汽輪機(jī)原理02

1、1第二章 多級(jí)汽輪機(jī) 第一節(jié) 多級(jí)汽輪機(jī)的工作過(guò)程一，多級(jí)汽輪機(jī)的特點(diǎn)和工作過(guò)程 1，多 級(jí) 汽 輪 機(jī) 的采用： 為了提高汽輪機(jī)的功率 ，就必須增加汽輪機(jī)的進(jìn)汽量G 和蒸汽的理想焓降。 從經(jīng)濟(jì)和安全兩個(gè)方面來(lái)考慮，只有一個(gè)級(jí)的汽輪機(jī)要能有效地利用很大的理想焓是不可能的。為了有效地利用蒸汽的理想焓降，唯一的辦法就是采用多級(jí)汽輪機(jī)。多級(jí)汽輪機(jī)的一級(jí)只利用總焓降中的一部分。使每一級(jí)都能在最佳速度比附近工作，就能有效地利用蒸汽的理想焓降，提高機(jī)組效率。 和 單 級(jí) 汽 輪 機(jī) 相 比 較 ， 多 級(jí) 汽 輪 機(jī) 具 有 單 機(jī) 功 率 大 和 內(nèi) 效 率 高 的 特 點(diǎn) 。2l 多 級(jí) 汽 輪 機(jī)

2、有 沖 動(dòng) 式 和 反 動(dòng) 式 兩 種 。 國(guó) 產(chǎn) 10 0 MW 、 12 5 M W 、 2 0 0 M W 汽 輪 機(jī) 都 是 沖 動(dòng) 式 多 級(jí) 汽 輪 機(jī) ； 國(guó) 產(chǎn) 3 0 0 M W 汽 輪 機(jī) 則 是 反 動(dòng) 式 汽 輪 機(jī) 。 多 級(jí) 汽 輪 機(jī) 通 常 采 用 噴 嘴 調(diào) 節(jié) （ 控 制 進(jìn) 汽 量 ） ，稱 之為 調(diào)調(diào) 節(jié)節(jié) 級(jí)級(jí) ， 其 余 的 級(jí) 稱 為 壓壓 力力 級(jí)級(jí) 。 中 小 型 汽 輪 機(jī) ， 通 常 采 用 雙 列 級(jí) 作 為 調(diào) 節(jié) 級(jí) ， 大 功 率 汽 輪 機(jī) 多 用 單 列 級(jí) 作 為 調(diào) 節(jié) 級(jí) 。 多 級(jí) 汽 輪 機(jī) 的 通 流 部 分 如 圖

3、 2 - 1所 示 。 l 蒸 汽 進(jìn) 入 汽 輪 機(jī) 各 級(jí) 膨 脹 作 功 ， 壓 力 和 溫 度 逐 級(jí) 降 低 ， 比 容 不 斷 增 加 。 因 此 ，通 流 部 分 尺 寸 是 逐 級(jí) 增 大 的 ， 特 別 是 在 低 壓 部 分 ， 平 均 直 徑 增 加 很 快 。 即 葉 片 的 高 度 越 來(lái) 越 長(zhǎng) 。 由 于 受 到 材 料 強(qiáng) 度 的 限 制 ， 葉 片 不 可 能 太 長(zhǎng) ， 故 大 型 汽 輪 機(jī) 都 采 用 多 排 汽 口 。 如 國(guó) 產(chǎn) 2 0 0 M W 汽 輪 機(jī) ，設(shè) 計(jì) 為 三 排 汽 口 和 兩 排 汽 口 ； 國(guó) 產(chǎn) 3 0 0 M W 汽 輪

4、機(jī) 采 用 兩 排 汽 口 。 32，多多 級(jí)級(jí) 汽汽 輪輪 機(jī)機(jī) 的的 工工 作作 過(guò)過(guò) 程程 ： 蒸 汽 在 多 級(jí) 汽 輪 機(jī) 中 膨 脹 作 功 過(guò) 程 和 在 級(jí) 中 的 膨 脹 作 功 過(guò) 程一 樣。作功過(guò)程是重復(fù)的，但參數(shù)是變化的。3 3，多級(jí)汽輪機(jī)的熱力過(guò)程曲線，多級(jí)汽輪機(jī)的熱力過(guò)程曲線：其熱力過(guò)程曲線如圖2-2。調(diào)節(jié)級(jí)前的蒸汽狀態(tài)點(diǎn)為 ，排汽壓力用 表示。汽輪機(jī)總理想焓降為 。由于進(jìn)汽機(jī)的節(jié)流損失和排汽機(jī)構(gòu)的壓力損失，故調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴前的實(shí)際狀態(tài)點(diǎn)為 , 而汽輪機(jī)末級(jí)動(dòng)葉出口壓力為 ?？紤]了這兩項(xiàng)損失之后，則總的理想焓降為 。 為整機(jī)的有效焓降。 多級(jí)汽輪機(jī)前一級(jí)的排汽狀態(tài)點(diǎn)，就

