汽轮机原理第二章.pptx

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1、多级汽轮机：由若干级按工作压力高低顺序排列而成，每一级承担蒸汽总比焓降的一部分，蒸汽依次通过各级将热能转变汽轮机转子旋转机械功。高压级段、中压级段和低压级段三个部分。蒸汽经过调节阀门进入喷嘴室，通过喷嘴，在调节级内作功；在调节级后充分混合均匀的蒸汽继续在各压力级中作功直到汽轮机排汽口。第1页/共52页31 多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的工作过程1）多级汽轮机各级都在最佳速比附近工作；4）在一定条件下，多级汽轮机的余速动能可以全部或部分地被下一级利用；2）多级汽轮机各级的比焓降较小，速比一定时级的圆周速度和平均直径较小，所以在容积流量相同的条件下，喷嘴出口高度增大，叶高损失减小，喷嘴流动效率较

2、高；3）由于重热现象，多级汽轮机前面级的损失可以部分地被下面各级利用，使全机相对内效率提高。初参数、终参数、级间抽汽（回热循环、再热循环）；一、多级汽轮机的特点和工作过程（一）多级汽轮机的特点1.循环热效率提高第2页/共52页3）由于新蒸汽与再热蒸汽温度的提高，多级汽轮机由于新蒸汽与再热蒸汽温度的提高，多级汽轮机 工作温度较高，对零部件的金属材料要求提高工作温度较高，对零部件的金属材料要求提高4）级数增加，零部件增多，使汽轮机的机构复杂，全机制造成本相应提高级数增加，零部件增多，使汽轮机的机构复杂，全机制造成本相应提高3.单位功率的投资以及运行成本明显降低 4.存在的问题 第3页/共52页1.

3、高压段（二）、多级汽轮机的工作过程第4页/共52页1.高压段（二）、多级汽轮机的工作过程1）叶高较小，端部损失较大第5页/共52页1.高压段（二）、多级汽轮机的工作过程2）反动度选取3）高压级蒸汽比体积较小各级平均直径相应较小。各级间比体积变化也不大平均直径变化平缓。第6页/共52页1.高压段（二）、多级汽轮机的工作过程4）级内损失第7页/共52页2.低压段第8页/共52页2.低压段 当叶片高度很大时，避免叶根处产生负反动度；当级的比焓降增大以后，为了防止喷嘴出口汽流速度超过临界速度，过多采用缩放喷嘴，而增大级的反动度。第9页/共52页2.低压段第10页/共52页3.中压段1）再热后，压力降低

4、，温度高，密度小，所以漏气损失和叶轮摩擦损失都小；2）叶片高度较高压级大，所以叶高损失小；3）全周进汽，无部分进汽损失；（高压段部分进汽损失大）；4）不存在湿蒸汽区，无湿蒸汽损失；5）余速动能可被全部利用。第11页/共52页第一级损失造成比熵增大后（沿等压线），第二级理想比第一级损失造成比熵增大后（沿等压线），第二级理想比焓降变为：焓降变为：（1）重热现象：上一级损失造成的比熵增大）重热现象：上一级损失造成的比熵增大将使后面级的将使后面级的理想比焓降理想比焓降增大，即上一级损失增大，即上一级损失中的一小部分可以在以后各级中得到利用。中的一小部分可以在以后各级中得到利用。二、多级汽轮机的重热现象

5、第12页/共52页第13页/共52页重热系数重热系数提高汽轮机效率的根本途径是提高各级的相对内效率。提高汽轮机效率的根本途径是提高各级的相对内效率。由图可知，重热系数的提高使全级效率的增大远小于级效率的降低所引起全机效率的降低。第14页/共52页32 轴封及其效率轴封及其效率漏汽：高压缸和中压缸的两端蒸汽向外泄漏，效率降低，凝结水损失增大；漏汽：高压缸和中压缸的两端蒸汽向外泄漏，效率降低，凝结水损失增大；漏气：低压缸和低压缸的两端，空气向内泄漏，机组真空恶化，抽气器负荷增大；漏气：低压缸和低压缸的两端，空气向内泄漏，机组真空恶化，抽气器负荷增大；轴封（轴端汽封）：高压缸或高压段采用曲径轴封轴封

