多級汽輪機 汽輪機【精制材料】

1、汽輪機原理 Principle of Steam Turbine,重慶大學(xué)本科課程,2014.09,授課教師：陳艷容,1,實操應(yīng)用,第三章 多級汽輪機,第二節(jié) 多級汽輪機的損失汽輪機裝置的效率,第三節(jié)級汽輪機的軸向推力及平衡方法,第一節(jié) 多級汽輪機的工作過程,2,實操應(yīng)用,多級汽輪機的特點 （一） 多級汽輪機的特點,第一節(jié) 多級汽輪機的工作過程,(1) 為什么采用多級汽輪機 ? 1）提高熱效率和單機功率的需要 2）金屬材料的限制,提高熱效率和單機功率,提高循環(huán)初參數(shù)和降低終參數(shù),為保證較高的輪周效率,受金屬材料強度的限制,采用多級汽輪機,3,實操應(yīng)用,多級汽輪機的特點 （一） 多級汽輪機的特點

2、,第一節(jié) 多級汽輪機的工作過程,4,實操應(yīng)用,一. 多級汽輪機的特點,第一節(jié) 多級汽輪機的工作過程,（二）多級汽輪機的優(yōu)越性 1多級汽輪機的循環(huán)熱效率大大提高 與單級汽輪機相比，多級汽輪機的比焓降增大很多，相應(yīng)地進汽參數(shù)大大提高，排汽壓力也可顯著降低，同時，由于是多級，還可采用回?zé)嵫h(huán)和中間再熱循環(huán)，因此循環(huán)熱效率大大提高。 2多級汽輪機的相對內(nèi)效率明顯提高 3單位功率的投資和運行成本降低 4.便于新技術(shù)的采用,5,實操應(yīng)用,一. 多級汽輪機的特點,第一節(jié) 多級汽輪機的工作過程,（二）多級汽輪機的優(yōu)越性 1多級汽輪機的循環(huán)熱效率大大提高 2多級汽輪機的相對內(nèi)效率明顯提高 （1） 多級汽輪機每一

3、級承擔(dān)的焓降不必很大，可以保證各級都在最佳速比附近工作。使級的效率更高 （2）可以使每一級分配的比焓降，以及每一級的平均直徑dm和噴嘴出口高度ln都比較合理，減小葉高損失。 （3）多級汽輪機具有重?zé)岈F(xiàn)象重?zé)岬睦茫辜壍男矢?（4）在一定的條件下，多級汽輪機的余速動能可以全部或部分地被下一級利用。余速的利用，使級的效率更高 （5）多級汽輪機級的焓降較小，可以采用漸縮噴嘴，避免了采用難以加工、效率較低的縮放噴嘴。,6,實操應(yīng)用,一. 多級汽輪機的特點,第一節(jié) 多級汽輪機的工作過程,（二）多級汽輪機的優(yōu)越性 1多級汽輪機的循環(huán)熱效率大大提高 2多級汽輪機的相對內(nèi)效率明顯提高 3單位功率的投資和

4、運行成本降低 4. 便于新技術(shù)的采用,7,實操應(yīng)用,一. 多級汽輪機的特點,第一節(jié) 多級汽輪機的工作過程,（三）多級汽輪機存在的問題 （1）增加了一些附加的能量損失，如隔板漏汽損失、濕汽損失等。 （2）由于級數(shù)多，相應(yīng)地增加了機組的長度和質(zhì)量。 （3）由于新蒸汽和再熱蒸汽溫度的提高，多級汽輪機高中壓缸前面若干級的工作溫度較高，故對零部件的金屬材料要求高了。 （4）級數(shù)增加，零部件增多，使多級汽輪機的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。 總的來說，多級汽輪機的優(yōu)越性遠(yuǎn)大于其存在的不足，因此在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。,8,實操應(yīng)用,多級汽輪機有沖動式和反動式兩種。國產(chǎn)100MW、125MW、200MW汽輪機都是沖動式多

5、級汽輪機；國產(chǎn)300MW汽輪機則是反動式汽輪機。多級汽輪機通常采用噴嘴調(diào)節(jié)（控制進汽量），稱之為調(diào)節(jié)級，其余的級稱為壓力級。中小型汽輪機，通常采用雙列級作為調(diào)節(jié)級，大功率汽輪機多用單列級作為調(diào)節(jié)級。 蒸汽進入汽輪機各級膨脹作功，壓力和溫度逐級降低，比容不斷增加。因此，通流部分尺寸逐級增大，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長。 由于受到材料強度的限制，葉片不可能 太長，故大型汽輪機都采用多排汽口。如 國產(chǎn)200MW汽輪機，設(shè)計為三排汽口和兩 排汽口；國產(chǎn)300MW汽輪機采用兩排汽口。,第一節(jié) 多級汽輪機的工作過程,一. 多級汽輪機的工作過程,1.多級汽輪機工作過程的基本特