5、是下一級(jí)的進(jìn)汽狀態(tài)點(diǎn)。把各點(diǎn)連接起來(lái)，就是多級(jí)汽輪機(jī)的熱力過(guò)程曲線。整個(gè)熱力過(guò)程曲線由三部分所組成：進(jìn)汽機(jī)構(gòu)的節(jié)流過(guò)程，各級(jí)實(shí)際膨脹過(guò)程, 排汽管道的節(jié)流過(guò)程。 ),(000tpAcptH 0AcptHiH4第二節(jié)第二節(jié) 多級(jí)汽輪機(jī)的重?zé)岈F(xiàn)象多級(jí)汽輪機(jī)的重?zé)岈F(xiàn)象一，一，重?zé)岈F(xiàn)象重?zé)岈F(xiàn)象 在hs 圖上，在過(guò)熱區(qū)內(nèi)，隨著溫度增加，等壓線是呈擴(kuò)散形；在濕蒸汽區(qū)，等壓線是斜率為常數(shù)的直線。因此，在hs 圖上的兩條等壓線之間的距離（焓降）是隨著熵的增加而增加的。這樣一來(lái)，前一級(jí)的損失造成的熵增，能使后一級(jí)的理想焓降增加。即前一級(jí)的損失，加熱了蒸汽本身，使后一級(jí)的進(jìn)汽溫度升高，即在后一級(jí)得到了利用這就是多

6、級(jí)汽輪機(jī)的重?zé)岈F(xiàn)象重?zé)岈F(xiàn)象。5二，二，重?zé)嵯禂?shù)重?zé)嵯禂?shù)1，重?zé)嵯禂?shù)如右圖：整機(jī)理想焓降為 ，tHtH=1th+2th+3th+tnh由于等壓線是呈擴(kuò)散形，所以：1th=1th，2th2th，3th3th，tnhtnh以上各式相加得：1 th+2th+3th+tnh1 th+2th+3th+tnh即有：nitih1 tH也就是：nitih1=tH+tH=tHttHH1上式之比值：ttHH稱為重?zé)嵯禂?shù)，用表示。則上式寫(xiě)成 nitih1=tH(I+)62，整機(jī)效率與級(jí)效率根據(jù)上述推導(dǎo)， 表示各級(jí)理想焓降之和大于整機(jī)理想焓降。由于這部分熱量的利用，使整機(jī)的內(nèi)效率大于各級(jí)平均內(nèi)效率。設(shè)各級(jí)內(nèi)效率相等，用

7、（ ）表示，則各級(jí)有效焓降為：tHsi1tsiihh2tsiihh，tnsinihh相加得ih+ih+nih=si（1th+2th+tnh）njjih1=si（nitih1）=si（1+）tH7而整機(jī)的內(nèi)效率為：)1 ()1 (1sittsitnjjitiTiHHHhHH由于 0，所以 ，即整機(jī)的內(nèi)效率大于各級(jí)平均內(nèi)效率。通常，重?zé)嵯禂?shù) = 0.03 0.08 ，其大小與下列因素有關(guān)：1) 和級(jí)數(shù)有關(guān)，級(jí)數(shù)多，大；2) 與各級(jí)內(nèi)效率有關(guān)，級(jí)內(nèi)效率低，則大；3) 與蒸汽狀態(tài)有關(guān)，過(guò)熱區(qū)大，濕汽區(qū)小。* 這里，決不能誤認(rèn)為越大越好。因?yàn)樵龃?，是以增加損失為代價(jià)的，而重?zé)嶂荒芑厥論p失其中的一小部分。

8、大會(huì)使整機(jī)的內(nèi)效率降低。siTi三，重?zé)嵯禂?shù)的計(jì)算：一般用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算重?zé)嵯禂?shù) 其中，k修正系數(shù)，過(guò)熱區(qū) k = 0.2；濕汽區(qū) k = 0.12；部分在過(guò)熱區(qū)，部分在濕汽區(qū) k = 0.140.18。zzHktri1187. 4)1 (8第四節(jié)第四節(jié) 多多 級(jí)級(jí) 汽汽 輪輪 機(jī)機(jī) 的的 損損 失失 汽輪機(jī)除了各級(jí)級(jí)內(nèi)損失之外，還有進(jìn)、排汽管道的節(jié)流損失，前后端軸封的漏汽損失，機(jī)械損失。一一 ，前后端軸封的漏汽損失和漏汽量計(jì)算，前后端軸封的漏汽損失和漏汽量計(jì)算1 1，漏汽原因：，漏汽原因： * 由于結(jié)構(gòu)的要求，汽輪機(jī)大軸必須從汽缸內(nèi)向外伸出并支持在軸承座上。這樣，大軸和汽缸之間必須留有一定的間

