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1、,绪 论Introduction,2、按热力特性分,凝汽式汽轮机背压式汽轮机抽汽式汽轮机抽汽背压式汽轮机多压式汽轮机,低压汽轮机 新蒸汽压力P0小于1.5MPa，新汽温度t0一般小于400,容量范围0.33MW中压汽轮机 P0为2.04.0MPa,t0=450,3MW12MW高压汽轮机 P0为6.010.0MPa,t0=540,25MW100MW超高压汽轮机 P0为12.014.0MPa,t0=540,125300MW亚临界汽轮机 P0为16.018.0MPa,典型参数16.7MPa/538/538。300600MW 超临界汽轮机 新蒸汽压力大于22.2MPa，P0 350MW典型参数为24.
2、2MPa/538/566和24.2/566/566,5.按进汽参数分：,水的临界参数：22.115MPa，374.15,7.超超临界汽轮机,超临界是物理概念（22.13MPa，374.15)超超临界是（90年代提出）工程产品商业性的概念，超超临界参数实际上是超临界参数向更高压力和更高温度提高。,对超临界机组定义：日本：压力24.2MPa，温度 593,丹麦：压力 27.5MPa,我国电力百科全书认为压力 27MPa.,2003年“863”“超超临界燃煤发电技术”课题设定为：压力 25MPa，温度 580。,目前我国运行：江苏玉环41000MW，26.25MPa/600/600；外高桥III期2
3、1000MW,27MPa/600/600,7.超超临界汽轮机,超临界是物理概念（22.13MPa，374.15)超超临界是（90年代提出）工程产品商业性的概念，超超临界参数实际上是超临界参数向更高压力和更高温度提高。,对超临界机组定义：日本：压力24.2MPa，温度 593,丹麦：压力 27.5MPa,我国电力百科全书认为压力 27MPa.,2003年“863”“超超临界燃煤发电技术”课题设定为：压力 25MPa，温度 580。,目前我国运行：江苏玉环41000MW，26.25MPa/600/600；外高桥III期21000MW,27MPa/600/600,N300-16.7/537/537-
4、,亚临界一次中间再热、凝汽式汽轮机，额定功率300MW，主蒸汽额定参数16.7MPa/537，再热537。,CB25-8.83/1.47/0.49抽汽背压式汽轮机，额定功率25MW，初压8.83MPa，抽汽压力1.47MPa，背压0.49MPa。,汽轮机级的工作原理,第一章,基本工作单元：,汽轮机的级,一、汽轮机级的概念及工作原理,第一节 汽轮机级的分类,将蒸汽的热能转化成机械功,1.汽轮机作用：,通流部分-汽轮机本体做功汽流通道称为汽轮机的通流部分，它包括主汽门，导管，调节汽门，进汽室，各级喷嘴和动叶及汽轮机的排汽管。,-由一列喷嘴叶栅和其后紧邻的一列动叶栅构成的基本做功单元。,蒸汽的热能动
5、能机械能电能（锅炉）（喷嘴）（动叶）（发电机）喷嘴是静止的部分：作用是将蒸汽的热能转变成蒸汽的动能。动叶栅是运动部分：作用是将蒸汽的动能转变成轴旋转的机械能。,具有一定压力和温度的蒸汽流经喷嘴，并在其中膨胀,蒸汽的压力、温度不断降低，速度不断升高，使蒸汽的热能转化为动能，喷嘴出口的高速汽流以一定的方向进入装在叶轮上的通道中，汽流给动叶片一作用力，推动叶轮旋转，即蒸汽在汽轮机中将热能转化为了机械功。,蒸汽在汽轮机的工作过程,蒸汽热力学能,汽流的动能,级的工作过程,机械能主要利用蒸汽通过动叶栅时，发生动量变化对该叶栅产生冲力，使动叶栅转动而获得。机械能的数量取决于：1）质量流量kg/h；2）速度变
