多級汽輪機(jī)課間課件

1、第二章 多級汽輪機(jī)第一節(jié) 多級汽輪機(jī)的特點(diǎn)和損失第二節(jié) 汽輪機(jī)及其裝置的評價(jià)指標(biāo)第三節(jié) 多級汽輪機(jī)的軸向推力及其平衡計(jì)算第四節(jié) 軸封及其系統(tǒng)1第一節(jié) 多級汽輪機(jī)的特點(diǎn)與損失多級汽輪機(jī)的工作過程多級汽輪機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)多級汽輪機(jī)各級段的工作特點(diǎn)重?zé)岈F(xiàn)象和重?zé)嵯禂?shù)進(jìn)汽阻力損失和排汽阻力損失2一 多級汽輪機(jī)的工作過程 1.多級汽輪機(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)方面來考慮，只有一個(gè)級的汽輪機(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汽輪機(jī)。多級汽輪機(jī)的一級只利用總焓降中的一部分。使每一級都能在

2、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。 和單級汽輪機(jī)相比較，多級汽輪機(jī)具有單機(jī)功率大和內(nèi)效率高的特點(diǎn)。3多級汽輪機(jī)有沖動式和反動式兩種。國產(chǎn)100MW、125MW、200MW汽輪機(jī)都是沖動式多級汽輪機(jī)；國產(chǎn)300MW汽輪機(jī)則是反動式汽輪機(jī)。多級汽輪機(jī)通常采用噴嘴調(diào)節(jié)（控制進(jìn)汽量），稱之為調(diào)節(jié)級，其余的級稱為壓力級。中小型汽輪機(jī)，通常采用雙列級作為調(diào)節(jié)級，大功率汽輪機(jī)多用單列級作為調(diào)節(jié)級。多級汽輪機(jī)的通流部分如圖2-1所示。蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)各級膨脹作功，壓力和溫度逐級降低，比容不斷增加。因此，通流部分尺寸是逐級增大的，特別是在低壓部分，平均直徑增加很快。即葉片的高度越來越

3、長。由于受到材料強(qiáng)度的限制，葉片不可能太長，故大型汽輪機(jī)都采用多排汽口。如國產(chǎn)200MW汽輪機(jī)，設(shè)計(jì)為三排汽口和兩排汽口；國產(chǎn)300MW汽輪機(jī)采用兩排汽口。4二 多級汽輪機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)多級汽輪機(jī)每級的焓降較小，有可能使速度比設(shè)計(jì)在最佳速度比附近，同時(shí)c1小、u也小，即直徑小，葉高或部分進(jìn)汽度相應(yīng)大，這些都使效率增大；各級余速動能可以部分的被利用；多級汽輪機(jī)可以實(shí)現(xiàn)回?zé)嵫h(huán)和中間再熱循環(huán)；由于重?zé)岈F(xiàn)象，多級汽輪機(jī)前面級的損失部分的被后面各級所利用。6三 多級汽輪機(jī)各級段的工作特點(diǎn) 一般情況下，沿著蒸汽流動的方向總可以將多級汽輪機(jī)分為高壓段、中壓段和低壓段三個(gè)部分。對于分缸的大型汽輪機(jī)則可分為高壓缸、

4、中壓缸和低壓缸。由于各部分所處的條件不同，各級段的工作特點(diǎn)也不一樣。高壓段低壓段中壓段72.重?zé)嵯禂?shù)（1）重?zé)嵯禂?shù)如右圖：整機(jī)理想焓降為 ，由于等壓線是呈擴(kuò)散形，所以：以上各式相加得：即有：也就是：上式之比值：稱為重?zé)嵯禂?shù)，用表示。則上式寫成9（2）整機(jī)效率與級效率 根據(jù)上述推導(dǎo)， 表示各級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)效率大于各級平均內(nèi)效率。設(shè)各級內(nèi)效率相等，用（ ）表示，則各級有效焓降為：，相加得10而整機(jī)的內(nèi)效率為：由于 0，所以 ，即整機(jī)的內(nèi)效率大于各級平均內(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) 和級數(shù)有關(guān)，級數(shù)多，

5、大；2) 與各級內(nèi)效率有關(guān)，級內(nèi)效率低，則大；3) 與蒸汽狀態(tài)有關(guān)，過熱區(qū)大，濕汽區(qū)小。* 這里，決不能誤認(rèn)為越大越好。因?yàn)樵龃螅且栽黾訐p失為代價(jià)的，而重?zé)嶂荒芑厥論p失其中的一小部分。大會使整機(jī)的內(nèi)效率降低。3.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)，過熱區(qū) k = 0.2；濕汽區(qū) k = 0.12；部分在過熱區(qū)，部分在濕汽區(qū) k = 0.140.18。11五 進(jìn)汽阻力損失和排汽阻力損失 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，會使壓力降低，形成

