华电保定汽轮机原理ppt课件.ppt

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1、第二章 多级汽轮机,第二章 多级汽轮机,第一节 多级汽轮机的优越性及其特点第二节 进汽阻力损失和排气阻力损失第三节 汽轮机及其装置的评价指标第四节 轴封及其系统第五节 多级汽轮机的轴向推力及其平衡第六节 单排气口凝汽式汽轮机的极限功率,第二章 多级汽轮机,2.1 多级汽轮机的优越性及其特点,一、 优点及存在的问题(一)优点(1)与单级汽轮机相比，多级汽轮机的比焓降增大很多，相应地进汽参数大大提高，排汽压力也可显著降低，同时，由于是多级，还可采用回热循环和中间再热循环，这些都使循环热效率大大提高； (2)在全机总比焓降一定时，每个级的比焓降较小，每级都可在材料强度允许的条件下，设计在最佳速度比附

2、近工作，使级效率较高； (3)在相邻两级部分进汽度相同，平均直径变化光滑，喷嘴进汽角与上一级的排汽角相近，级间轴向间隙较小，两级的流量变化不大的条件下，多级汽轮机各级的余速动能可以全部或部分地被下一级所利用，提高了级的效率；(4)多级汽轮机的大多数级可在不超临界的条件下工作，使喷嘴和动叶在工况变动条件下仍保持一定的效率。同时，由于各级的比焓降较小，速度比一定时级的圆周速度和平均直径也较小，根据连续性方程可知，在容积流量相同的条件下，使得喷嘴和动叶的出口高度增大，减小了叶高损失，或使得部分进汽度增大，减小了部分进汽损失，这都有利于级效率的提高；,二、重热现象和重热系数,重热现象-上一级损失中的一

3、小部分在以后各级中得到应用，即各级理想比焓降之和大于整级理想比焓降。,重热现象,(5)由于重热现象的存在，多级汽轮机前面级的损失可以部分地被后面各级利用，使全机效率提高。 此外，多级汽轮机的单位功率造价、材料消耗和占地面积都比单级汽轮机明显减小，机组容量越大减小越显著，大大节省了投资。 (二)存在的问题 (1)增加了一些附加损失； (2)增加了机组的长度和质量； (3)高中压缸前面若干级的工作温度高，对零部件的金属材料要求提高了； (4)级数增多，零部件增多，结构复杂，制造成本高。,2.1 多级汽轮机的优越性及其特点,2.1 多级汽轮机的优越性及其特点,右图所示为一具有四个级的热力过程线，为讨

4、论方便，略去了汽轮机的进排汽节流损失。若第一级没有损失，则第二级的初始蒸汽参数为 。当将蒸汽作为理想气体处理时，第二级的理想比焓降为：,但第一级总是有损失存在的，因此第一级排汽的比熵和温度将增加，使第二级进口温度不再是 而是 ，此时第二级的理想比,焓降变为：,比较上两式，可以看出，由于 ，也就是在前一级有损失的情况下，本级进口温度升高，级的理想比焓降稍有增大，这就是重热现象。,重热系数,为讨论方便，假设汽轮机中各级的相对内效率都相等，则有,也就是 把这些等式相加，可得：,重热系数-各级理想焓降之和大于整机理想焓降的增量，它与整机理想焓降的比。,2.1 多级汽轮机的优越性及其特点,另一方面，整个

5、多级汽轮机的相对内效率为：,将上两式相除，可得：,由于重热现象，故,因此,上式可,2.1 多级汽轮机的优越性及其特点,式中 即为多级汽轮机的重热量，表示前面级的损失中被后面级利用了的小部分热量。重获热量使整个汽轮机的相对内效率 大于各级的平均内效率,即：,注： 越大整级内效率越小，因为重热系数的很少量增大是在级效率降低较多的前提下实现的。,2.1 多级汽轮机的优越性及其特点,上式中，,称为重热系数，永远是一个正值。,三、 多级汽轮机各级段的工作特点,蒸汽在多级汽轮机中膨胀作功，压力和温度降低、比容增大，导致沿蒸汽膨胀流程的通流面积增大，使汽轮机通流部分的结构和工作特征沿蒸汽流程发生很大变化。沿

6、蒸汽流程平均直径和叶片高度增大，反动度呈逐级增大势态。蒸汽比容的增大，漏汽损失的所占比例逐级下降。叶片的增长，二次流损失呈下降趋势，但叶型损失相对增大。 对中间再热机组，漏汽及二次流损失较大，加上调 节级部分进汽，高压缸效 率最低，中压缸的工况较 好，故效率最高。,2.1 多级汽轮机的优越性及其特点,2.1 多级汽轮机的优越性及其特点,多级汽轮机各缸工作特点小结,2.1 多级汽轮机的优越性及其特点,2.1 多级汽轮机的优越性及其特点(作业),1.描述多级汽轮机的性能与特点。2.解释重热现象和重热系数。,2.2 进汽阻力损失和排汽阻力损失,一、汽轮机的主要损失1、级内损失（九种）2、进汽阻力损失

