汽轮机原理第03章.pptx

1 和单级汽轮机相比较，多级汽轮机具有和单级汽轮机相比较，多级汽轮机具有单机功率大单机功率大和和内效率高内效率高的特点。的特点。多级汽轮机有多级汽轮机有冲动式冲动式和和反动式反动式两种。国产两种。国产100MW100MW、125MW125MW、200MW200MW汽轮机汽轮机都是冲动式多级汽轮机；国产都是冲动式多级汽轮机；国产300MW300MW、600MW600MW汽轮机则是反动式汽轮机。也有汽轮机则是反动式汽轮机。也有冲动式的机组。冲动式的机组。多级汽轮机通常采用喷嘴调节（控制进汽量），称之多级汽轮机通常采用喷嘴调节（控制进汽量），称之调节级调节级，其余的级，其余的级称为称为压力级压力级。中小型汽轮机，通常采用。中小型汽轮机，通常采用双列级双列级作为调节级，大功率汽轮机多作为调节级，大功率汽轮机多用用单列级单列级作为调节级。作为调节级。多级汽轮机的通流部分如图多级汽轮机的通流部分如图3-13-1所示。所示。图3-1第1页/共48页2（二）多级汽轮机的工作过程（二）多级汽轮机的工作过程：多多级级汽汽轮轮机机有有冲冲动动式式（图图3-13-1）和和反反动动式式（图图3-23-2）机机组组。蒸蒸汽汽在在多多级级汽汽轮轮机机中中膨膨胀胀作作功功过过程程和和在在级级 中中的的膨膨胀胀作作功功过过程程一一 样样。作作功功过过程程是是重重复复的的，但参数是变化的。但参数是变化的。沿沿着着蒸蒸汽汽流流动动方方向向，多多级级汽汽轮轮机机分分为为高高压压级级段段、中中压压级级段段和和低低压压级级段段三三部分。对于多缸大机组，则分高压缸、中压缸和低压缸。部分。对于多缸大机组，则分高压缸、中压缸和低压缸。1.1.高压级段（高压缸）：高压级段（高压缸）：（1 1）蒸汽压力高、温度高、比容小，容积流量小，通流面积小，叶高尺寸小；）蒸汽压力高、温度高、比容小，容积流量小，通流面积小，叶高尺寸小；（2 2）喷嘴出汽角）喷嘴出汽角 较小。冲动级较小。冲动级 ，反动级，反动级 。（3 3）反动度：）反动度：（4 4）平均焓降较小，比容变化小，各级平均直径变化小。应保持通流部分变化）平均焓降较小，比容变化小，各级平均直径变化小。应保持通流部分变化平滑。平滑。（5 5）级内损失有：喷嘴损失、动叶损失、余速损失、叶高损失、扇形损失、叶）级内损失有：喷嘴损失、动叶损失、余速损失、叶高损失、扇形损失、叶轮摩擦损失、漏汽损失、部分进汽损失等。轮摩擦损失、漏汽损失、部分进汽损失等。第2页/共48页32.2.低压级段（低压缸）：低压级段（低压缸）：（1 1）蒸汽比容大，容积流量大，通流部分尺寸变化大，叶片长。喷嘴和动叶）蒸汽比容大，容积流量大，通流部分尺寸变化大，叶片长。喷嘴和动叶出汽角逐级增大，故采用扭叶片。出汽角逐级增大，故采用扭叶片。（2 2）理想焓降逐级增加快，反动度增加快；）理想焓降逐级增加快，反动度增加快；（3 3）一般在湿蒸汽区工作。）一般在湿蒸汽区工作。3.3.中压级段（中压缸）：中压级段（中压缸）：中压级段介于上二者之间，蒸汽比容较大，容积流量较大，通流部分尺中压级段介于上二者之间，蒸汽比容较大，容积流量较大，通流部分尺寸变化角大，叶片较长。寸变化角大，叶片较长。多排汽口多排汽口由于受材料强度的限制，叶片不可能太长，故大型汽轮机都采用由于受材料强度的限制，叶片不可能太长，故大型汽轮机都采用多多排汽口排汽口。如国产如国产200MW200MW汽轮机，设计为三排汽口和两排汽口；国产汽轮机，设计为三排汽口和两排汽口；国产300MW300MW汽轮机采用两排汽口；汽轮机采用两排汽口；600MW4600MW4排汽口。排汽口。第3页/共48页4二、多级汽轮机的重热现象二、多级汽轮机的重热现象 在在h hs s 图上，在图上，在过热区内过热区内，随着温度增加，等压线是，随着温度增加，等压线是呈扩散形呈扩散形；在；在湿蒸湿蒸汽区汽区，等压线是斜率为常数的，等压线是斜率为常数的直线直线。因此，在。因此，在h hs s 图上的两条等压线之间的图上的两条等压线之间的距离（距离（焓降）是随着熵的增加而增加的焓降）是随着熵的增加而增加的。这样一来，前一级的损失造成的熵。这样一来，前一级的损失造成的熵增，能使后一级的理想焓降增加。即前一级的损失，加热了蒸汽本身，使后增，能使后一级的理想焓降增加。即前一级的损失，加热了蒸汽本身，使后一级的进汽温度升高，即在后一级得到了利用一级的进汽温度升高，即在后一级得到了利用这就是多级汽轮机的这就是多级汽轮机的重热重热现象现象。