6、（轴端汽封）：高压缸或高压段采用曲径轴封 低压缸或低压段采用光轴轴封低压缸或低压段采用光轴轴封第15页/共52页轴封蒸汽母管第16页/共52页1.轴封供汽1）启动或低负荷运行时，轴封系统的蒸汽汽源来自辅助蒸汽母管或再热蒸汽冷段蒸汽母管。轴封蒸汽压力调节器控制补给调节阀的开度，确保轴封蒸汽母管压力略高于大气压力，并关闭出口调节阀。当进汽调节阀全关时，轴封蒸汽的汽源为高、中压缸轴封漏汽。1，随着汽轮机负荷的增加，高、中压缸轴封漏汽量和高、中压进汽阀阀杆漏汽量也相应地增加，致使轴封蒸汽压力升高。于是，轴封蒸汽压力调节器逐渐关小进汽阀的开度，以维持轴封蒸汽母管的正常压力；2，如果去低压缸轴封的轴封蒸汽

7、温度太高，温度控制器控制温度调节器的开度，凝结水通过温度调节阀向减温器喷水，以维持轴封蒸汽的正常温度为150。第17页/共52页2.轴封漏汽相邻两个轴封段之间形成1个腔室。1）高压缸前轴封A设置成5段4个腔室的轴封结构，其中内缸前轴封有1段，外缸前轴封有4段。高压缸后轴封B设置成4段3个腔室的结构。2）中压缸前轴封为6段5腔室结 构，其中内缸前轴封有2段，外缸前轴封有4段。3）中压缸后轴封D为3段2腔室结构；4）低压缸前后轴封E、F、G、H均为3段2腔室结构。A1腔室漏汽排入高压内、外缸夹层。A2、B1和C3腔室的漏汽，则分别经过各自的节流孔板后，去中压缸排汽管道，即至5号加热器。A3、B2、

8、C4和D1腔室的漏汽，均接至低压缸前、后轴封的轴封蒸汽管道。C2腔室的漏汽与高压缸第7级后的出汽管道相连，去3号加热器。第18页/共52页3.轴封回汽B3、A4、C5、D2、E2、F2、G2和H2等腔室漏汽，为轴封漏汽和空气的混合物，与回汽母管相通，排入轴封冷却器。轴封风机维持回汽母管微真空，防止蒸汽外漏。轴封系统设计思路：(1)由于高压侧与外界的压差大，汽封齿多，轴封分段较多，两段之间设腔室；(2)采用轴封后，总有少量蒸汽由高压处向低压处漏出，各个腔室中蒸汽有不同压力，通过相连的管道引至压力相当的加热器或汽缸夹层，以回收漏汽的热量和工质；(3)最外侧的腔室（如图35中A4、B3、C5、D2、

9、E2、F2、G2、H2）通过轴封冷却器、轴封风机，维持微真空，由于低于1个大气压力，蒸汽不会漏至大气。尚有少量空气漏入，经轴封风机抽出；(4)最外第2层腔室（如A3、B2、C4、D1、E1、F1、G1、H1）与轴封蒸汽母管相连，通过调节器维持一个稳定且略高于大气压力的状态，防止空气漏入低压缸内。第19页/共52页等流量曲线汽封片与主轴上凹凸槽相错对应，构成狭小的径向环形齿隙，每二个齿隙之间形成一个环形汽室。蒸汽进入汽封片后的环形汽室，通道面积突然扩大，流速降低，产生涡流和碰撞，使蒸汽具有的动能全部损失转变为热能。在汽室压力p1下，重新加热到蒸汽中去，蒸汽的比焓恢复到原来的比焓值。等比焓节流过程