6、點,9,實操應(yīng)用,第一節(jié) 多級汽輪機的工作過程,一. 多級汽輪機的工作過程,10,實操應(yīng)用,第一節(jié) 多級汽輪機的工作過程,一. 多級汽輪機的工作過程,2. 多級汽輪機的工作過程 ：蒸汽在多級汽輪機中膨脹作功過程和在級中的膨脹作功過程一樣。作功過程是重復(fù)的，但參數(shù)是變化的。,11,實操應(yīng)用,第一節(jié) 多級汽輪機的工作過程,一. 多級汽輪機的工作過程,高、中、低級段（或高、中、低壓缸）,2. 多級汽輪機的工作過程 ：蒸汽在多級汽輪機中膨脹作功過程和在級中的膨脹作功過程一樣。作功過程是重復(fù)的，但參數(shù)是變化的。,沿蒸汽的流動方向,12,實操應(yīng)用,第一節(jié) 多級汽輪機的工作過程,二.多級汽輪機各級段的工作特

7、點,另外，當(dāng)采用部分進汽方式增加葉片高度時，在選取葉片高度和部分進汽度這兩個參數(shù)時，需要綜合優(yōu)化，以獲得最高的效率。,（一）高壓段,（1）,（2）,（3）,13,實操應(yīng)用,第一節(jié) 多級汽輪機的工作過程,二.多級汽輪機各級段的工作特點,（一）高壓段,（1）,（2）,（3）,（4）,采用全三維彎扭葉片技術(shù)，大大降低端部的二次流損失，同時通過新型汽封減少漏汽。,14,實操應(yīng)用,第一節(jié) 多級汽輪機的工作過程,二.多級汽輪機各級段的工作特點,高壓缸的工作過程,15,實操應(yīng)用,第一節(jié) 多級汽輪機的工作過程,二.多級汽輪機各級段的工作特點,END 8,（二）低壓級段（低壓缸）,例如：600MW汽輪機中流經(jīng)最

8、末級的蒸汽體積流量約為流經(jīng)第一級的800倍，而在低壓缸最后5級中的體積流量就增大50倍左右。,（2）,由于各級之間平均直徑變化急劇，葉片很長，設(shè)計應(yīng)使子午面輪廓線的流線光滑，并逐級加大出口汽流角，且徑高比小，故均采用扭曲葉片。,（3）,16,實操應(yīng)用,第一節(jié) 多級汽輪機的工作過程,二.多級汽輪機各級段的工作特點,END 8,（二）低壓級段（低壓缸）,（1）,各級之間變化劇烈。,（2）,（3）,（4）,17,實操應(yīng)用,第一節(jié) 多級汽輪機的工作過程,二.多級汽輪機各級段的工作特點,（一）中壓段,（1）,（3）,（4）,18,實操應(yīng)用,第一節(jié) 多級汽輪機的工作過程,二.多級汽輪機各級段的工作特點,中

9、壓段,19,實操應(yīng)用,20,第一節(jié) 多級汽輪機的工作過程,多級汽輪機各缸工作特點小結(jié),20,實操應(yīng)用,前一級的排汽狀態(tài)點，就是下一級的進汽狀態(tài)點。把各點連接起來，就是多級汽輪機的熱力過程曲線。整個熱力過程曲線由三部分所組成：進汽機構(gòu)的節(jié)流過程，各級實際膨脹過程, 排汽管道的節(jié)流過程。,第一節(jié) 多級汽輪機的工作過程,三、多級汽輪機的熱力過程曲線, 調(diào)節(jié)級前的蒸汽狀態(tài)點為, 汽輪機總理想焓降為, 排汽壓力,由于進汽機構(gòu)的節(jié)流損失和排汽機構(gòu)的壓力損失, 調(diào)節(jié)級噴嘴前的實際狀態(tài)點為, 排汽壓力為, 總的理想焓降為,整機有效焓降為,排汽汽機構(gòu)節(jié)流過程,各級實際膨脹過程,21,實操應(yīng)用,（1）重?zé)岈F(xiàn)象 在

10、h-s 圖上，在過熱區(qū)內(nèi)，隨著溫度增加，等壓線是呈擴散形。因此，在h-s 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，前一級的損失造成的熵增，能使后一級的理想焓降增加。即前一級的損失，加熱了蒸汽本身，使后一級的進汽溫度升高，即在后一級得到了利用這就是多級汽輪機的重?zé)岈F(xiàn)象。,第一節(jié) 多級汽輪機的工作過程,二. 多級汽輪機的重?zé)岈F(xiàn)象,1. 重?zé)岈F(xiàn)象與重?zé)嵯禂?shù),22,實操應(yīng)用,第一節(jié) 多級汽輪機的工作過程,二. 多級汽輪機的重?zé)岈F(xiàn)象,1. 重?zé)岈F(xiàn)象與重?zé)嵯禂?shù),重?zé)岈F(xiàn)象的解釋,前一級的損失造成的熵增，能使后一級的理想焓降增加。即前一級的損失，在后一級得到了利用,23,實操應(yīng)用,