6、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，蒸汽通過汽輪機(jī)進(jìn)汽管道就會有壓力降低。這個(gè)壓力降低不作功，是一種損失。而第一級噴嘴前的壓力為 ，則 。 從圖2-3 (b) 中可見，由于壓力差p存在，使整機(jī)理想焓降從 降為 。 000ppp-=D12蒸汽在進(jìn)汽機(jī)構(gòu)中的壓力損失和管道長短、閥門型線、蒸汽室形狀及汽流速度有關(guān)。通常，當(dāng)閥門全開時(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- )對于大型汽輪機(jī)（如國產(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 - )13圖213 考慮了進(jìn)、

7、排汽機(jī)構(gòu)的壓力損失的熱力過程曲線14通常用下式來估計(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，對于凝汽機(jī)，取 =80120m/s；對于背壓機(jī)，取 =4060m/s。16第二節(jié) 汽輪機(jī)及其裝置的評價(jià)指標(biāo)汽輪機(jī)的相對內(nèi)效率機(jī)械效率發(fā)電機(jī)效率則汽輪發(fā)電機(jī)組的相對和絕對電效率為：蒸汽的熱能內(nèi)功率Pi電功率Pel軸功率Pax17第三節(jié) 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 軸 向 推 力 的 平 衡 方 法 19一 多級汽輪機(jī)的軸向推力 蒸汽通過汽輪機(jī)通流部分膨脹作功時(shí)，對葉片的作用力由圓周分力和軸向分力所組成。其中，圓周分力推動葉輪作功，而軸向分

8、力則對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個(gè)軸向推力。 在一般情況下，作用在一個(gè)沖動級上的軸向推力由 4 部分所組成： 作用在動葉片上的軸向力 ： （265 ) 當(dāng)反動度不大時(shí)，壓力反動度（ ）和焓降反動度相差不大，這樣一來， 則上式為 （266）20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）作用在輪轂上或者轉(zhuǎn)子凸肩上的軸向力 (268 ) 作用在軸封凸肩上的軸向力 (2-70 ) 這樣，多級汽輪機(jī)總的軸向推力為各級軸向推力之和。即 , ( N ) (2-71 )21二 軸向推力的平衡方法 在多級汽機(jī)中 ，總的軸向推力是很大的。特別是反動式汽輪機(jī)，其

9、總的 軸向推力可達(dá) 200 300 T ，沖 動式汽輪機(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 ，對汽輪機(jī)總的軸向推力 應(yīng)加與平衡 。 常見的軸向推力平衡辦法有 ： 1.采用平衡孔平衡軸向推力 在葉輪上開設(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.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

10、了平衡作用。223.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, 其軸向力方向相反，達(dá)到了平衡的目的。圖2-24為多缸反向布置的示意圖。國產(chǎn)125MW、200MW、300MW 汽輪機(jī)都采用多缸反向布置的辦法來平衡軸向力。 4.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，核算推力軸承時(shí)，其安全系數(shù) 應(yīng)大于1.5 1.7。 23第四節(jié) 軸封及其系統(tǒng)汽封的結(jié)構(gòu)與種類曲徑軸封齒形軸封的工作原理軸 封 漏汽量計(jì)算軸封系統(tǒng)24齒形軸封的工作

11、原理： 從左圖可見到，蒸汽通過一環(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。即蒸汽通過軸封齒隙為一節(jié)流過程。其后，蒸汽每通過軸封一齒隙時(shí)，都重復(fù)這一過程，壓二 曲徑軸封26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，則流速是越來越

12、大的，并在最后一齒大最大。如左圖所示，ab 曲線對應(yīng)C/v=常數(shù)，稱為芬諾曲線。27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。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，汽流速度均小于臨界速度的情況下，其漏汽量可用上式計(jì)算： 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

13、流量公式進(jìn)行計(jì)算，即 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：29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)，則說明最后一齒達(dá)到臨界速度；反之，若 ，則說明最后一齒未達(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。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，沒有考慮軸封結(jié)構(gòu)的影響。所以，流過軸封的實(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。 * 對于平齒齒封，其流量的計(jì)算，則要從圖2-

14、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 30圖210、圖211 流量系數(shù)、修正系數(shù)31 減少漏汽的途徑：當(dāng)漏汽通過軸封時(shí)，依次逐個(gè)通過這些齒隙和環(huán)形汽室。通過軸封漏量按續(xù)程方程來確定。為了減少漏汽量，可以通過：減少齒隙面積A、汽流速度C 和增大比容V 等辦法來實(shí)現(xiàn)。 但是：比容是蒸汽流動狀態(tài)來決定，不可任意改變 。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，造成大軸彎曲 ， 引起機(jī)組振動。 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。 32三 軸封系統(tǒng)