10、。各齿隙面积Al相等 各齿隙的漏汽量Gl完全相同.蒸汽依次流过各齿隙时，随着压力逐齿下降，蒸汽质量密度相应减小，所以齿隙出口处的蒸汽速度逐齿增加，其比焓降也逐齿增大，即：ab cd ，曲线bdfh称为芬诺曲线。最后一个齿封，临界速度。汽封片主轴上凹凸槽第20页/共52页任一轴封孔口的汽流速度任一轴封孔口的汽流速度=临界速度临界速度等流量曲线第21页/共52页等比焓节流过程，T0不变。第22页/共52页第23页/共52页第24页/共52页若压力比若压力比第25页/共52页但是尖锐边缘在汽机运行中会因摩擦钝化，此时但是尖锐边缘在汽机运行中会因摩擦钝化，此时流动情况接近喷嘴。流动情况接近喷嘴。流动情

11、况会接近渐缩喷嘴，而使漏汽流量系数增大，漏汽量增大，汽封效果减弱。第26页/共52页低压缸汽封中常采用光轴汽封（平齿汽封）：1，避免大轴向膨胀的危害；2，方便主轴加工和安装；蒸汽通过某一齿隙时其流动动能没有在齿隙后汽室中全部损失掉，而是保留着一部分动能（初速）进入下一个齿隙。在汽封前、后参数和齿数、齿隙面积不变的情况下，其漏汽量会比高低齿曲径汽封有所增加。（a）光轴汽封示意图；（b）光轴汽封修正曲线图图39 光轴汽封的修正系数光轴汽封的修正系数（a）光轴汽封示意图；（b）光轴汽封修正曲线图图39 光轴汽封的修正系数光轴汽封的修正系数第27页/共52页4)基本计算公式的分析基本计算公式的分析存在

12、的问题：存在的问题：1.临界点的计算结果不一致临界点的计算结果不一致2.需要判别在轴封段的最末一片需要判别在轴封段的最末一片中是否达到临界速度中是否达到临界速度第28页/共52页图图310汽封无因子漏汽量比曲线汽封无因子漏汽量比曲线5)计算曲径轴封漏气量的单一表达式计算曲径轴封漏气量的单一表达式当轴封最后一片孔口处未达到临界速度时当轴封最后一片孔口处未达到临界速度时当轴封最后一片孔口处达到临界速度时当轴封最后一片孔口处达到临界速度时无因子漏汽量比：汽封漏汽量G与假定该段汽封只有1个齿隙（即z1）时的临界漏汽量(Gl，cr)m之比。第29页/共52页(四)布莱登汽封传统特点：传统特点：汽封环背部

13、是片状弹簧，将汽封环顶向转子。片状弹簧的作用：当汽轮机运行时一旦发生转子与汽封片摩擦，汽封环可以退让，不致造成过度的刚性摩擦。实际上，由于作用在汽封环上的片状弹簧的刚度和预紧力较大，虽然名为弹性汽封，但在动、静部分碰摩时退让作用是有限的。布莱登汽封特点；布莱登汽封特点；启动时，在周向螺旋弹簧力作用下，汽封环沿圆周向张开，使动、静部分达到最大间隙，其最大汽封齿间隙可达到3mm以上，避免了启动过程中由于振动及变形而导致的碰摩。运行时，高压侧蒸汽进入汽封体，汽封环外径处受到进汽侧压力作用，与内径处的压力差也逐渐增大，最后这一压差足以克服弹簧力，将所有汽封环顶向转子侧，达到设计的汽封齿间隙，其设计最小