11、由于重?zé)岈F(xiàn)象而增加的理想焓降占汽輪機理想焓降的比例稱為重?zé)嵯禂?shù)，用表示。,可見：,二. 重?zé)嵯禂?shù) 1.重?zé)岈F(xiàn)象與重?zé)嵯禂?shù) （2）重?zé)嵯禂?shù),由于等壓線是呈擴散形，所以：,以上各式相加得：,第一節(jié) 多級汽輪機的工作過程,則上式寫成,24,實操應(yīng)用,2. 重?zé)岈F(xiàn)象與效率 設(shè)各級內(nèi)效率相等，用（ ）表示，則各級有效焓降為：,，,相加得,第一節(jié) 多級汽輪機的工作過程,25,實操應(yīng)用,而整機的內(nèi)效率為：,由于 0，所以 ，即整機的內(nèi)效率大于各級平均內(nèi)效率。 結(jié)論： 1）整機的內(nèi)效率大于各級平均內(nèi)效率 2）決不能誤認(rèn)為越大越好。因為增大，是以增加損失為代價的，而重?zé)嶂荒芑厥論p失其中的一小部分。大會使整機的內(nèi)

12、效率降低。 3）提高汽輪機效率的根本途徑是提高各級的相對內(nèi)效率。,第一節(jié) 多級汽輪機的工作過程,2. 重?zé)岈F(xiàn)象與效率,26,實操應(yīng)用,3. 重?zé)嵯禂?shù)的計算 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，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。 一般用經(jīng)驗公式計算重?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。,第一節(jié) 多級汽輪機的工作過程,27,實操應(yīng)用,汽輪機除了各級級內(nèi)損失之外，還有進、排汽管道的節(jié)流損失，前

13、后端軸封的漏汽損失，機械損失。 一. 前后端軸封的漏汽損失 1. 漏汽原因： 由于結(jié)構(gòu)的要求，汽輪機大軸必須從汽缸內(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 ， 降低了機組的經(jīng)濟性。 在機組的排汽端，缸內(nèi)為真空運行，蒸汽壓力低于大氣壓力，外界的空氣將通過間隙流入汽缸內(nèi)，破壞真空，也會降低機組的經(jīng)濟性。,第二節(jié) 多級汽輪機的損失及裝置效率,28,實操應(yīng)用,2. 減少漏汽的措施：,第二節(jié) 多級汽輪機的損失及裝置效率,裝在汽輪機高壓端的汽封稱為前軸封，作用是為了減少高溫高壓蒸汽從汽缸

14、內(nèi)向外泄漏； 裝在汽輪機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向汽缸，保 證汽缸內(nèi)的真空度。 對于多缸汽輪機，每個缸的兩端都有軸封。,29,實操應(yīng)用,第二節(jié) 多級汽輪機的損失及裝置效率,30,實操應(yīng)用,（一）軸封系統(tǒng),第二節(jié) 多級汽輪機的損失及裝置效率,(1) 作用 確保汽輪機軸端和汽輪機進汽閥（主汽閥、調(diào)節(jié)閥）閥桿端部處的嚴(yán)密性，收集利用汽輪機軸封、進汽閥桿的漏氣，防止蒸汽向外泄露以及空氣漏人低壓汽缸內(nèi).,(2) 組成 軸封、軸封冷卻器及軸封風(fēng)機、軸封蒸汽壓力和溫度調(diào)節(jié)器，壓力調(diào)節(jié)閥、減溫器以及相連的管道、閥門等。,(3) 特點 軸封分成多段多室，與大氣環(huán)境接近的腔室的壓力由抽

15、汽器或風(fēng)機維持略低于大氣壓力，緊鄰腔室的壓力由壓力調(diào)節(jié)器維持高于大氣壓力，從而保證蒸汽不外泄、空氣不內(nèi)漏。,(4) 軸封系統(tǒng)根據(jù)其功能又可分為軸封供汽、軸封漏氣和軸封回汽三個部分。,31,實操應(yīng)用,二. 軸封系統(tǒng),第二節(jié) 多級汽輪機的損失,高負(fù)荷運行時，低壓軸封的供汽來自于高壓軸封的漏汽，高壓漏汽經(jīng)噴水減溫后進入低壓軸封；啟動或低負(fù)荷時，軸封汽由外部提供。 優(yōu)點：系統(tǒng)簡單； 缺點：不能充分冷卻高、中壓缸高溫軸端。,2 外供汽式軸封系統(tǒng),軸封的供汽來自于輔助蒸汽系統(tǒng)，部分漏汽被引至低壓加熱器。 優(yōu)點：低溫輔助蒸汽對高、中壓段高溫軸端起到冷卻作用； 缺點：系統(tǒng)復(fù)雜。,1自密封式軸封系統(tǒng),12510