6、化量。,基本概念级滞止理想焓降：0点是级前的蒸汽状态点，0*点是汽流被等熵滞止到初速等于零的状态，p1、p2分别为喷嘴出口压力和动叶出口压力，蒸汽在级内从滞止状态0*等熵膨胀到p2时的焓降称为级的滞止理想焓降级理想焓降：蒸汽在级内从0点等熵膨胀到p2时的焓降 称为级的理想焓降。,二、反动度和级的类型,二、反动度和级的类型,级的平直径处（即1/2叶高处）的反动度用m表示 蒸汽在动叶通道内膨胀时的理想焓降hb，和在整个级的滞止理想焓降ht*之比，即,反动度：表示蒸汽在动叶通道内膨胀程度大小的指标。,级的类型及特点,汽轮机的级可分为冲动级和反动级两大类冲动级冲动级又分：纯冲动级、带反动度的冲动级速度
7、级 纯冲动级：反动度为零的级称为纯冲动级 m0的级，hb0,h*n=h*t,工作特点：是蒸汽只在喷嘴中膨胀，在动叶通道中不膨胀结构特点：动叶叶型近似对称弯曲，作功能力大，但效率比带反动度的冲动级低。,现代冲动式汽轮机中广泛采用具有一定反动度的冲动级，简称为冲动级 m0.050.20的级，hb0,但hbhn，做功能力和效率介于纯冲动级和反动级之间。工作特点:蒸汽的膨胀主要喷嘴中进行，在动叶通道中仅有小部分膨胀，产生的反动力较小，主要利用冲动力作功结构特点：作功能力比反动级的大，效率又比纯冲动级高。,带反动度的冲动级,定义：蒸汽在级中的理想焓降平均分配在喷嘴和动叶通道中的级称为反动级工作特点：蒸汽
8、在喷嘴和动叶通道中的膨胀程度相等，作功的力冲动力和反动力各占一半结构特点：动叶叶型与喷嘴叶型完全相同。反动级的效率高于冲动级，但整级的理想焓降较小。,反动级,喷嘴中的膨胀热力过程线,P0,P1分别是喷嘴进出口压力。理想热力过程从01t。实际热力过程是01。0*点是0的滞止参数点。,第二节 蒸汽在喷嘴中的流动过程,一、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程,能量转换：,热力势能,汽流动能,计算分析方法：,先算理想过程，然后用系数修正到实际过程,喷嘴能量方程：,理想过程,第二节 蒸汽在喷嘴中的流动,实际过程,蒸汽为粘性流体，流过叶栅通道时产生摩擦，造成动能损失，使蒸汽出口速度由c1t减小为c1,即,喷嘴速度系数,
9、工程中，通常采用对等熵绝热流动作修正的方法来处理实际流动，即用实际汽流速度与理想速度的比值表示摩擦损失的影响，其比值称为速度系数。,喷嘴速度系数,蒸汽在叶栅通道中为绝热多变过程,喷嘴效率,喷嘴损失,二、蒸汽流过喷嘴的流量,通过喷嘴的质量流量决定于流道的出口面积、出口流速和对于出口点的蒸汽比容。焓降流量计算与焓降流速的方法相似，,先计算通过流道的理想流量，然后由流量系数修正至实际流量。,对出口面积为 的喷嘴，其流过的理想质量流量为,定义：流量系数,实际流量,无论过热蒸汽还是湿蒸汽都可用下式计算：,彭台门系数(亦称流量比系数),定义：喷嘴的实际流量与喷嘴临界流量之比,意义：,在流道结构和初参数确定
10、的情况下，不同背压所对应的流道通流量可用相对于最大流量(临界流量)的无量纲参数彭台门系数来表示。,1时为亚临界流动，=1时为临(超)界流动,计算表明：彭台门系数的曲线段近似于椭圆曲线。故为计算方便，常用椭圆公式来近似。即,喷嘴流量计算程序：,流量计算时，先由初参数求得最大流量,，然后由前后压比,在计算、比较初参数相同、背压不等两种工况流量时，可先求出对应初参数下的最大流量，再分别计算各自的，求出两个不同背压工况的流量。,求得系数由,在汽轮机级中，为了保证喷嘴出口对汽流的良好导向作用，必须在出口截面之外有一段斜切部分，这种喷嘴称为斜切喷嘴，如图所示。,三、蒸汽在喷嘴斜切部分内的膨胀,保证汽流顺利