14、汽封齿间隙可达0.32mm。取消了位于汽封环外径处的片状弹簧，在不同汽封环弧段之间，沿圆周方向装有4根螺旋弹簧，在汽封环进汽侧（高压侧）开一条通汽槽，供进汽侧蒸汽流入汽封环背部（外径处）。布赖登汽封适用布赖登汽封适用：汽封环前后的设计压差要足够大，适用于高、中压缸轴端汽封和隔板汽封中，在轴端汽封最外三段不能使用布莱登汽封，以在启动过程中建立真空。第30页/共52页二、二、进汽阻力损失和排汽阻力损失进汽阻力损失和排汽阻力损失（一）压力损失图图3 315 15 一次中间再热汽轮机热力过程线一次中间再热汽轮机热力过程线1,蒸汽在进入汽轮机工作级之前，必须先通过主汽阀和调节汽阀、主蒸汽管道、蒸汽室等;

15、2,再热蒸汽流过再热器和再热冷、热管道时的压力损失;3,蒸汽流经中压联合进汽阀（中压主汽阀与中压调节汽阀）的压力损失 5,汽轮机的排汽从末级动叶出口，经排汽缸流至凝汽器，为克服汽流的摩擦阻力和涡流，造成其压力降低，这部分压力损失称为汽轮机排汽阻力损失。4,采用分缸结构时，蒸汽经过二个汽缸之间连通管时，其流动阻力引起压力损失.第31页/共52页图图3 315 15 一次中间再热汽轮机热力过程线一次中间再热汽轮机热力过程线中压联合进汽阀处于全开状态，当负荷小于30%额定负荷时，才参与调节，所以，中压主汽阀与中压调节汽阀的压力损失要比高压主汽阀和调节汽阀的压力损失小。对于中间再热汽轮机而言，进汽机构

16、进汽机构的压力损失主要影响的压力损失主要影响高压缸的理想比高压缸的理想比焓降焓降。减少进汽损失的措施：减少进汽损失的措施：1)限制蒸汽流速：阀门全开时，限制蒸汽流速：阀门全开时，蒸汽速度不大于蒸汽速度不大于4060 m/s。2)改善蒸汽在汽门中的流动特性改善蒸汽在汽门中的流动特性第32页/共52页排汽阻力损失：排汽在排汽管中流动时，由于摩擦、涡流、排汽阻力损失：排汽在排汽管中流动时，由于摩擦、涡流、转向等阻力作用而有压力降落，这部分没有做功的压降损转向等阻力作用而有压力降落，这部分没有做功的压降损失，称为汽轮机的排汽阻力损失。失，称为汽轮机的排汽阻力损失。排汽阻力损失：第33页/共52页扩压：

17、扩压：把排汽动能转换为静压，以补偿排汽管中的压力损失，可以提高机组的经济性.先扩压后转向的径向扩压管先扩压后转向的径向扩压管先转向后扩压的轴向扩压管先转向后扩压的轴向扩压管1,排汽段设计成效率较好的扩压段，使排汽的动能转变成静压，以补偿排汽管中的压力损失，力求pc尽可能接近pc。2,采用限制流速、设置导流环、导流板等减少流动阻力的措施。设计良好的排汽段，流动阻力系数可以取得小些。第34页/共52页静压恢复系数静压恢复系数能量损失系数能量损失系数排汽管的好坏，一般可用能量损失系数和静压恢复系数来衡量。汽流通过排汽管的压力损失第35页/共52页扩压管内蒸汽流动扩压管内蒸汽流动压力变化的两个原压力变

18、化的两个原因因：1）蒸汽流速降低，所引起压力的增加；2）壁面摩擦所引起压力的减小。排汽管进口状态点2，3，4：排汽管出口状态点。排汽管进口参数滞止为0点排汽管进口蒸汽动能第36页/共52页过程线：1-3（1-10-3）；焓增原因：a)摩擦引起排汽焓增;b)扩压引起焓增，回收了部分位能。排汽管总损失：静压恢复系数：能量损失系数：过程线：1-2；摩擦引起排汽焓增，速度减小。101/扩压不仅克服了部分排汽管阻力所消耗的动压头，还提高了蒸汽的压能，使得排汽管进口压力可以低于环境压力，从而使得机组有效焓降增大，提高了机组效率。第37页/共52页这表明排汽管的阻力损失很大，气流通过排汽管时恢复的位能不足以