第4页/共48页51.1.重热系数重热系数如右图：整机理想焓降为如右图：整机理想焓降为 ，由于等压线是呈扩散形，所以：由于等压线是呈扩散形，所以：以上各式相加得以上各式相加得：即有即有：也就是：也就是：上式之比值：上式之比值：称为重热系数，用称为重热系数，用表示。则上式写成表示。则上式写成（3 34 4）第5页/共48页62.整机效率与级效率根根据据上上述述推推导导，表表示示各各级级理理想想焓焓降降之之和和大大于于整整机机理理想想焓焓降降。由由于于这这部部分分热热量量的的利利用用，使使整整机机的的内内效效率率大大于于各各级级平平均均内内效效率率。设设各各级级内内效效率率相相等等，用（用（）表示，则各级有效焓降为：）表示，则各级有效焓降为：，相加得相加得（35）第6页/共48页7而而整机的内效率整机的内效率为：为：由于由于 0 0，所以，所以 ，即，即整机的内效率大于各级平均内效率整机的内效率大于各级平均内效率。通常，重热系数通常，重热系数 =0.03=0.03 0.08 0.08 ，其大小与下列因素有关：，其大小与下列因素有关：1)1)和级数有关，级数多，和级数有关，级数多，大；大；2)2)与各级内效率有关，级内效率低，则与各级内效率有关，级内效率低，则大；大；3)3)与蒸汽状态有关，过热区与蒸汽状态有关，过热区大，湿汽区大，湿汽区小。小。*这这里里，决决不不能能误误认认为为越越大大越越好好。因因为为增增大大，是是以以增增加加损损失失为为代代价价的的，而重热只能回收损失其中的一小部分。而重热只能回收损失其中的一小部分。大会使整机的内效率降低。大会使整机的内效率降低。（3 36 6）三、多级汽轮机的余速利用三、多级汽轮机的余速利用 在多级汽轮机中，前一级的出口状态点，就是下一级的初始状态点，因此，前一级在多级汽轮机中，前一级的出口状态点，就是下一级的初始状态点，因此，前一级得余速就可以被后一级所利用。多级汽轮机的余速利用，可使整机相对内效率提高。得余速就可以被后一级所利用。多级汽轮机的余速利用，可使整机相对内效率提高。第7页/共48页8第二节第二节 多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率多级汽轮机的损失及汽轮机装置效率 汽轮机除了各级级内损失之外，还有进、排汽管道的节流损失，前后端轴汽轮机除了各级级内损失之外，还有进、排汽管道的节流损失，前后端轴封的漏汽损失，机械损失。封的漏汽损失，机械损失。一一 、汽轮机轴封系统及前后端轴封的漏汽损失、汽轮机轴封系统及前后端轴封的漏汽损失 由于结构的要求，汽轮机由于结构的要求，汽轮机大轴必须从汽缸内向外伸出大轴必须从汽缸内向外伸出并支持在轴承座上。并支持在轴承座上。这样，大轴和汽缸之间必须留有一定的间隙。这样，大轴和汽缸之间必须留有一定的间隙。汽缸的汽缸的高压端高压端，缸内蒸汽压力大于大气压力，蒸汽必然要，缸内蒸汽压力大于大气压力，蒸汽必然要从间隙向外泄漏从间隙向外泄漏。这样就减少了作功蒸汽量这样就减少了作功蒸汽量 ，降低了机组的经济性。降低了机组的经济性。在机组的在机组的排汽端排汽端，缸内为真空运行，蒸汽压力低于大气压力，外界的，缸内为真空运行，蒸汽压力低于大气压力，外界的空气空气将通过间隙流入汽缸内将通过间隙流入汽缸内，破坏真空，也会降低机组的经济性。，破坏真空，也会降低机组的经济性。为此，汽轮机设置为此，汽轮机设置轴封系统轴封系统（由轴封、相应连接管道、附属设备组成），防（由轴封、相应连接管道、附属设备组成），防止或减少高温、高压蒸汽从高、中压端向外泄漏，防止外界空气漏入低压端。止或减少高温、高压蒸汽从高、中压端向外泄漏，防止外界空气漏入低压端。第8页/共48页9（一）轴封系统（一）轴封系统 轴封系统的作用是确保汽轮机轴端和进汽阀阀门阀杆的严密性，收集轴封系统的作用是确保汽轮机轴端和进汽阀阀门阀杆的严密性，收集和利用汽轮机轴端和进汽阀阀门阀杆的漏汽，防止或减少高温、高压蒸汽从和利用汽轮机轴端和进汽阀阀门阀杆的漏汽，防止或减少高温、高压蒸汽从高、中压端向外泄漏，防止外界空气漏入低压端。高、中压端向外泄漏，防止外界空气漏入低压端。图图3-43-4为为600MW600MW汽轮机轴封系统图，主要包括：轴封、轴封冷却器、轴汽轮机轴封系统图，主要包括：轴封、轴封冷却器、轴封风机、轴封蒸汽压力和温度调节器、压力调节器、减温器以及相连的管道、封风机、轴封蒸汽压力和温度调节器、压力调节器、减温器以及相连的管道、阀门等。