9、隙。* 汽缸的高壓端，缸內(nèi)蒸汽壓力大于大氣壓力，蒸汽必然要從間隙向外泄漏。 這樣就減少了作功蒸汽量 ， 降低了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。 * 在機(jī)組的排汽端，缸內(nèi)為真空運(yùn)行，蒸汽壓力低于大氣壓力，外界的空氣將通過(guò)間隙流入汽缸內(nèi)，破壞真空，也會(huì)降低機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。92 2 ，減少漏汽的措施：，減少漏汽的措施： 為 了 提 高 汽 輪 機(jī) 的 經(jīng) 濟(jì) 性 ， 防 止 或 減 小 這 種 漏 進(jìn) 、 漏 出 現(xiàn) 象 的 存 在 ， 因 此 ， 在 汽 輪 機(jī) 的 兩 端 漏 氣 （ 汽 ） 處 裝 設(shè) 汽 封 ， 以 減 少 漏 氣 （ 汽 ） 量 。l 裝 在 汽 輪 機(jī) 高 壓 端 的 汽 封 稱 為 前 軸

10、 封 ， 作 用 是 為 了 減 少 高 溫 高 壓 蒸 汽 從 汽 缸 內(nèi) 向向 外外 泄泄 漏漏 ；l 裝 在 汽 輪 機(jī) 低 壓 端 的 汽 封 稱 為 后 軸 封 ， 它 的 作 用 是 為 了 防 止 外 界 空 氣 漏漏 向向 汽汽 缸缸 ， 保 證 汽 缸 內(nèi) 的 真 空 度 。 l 對(duì) 于 多 缸 的 大 型 汽 輪 機(jī) ， 每 個(gè) 缸 的 兩 端 都 有 軸 封 ， 其 作 用 要 根 據(jù) 具 體 情 況 而 定 。（ 一一 ） 齒齒 形形 軸軸 封封 的的 工工 作作 原原 理理 1 1，齒形軸封的結(jié)構(gòu)：，齒形軸封的結(jié)構(gòu)： 現(xiàn)代汽輪機(jī)中常見(jiàn)的軸封是齒形軸封，它是由許多固定在

11、汽缸上的金屬片組成。其高低齒與軸或者軸套上的凸肩溝槽相錯(cuò)對(duì)應(yīng)，使兩者之間保持一 較小的間隙，以形成許多汽封齒隙。而兩齒之間形成一個(gè)環(huán)形汽室，如圖2- 8所示。 10 2 2，減少漏汽的途徑，減少漏汽的途徑：當(dāng)漏汽通過(guò)軸封時(shí)，依次逐個(gè)通過(guò)這些齒隙和環(huán)形汽室。通過(guò)軸封漏量按續(xù)程方程來(lái)確定。為了減少漏汽量，可以通過(guò)：減少齒隙面積A、汽流速度C 和增大比容V 等辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)。 但是：(1), 比容是蒸汽流動(dòng)狀態(tài)來(lái)決定，不可任意改變 。(2), 而面積 分別為軸封直徑、間隙）、軸封直徑d是由大軸的強(qiáng)度確定。為了保證安全，間隙不能太小(一般 = 0.3 0.6 mm) 。 太小，可能使大軸與軸封片摩擦，造成

12、大軸彎曲 ， 引起機(jī)組振動(dòng)。 (3), 唯一可行的辦法就是減小汽流速度C。汽流速度C取決于軸封齒兩側(cè)的壓力差，所以減小軸封齒兩側(cè)的壓力差是減少軸封漏汽量的主要措施。 vCAGll、lllddA(11齒形軸封的工作原理齒形軸封的工作原理：從左圖可見(jiàn)到，蒸汽通過(guò)一環(huán)形齒隙時(shí)，由于通道面積減小，速度增加，壓力從 po降到p1 。但是蒸汽進(jìn)入兩齒間的大空間時(shí)，容積突然增大，速度大為減小。由于渦流和碰撞，蒸汽動(dòng)能被消耗而轉(zhuǎn)變成熱量，使蒸汽焓值又回到原值，如左下圖所示。即蒸汽通過(guò)軸封齒隙為一節(jié)流過(guò)程。其后，蒸汽每通過(guò)軸封一齒隙時(shí)，都重復(fù)這一過(guò)程，壓力不斷降低，直到降低軸封最后一齒后的壓力為止。所以，軸封的

13、作用是將一個(gè)較大的壓差分割成若干個(gè)減小的壓差，從而達(dá)到降低漏汽速度，減小漏汽量的作用。這就是齒形軸封的工作原理。 蒸汽每通過(guò)軸封一齒隙時(shí)，壓力不斷降低，容積不斷擴(kuò)大，而流量是相同的。根據(jù)連續(xù)性方程，則流速是越來(lái)越大的，并在最后一齒大最大。如左圖所示，ab 曲線對(duì)應(yīng)C/v=常數(shù)，稱為芬諾曲線。12（ 二 ） 軸 封 漏汽量計(jì)算： 為 了 計(jì) 算 軸 封 漏 汽 量 ， 這 里 作 兩 個(gè) 假 設(shè) ：1，蒸汽在軸封間隙中的流動(dòng)和 在 簡(jiǎn) 單 的 漸 縮 噴 嘴 中 的 流 動(dòng) 相 似 ；2， 假 定 軸 封 各 齒 隙 的 面 積 都 相 同 。 從 軸 封 的 工 作 原 理 可 知 ，蒸 汽