7、 3、排汽阻力损失 4、轴封漏汽损失 5、机械摩擦损失二、进汽阻力损失 蒸汽进入汽轮机工作级前必须先经过主汽阀、调节阀和蒸汽室。蒸汽通过这些部件时就会产生压力降，主,汽阀和调节阀最为严重。由于通过这些部件时蒸汽的散热损失可忽略，因此蒸汽通过汽阀的热力过程是一个节流过程，即蒸汽通过汽阀后虽有压力降落，但比焓值不变。,如图所示。从图中也可看出，如果没有汽阀的节流，则全机的理想比焓降为 ，由于汽阀的节流作用，实际的理想比焓降为 其差值 为节流引起的比焓降损失。 称为汽轮机进汽阻力损失。通常进汽压力降落 为：降低进汽阻力损失的主要方法改善蒸汽在气门中的流动特性,2.2 进汽阻力损失和排汽阻力损失,三、

8、 排汽阻力损失 排气在排气管中流动时，由于摩擦，涡流，转向等阻力作用而有压力下降，这部分没做功的压将损失，称为汽轮机的排气阻力损失。即：末级动叶出口的静压 与凝汽器喉部静压 之差为汽轮机排汽阻力损失 汽轮机理想比焓降由 变为 损失了 。 估算式： 凝汽式机cex 100120m/s ，背压式机cex 4060m/s,=0.050.1。一般情况下：,2.2 进汽阻力损失和排汽阻力损失,一般情况下，汽轮机的排汽阻力损失为提高机组的经济性，可通过扩压的方法把排汽动能转化为静压，以补偿排汽管中的压力损失。如果排汽管进口马赫数Ma0.5,则排汽压损由下式计算： 由于排气管中扩压器的位置不同，所以有不同的

9、排气管形式，如图表示了两种不同形式的排气管。 排汽管好坏一般可用能量损失系数ex和静压恢复系数ex来衡量。 当进入排汽管的汽流速度的马赫数Ma0.3时，排汽可视为不可压缩流体，其能量方程为：整理为：,2.2 进汽阻力损失和排汽阻力损失,能量损失系数 ：排汽通道总损失与末级动叶出口蒸汽动能之比。即式(b)：,令：则有：静压恢复系数 ：排汽通道出口、进口静压差与末级动叶出口蒸汽动能之比。 即式(a)：,2.2 进汽阻力损失和排汽阻力损失,当 时,h+haht1 图1-4线，,可知：当 时,h+ht2=ht1, 回收压头正好补偿流动损失压头；图1-2线。,当 ，余速动能全部转化为静压头。,当 时,h

10、+haht1,图1-3线，部分气流动能转化为压力能。减少能量损失系数及提高静压恢复系数是排汽管设计目标。,扩压回收压力不足以弥补沿程阻力损失，应尽量避免这种情况出现。,2.2 进汽阻力损失和排汽阻力损失,2.2 进汽阻力损失和排汽阻力损失（作业）,1.汽轮机高、中、低压缸的主要损失有哪几种？2.解释进汽阻力损失和排气阻力损失，并在h-s 图上表示出来。 *1, 2.3 汽轮机及其装置的评价指标,汽轮机性能评价指标中有绝对效率和相对效率两种,以整机理想焓降为基础的效率是相对效率，而以单位质量蒸汽在热力循环中所吸收热量为基础的效率是绝对效率。一、 汽轮机的相对内效率汽轮机的相对内效率-有效比焓降与

11、理想比焓降之比相应的，汽轮机的内功率 式中， 和 分别是以 和 为单位的进汽流量,机械效率-汽轮机的轴端功率 与汽轮机的内功率 之比，其描述了轴承摩擦、主油泵等的功率损耗,即：,发电机效率-发电机输出功率 与汽轮机轴端功率之比，,汽轮发电机组相对内效率,即：, 2.3 汽轮机及其装置的评价指标,二、 汽轮机的绝对内效率汽轮机的绝对内效率-全机实际比焓降与整个循环中加给1kg蒸汽的热量之比式中循环热效率：,绝对电效率-1kg蒸汽理想比焓降 中转换成电能的部分 与整个热力循环中加给1kg蒸汽的能量之比, 2.3 汽轮机及其装置的评价指标,三、 汽耗率汽耗率-每生产1kwh电能所消耗的蒸汽量,四、