轴封系统根据功能又分轴封供汽、轴封漏汽和轴封回汽三部分。阀门等。轴封系统根据功能又分轴封供汽、轴封漏汽和轴封回汽三部分。1.1.轴封供汽轴封供汽 机组启动或低负荷运行时，轴封系统的汽源来自辅助蒸汽母管或再热蒸机组启动或低负荷运行时，轴封系统的汽源来自辅助蒸汽母管或再热蒸汽冷段蒸汽母管。确保轴封蒸汽母管压力略高于大气压力。汽冷段蒸汽母管。确保轴封蒸汽母管压力略高于大气压力。当进汽阀全关时，轴封系统的汽源来自高、中压缸轴封漏汽。当进汽阀全关时，轴封系统的汽源来自高、中压缸轴封漏汽。第9页/共48页10图3-4第10页/共48页112.轴封漏汽汽轮机高、中压缸的漏器用相应管道连接汽轮机高、中压缸的漏器用相应管道连接收集并送相应加热器中，回收工质和热量。收集并送相应加热器中，回收工质和热量。3.3.轴封回汽轴封回汽 轴封段最外层是轴封段的回汽，为汽气混合物，由相应管道连接收轴封段最外层是轴封段的回汽，为汽气混合物，由相应管道连接收集并送相应回汽母管，排入轴封冷却器，回收工质和热量，排出空气。集并送相应回汽母管，排入轴封冷却器，回收工质和热量，排出空气。（二）（二）齿形轴封的工作原理齿形轴封的工作原理 1.1.齿形轴封的结构：齿形轴封的结构：现代汽轮机中常见的轴封是齿形轴封，它是由许多固定在汽缸上的现代汽轮机中常见的轴封是齿形轴封，它是由许多固定在汽缸上的金属片组成。其高低齿与轴或者轴套上的凸肩沟槽相错对应，两者之间保持金属片组成。其高低齿与轴或者轴套上的凸肩沟槽相错对应，两者之间保持一一 较小的间隙较小的间隙，以形成许多汽封齿隙。而两齿之间形成一个环形汽室，如，以形成许多汽封齿隙。而两齿之间形成一个环形汽室，如图图3-53-5所示。所示。图3-5第11页/共48页12第12页/共48页13国产600MW汽轮机轴封结构第13页/共48页14 2.2.减减少少漏漏汽汽的的途途径径：当当漏漏汽汽通通过过轴轴封封时时，依依次次逐逐个个通通过过这这些些齿齿隙隙和和环环形汽室。通过轴封漏量按续程方程形汽室。通过轴封漏量按续程方程来来确确定定。为为了了减减少少漏漏汽汽量量，可可以以通通过过：减减少少齿齿隙隙面面积积A A、汽汽流流速速度度C C 和和增增大大比容比容V V 等办法来实现。等办法来实现。但是：但是：(1)(1)比容比容是蒸汽流动状态来决定，不可任意改变是蒸汽流动状态来决定，不可任意改变 。(2)(2)而而面面积积 分分别别为为轴轴封封直直径径、间间隙隙）、轴轴封封直直径径d d是是由由大大轴轴的的强强度度确确定定。为为了了保保证证安安全全，间间隙隙 不不能能太太小小(一一般般 =0.30.3 0.6 0.6 mm)mm)。太太小小，可可能能使使大大轴轴与与轴轴封封片片摩摩擦擦，造造成成大大轴轴弯弯曲曲 ，引引起起机机组组振动。振动。(3)(3)唯唯一一可可行行的的办办法法就就是是减减小小汽汽流流速速度度C C。汽汽流流速速度度C C取取决决于于轴轴封封齿齿两两侧侧的的压压力力差差，所所以以减减小小轴轴封封齿齿两两侧侧的的压压力力差差是是减减少少轴轴封封漏漏汽汽量量的的主主要要措措施施。第14页/共48页153.3.齿形轴封的工作原理齿形轴封的工作原理：从左图可见到，蒸汽通过一环形齿从左图可见到，蒸汽通过一环形齿隙时，由于通道面积减小，速度增加，压力从隙时，由于通道面积减小，速度增加，压力从p po o降到降到p p1 1 。但。但是蒸汽进入两齿间的大空间时，容积突然增大，速度大为减是蒸汽进入两齿间的大空间时，容积突然增大，速度大为减小。由于涡流和碰撞，蒸汽动能被消耗而转变成热量，使蒸小。由于涡流和碰撞，蒸汽动能被消耗而转变成热量，使蒸汽焓值又回到原值，如左下图所示。即蒸汽通过轴封齿隙为汽焓值又回到原值，如左下图所示。即蒸汽通过轴封齿隙为一一节流过程节流过程。其后，蒸汽每通过轴封一齿隙时，都重复这一。其后，蒸汽每通过轴封一齿隙时，都重复这一过程，压力不断降低，直到降低轴封最后一齿后的压力为止。过程，压力不断降低，直到降低轴封最后一齿后的压力为止。所以，轴封的作用是将一个较大的压差分割成若干个减小的所以，轴封的作用是将一个较大的压差分割成若干个减小的压差，从而达到降低漏汽速度，减小漏汽量的作用。压差，从而达到降低漏汽速度，减小漏汽量的作用。这就是这就是齿形轴封的工作原理齿形轴封的工作原理。蒸汽每通过轴封一齿隙时，压力不断降低，容积不断蒸汽每通过轴封一齿隙时，压力不断降低，容积不断扩大，而流量是相同的。