14、在 軸 封 間 隙 中 的 流 動(dòng) 時(shí) ， 汽 流 速 度 是 逐 級(jí) 增 加 的 。 現(xiàn) 在 又 蒸 汽 在 軸 封 間 隙 中 的 流 動(dòng) 和 在 簡(jiǎn) 單 的 漸 縮 噴 嘴 中 的 流 動(dòng) 相 似 。 所 以 ，蒸 汽 在 軸 封 間 隙 中 的 最 大 速 度 是 臨 界 速 度 ，這一速度只 可 能 在 軸 封 最 后 一 齒 中 達(dá) 到 。這 樣 ，蒸 汽 在 軸 封 間 隙 中 的 流 動(dòng) 可 能 產(chǎn) 生 兩 種 情 況 ：1，蒸 汽 在 軸 封 各 齒 隙 中 的 流 動(dòng) 均均 小小 于于 臨臨 界界 速速 度度 ；2，蒸 汽 在 軸 封 最 后 一 齒 隙 中 達(dá) 到 臨 界

15、 速 度 ， 而 在 以 前 各 齒 中 其 汽 流 速 度 均 小 于 臨 界 速 度 。 131 1，蒸汽在軸封最后一齒隙中流速低于臨界速度時(shí)，蒸汽在軸封最后一齒隙中流速低于臨界速度時(shí) 若已知軸封前后蒸汽壓力為 ，軸封間隙為 ，軸封齒數(shù)為 ，高低齒間隙處的直徑分別為 二者相差小， 用平均半徑 ，則軸的齒隙面積 。則通過(guò)軸封的漏汽量可用下式計(jì)算： 從上式可知，當(dāng)軸封前后蒸汽壓力確定后，增加軸封齒數(shù)，可減少漏汽 量 。2 2，蒸汽在軸封最后一齒隙中流速達(dá)到臨界速度時(shí)，蒸汽在軸封最后一齒隙中流速達(dá)到臨界速度時(shí) 根據(jù)上述公式分析，當(dāng)蒸汽在軸封最后一齒隙中流速達(dá)到臨界速度，而在此之前的各齒中，汽流速

16、度均小于臨界速度的情況下，其漏汽量可用上式計(jì)算： zpp 、021dd 、)(2121dddllldA 00220 vpzppAGlzll002120 ) 1(vpzppAGlzll而蒸汽在最后一齒隙中流速達(dá)到臨界速度,其流量為臨界流量，因此應(yīng)按臨界流量公式進(jìn)行計(jì)算，即 0021 648. 0vppAGzll根據(jù)連續(xù)性，兩種流量應(yīng)相等。 則軸封最后一齒隙中流速達(dá)到臨界時(shí)，漏汽量為：00 )4 . 1(vzpAGlll143 3，臨界狀態(tài)判別式，臨界狀態(tài)判別式 當(dāng)蒸汽在軸封最后一齒隙中流速達(dá)到臨界速度時(shí)，則該齒前后壓力比 0.546。則可得到臨界狀態(tài)判別式： 即當(dāng) 時(shí)，則說(shuō)明最后一齒達(dá)到臨界速度

17、；反之，若 ，則說(shuō)明最后一齒未達(dá)到臨界速度。當(dāng)判別之后，分別計(jì)算其相應(yīng)的漏汽量。1/zzpp4 . 185. 00lzzpp4 . 185. 00lzzpp4 . 185. 00lzzpp4 4，軸封漏汽量的流量系數(shù)，軸封漏汽量的流量系數(shù) 在上述兩種情況下的軸封漏汽量計(jì)算式中，沒(méi)有考慮軸封結(jié)構(gòu)的影響。所以，流過(guò)軸封的實(shí)際漏汽量，應(yīng)該是在上述兩種計(jì)算式中所計(jì)算漏汽量再乘以一個(gè)流量系數(shù)。即 不同結(jié)構(gòu)的軸封，其流量系數(shù)可從圖2-10 中查得。 * 對(duì)于平齒齒封平齒齒封，其流量的計(jì)算，則要從圖2-11中查取一個(gè)修正系數(shù)，用此系數(shù)乘以用上述方法計(jì)算而得到的軸封漏汽量，即 llGG llkGkG15圖21