16、00MW等級的汽輪機組多數(shù)采用自密封系統(tǒng),100MW 以下等級的汽輪機組有的采用外部供汽的汽封系統(tǒng),也有的采用自密封系統(tǒng),當(dāng)高壓端軸封漏汽量能滿足低壓端軸封供汽時,可做到自密封。,32,實操應(yīng)用,600MW凝汽式汽輪機軸封系統(tǒng)流程圖（汽輪機啟動或低負(fù)荷運行時）,A1腔室(高壓缸內(nèi)缸前軸封)的大部分漏氣排入高壓缸內(nèi)、外缸夾層,C1腔室(中壓缸前軸封)的漏氣大部分排入中壓缸內(nèi)、外缸夾層,33,實操應(yīng)用,600MW凝汽式汽輪機軸封系統(tǒng)流程圖（進汽調(diào)節(jié)閥全關(guān)時）,34,實操應(yīng)用,自密封系統(tǒng)實例分析,35,實操應(yīng)用,圖1為欽州燃煤電廠一期工程汽封系統(tǒng)圖。欽州燃煤電廠1、2號機組均采用東方汽輪機廠N600

17、-24.2/566/566型凝汽式汽輪機，兩臺機組于2007年7月、11月相續(xù)并網(wǎng)發(fā)電。自密封汽封系統(tǒng)的三個汽封蒸汽供汽站分別來自主蒸汽、輔助蒸汽和低溫再熱蒸汽。機組抽真空階段由輔助蒸汽供汽，壓力維持在約0.122Mpa，溫度為50；機組沖轉(zhuǎn)到低負(fù)荷階段，由輔助蒸汽和低溫再熱蒸汽聯(lián)合供汽，維持供汽母管壓力維持在約0.122Mpa；機組在5%60%負(fù)荷時，由主蒸汽和低溫再熱蒸汽聯(lián)合供汽,維持供汽母管壓力約在0.1230.127Mpa；負(fù)荷增加至大約60%時，高中壓缸軸封第二段漏汽量與低壓缸軸封需要的供汽量達(dá)到平衡，形成自密封狀態(tài)；當(dāng)汽封供汽母管壓力升至0.129MPa時，溢流閥自動打開，多余蒸汽

18、溢流去8號低壓加熱器，當(dāng)8號低加因滿水、抽汽管溫度超高或其他原因停運時，蒸汽溢流去凝汽器，低負(fù)荷下，汽封排汽溫度超過低加允許值時，也溢流去凝汽器?？紤]轉(zhuǎn)子的材料承溫能力及壽命，冷態(tài)啟動時防止轉(zhuǎn)子反復(fù)受大溫差引起熱疲勞裂紋，供汽溫度應(yīng)控制在150260，熱態(tài)啟動時轉(zhuǎn)子溫度較高，為了防止軸端冷卻，出現(xiàn)較大負(fù)脹差，供汽溫度要高一些，一般在208375，極熱態(tài)啟動時，可采用主汽供汽。若輔汽溫度超汽機廠的汽封供汽允許值，設(shè)計時應(yīng)注意在輔汽站前加減溫器。為了靈活可靠的控制供汽母管壓力并維持壓力穩(wěn)定，供汽站及溢流站調(diào)門采用氣動執(zhí)行機構(gòu)，隔斷門采用電動執(zhí)行機構(gòu)，并納入自動化控制系統(tǒng)。,36,實操應(yīng)用, 高壓側(cè)

19、與外界壓差大，設(shè)置的汽封齒數(shù)較多，軸封分段較多，每段軸徑可不同，兩段之間設(shè)腔室,（4） 軸封系統(tǒng)的設(shè)計思路,第二節(jié) 多級汽輪機的損失及裝置效率,37,實操應(yīng)用,汽封的主要形式：齒形汽封 (1) 齒形汽封的結(jié)構(gòu)： 現(xiàn)代汽輪機中常見的軸封是齒形軸封，它是由許多固定在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對應(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環(huán)形汽室。,（二） 齒形汽封的工作原理,第二節(jié) 多級汽輪機的損失及裝置效率,38,實操應(yīng)用,(2)減少漏汽的途徑：當(dāng)漏汽通過軸封時，依次逐個通過這些齒隙和環(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

20、，可以通過：減少齒隙面積A、汽流速度C 和增大比容V 等辦法來實現(xiàn)。,第二節(jié) 多級汽輪機的損失,比容是蒸汽流動狀態(tài)來決定，不可任意改變,面積 分別為軸封直徑、間隙）、軸封直徑d是由大軸的強度確定。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 ， 引起機組振動。,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。,39,實操應(yīng)用,(3) 齒形軸封的工作原理： 蒸汽通過一環(huán)形齒隙時，由于通道面積減小，速度增加，壓力從po降到p1。 但是蒸汽進入兩齒間的環(huán)形汽室時，通道面積突然增大，速