根据连续性方程，扩大，而流量是相同的。根据连续性方程，则流速是越来越则流速是越来越大的，并在最后一齿大最大大的，并在最后一齿大最大。如左图所示，。如左图所示，ab ab 曲线对应曲线对应C/v=C/v=常数，称为常数，称为芬诺曲线芬诺曲线。图 3-6第15页/共48页16（三）轴三）轴 封封 漏汽量计算：漏汽量计算：为了计算轴封漏汽量，这里作为了计算轴封漏汽量，这里作两个假设两个假设：1.1.蒸汽在轴封间隙中的流动和在简单的渐缩喷嘴中的流动相似；蒸汽在轴封间隙中的流动和在简单的渐缩喷嘴中的流动相似；2.2.假定轴封各齿隙的面积都相同。假定轴封各齿隙的面积都相同。从从轴轴封封的的工工作作原原理理可可知知，蒸蒸汽汽在在轴轴封封间间隙隙中中的的流流动动时时，汽汽流流速速度度是是逐逐级级增增加加的的。现现在在又又蒸蒸汽汽在在轴轴封封间间隙隙中中的的流流动动和和在在简简单单的的渐渐缩缩喷喷嘴嘴中中的的流流动动相相似似。所所以以，蒸蒸汽汽在在轴轴封封间间隙隙中中的的最最大大速速度度是是临临界界速速度度，这这一一速速度度只只可可能能在在轴封轴封最后一齿中达到最后一齿中达到。这样。这样 ,蒸汽在轴封间隙中的流动可能产生蒸汽在轴封间隙中的流动可能产生两种情况两种情况：1.1.蒸汽在轴封各齿隙中的流动蒸汽在轴封各齿隙中的流动均小于临界速度均小于临界速度；2.2.蒸蒸汽汽在在轴轴封封最最后后一一齿齿隙隙中中达达到到临临界界速速度度，而而在在以以前前各各齿齿中中其其汽汽流流速速度度均均 小于临界速度。小于临界速度。第16页/共48页171.1.蒸汽在轴封最后一齿隙中流速低于临界速度时蒸汽在轴封最后一齿隙中流速低于临界速度时 若若已已知知轴轴封封前前后后蒸蒸汽汽压压力力为为 ，轴轴封封间间隙隙为为 ，轴轴封封齿齿数数为为 ，高高低低齿齿间间隙隙处处的的直直径径分分别别为为 二二者者相相差差小小，用用平平均均半半径径 ，则轴的齿隙面积则轴的齿隙面积 。则通过轴封的漏汽量可用下式计算：。则通过轴封的漏汽量可用下式计算：从上式可知，当轴封前后蒸汽压力确定后，增加轴封齿数，可减少漏汽从上式可知，当轴封前后蒸汽压力确定后，增加轴封齿数，可减少漏汽 量量 。(3-15)第17页/共48页18 2.2.蒸汽在轴封最后一齿隙中流速达到临界速度时蒸汽在轴封最后一齿隙中流速达到临界速度时 根根据据上上述述公公式式分分析析，当当蒸蒸汽汽在在轴轴封封最最后后一一齿齿隙隙中中流流速速达达到到临临界界速速度度，而而在在此此之之前前的的各各齿齿中中，汽汽流流速速度度均均小小于于临临界界速速度度的的情情况况下下，其其漏漏汽汽量量可可用用上上式式计计算算：而而蒸蒸汽汽在在最最后后一一齿齿隙隙中中流流速速达达到到临临界界速速度度,其其流流量量为为临临界界流流量量，因因此此应应按按临临界界流量公式进行计算，即流量公式进行计算，即 根据连续性，两种流量应相等。根据连续性，两种流量应相等。则轴封最后则轴封最后一齿隙中一齿隙中流速达到临界时流速达到临界时，漏汽量为，漏汽量为：(3-16)(3-17)(3-24)第18页/共48页193.3.临界状态判别式临界状态判别式 当蒸汽在轴封最后一齿隙中流速当蒸汽在轴封最后一齿隙中流速达到临界达到临界速度时，则该齿前后压力比速度时，则该齿前后压力比 0.5460.546。则可得到临界状态判别式：。则可得到临界状态判别式：即当即当 时，则说明最后一齿时，则说明最后一齿达到临界达到临界速度；速度；反之，若反之，若 则说明最后一齿则说明最后一齿未达到临界未达到临界速度。当判别之后，分别计算其相应的漏汽量速度。当判别之后，分别计算其相应的漏汽量。第19页/共48页204.4.轴封漏汽量的流量系数轴封漏汽量的流量系数 在在上上述述两两种种情情况况下下的的轴轴封封漏漏汽汽量量计计算算式式中中，没没有有考考虑虑轴轴封封结结构构的的影影响响。所所以以，流流过过轴轴封封的的实实际际漏漏汽汽量量，应应该该是是在在上上述述两两种种计计算算式式中中所所计计算算漏漏汽汽量量再再乘乘以以一一个个流流量量系系数数。即即 不不同同结结构构的的轴轴封封，其其流流量量系系数数可可从从图图3-73-7 中查得。中查得。*对对于于平平齿齿齿齿封封，其其流流量量的的计计算算，则则要要从从图图3-83-8中中查查取取一一个个修修正正系系数数，用此系数乘以用上述方法计算而得到的轴封漏汽量，即用此系数乘以用上述方法计算而得到的轴封漏汽量，即 第20页/共48页21第21页/共48页22（四）汽封结构1.