18、0、圖211 流量系數(shù)、修正系數(shù)16二，汽輪機(jī)進(jìn)、排汽機(jī)構(gòu)的壓力損失二，汽輪機(jī)進(jìn)、排汽機(jī)構(gòu)的壓力損失 汽輪機(jī)必須有進(jìn)汽機(jī)構(gòu)和排汽管道。進(jìn)汽機(jī)構(gòu)由主汽閥、調(diào)節(jié)閥、導(dǎo)汽管和蒸汽室組成。排汽機(jī)構(gòu)是一個(gè)擴(kuò)散形的排汽管所構(gòu)成。蒸汽通過(guò)汽輪機(jī)進(jìn)、排汽機(jī)構(gòu)時(shí)，由于摩擦和渦流的存在，會(huì)使壓力降低，形成損失。 1 1，進(jìn)汽機(jī)構(gòu)中的壓力損失，進(jìn)汽機(jī)構(gòu)中的壓力損失 由于摩擦和渦流的存在，蒸汽通過(guò)汽輪機(jī)進(jìn)汽管道就會(huì)有壓力降低。這個(gè)壓力降低不作功，是一種損失。而第一級(jí)噴嘴前的壓力為 ，則 。 從圖2-3 (b) 中可見(jiàn)，由于壓力差p存在，使整機(jī)理想焓降從 降為 。蒸汽在進(jìn)汽機(jī)構(gòu)中的壓力損失和管道長(zhǎng)短、閥門(mén)型線、蒸汽室形

19、狀及汽流速度有關(guān)。通常，當(dāng)閥門(mén)全開(kāi)時(shí)，汽流速度為（40 60）m / s ，則在進(jìn)汽機(jī)構(gòu)中由于節(jié)流所引起的壓力損失為： (2- )對(duì)于大型汽輪機(jī)（如國(guó)產(chǎn)200MW 、300MW汽輪機(jī)），中壓缸和低壓缸之間有低壓導(dǎo)汽管道相連接，則低壓導(dǎo)汽管道的壓力損失為： (2 - ) 0p 000ppptHtH0 000)05. 003. 0(ppppsssspppp)03. 002. 0( 17圖213 考慮了進(jìn)、排汽機(jī)構(gòu)的壓力損失的熱力過(guò)程曲線182、排汽管道的壓力損失、排汽管道的壓力損失：乏汽從末級(jí)動(dòng)葉排出，經(jīng)排汽管到凝汽器或供熱管道，蒸汽在其中流動(dòng)時(shí)，因摩擦、渦流等原因，會(huì)造成壓力損失，即排汽管道的壓

20、力損失。若末級(jí)動(dòng)葉出口壓力為 ，凝汽器的壓力為 ，則壓力損失為 。由于壓力損失的存在，從圖213(b)可知，使整機(jī)理想焓降由 變?yōu)?。差值為 ，壓力損失主要取決于流速的大小、排汽管道的型線結(jié)構(gòu)等原因。通常用下式來(lái)估計(jì)排汽管道的壓力損失，即式中，阻力系數(shù)，一般取=0.050.1； 排汽管中的汽流速度，對(duì)于凝汽機(jī)，取 =80120m/s；對(duì)于背壓機(jī)，取 =4060m/s。cpcpccppptHHttttHcexccpCppp100exCexCexC19三，三， 機(jī)機(jī) 械械 損損 失失 汽 輪 機(jī) 在 工 作 時(shí) ， 要 克 服 支 持 軸 承 、 推 力 軸 承 的 摩 擦 阻 力 ， 還 要 帶

21、 動(dòng) 主 油 泵 和 調(diào) 速 系 統(tǒng) 工 作 ， 必 然 要 消 耗 一 部 分 功 率 。 通 常 ， 用 機(jī) 械 損 失 來(lái) 描 述 。汽 輪 機(jī) 的 機(jī) 械 損 失 一 般 用 機(jī) 械 效 率 來(lái) 計(jì) 算 。 這 樣 ， (2- )式 中 ， 分 別 為 汽 輪 機(jī) 的 軸 端 功 率 、 內(nèi) 功 率 ； 為 機(jī) 械 損 失 ， 對(duì) 于 同 一 臺(tái) 機(jī) 組 ， 由 于 轉(zhuǎn) 速 為 常 數(shù) ， 所 以 近 似 為 常 數(shù) 。imimiieffmNNNNNNN1ieffNN、mN20第五節(jié) 汽 輪 機(jī) 裝 置 的 效 率 火 力 發(fā) 電 廠 的 生 產(chǎn) 過(guò) 程 ， 要 經(jīng) 過(guò) 一 系 列 的

22、 能 量 轉(zhuǎn) 換 之 后 ， 最 后 才 能 將 礦礦 物物 燃燃 料料 的 化 學(xué) 能 轉(zhuǎn) 變 為 電 能 。 在 這 些 轉(zhuǎn) 換 過(guò) 程 中 ， 要 用 各 種 效 率 來(lái) 描 述 整 個(gè) 能 量 轉(zhuǎn) 換 過(guò) 程 中 的 完 善 成 度 。 一，汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率 汽 輪 機(jī) 的 相 對(duì) 內(nèi) 效 率 是 衡 量 汽 輪 機(jī) 內(nèi) 能 量 轉(zhuǎn) 換 完 善 程 度 的 重 要 指 標(biāo) 。 它 是 整 機(jī) 的 有 效 焓 降 與 理 想 焓 降 之 比 ， 即 (2- ) 汽 輪 機(jī) 的 相 對(duì) 內(nèi) 效 率 是 考 慮 了 機(jī) 組 進(jìn) 出 口 管 道 的 壓 力 損 失 和 各 級(jí) 內(nèi) 能 的 。