21、度降低。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。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，都重復(fù)這一過程，壓力不斷降低，直到降低軸封最后一齒后的壓力為止。所以，軸封的作用是將一個較大的壓差分割成若干個減小的壓差，從而達(dá)到降低漏汽速度，減小漏汽量的作用。,第二節(jié) 多級汽輪機的損失及裝置效率,環(huán)形齒隙,環(huán)形汽室,40,實操應(yīng)用,(3) 齒形軸封的工作原理：,蒸汽每通過軸封一齒隙時，壓力不斷降低，容積不斷擴大，而流量是相同的。根據(jù)連續(xù)性方程，則流速是越來越大的，其比焓降也越來越大。,第二節(jié) 多級汽輪機的損失及裝置效率,從a點到b點（蒸汽在環(huán)形齒隙中流動

22、） 等熵膨脹，壓力從po降到p1，速度增加,從b點到c點（蒸汽在環(huán)形汽室中流動） 壓力p1不變，速度降低，蒸汽動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，重新加熱蒸汽，使蒸汽焓值又回到原?將bdfh各點連成的曲線稱為芬諾曲線。,41,實操應(yīng)用,(3) 齒形軸封的工作原理：,第二節(jié) 多級汽輪機的損失及裝置效率, bdfh各點連成的曲線稱為芬諾曲線。,當(dāng)汽封中最后一個齒隙的壓比小于臨界壓比時，該處的蒸汽速度達(dá)到臨界速度，汽封的漏氣量達(dá)到最大，前面各齒隙處的蒸汽速度必然都小于臨界速度。,當(dāng)汽封中最后一個齒隙的壓比大于臨界壓比時，各齒隙處的蒸汽速度都小于臨界速度。,由此可知：,42,實操應(yīng)用,4. 軸封漏汽量計算 為了計算軸封

23、漏汽量，這里作兩個假設(shè)： 1） 蒸汽在軸封間隙中的流動和在簡單的漸縮噴嘴中的流動相似； 2 ）假定軸封各齒隙的面積都相同。 蒸汽在軸封間隙中流動時，汽流速度逐級增加。蒸汽在軸封間隙中的流動和在簡單的漸縮噴嘴中的流動相似。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可能產(chǎn)生兩種情況： 1 ）蒸汽在軸封各齒隙中的流動均小于臨界速度； 2 ）蒸汽在軸封最后一齒隙中達(dá)到臨界速度，而在以前各齒中其汽流速度均小于臨界速度 。,END 9,第二節(jié) 多級汽輪機的損失及裝置效率,43,實操應(yīng)用,（1）蒸汽在軸封最后一齒隙中流速低于臨界速度時 若已知

24、軸封前后蒸汽壓力為 ，軸封間隙為 ，軸封齒數(shù)為z ，高低齒間隙處的直徑分別為 d1,d2 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 。,4. 軸封漏汽量計算,第二節(jié) 多級汽輪機的損失及裝置效率,44,實操應(yīng)用,（2）蒸汽在軸封最后一齒隙中流速達(dá)到臨界速度時 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，其漏汽量可計算：,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)按臨界流量公式進行計算，即,根據(jù)連續(xù)性，兩種

25、流量應(yīng)相等，則：,4. 軸封漏汽量計算,第二節(jié) 多級汽輪機的損失及裝置效率,45,實操應(yīng)用,（3）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，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，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，分別計算其漏汽量。,軸封最后一齒隙中流速達(dá)到臨界時，漏汽量為：,第二節(jié) 多級汽輪機的損失及裝置效率,46,實操應(yīng)用,（4）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算式中，考慮軸封結(jié)構(gòu)的影響。需要乘以一個流量系數(shù)。不同結(jié)構(gòu)的軸封，其流量系數(shù)可從圖3-7中查得。 * 對于光軸汽封 (平

26、齒齒封），其流量的計算，則要從圖3-8中查取一個修正系數(shù)K1，用此系數(shù)乘以用上述方法計算而得到的軸封漏汽量，即,軸封最后一齒隙中流速達(dá)到臨界時，漏汽量為：,蒸汽在軸封最后一齒隙中流速低于臨界速度時,第二節(jié) 多級汽輪機的損失及裝置效率,47,實操應(yīng)用,流量系數(shù)較小 0.70.8,第二節(jié) 多級汽輪機的損失及裝置效率,1,2,3,4,5,6,7,7,2,3,5,6,4,1,48,實操應(yīng)用,（5）,（5）,第二節(jié) 多級汽輪機的損失及裝置效率,49,實操應(yīng)用,（6）,第二節(jié) 多級汽輪機的損失及裝置效率,50,實操應(yīng)用,51,第二節(jié) 多級汽輪機的損失,（7）布萊登汽封,自由狀態(tài)下的布萊登汽封,進汽槽,布萊