19、补偿损这表明排汽管的阻力损失很大，气流通过排汽管时恢复的位能不足以补偿损失，还需要另外消耗一部分静压头来克服排汽管的压力。失，还需要另外消耗一部分静压头来克服排汽管的压力。10扩压管内蒸汽流动过程线：1-4（1-1/-4）：1-1/释放部分位能后，扩压所回收的压能=摩擦所消耗的压能。若将p2/看成背压，则排汽管出口压力p1要高于p2/；第38页/共52页四、汽轮机装置的效率及热经济性指标四、汽轮机装置的效率及热经济性指标(一)相对效率第39页/共52页四、汽轮机装置的效率及热经济性指标四、汽轮机装置的效率及热经济性指标(一)相对效率第40页/共52页四、汽轮机装置的效率及热经济性指标四、汽轮机

20、装置的效率及热经济性指标(二)绝对效率第41页/共52页四、汽轮机装置的效率及热经济性指标四、汽轮机装置的效率及热经济性指标(三)其他重要热经济性指标第42页/共52页四、汽轮机装置的效率及热经济性指标四、汽轮机装置的效率及热经济性指标(三)其他重要热经济性指标第43页/共52页四、汽轮机极限功率和提高单机功率的措施四、汽轮机极限功率和提高单机功率的措施极限功率：在一定的蒸汽初终参数和转速下，单排汽口凝汽式汽轮机所能发出的最大功率 单排汽口极限功率约为110150兆瓦。提高单机功率措施：第44页/共52页25 多级汽轮机的轴向推力及其平衡多级汽轮机的轴向推力及其平衡一、轴向推力一、轴向推力在轴

21、流式汽轮机中，通常是高压蒸汽由一端进入，低压蒸汽由另一端流出，从整在轴流式汽轮机中，通常是高压蒸汽由一端进入，低压蒸汽由另一端流出，从整体看，蒸汽对汽轮机转子施加了一个由高压端指向低压端的轴向力，使汽轮机转体看，蒸汽对汽轮机转子施加了一个由高压端指向低压端的轴向力，使汽轮机转子有向低压端移动的趋势，这个力就称为转子的轴向推力。子有向低压端移动的趋势，这个力就称为转子的轴向推力。作用在动叶上的轴向推力、作用在叶轮面上的轴向推力以作用在动叶上的轴向推力、作用在叶轮面上的轴向推力以及作用在轴的凸肩处的轴向推力三部分组成及作用在轴的凸肩处的轴向推力三部分组成第45页/共52页第46页/共52页第47页

22、/共52页漏汽流动情况可以归纳为：漏汽流动情况可以归纳为：第48页/共52页第49页/共52页在反动式汽轮机中，作用在通流部分转子上的轴向推力由下列三部分组成：在反动式汽轮机中，作用在通流部分转子上的轴向推力由下列三部分组成：作用在叶片上的轴向推力；作用在叶片上的轴向推力；作用在轮鼓锥形面上的轴向推力；作用在轮鼓锥形面上的轴向推力；作用在作用在转子阶梯上的轴向推力。转子阶梯上的轴向推力。第50页/共52页二、轴向推力的平衡二、轴向推力的平衡图图318 平衡活塞示意图平衡活塞示意图低压缸中压缸高压缸图图319 汽轮机汽缸对称布置示意图汽轮机汽缸对称布置示意图 （空心箭头所示为轴向推力方向）（空心箭头所示为轴向推力方向）高压轴封端汽封套在汽轮机转子高压轴封端加大第一段汽封套的直径，以产生与主蒸汽在轴流方向相反的轴向推力。(一一)平衡活塞法平衡活塞法 (二二)转子设计成转鼓形式转子设计成转鼓形式(三三)叶轮上开平衡孔叶轮上开平衡孔(四四)汽缸对称布置法汽缸对称布置法第51页/共52页感谢您的观看。第52页/共52页