23、 tiiHHi21二，汽輪機(jī)的內(nèi)功率二，汽輪機(jī)的內(nèi)功率 汽 輪 機(jī) 的 內(nèi) 功 率 等 于 汽 輪 機(jī) 的 進(jìn) 汽 量 與 有 效 焓 降 之 乘 積 。 對(duì) 于 無(wú) 回 熱 加 熱 系 統(tǒng) 的 汽 輪 機(jī) ， 它 的 內(nèi) 功 率 為 ： (kw) ( 2- )或 者 ， = (kw) ( 2- 3 a )對(duì) 于 有 回 熱 加 熱 系 統(tǒng) 的 汽 輪 機(jī) ， 它 的 內(nèi) 功 率 為 ： = (2 - 53 b )其 中 ， D 、 G 為 汽 輪 機(jī) 各 級(jí) 蒸 汽 量 ， 為相應(yīng)的有效 焓 降 。 itiiHGHGN00iN3600360000itiHDHDjnjjnjjjHGHD1136

24、00iNjH22三，汽輪機(jī)的軸端功率、電功率三，汽輪機(jī)的軸端功率、電功率 對(duì) 于 無(wú) 回 熱 加 熱 系 統(tǒng) 的 汽 輪 機(jī) ， 它 的 軸 端 功 率為 ： = (2- ) 汽 輪 機(jī) 以 軸 端 功 率 來(lái) 拖 動(dòng) 發(fā) 電 機(jī) 發(fā) 電 ，還 要 考 慮 發(fā) 電 機(jī) 的 機(jī) 械 損 失 和 電 氣 損 失 。 用 表 示 發(fā) 電 機(jī) 的 效 率 ， 則 在 發(fā) 電 機(jī) 的 出 線 端 所 獲 得 的 電 功 率 為 ： (2 - )其 中 ， ， 稱 為 相 對(duì) 電 效 率 。 它 表 示 每 kg 蒸 汽 所 具 有 的 理 想 焓 降 中 最 后 轉(zhuǎn) 變 為 電 能 的 份 額 ， 是

25、衡 量 汽 輪 發(fā) 電 機(jī) 組 經(jīng) 濟(jì) 性 的 一 項(xiàng) 重 要 指 標(biāo) 。 36000mitmiHDNaxNgelrtgmitgaxelHDHDNN.0036003600gmielr.23 四，循四，循 環(huán)環(huán) 熱熱 效效 率率 和和 絕絕 對(duì)對(duì) 電電 效效 率率 由 于 汽 輪 發(fā) 電 機(jī) 組 熱 力 循 環(huán) 中 存 在 著 冷 源 損 失 ， 所 以 ， 為 了 使 得 1 kg 蒸 汽 獲 得 理 想 焓 降 為 的 熱 量 ， 就 需 要 加 給 它 比 多 許 多 的 熱 量 。 若 忽 略 水 泵 耗 功 ， 并 且 使 裝 置 按 朗 肯 循 環(huán) 工 作 ， 則 裝 置 的 循循

26、環(huán)環(huán) 熱熱 效效 率率 為 ： (2 - )其 中 ， - 蒸 汽 的 初 焓 ， - 凝 結(jié) 水 焓 ， 即 在 背 壓 pc 下 的 飽 和 水 焓 。 這 里 ， - 為 每 1 kg 蒸 汽 在 鍋 爐 中 所 獲 得 的 熱 量 。 對(duì) 于 有 回 熱 加 熱 系 統(tǒng) 來(lái) 說(shuō) ， 則 應(yīng) 為 末 級(jí) 高 壓 加 熱 器 出 口 的 給 水 焓 值 。 這 樣 ， 整 個(gè) 熱 力 循 環(huán) 中 加 給1kg 蒸 汽 的 熱 量 最 終 轉(zhuǎn) 變 為 電 能 的 份 額 稱 為 絕 對(duì) 電 效 率 ， 用 表 示 ： (2 - ) 0ctthhHtH ch0h chfwhelgmitfwgm