27、登汽封的結(jié)構(gòu)特征,1、取消了傳統(tǒng)汽封背部的板式壓簧,3、加大了汽封“脖頸”處與汽封槽的間隙,2、在汽封的圓周方向加裝4支螺旋壓縮彈簧,進汽槽,4、在汽封的進汽側(cè)增加進汽槽,51,實操應(yīng)用,52,第二節(jié) 多級汽輪機的損失,汽封設(shè)計工作間隙為0.350.05mm,自由狀態(tài)下的布萊登汽封,布萊登汽封的工作原理及工作過程,工作狀態(tài)下的布萊登汽封,布萊登汽封受力分布,在汽輪機停機狀態(tài)下，汽封在彈簧力的作用下，處于張開狀態(tài)。此時，汽封與轉(zhuǎn)子的間隙為最大狀態(tài)。 當(dāng)汽輪機啟動后，蒸汽進入到缸內(nèi)。在汽封進汽側(cè)及出汽側(cè)蒸汽壓差的作用下，汽封出汽側(cè)脖頸處與汽封槽道貼合，這樣，就在汽封的背部與汽封槽道形成一半封閉“腔

28、室”，蒸汽順進汽槽進入該“腔室”。,52,實操應(yīng)用,53,第二節(jié) 多級汽輪機的損失,汽封設(shè)計工作間隙為0.350.05mm,自由狀態(tài)下的布萊登汽封,工作狀態(tài)下的布萊登汽封,布萊登汽封受力分布,布萊登汽封的工作原理及工作過程,隨著汽輪機通流部分蒸汽進入量的增加，作用于汽封弧段背部的關(guān)閉力克服作用于汽封齒側(cè)的開啟力及摩擦力，汽封弧塊在關(guān)閉力的作用下逐級關(guān)閉，并最終實現(xiàn)汽封塊的關(guān)閉，使汽封齒與轉(zhuǎn)子的徑向間隙減到最小值，并予以保持。,53,實操應(yīng)用,54,第二節(jié) 多級汽輪機的損失,汽封設(shè)計工作間隙為0.350.05mm,自由狀態(tài)下的布萊登汽封,工作狀態(tài)下的布萊登汽封,布萊登汽封受力分布,布萊登汽封的工

29、作原理及工作過程,當(dāng)機組停機時，由于進入的蒸汽量少，相應(yīng)進入汽封弧段背部的蒸汽量也少，作用于汽封弧段背部的關(guān)閉力就小，當(dāng)蒸汽流量減少到3%30%時，汽封塊在開啟力的作用下，各汽封處于張開狀態(tài)，遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子，使汽封齒與轉(zhuǎn)子的徑向間隙保持在較大狀態(tài)（最大值為汽封退讓隙與機組正常運行時的汽封徑向間隙之和。汽封退讓間隙1.82.0mm）。,54,實操應(yīng)用,55,第二節(jié) 多級汽輪機的損失,汽封設(shè)計工作間隙為0.350.05mm,自由狀態(tài)下的布萊登汽封,工作狀態(tài)下的布萊登汽封,布萊登汽封受力分布,布萊登汽封的工作原理及工作過程,綜上，布萊登汽封通過汽封弧段的自動開啟和關(guān)閉，實現(xiàn)了在機組啟、停機過程中汽封與轉(zhuǎn)子

30、的徑向間隙可調(diào)，避免了由于振動產(chǎn)生的動靜碰磨，在機組正常運行中汽封與轉(zhuǎn)子的徑向間隙始終保持在較小的范圍內(nèi)，即設(shè)計值的下限。,55,實操應(yīng)用,56,第二節(jié) 多級汽輪機的損失,布萊登汽封工作原理的顯著特征：,通過停機過程中的張開狀態(tài)和過臨界轉(zhuǎn)速后的閉合狀態(tài)，有效避免汽封與轉(zhuǎn)子的動靜碰磨，并使汽封在機組運行過程中始終與轉(zhuǎn)子保持最小工作間隙。,56,實操應(yīng)用,第二節(jié) 多級汽輪機的損失及裝置效率,二. 汽輪機進、排汽機構(gòu)的損失,汽輪機在啟動、停機和負(fù)荷變化時，通過控制調(diào)節(jié)汽閥的開度來改變汽輪機的蒸汽流量或蒸汽參數(shù)（或同時改變兩者）。 汽輪機必須有進汽機構(gòu)和排汽管道。進汽機構(gòu)由主汽閥、調(diào)節(jié)閥、導(dǎo)汽管和蒸汽

31、室組成。排汽機構(gòu)是一個擴散形的排汽管所構(gòu)成。蒸汽在這些部件中流動必然存在損失，將使機組的效率下降。主要損失包括兩個方面：,蒸汽從末級動葉出口，經(jīng)排汽缸流至凝汽器，為克服汽流的摩擦和渦流，必須要有合理的壓力降。,進汽壓力損失 排汽壓力損失,蒸汽進入汽輪機工作級前必須先經(jīng)過主汽閥、調(diào)節(jié)閥和蒸汽室，由于沿程阻力和局部阻力等原因，產(chǎn)生壓力損耗。其中主汽閥和調(diào)節(jié)閥的損耗最為嚴(yán)重。,由于通過這些部件時蒸汽的散熱損失可忽略，因此這些壓力損失的近似為一個等比焓節(jié)流過程，即壓力降低，但比焓值不變。,57,實操應(yīng)用,第二節(jié) 多級汽輪機的損失及裝置效率,一次中間再熱汽輪機的熱力過程線,進汽機構(gòu)壓力損失,中壓聯(lián)合進汽