12、热耗率热耗率-每生产1kwh电能所消耗的热量,中间再热机组：, 2.3 汽轮机及其装置的评价指标,五、煤耗率 机组发出1KWh电量所消耗的标煤量(标准煤g/KWh）。(1kg标准煤发热量为7000Kcal=29308J)。发电煤耗、供电煤耗。, 2.3 汽轮机及其装置的评价指标（作业与思考）,1.解释汽轮机的相对内效率、汽轮发电机组的相对内效率、汽轮机的绝对内效率、绝对电效率。2.解释汽耗率及热耗率，并写出定义式。,轴封：在汽缸两端转子穿出处,转子与汽缸间的汽封。作用：减小漏汽损失,防止蒸汽外逸和空气内漏。 主要形式：齿形轴封、蜂窝式轴封等。,一、齿形轴封,齿形轴封分为高低齿轴封(曲径轴封)和

13、平齿轴封(光轴轴封)两种。在汽轮机的高压段采用曲径轴封，在低压段采用光轴轴封。,2.4 轴封及其系统,工作原理：蒸汽在汽封中的流动当作绝热等焓过程。蒸汽在流经汽封片时节流加速,然后在腔室中产生涡流，将汽流动能转变为热能。随压,轴封段,漏汽量计算 ：漏汽量计算分亚临界和超临界两种工况,亚临界： 亚临界工况的漏汽量采用不可压缩流动方程，汽流通过孔口的流速为,对应的流量为,由于等焓线上压力与比容之商为常数，从而求得腔室压力与前后压差的关系,2.4 轴封及其系统,力降低,蒸汽比容增大,故对相同结构的汽封,汽流速度是逐级增大。又因膨胀后焓值变小、音速降低,因此在汽封中如果出现超临界流动,只能在最后一个汽

14、封片处出现。（芬诺曲线）,临界,临界工况时，将最后一个孔口当作喷嘴。由临界流量计算公式得通过最后一个孔口的漏汽量为,因最后一片轴封孔口前均为亚临界，由前亚临界漏汽量计算公式求得末道前压力,判定是否临界的准则,因而，最后一片中流速达临界时漏汽量,2.4 轴封及其系统,由递推关系，得亚临界时通过汽封的蒸汽量,轴封孔口流量系数,蒸汽通过轴封孔口的流速是用渐缩喷嘴的流速公式计算的，其与实际有一定的差异，由实验求取流量系数 ，其与轴封齿的形状及几何参数有关，右图可查得：,光轴轴封漏汽量修正系数,与曲径轴封的区别是蒸汽进入下一空口前还有一定的初速，故漏汽量增大，其计算结果只需在曲径轴封的计算结果上乘一修正

15、系数 ， 可由光轴轴封尺寸 和轴封片数z查得，图：幻灯片 43,2.4 轴封及其系统,不同轴封齿形对应的流量系数,基本计算公式分析与统一,公式缺陷： 临界点计算结果不一致。 计算时必须先判别在轴封段的最末一片中是否达到临界速度计算曲径轴封的漏汽,量时，也可用单一表达式,轴封段的最末一片中是否达到临界速度 的计算式也不同，故可根据右图z与 查得：,若算平齿式光轴轴封的轴封漏汽量，则需再乘上修正系数 。,2.4 轴封及其系统,二、 轴封系统,作用：轴封系统由端轴封和与它相连的管道和附属设备组成作用是在任何运行工况下保证蒸汽不外泄、空气不内漏，同时回收泄漏蒸汽的热能（轴封加热器）和组织汽流冷却转子的

16、轴端。组成：轴封系统由轴封、供汽母管及均压箱、轴封调节器、轴封加热器和轴封抽汽器等组成。轴封系统的型式有外供汽式和自密封式两种，不同制造厂采用不同的轴封系统和轴封汽流组织方式。,自密封式轴封系统 轴封主要由三段二室组成。高负荷运行时，低压轴封的供汽来自于高压轴封的漏汽，高压漏汽经喷水减温后进入低压轴封；低负荷时，轴封汽由外部提供。优点：系统简单；缺点：不能充分冷却高、中压缸高温轴端。,2.4 轴封及其系统,外供汽式轴封系统 高、中缸高温端轴封由多(大于3）段多室组成，部分漏汽被引至低压加热器。低压轴封的供汽来自于辅助蒸汽系统。优点：低温辅助蒸汽对高、中压段高温轴端起到冷却作用；缺点：系统复杂。

17、三、轴封系统的特点 1、轴封汽的利用-将漏汽从轴封中间腔室引出加以利用或回收漏汽(含空气)混合物的热量以加热凝结水； 2、低压低温汽源的利用-高压缸两端与主轴承靠近，为防止传出高温蒸汽使轴承超温，一般由除氧器汽源向高压轴封供低压低温蒸汽 ； 3、防止蒸汽由端轴封漏入大气-防止蒸汽漏入轴承使油质恶化、车间湿度增大及汽水损失，通常在高低压端轴封出口处人为地造成一个比大气压力稍低的压力，将漏出的蒸汽和漏入的空气一起抽出，经冷却后排入大气； 4、防止空气漏入真空部分-在低压端轴封中间通入比大气压力稍高的蒸汽，沿着主轴向背离汽缸折方向流动，以阻止外界空气流入。,2.4 轴封及其系统,2.4 轴封及其系统