典型的传统汽封结构（图3-10）2.布莱登汽封结构（图3-11）图3-10图3-11第22页/共48页23二、汽轮机进、排汽机构的压力损失二、汽轮机进、排汽机构的压力损失 汽汽轮轮机机必必须须有有进进汽汽机机构构和和排排汽汽管管道道。进进汽汽机机构构由由主主汽汽阀阀、调调节节阀阀、导导汽汽管管和和蒸蒸汽汽室室组组成成。图图3-123-12、图图3-133-13分分别别是是600MW600MW汽汽轮轮机机高高压压主主汽汽阀阀、调调节节阀阀纵纵剖剖面面图图。排排汽汽机机构构是是一一个个扩扩散散形形的的排排汽汽管管所所构构成成。蒸蒸汽汽通通过过汽汽轮轮机机进进、排排汽汽机构时，由于摩擦和涡流的存在，会使压力降低，形成损失。机构时，由于摩擦和涡流的存在，会使压力降低，形成损失。图3-12图3-13第23页/共48页24第24页/共48页25 图图3-143-14为为一一次次中中间间再再热热汽汽轮轮机机的的热热力力过过程程曲曲线线。由由于于进进、排排汽汽机机构构的的存存在在，蒸蒸汽汽通通过过汽汽轮轮机机进进汽汽管管道道就就会会有有压压力力降降低低。这这个个压压力力降降低低不不作作功功，是是一一种种损损失失。会会产产生生压压力力损损失失，就就产产生生了了理理想想焓焓降降损损失失。蒸蒸汽汽在在进进汽汽机机构构中中的的压压力力损损失失和和管管道道长长短短、阀阀门门型型线线、蒸蒸汽汽室室形形状状及及汽汽流流速速度度有有关关。通通常常，当当阀阀门门全全开开时，汽流速度为（时，汽流速度为（40 6040 60）m/s m/s，则在，则在 进汽机构（高压主汽阀、调节阀）中由于节流所引起的压力损失进汽机构（高压主汽阀、调节阀）中由于节流所引起的压力损失为：为：(3(32929）式中，式中，分别是阀前、后新汽压力。分别是阀前、后新汽压力。经再热管道的压力损失经再热管道的压力损失 (3(33030）经中压主汽阀、调节阀的压力损失经中压主汽阀、调节阀的压力损失为：为：(3(33131）经两根低压导汽管从中压缸到低压缸的压力损失为经两根低压导汽管从中压缸到低压缸的压力损失为：(332）第25页/共48页26一次中间再热汽轮机的热力过程曲线一次中间再热汽轮机的热力过程曲线（图3-14）。图3-14第26页/共48页27 排汽管道的压力损失排汽管道的压力损失：乏汽从末级动叶排出，经排汽管到凝汽器或供热管乏汽从末级动叶排出，经排汽管到凝汽器或供热管道，蒸汽在其中流动时，因摩擦、涡流等原因，会造成压力损失，即排汽管道道，蒸汽在其中流动时，因摩擦、涡流等原因，会造成压力损失，即排汽管道的压力损失。若末级动叶出口压力为的压力损失。若末级动叶出口压力为 ，凝汽器的压力为，凝汽器的压力为 ，则压力损失，则压力损失为为 。压力损失主要取决于流速的大小、排汽管道的型线结构。压力损失主要取决于流速的大小、排汽管道的型线结构等原因。通常用下式来估计排汽管道的压力损失，即等原因。通常用下式来估计排汽管道的压力损失，即式中，阻力系数，一般取=0.050.1；排汽管中的汽流速度，对于凝汽机，取 =80120m/s；对于背压机，取 =4060m/s。（333）第27页/共48页28三、机械损失三、机械损失 汽汽轮轮机机在在工工作作时时，要要克克服服支支持持轴轴承承、推推力力轴轴承承的的摩摩擦擦阻阻力力，还还要要带带动动主主油油泵泵和和调调速速系系统统工工作作，必必然然要要消消耗耗一一部部分分功功率率。通通常常，用用 机机械械损损失来描述。汽轮机的机械损失一般用机械效率来计算。这样，失来描述。汽轮机的机械损失一般用机械效率来计算。这样，(336)式中，分别为汽轮机的分别为汽轮机的 轴端功率、内功率；轴端功率、内功率；为为机机械械损损失失，对对于于同同一一台台机机组组，由由于于转速为常数，所转速为常数，所 以近似为常数。以近似为常数。第28页/共48页29四、汽轮机装置的效率及热经济指标四、汽轮机装置的效率及热经济指标 火火力力发发电电厂厂的的生生产产过过程程，要要经经过过一一系系列列的的能能量量转转换换之之后后，最最后后才才能能将将矿矿物物燃燃料料的的化化学学能能转转变变为为电电能能。在在这这些些转转换换过过程程中中，要要用用各各种种效效率率来来描描述述整个能量转换过程中的完善成度。整个能量转换过程中的完善成度。（一）相对效率（一）相对效率 1.1.