)算

16、）計(jì)算。平衡活塞兩側(cè)的壓力差上的內(nèi)徑和外徑；分別為平衡活塞作用面、式中pddpddFz21212242 2 .在葉輪上開平衡孔在葉輪上開平衡孔 常在前后壓差較大的高中壓級葉輪上開常在前后壓差較大的高中壓級葉輪上開5 5或或7 7個平衡孔（個平衡孔（為什么是單數(shù)？為什么是單數(shù)？）。）。 例如：例如： 國產(chǎn)國產(chǎn)125MW125MW機(jī)組高中壓缸各級均開機(jī)組高中壓缸各級均開7 7個個 50的平的平衡孔；國產(chǎn)衡孔；國產(chǎn)200MW200MW機(jī)組第機(jī)組第2 21212級葉輪均開級葉輪均開5 5個個 的平衡孔。的平衡孔。 503 3 .汽缸采用反向流動布置汽缸采用反向流動布置 軸向推力經(jīng)過上述平衡后，剩余的不

17、平衡軸向軸向推力經(jīng)過上述平衡后，剩余的不平衡軸向推力由推力軸承承擔(dān)。推力由推力軸承承擔(dān)。 高中壓缸對稱反向布置，低壓缸對稱反向分流高中壓缸對稱反向布置，低壓缸對稱反向分流布置（如國產(chǎn)布置（如國產(chǎn)300MW及及600MW機(jī)組）。機(jī)組）。4 4 .采用推力軸承采用推力軸承推力軸承結(jié)構(gòu)推力軸承結(jié)構(gòu) 推力盤推力盤推力瓦塊推力瓦塊工作瓦塊工作瓦塊非工作瓦塊非工作瓦塊2424軸封及其系統(tǒng)軸封及其系統(tǒng)一、汽封的種類與作用一、汽封的種類與作用1 1 .汽封的種類汽封的種類 （1 1）按位置分）按位置分 汽封汽封通流部分汽封通流部分汽封隔板汽封隔板汽封軸端汽封（軸封）軸端汽封（軸封） （2）按結(jié)構(gòu)型式分）按結(jié)構(gòu)

18、型式分 汽封汽封曲徑式曲徑式碳精式碳精式水封式水封式2 2 .軸封裝置的作用軸封裝置的作用（1 1）高壓端防止蒸汽外漏）高壓端防止蒸汽外漏（2 2）低壓端防止空氣漏入汽缸）低壓端防止空氣漏入汽缸二、齒形曲徑軸封（齒形軸封）二、齒形曲徑軸封（齒形軸封）1 1 .種類（圖種類（圖213213）2 2 .工作原理（圖工作原理（圖214214）c常數(shù)（芬諾曲線，即等流量曲線）（芬諾曲線，即等流量曲線）3 3 .軸封漏汽量計(jì)算軸封漏汽量計(jì)算 將軸封的每個齒隙看作一個漸縮噴嘴，則若出現(xiàn)臨將軸封的每個齒隙看作一個漸縮噴嘴，則若出現(xiàn)臨界，只有最后一個齒隙。界，只有最后一個齒隙。 音速音速 a= KRT ，馬赫

19、數(shù)馬赫數(shù) caM ，順流動方向順流動方向 軸封漏汽量計(jì)算以最后一個齒隙達(dá)臨界和未達(dá)臨軸封漏汽量計(jì)算以最后一個齒隙達(dá)臨界和未達(dá)臨界兩種情況討論。界兩種情況討論。 （1 1）最后一個齒隙未達(dá)臨界）最后一個齒隙未達(dá)臨界 0z0=ZPllGA220（P -P ）ac，。分析：分析：lGlAZ 與軸封前后壓差、漏氣面積與軸封前后壓差、漏氣面積及齒數(shù)及齒數(shù)有關(guān)。有關(guān)。 在在 lA lZG 。一定時，一定時，或或。 （2 2）最后一片齒隙達(dá)臨界）最后一片齒隙達(dá)臨界 0= ZllGA0P+1.25（3 3）臨界狀態(tài)的判別）臨界狀態(tài)的判別z0P、P當(dāng)當(dāng) 時，最末齒隙達(dá)臨界時，最末齒隙達(dá)臨界當(dāng)當(dāng) 時，最末齒隙亞臨界時，最末齒隙亞臨界 z00.821.25PPZz00.821.25PPZ（4 4）漏汽量的修正）漏汽量的