32、壓力損失,低壓部分進汽壓力損失,排汽壓力損失,再熱管道及再熱器壓損,58,實操應(yīng)用,第二節(jié) 多級汽輪機的損失及裝置效率,一次中間再熱汽輪機的熱力過程線,1、進汽機構(gòu)壓損：,高壓缸理想比焓降損失值為：,2、再熱管道及再熱器壓損：,3、中壓聯(lián)合進汽閥壓損：,低壓缸理想比焓降損失值為：,4、低壓缸進汽導(dǎo)管壓損：,中、低壓缸理想比焓降損失值為：,（一）進汽壓力損失計算,蒸汽在進汽機構(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，汽流速度為（40 60）m / s。,59,實操應(yīng)用,第二節(jié) 多級汽輪機的損失及裝置效率,一次中間再熱汽輪機的熱力過程線,2、排汽壓損：,中、

33、低壓壓缸理想比焓降損失值為：,（二）排汽壓力損失計算,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，,對于背壓機，,排汽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,60,實操應(yīng)用,61,實操應(yīng)用,三. 機械損失 汽輪機在工作時，要克服支持軸承、推力軸承的摩擦阻力，還要帶動主油泵和調(diào)速系統(tǒng)工作，必然要消耗一部分功率。通常，用機械損失來描述。汽輪機的機械損失一般用機械效率來計算。這樣， 式 中 ， 分別為汽輪機的內(nèi)功率、軸端功率； 為機械損失，對于同一臺機組，由于轉(zhuǎn)速為常數(shù)，所以近似為常數(shù)。,第二節(jié) 多級汽輪機的損失及裝置效率,62,實操應(yīng)用,火力發(fā)電廠的生

34、產(chǎn)過程，要經(jīng)過一系列的能量轉(zhuǎn)換之后，最后才能將礦物燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。在這些轉(zhuǎn)換過程中，要用各種效率來描述整個能量轉(zhuǎn)換過程中的完善程度 。,第二節(jié) 多級汽輪機的損失及裝置效率,四、汽輪機裝置的效率及熱經(jīng)濟性指標(biāo),63,實操應(yīng)用,第二節(jié) 多級汽輪機的損失及裝置效率,汽輪機的相對內(nèi)效率是考慮了機組進出口管道的壓力損失和各級內(nèi)能的 。,汽輪機的相對內(nèi)效率是衡量汽輪機內(nèi)能量轉(zhuǎn)換完善程度的重要指標(biāo)。它是整機的有效焓降與理想焓降之比，即,（一） 相對效率,四、汽輪機裝置的效率及熱經(jīng)濟性指標(biāo),汽輪機性能的評價指標(biāo)：相對效率和絕對效率,1、汽輪機相對內(nèi)效率和內(nèi)功率,64,實操應(yīng)用,汽輪機的內(nèi)功率等于汽輪機

35、的進汽量與有效焓降之乘積。 對于無回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)的汽輪機，它的內(nèi)功率為：,第二節(jié) 多級汽輪機的損失及裝置效率,對于有回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)的汽輪機，它的內(nèi)功率為：,或 者 ，,（一） 相對效率,1、汽輪機相對內(nèi)效率和內(nèi)功率,65,實操應(yīng)用,2. 機械效率，軸端功率,第二節(jié) 多級汽輪機的損失及裝置效率,發(fā)電機出線功率為：,汽輪機以軸端功率來拖動發(fā)電機發(fā)電，還要考慮發(fā)電機的機械損失和電氣損失。,汽輪機主軸輸出的軸端功率為 ：,汽輪機的機械效率為：,3.發(fā)電機效率，發(fā)電機出線功率,（一） 相對效率,發(fā)電機效率為：,它表示每kg蒸汽所具有的理想焓降中最后轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿姆蓊~，是衡量汽輪發(fā)電機組工作完善程度的一個綜合指

36、標(biāo) 。,4.發(fā)電機組的相對電效率,發(fā)電機組的相對電效率為：,軸端輸出功率Pm和內(nèi)功率Pi的比值,發(fā)電機出線功率Pel和軸端輸出功率Pm的比值,發(fā)電機相對內(nèi)效率、機械效率和發(fā)電機效率的乘積,66,實操應(yīng)用,（二）絕對效率,第二節(jié) 多級汽輪機的損失及裝置效率,1、循環(huán)熱效率,2、絕對電效率,3、電廠熱效率,其中，Cs是涉及鍋爐效率、管道效率及廠用電率的系數(shù)。一般取 Cs= 0.80.85。 現(xiàn)代大型汽輪發(fā)電機組的電廠熱效率在45%左右。,在絕對電效率el的基礎(chǔ)上，考慮鍋爐效率、管道效率及廠用電率形成的效率值,67,實操應(yīng)用,第二節(jié) 多級汽輪機的損失及裝置效率,（三）其他重要熱經(jīng)濟性指標(biāo),1.汽耗率