汽轮机的相对内效率汽轮机的相对内效率 汽汽轮轮机机的的相相对对内内效效率率是是衡衡量量汽汽轮轮机机内内能能量量转转换换完完善善程程度度的的重重要要指指标标。它它 是整机的有效焓降与理想焓降之比，即是整机的有效焓降与理想焓降之比，即 （337）汽汽 轮轮 机机 的的 相相 对对 内内 效效 率率 是是 考考 虑虑 了了 机机 组组 进进 出出 口口 管管 道道 的的 压压 力力 损损 失失 和和 各各 级级 内内 能能 的的 。第29页/共48页30 汽轮机的内功率等于汽轮机的进汽量与有效焓降之乘积。汽轮机的内功率等于汽轮机的进汽量与有效焓降之乘积。（1 1）对于无回热加热系统对于无回热加热系统的汽轮机，它的的汽轮机，它的内功率内功率为为 ：(kw)(338）或 者，(kw)(338a)（2 2）对于有回热加热系统）对于有回热加热系统的汽轮机，它的的汽轮机，它的内功率内功率为：为：(339)其中，其中，D D、G G为汽轮机各级蒸汽量，为汽轮机各级蒸汽量，为相应的有效为相应的有效 焓焓 降降 。第30页/共48页312.汽轮机的轴端功率、机械效率（1）机械效率：（2）轴端功率：对于无回热加热系统的汽轮机，它的对于无回热加热系统的汽轮机，它的轴端功率轴端功率为为 ：(341）3.发电机效率：发电机效率为电功率发电机效率为电功率 和和轴端功率之比，即轴端功率之比，即 (342）发电机效率一般为 。则则 在在 发发 电电 机机 的的 出出 线线 端端 所所 获获 得得 的的 电电 功功 率率 为为 ：（340）（343）第31页/共48页324.4.发电机组的发电机组的相对电效率相对电效率 发电机组的发电机组的相对电效率为：相对电效率为：发电机组的发电机组的相对电效率表示相对电效率表示1kg1kg蒸汽所具有的理想焓降最终转变为电能的蒸汽所具有的理想焓降最终转变为电能的份额，是评价汽轮发电机组工作完善程度的综合指标。则（份额，是评价汽轮发电机组工作完善程度的综合指标。则（3 34343）可写成）可写成（344）（345）第32页/共48页33（二）循循 环环 热热 效效 率率 和和 绝绝 对对 电电 效效 率率 1.循循环环热热效效率率：由由于于汽汽轮轮发发电电机机组组热热力力循循环环中中存存在在着着冷冷源源损损失失，所所以以，为为了了使使得得1kg1kg蒸蒸汽汽获获得得理理想想焓焓降降为为 的的热热量量，就就需需要要加加给给它它比比较较多多的的热热量量。若忽略若忽略水泵耗功水泵耗功，并，并 且使装置按且使装置按朗肯循环朗肯循环工作，则装置的工作，则装置的循环热效率循环热效率为：为：其其 中中 ，-蒸汽的初焓蒸汽的初焓，-凝结水焓凝结水焓，即在背压，即在背压pc pc 下的饱和水焓。下的饱和水焓。这这 里里 ，-为为 每每 1 kg 1 kg 蒸汽在锅炉中所获得的热量。蒸汽在锅炉中所获得的热量。2.2.绝绝对对电电效效率率：对对于于有有回回热热加加热热系系统统来来说说，则则 应应为为末末级级高高压压加加热热器器出出口口的的给给水水焓焓值值 。这这样样，整整个个热热力力循循环环中中加加 给给1kg 1kg 蒸蒸汽汽的的热热量量最最终终转转变变为为电能的份额称为电能的份额称为绝对电效率绝对电效率，用，用 表示：表示：(347）(346)第33页/共48页343.火力发电厂的热效率（绝对电效率）火力发电厂的热效率（绝对电效率）:考考虑虑锅锅炉炉效效率率、管管道道损损失失及及发发电电厂厂各各种种风风机机、水水泵泵耗耗功功的的影影响响，整整个个火火力力发发电电厂厂的的绝绝对对电电效效率率要要比比汽汽轮轮发发电电机机组组的的绝绝对对电电效效率率低低，而而火火力力发发电电厂厂的的热热耗耗率率亦比汽轮发电机组的热耗率高。亦比汽轮发电机组的热耗率高。火力发电厂的热效率（绝对电效率）火力发电厂的热效率（绝对电效率）为为 ：其其中中，是是涉涉及及锅锅炉炉效效率率、管管道道效效率率及及厂厂用用电电的的系系数数。一一般般取取 =0.80.8 0.85 0.85 。现代大型汽轮发电机组的电厂热效率在现代大型汽轮发电机组的电厂热效率在45%45%左右。左右。(348）第34页/共48页35（三）其他重要热经济指标 除除了了用用效效率率表表示示汽汽轮轮发发电电机机组组的的经经济济性性外外，还还经经常常用用汽汽耗耗率率d d热热耗耗率率q q来表示其经济性。来表示其经济性。