18、（作业与思考）,1.简述轴封概念、作用及主要形式。2.简述轴封系统的组成及作用。3.轴封漏汽量在亚临界和超临界两种工况时的计算公式。 *2,一、 轴向推力,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，从整体来看，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，使转子存在一个向低压端移动的趋势，这个力就称为转子的轴向推力。,冲动式汽轮机的轴向推力,转子上的轴向推力包括作用在动叶上的轴向推力、作用在叶轮面上的轴向推力和作用在转子凸肩上的轴向推力三部分。,2.5 多级汽轮机的轴向推力及其平衡,轴承、推力轴承,.作用在动叶上的轴向推力,动叶上的轴向推力是由动叶前后的静压差和

19、汽流在动叶中轴向分速度的改变所产生的,引入压力反动度,由于轴向分速度变化很小，上式可写,2.5 多级汽轮机的轴向推力及其平衡,叶轮反动度,在h-s图上，同一压差的等压线距离越向下越大，即焓降增大，故压力反动度小于焓降反动度，用替代计算轴向偏于安全，故可认为正比与 。,2.5 多级汽轮机的轴向推力及其平衡,漏汽量计算,2.5 多级汽轮机的轴向推力及其平衡,抽气效应-喷嘴中流出的高速汽流在叶根处对隔板与叶轮间腔室内的蒸汽产生抽吸作用，其效应相当于增大腔室中的压力。抽气效应的大小可由抽气效应反动度 表示,式中 为抽气效应产生的压差，一般情况,泵浦效应-高速旋转的叶轮带动周围蒸汽旋转运动，离心力使部分

20、蒸汽产生指向叶根的径向运动，增大了叶根两侧的压差 。泵浦效应的大小可有泵浦效应反动度 表示一般情况,2.5 多级汽轮机的轴向推力及其平衡,从而有,通过流量平衡求得 进而可确定,反动式汽轮机的轴向推力,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；作用在轮鼓锥形面上的轴向推力；作用在转子阶梯上的轴向推力。,2.5 多级汽轮机的轴向推力及其平衡,3 作用对立面的凸肩上的轴向推力 先算出凸肩上受压面积和其上的压力，再算出总的向前与向后的推力差值即可。通常该力较小。,二、轴向推力的平衡,平衡活塞法-在转子通流部分的对侧，加大高压外轴封的直径，以产生相反方向的

21、轴向推力。,相反流动布置法-将蒸汽在汽轮机两汽缸或两部分内的流动安排成相反的方向，使其产生相反的轴向推力，相互平衡。,冲动式为主的汽轮机，因叶轮两侧的压差较小，通常采用高、中压缸对置，低压缸双分流布置基本上平衡轴向推力，其余部分由推力轴承来承担；对反动式机组，高、中压缸转子采用鼓式结构，减小叶轮的轴向推力，除采用高、中压对置布置外，还在高、中压缸转子上增设平衡活塞，减小转子上的净轴向推力。,2.5 多级汽轮机的轴向推力及其平衡,2.5 多级汽轮机的轴向推力及其平衡（作业）,1.冲动式汽轮机和反动式汽轮机轴向推力的组成。2.轴向推力的平衡方法。,一、 极限功率的概念与计算,极限功率-在一定的初终

22、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。,回热抽汽凝汽式汽轮机组的发电极限功率为,式中， 为通过汽轮机末级的最大流量，m 为回热抽汽式比纯凝汽式增大的倍数，对中小型机组 哈尔滨汽轮机厂制造的600MW汽轮机组m1.362。而影响极限功率的主要因素是末级蒸汽流量 ，可用下式表示： 一般取 ；末级余速c2=205300m/s范围内；比体积 决定于末级排汽压力，降低凝结器真空可使比体积减小， 增大，极限功率增大，循环热效率降低。因此，末级流量取决于排汽面积。,2.6 单排汽口凝汽式汽轮机的极限功率,2.6 单排汽口凝汽式汽轮机的极限功率,作业： *31.极限功率的概念与计算公式。2.讨论提高单机最大功率的途径。,末级流量为则极限功率,曲径轴封及其热力过程,2.4 轴封及其系统,2.4 轴封及其系统,光轴轴封及修正系数 (a)光轴轴封示意图 (b)光轴轴封校正系数,2.4 轴封及其系统,2.4 轴封及其系统,蜂窝式轴封,齿形轴封,2.4 轴封及其系统,高压转子轴封段,低压转子轴封段,2.4 轴封及其系统,（a）先扩压后转向 （b）先转向后扩压,