27、itelelhhDHDQN)(00000h24五，汽耗率d 熱耗率q 除 了 用 效 率 表 示 汽 輪 發(fā) 電 機(jī) 組 的 經(jīng) 濟(jì) 性 外 ， 還 經(jīng) 常 用 汽 耗 率 d 熱 耗 率 q 來(lái) 表 示 其 經(jīng) 濟(jì) 性 。 生 產(chǎn) 1 k w.h 的 電 能 所 需 要 的 蒸 汽 量 稱 為 汽 耗 率 ，用 d 表 示 ， 即 d = ( kg / kw.h ) (2 - ) 對(duì) 于 同 功 率 的 汽 輪 機(jī) 組 ， 雖 然 功 率 相 同 ， 但 因 蒸 汽 的 初 終 參 數(shù) 不 同 ， 而 使 得 汽 耗 量 不 一 樣 。 所 以 ，汽 耗 率 d 并 不 宜 用 來(lái) 比 較

28、不 同 類 型 機(jī) 組 的 經(jīng) 濟(jì) 性 ， 而 是 采 用 反 映 機(jī) 組 經(jīng) 濟(jì) 性 的 另 一 指 標(biāo)熱 耗 率 ， 即 發(fā) 出 1 kw.h 電 能 所 需 要 熱 量 ， 用 q 表 示 ： elrtelHND.03600)()(0000fwelfwelhhdNhhDNQqelelrtfwHhh3600)(3600.025對(duì) 于 中 間 再 熱 機(jī) 組 來(lái) 說(shuō) ， , (kJ / kw.h ) (2- )其 中 ， - 汽 輪 機(jī) 總 進(jìn) 汽 量 、 再 熱 蒸 汽 量 ， （ kg / h ) ， - 再 熱 蒸 汽 初 焓 、 高 壓 缸 排 汽 焓 ， （ kg / h ) 。

29、再考慮鍋爐效率、管道損失及發(fā)電廠各種風(fēng)機(jī)、水泵耗功的影響，整個(gè)火力發(fā)電廠的絕對(duì)電效率要比汽輪發(fā)電機(jī)組的絕對(duì)電效率低，而火力發(fā)電廠的熱耗率亦比汽輪發(fā)電機(jī)組的熱耗率高?；鹆Πl(fā)電廠的絕對(duì)電效率 為 ： (2- )其中， 是涉及鍋爐效率、管道效率及廠用電的系數(shù)。一般取 = 0.80.85 。 當(dāng)前世界主要工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家火力發(fā)電廠的平均熱效率為 (30 35 ) %, 而大型機(jī)組可達(dá)40% 。汽輪發(fā)電機(jī)組的各種效率和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表。國(guó)產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機(jī)組的熱耗率為 q = 8402 kJ / kw.h，國(guó) 產(chǎn)300MW 汽輪發(fā)電機(jī)組的熱耗率為q = 7993 kJ / kw.h 。 )()( 00rrr

30、fwrhhDDhhdqrDD 、0 rrhh 、elselsC.sCsC26第七節(jié)第七節(jié) 多級(jí)汽輪機(jī)的軸向推力及平衡方法多級(jí)汽輪機(jī)的軸向推力及平衡方法一，多級(jí)汽輪機(jī)的軸向推力一，多級(jí)汽輪機(jī)的軸向推力 蒸汽通過(guò)汽輪機(jī)通流部分膨脹作功時(shí)，對(duì)葉片的作用力由圓周分力和軸向分力所組成。其中，圓周分力推動(dòng)葉輪作功，而軸向分力則對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個(gè)軸向推力。 在一般情況下，作用在一個(gè)沖動(dòng)級(jí)上的軸向推力由 4 部分所組成： 1 1、作用在動(dòng)葉片上的軸向力、作用在動(dòng)葉片上的軸向力 ： （265 ) 當(dāng)反動(dòng)度不大時(shí)，壓力反動(dòng)度（ ）和焓降反動(dòng)度相差不大，這樣一來(lái)， 則上式為 （266）1zF)()sinsin(2122

31、11ppldccGbb1zF2021ppppp)()sinsin(202211ppldccGmbb1zF272、作用在葉輪面上的軸向力 當(dāng) 葉輪兩側(cè)輪轂相等時(shí)，則上式為： （2-6 7 ） 其 中 ， 為葉輪前的壓力。（略）3、作用在輪轂上或者轉(zhuǎn)子凸肩上的軸向力 (268 ) 4、作用在軸封凸肩上的軸向力 (2-70 ) 這樣，多級(jí)汽輪機(jī)總的軸向推力為各級(jí)軸向推力之和。即 , ( N ) (2-71 )4321zzzzzFFFFFxpdd)(422212zF4zFniipphd1 )()(4222ppdlddbb3zF2zFdp2222212)(4)(4pdldpdldbbdbb28二，軸 向

32、 推 力 的 平 衡 方 法 在 多 級(jí) 汽 輪 機(jī) 中 ，總 的 軸 向 推 力 是 很 大 的 。特 別 是 反 動(dòng) 式 汽 輪 機(jī) ， 其 總 的 軸 向 推 力 可 達(dá) 200 300 T ， 沖 動(dòng) 式 汽 輪 機(jī) ， 其 總 的 軸 向 推 力 可 達(dá) 4080T。 這 樣 大 的 軸 向 推 力 是 推 力 軸 承 所 不 能 承 受 的 。 因 此 ， 必 須 設(shè) 法 減 少 總 的 軸 向 推 力 ， 使 之 符 合 推 力 軸 承 的 能 承 載 能 力 。 也 就 是 說(shuō) ， 對(duì) 汽 輪 機(jī) 總 的 軸 向 推 力 應(yīng) 加 與 平 衡 。 常 見(jiàn) 的 軸 向 推 力 平