（1）汽耗率d：生产生产1kwh1kwh的电能所需要的蒸汽量称为汽耗率的电能所需要的蒸汽量称为汽耗率，用，用 d d表示，即表示，即 (kg/kw.h)(349 )（2）热耗率q：对对于于同同功功率率的的汽汽轮轮机机组组，虽虽然然功功率率相相同同，但但因因蒸蒸汽汽的的初初终终参参数数不不同同 ，而而使使得得汽汽耗耗量量不不一一样样。所所以以，汽汽耗耗率率d d并并不不宜宜用用来来比比较较不不同同类类型型机机组组的的经经济济性性，而而是是采采用用反反映映机机组组经经济济性性的的另另一一指指标标热热 耗耗率率，即即发发出出1kw.h 1kw.h 电能所需要热量电能所需要热量，用，用 q q 表示：表示：(350 )第35页/共48页36 对于对于中间再热机组中间再热机组来说，热耗率为来说，热耗率为 ,(kJ/kw.h)(3,(kJ/kw.h)(351 )51 )其其 中中 ，-汽轮机总进汽量、再热蒸汽量，（汽轮机总进汽量、再热蒸汽量，（kg/h)kg/h)，-再热蒸汽初焓、高压缸排汽焓，（再热蒸汽初焓、高压缸排汽焓，（kg/h)kg/h)。表3-1 汽轮发电机组效率及热经济指标表 额度功率（MW)相对内效率机械效率发电机效率绝对电效率汽耗率dkg/kw.h热耗率qkJ/kW.h12250.820.850.9850.990.9650.9750.300.334.74.11214010890501000.850.870.990.980.9850.370.393.73.5963092101252000.870.880.990.9850.990.420.433.23.08500!83703006000.8850.900.990.9850.990.440.463.22.9810078106000.900.990.9850.990.463.27800第36页/共48页37五、汽轮机的极限功率和提高单机容量的主要措施五、汽轮机的极限功率和提高单机容量的主要措施（一）（一）汽轮机单机容量汽轮机单机容量 凝 汽 式 汽 轮 机 的 功 率 可 用 下 式 表 示：其其中中，整整机机理理想想焓焓降降 取取决决于于初初终终参参数数。在在常常见见初初终终参参数数条条件件下下，=10001500 10001500 kJ/kgkJ/kg。三三个个效效率率的的变变化化不不大大。所所以以，汽汽轮轮机机所所能能发发出出的的最最大大功功率率就就决决定定于于进进汽汽量量。而而通通过过汽汽轮轮机机的的最最大大流流量量又又决决定定于于末末级级叶叶片片的的几几何何尺尺寸寸。在在汽汽轮轮机机中中，蒸蒸汽汽膨膨胀胀到到末末级级时时，其其容容积积流流量量达达最最大大值值。所所以以，要要求求通通流流面面积积也也最最大大。因因此此，末末级级动动叶叶片片必必须须做做得得很很长长。由由于于汽汽轮轮机机转转子子作作高高速速旋旋转转，长长叶叶片片将将产产生生巨巨大大的的离离心心力力。叶叶片片材材料料的的强强度度是是有有限限的的，因因此此，末末级级叶叶片片的的叶叶高高将将受受到到限限制制。目目前前，末末级级叶叶片片的的叶叶高高最最大大可可达达10001300mm10001300mm。这这就就是是说说，单单缸缸单单排排汽汽的的汽汽轮轮机机的的功功率率是是有有限限的的，其其最最大大功功率率称称为为汽汽轮轮机机的的极极限限功功率率。通通常，单缸单排汽的汽轮机的常，单缸单排汽的汽轮机的极限功率可达极限功率可达110150 MW110150 MW。第37页/共48页38（二）提高汽轮机单机容量的措施（二）提高汽轮机单机容量的措施 由由于于单单缸缸单单排排汽汽汽汽轮轮机机受受到到极极限限功功率率的的限限制制，为为了了得得到到更更大大的的功功率率，就就必须采取其他措施，常用的办法有：必须采取其他措施，常用的办法有：1.1.提高新蒸汽的参数提高新蒸汽的参数 提提高高新新蒸蒸汽汽的的参参数数可可以以增增大大整整机机的的理理想想焓焓降降 ，再再加加上上中中间间再再热热，就就能能较较大地提高单机功率大地提高单机功率 ；2.2.采用高强度低重度的合金材料采用高强度低重度的合金材料 由由于于汽汽轮轮机机单单机机功功率率受受到到末末级级叶叶片片材材料料强强度度的的限限制制（离离心心力力太太大大），故故末末级级叶叶片片不不可可能能做做得得很很长长，通通流流面面积积大大小小有有限限。采采用用高高强强度度低低重重度度的的合合金金材材料料制制造造末末级级叶叶片片，就就可可以以在在保保证证叶叶片片强强度度的的条条件件下下，增增长长末末级级叶叶片片的的高高度度，即即增增大通流面积，从而达到增加进汽量、增大汽轮机单机功率的目的。