37、,對 于 同 功 率 的 汽 輪 機 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 比 較 不 同 類 型 機 組 的 經(jīng) 濟 性 ， 而 是 采 用 反 映 機 組 經(jīng) 濟 性 的 另 一 指 標(biāo)即熱 耗 率q。,68,實操應(yīng)用,第二節(jié) 多級汽輪機的損失及裝置效率,2.熱耗率,對 于 無中 間 再 熱 機 組 來 說 ，,對 于 中 間 再 熱 機 組 來 說 ，,3.汽輪發(fā)電機組的各種效率和經(jīng)濟指標(biāo)見表3-1。,國產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機組的熱耗率為,國 產(chǎn)300MW

38、汽輪發(fā)電機組的熱耗率為,69,實操應(yīng)用,第二節(jié) 多級汽輪機的損失及裝置效率,討論：,不同類型、不同參數(shù)、不同型式,70,實操應(yīng)用,五. 汽輪機極限功率和提高單機功率的主要措施 （一） 凝汽式汽輪機的功率可用下式表示：,整機的理想焓降Ht取決于初終參數(shù)。 在常見的初終參數(shù)條件下， Ht =10001500 kJ/kg；三個效率的變化不大； 汽輪機所能發(fā)出的最大功率就取決于進汽量D0； 在汽輪機中，蒸汽膨脹到末級時，其容積流量達(dá)到最大值；因此通過汽輪機的最大流量又取決于末級葉片的幾何尺寸； 當(dāng)容積流量達(dá)最大值，要求通流面積也最大，因此，末級動葉片必須做得很長。 由于汽輪機轉(zhuǎn)子作高速旋轉(zhuǎn)，長葉片將產(chǎn)

39、生巨大的離心力。然而，葉片材料的強度是有限的，因此，末級葉片的葉高將受到限制（10001300mm）；,可見：單缸單排汽的汽輪機的功率是有限的，其最大功率稱為汽輪機的極限功率。通常，單缸單排汽的汽輪機的極限功率可達(dá)110150 MW（ 對于高壓機組而言）。,第二節(jié) 多級汽輪機的損失及裝置效率,71,實操應(yīng)用,（二） 提高汽輪機單機容量的措施 由于單缸單排汽汽輪機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. 提高新蒸汽的參數(shù) 提高新蒸汽的參數(shù)可以增大整機的理想焓降 ，再加上中間再熱，就能較大地提高單機功率 ； 2. 采用高強度低重度的合金材料 由于汽輪機單機功

40、率受到末級葉片材料強度的限制（離心力太大），故末級葉片不可能做得很長，通流面積大小有限。采用高強度低重度的合金材料制造末級葉片，就可以在保證葉片強度的條件下，增長末級葉片的高度，即增大通流面積，從而達(dá)到增加進汽量、增大汽輪機單機功率的目的。,第二節(jié) 多級汽輪機的損失及裝置效率,72,實操應(yīng)用,3. 采用多排汽口 將汽輪機設(shè)計為多排汽缸形式，以保證能夠通過更大的流量。這是當(dāng)前提高汽輪機單機功率最有效的辦法之一。 4. 采用低轉(zhuǎn)速 降低轉(zhuǎn)速可以大幅提高通流面積，從而顯著增大功率。通常只有在核電汽輪機中，由于蒸汽的體積流量很大，為解決末級葉片排汽困難，才采用半速機。 5. 提高機組的相對內(nèi)效率 采用

41、全三維的彎扭葉片和新型的軸封裝置等，使得各級機內(nèi)損失降低，提高機組的相對內(nèi)效率，從而提高汽輪機單機功率和機組的熱經(jīng)濟性。,第二節(jié) 多級汽輪機的損失及裝置效率,（二） 提高汽輪機單機容量的措施,73,實操應(yīng)用,6. 采用給水回?zé)嵫h(huán) 從汽輪機中間某些級抽出部分蒸汽來加熱給水，一方面可以減少排汽量，同時也可以增加進汽量。減少排汽量，可以降低末級葉片高度，同時可以減少冷源損失；增加進汽量，可以增大機組功率，增大高壓部分葉高和部分進汽度，提高其效率。因此，采用給水回?zé)嵫h(huán)既可提高單機功率又可提高熱效率。 7. 采用中間再熱循環(huán) 通過中間再熱，可以提高蒸汽初參數(shù)，增加汽輪機總的理想比焓降，同時可以降低低壓級的濕氣損失，從而提高單機功率。,第二節(jié) 多級汽輪機的損失及裝置效率,（二） 提高汽輪機單機容量的措施,74,實操應(yīng)用,第三節(jié) 級汽輪機的軸向推力及平衡方法,1、作用在動葉片