33、衡 辦 法 有 ： 1.1.采用平衡孔平衡軸向推力采用平衡孔平衡軸向推力 在 葉 輪 上 開(kāi) 設(shè) 平 衡 孔 可 以 減 少 葉 輪 兩 側(cè) 的 壓 力 差 ， 從 而 可 以 減 少 作 用 在 葉 輪 上 的 軸 向 力 。 2.2.設(shè)置平衡活塞設(shè)置平衡活塞 如圖2 - 23 所示，在平衡活塞上裝有齒形軸封，當(dāng)蒸汽由活塞的高壓側(cè)向低壓側(cè)流動(dòng)時(shí)，壓力由 降為 。平衡活塞在壓力差作用下，就產(chǎn)生了一個(gè)向左的作用力 。 這個(gè)力剛好與 方向相反，起到了平衡作用。0pxpzF293.3.采用多缸反向布置采用多缸反向布置 采用多缸反向布置，使汽流在不同的汽缸中作反向流動(dòng), 其軸向力方向相反，達(dá)到了平衡的

34、目的。圖2-24為多缸反向布置的示意圖。國(guó)產(chǎn)125MW、200MW、300MW 汽輪機(jī)都采用多缸反向布置的辦法來(lái)平衡軸向力。 4.4.推力軸承所承擔(dān)的軸向推力推力軸承所承擔(dān)的軸向推力 汽輪機(jī)的運(yùn)行要求推力軸承承擔(dān)一部分軸向推力，以保證汽輪機(jī)運(yùn)行工況發(fā)生變化時(shí)，軸向推力方向不變，達(dá)到機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。推力軸承所承擔(dān)的軸向推力為： 為了安全起見(jiàn)，核算推力軸承時(shí)，其安全系數(shù) 應(yīng)大于1.5 1.7。 FFFzb30第八節(jié) 汽輪機(jī)的極限功率一一 ，汽輪機(jī)單機(jī)容量，汽輪機(jī)單機(jī)容量 凝 汽 式 汽 輪 機(jī) 的 功 率 可 用 下 式 表 示 ： 其中，整機(jī)的理想焓降 取決于初終參數(shù)。 在常見(jiàn)的初終參數(shù)條件

35、下， = 10001500 kJ/kg。三個(gè)效率的變化不大。所以，汽輪機(jī)所能發(fā)出的最大功率就決定于進(jìn)汽量。而通過(guò)汽輪機(jī)的最大流量又決定于末級(jí)葉片的幾何尺寸。在汽輪機(jī)中，蒸汽膨脹到末級(jí)時(shí)，其容積流量達(dá)最大值。所以，要求通流面積也最大。因此，末級(jí)動(dòng)葉片必須做得很長(zhǎng)。由于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子作高速旋轉(zhuǎn)，長(zhǎng)葉片將產(chǎn)生巨大的離心力。葉片材料的強(qiáng)度是有限的，因此，末級(jí)葉片的葉高將受到限制。這就是說(shuō)，單缸單排汽的汽輪機(jī)的功率是有限的，其最大功率稱為汽輪機(jī)的極限功率極限功率。通常，單缸單排汽的汽輪機(jī)的極限功率可達(dá)100 MW（ 對(duì)于高壓機(jī)組而言）。 36000gmitelHDNtHtH31二 ，提高汽輪機(jī)單機(jī)容量的措施

36、 由 于 單 缸 單 排 汽 汽 輪 機(jī) 受 到 極 限 功 率 的 限 制 ， 為 了 得 到 更 大 的 功 率 ， 就 必 須 采 取 其 他 措 施 ， 常 用 的 辦 法 有 ： 1 1，提，提 高高 新新 蒸蒸 汽汽 的的 參參 數(shù)數(shù) 提 高 新 蒸 汽 的 參 數(shù) 可 以 增 大 整 機(jī) 的 理 想 焓 降 ， 再 加 上 中 間 再 熱 ， 就 能 較 大 地 提 高 單 機(jī) 功 率 ； 2 2 ， 采采 用用 高高 強(qiáng)強(qiáng) 度度 低低 重重 度度 的的 合合 金金 材材 料料 由 于 汽 輪 機(jī) 單 機(jī) 功 率 受 到 末 級(jí) 葉 片 材 料 強(qiáng) 度 的 限 制 （ 離 心 力 太 大 ）， 故 末 級(jí) 葉 片 不 可 能 做 得 很 長(zhǎng) ， 通 流 面 積 大 小 有 限 。 采 用 高 強(qiáng) 度