大通流面积，从而达到增加进汽量、增大汽轮机单机功率的目的。第38页/共48页39 3.3.采用多排汽口采用多排汽口 采用多排汽口，就是对汽轮机的采用多排汽口，就是对汽轮机的低压缸进行低压缸进行分流分流。这是当前提高汽轮机。这是当前提高汽轮机单机功率最有效的办法单机功率最有效的办法。4.4.采用给水回采用给水回热加热系统：热加热系统：第39页/共48页404.4.采用给水回热加热系统：采用给水回热加热系统：从汽轮机中间某些级抽出部分蒸汽来加热给水，一方面可以减少排从汽轮机中间某些级抽出部分蒸汽来加热给水，一方面可以减少排汽量，同时也可以增加进汽量。减少排汽量，可以降低末级叶片高度，同汽量，同时也可以增加进汽量。减少排汽量，可以降低末级叶片高度，同时可以减少冷源损失；增加进汽量，可以增大机组功率，增大高压部分叶时可以减少冷源损失；增加进汽量，可以增大机组功率，增大高压部分叶高和部分进汽度，提高其效率。这而者都是可以热效率的。高和部分进汽度，提高其效率。这而者都是可以热效率的。5.5.提高机组的相对内效率；提高机组的相对内效率；6.6.采用中间再热循环；采用中间再热循环；7.7.采用低转速。采用低转速。第40页/共48页41第三节第三节 多级汽轮机的轴向推力及平衡方法多级汽轮机的轴向推力及平衡方法一、多级汽轮机的轴向推力一、多级汽轮机的轴向推力 蒸蒸汽汽通通过过汽汽轮轮机机通通流流部部分分膨膨胀胀作作功功时时，对对叶叶片片的的作作用用力力由由圆圆周周分分力力和和轴轴向向分分力力所所组组成成。其其中中，圆圆周周分分力力推推动动叶叶轮轮作作功功，而而轴轴向向分分力力则则对对转转子产生一个轴向推力。子产生一个轴向推力。在一般情况下，作用在一个冲动级上的轴向推力由在一般情况下，作用在一个冲动级上的轴向推力由3 3部分所组成：部分所组成：（1 1）作用在动叶片上的轴向力；）作用在动叶片上的轴向力；（2 2）作用在叶轮面上的轴向力）作用在叶轮面上的轴向力 ；（3 3）作用在主轴凸肩上的轴向力）作用在主轴凸肩上的轴向力。第41页/共48页421.1.作用在动叶片上的轴向力作用在动叶片上的轴向力 ：（3 352)52)当当反反动动度度不不大大时时，压压力力反反动动度度（）和和焓焓降降反反动动度度相相差不大，这样一来，差不大，这样一来，则上式为则上式为 （3 35353）2.2.作用在叶轮面上的轴向力作用在叶轮面上的轴向力 当当 叶轮两侧轮毂相等时，则上式为：叶轮两侧轮毂相等时，则上式为：其其 中中 ，为叶轮前的压力。（略）为叶轮前的压力。（略）（354)第42页/共48页433.3.作用在主轴封凸肩上的轴向力作用在主轴封凸肩上的轴向力 (3(35757）*多多级级汽汽轮轮机机总总的的轴轴向向推推力力：这这样样，多多级级汽汽轮轮机机总总的的轴轴向向推推力力为为各各级级轴轴向向推推力之和。即力之和。即 (358)第43页/共48页44二、轴向推力的平衡方法 在在多多级级汽汽轮轮机机中中，总总的的轴轴向向推推力力是是很很大大的的。特特别别是是反反动动式式汽汽轮轮机机，其其总总的的轴轴向向推推力力可可达达200 200 300T300T，冲冲动动式式汽汽轮轮机机，其其总总的的轴轴向向推推力力可可达达4080T4080T。这这样样大大的的轴轴向向推推力力是是推推力力轴轴承承所所不不能能承承受受的的。因因此此，必必须须设设法法减减少少总总的的轴轴向向推推力力，使使之之符符合合推推力力轴轴承承的的能能承承载载能能力力 。也也就就是是说说，对对汽汽轮轮机机总总的的轴轴向向推推力力应应加加与与平平衡衡。常常见见的的轴轴向向推推力力平平衡衡办办法法有：有：1.1.采用平衡孔平衡轴向推力采用平衡孔平衡轴向推力 在叶轮上开设平衡孔可以减少叶轮两侧的压力差，在叶轮上开设平衡孔可以减少叶轮两侧的压力差，从而可以减少作用在叶轮上的轴向力。从而可以减少作用在叶轮上的轴向力。第44页/共48页452.2.设置平衡活塞设置平衡活塞 如如图图3-17 3-17 所所示示，在在平平衡衡活活塞塞上上装装有有齿齿形形轴轴封封，当当蒸蒸汽汽由由活活塞塞的的高高压压侧侧向向低低压压侧侧流流动动时时，压压力力由由 降降为为 。平平衡衡活活塞塞在在压压力力差差作作用用下下，就就产产生生了了一一个个向向左左的的作作用用力力 。这这个个力力刚刚好好与与 方方向向相相反反，起到了平衡作用。起到了平衡作用。图3-17第45页/共48页463.3.采