11、地进入动叶做功，并获超音速汽流。,（）当喷咀出口断面上的压力比大于或等于临界压力比时，即,时，蒸汽仅在渐缩部分膨胀，,.斜切部分的作用,.斜切部分的膨胀特点,在斜切部分不膨胀，斜切部分仅起导流作用，此时,。,（）当喷咀出口断面上的压力小于临界压力比时，即,时，蒸汽不仅在渐缩部分膨胀，在斜切,也膨胀。蒸汽在渐缩部分达临界，在斜切部分继续膨胀，,出口获超音速汽流，且出口汽流方向发生偏转，,此时,当初参数一定时，逐渐降低背压，出口汽流速度和流量增大。在背压降至临界压力时，其后流量不再增大，但出口汽流角偏转而增大；在背压降至极限膨胀压力时，出口汽流速度和出口汽流角不再增大。,在流量和出口汽流角计算时，
12、特别要注意判别是否达到临界。,要计算蒸汽的作用力和所做的功，必须要知道动叶进出口汽流速度的大小和方向。,1.动叶进口速度三角形,任务：已知或间接已知,（一）动叶进出口速度三角形,对现代汽轮机的级,圆周速度,式中n转速，r/min；dm级的平均直径。,第三节 蒸汽在动叶中的流动,由余弦定理得,.动叶出口速度三角形,任务：已知或间接已知,对冲动级,对反动级,由余弦定理得,为了便于分析问题，常将动叶进出口速度三角形画在同一个顶点上。,蒸汽在动叶中的膨胀过程如图所示。,蒸汽在动叶栅中的热力过程,在理想情况下，蒸汽从动叶进口状态(即喷嘴出口状态)p1、h1，等熵膨胀至动叶出口压力p2。由于在流动过程中存
13、在能量损失，因此，蒸汽在动叶通道中实际的膨胀过程是按熵增曲线进行的。与喷嘴相似，此时动叶栅出口汽流的理想相对速度为,（二）蒸汽在动叶中的膨胀,1.动叶出口汽流理想速度,动叶流量与喷嘴流量的关系：,动叶根部不吸不漏，且忽略动叶顶部漏汽，动叶流量等于喷嘴流量,冲动级：,反动级：,略大于,盖度,总的推导思路：先根据动量定理求出动叶对蒸汽的作用力，再根据作用力与反作用力原理求出蒸汽对动叶的作用力。列动量方程时，要注意方向问题。,（三）蒸汽作用在动叶上的力,。,上式中G=kg/s时，称为级的做功能力，即,1.轮周功率,四、轮周功率和轮周效率,单位时间内圆周力 在动叶片上所做的功，它等于圆周力与动叶圆周速
14、度u的乘积，称为轮周功率，其表达式为：,轮周功的意义：由喷嘴带进动叶的蒸汽动能与动叶获得的蒸汽动能之和，减去蒸汽离开动叶所带走的动能。,2、轮周效率,1kg蒸汽所作出的轮周功Wu与蒸汽在该级所消耗的理想能量E0之比称为级的轮周效率.,余速利用系数,-本级余速被下级所利用的份额。,E0的计算式中：,轮周效率u,余速利用系数,0 表示本级利用上一级余速动能的份额,1 表示本级余速动能被下一级利用的份额,多级汽轮机中，本级余速动能可被下一级部分或全部利用,表示其利用程度,本级喷嘴进口的初动能hc0=0(hc2)abv,(hc2)abv上一级的余速动能;,同理本级的余速损失中1hc2部分是下一级喷嘴的
15、进口初速动能，这部分能量将算到下一级，因此，如果不扣去1hc2，那么1hc2将既算在本级理想能量E0内，又算在下级的E0内，这就重复了。,一般地，调节级和排汽级的为零,抽汽级为0.00.5，,中间级为1.0,余速利用系数的大小将影响到下一级的滞止状态点。,轮周效率u计算公式的不同形式,定义式,速度式：,式中：ca为级的假想理想速度，即假定级的滞止理想焓降全部在喷嘴中等比熵膨胀所获得的理想速度。,能量平衡方式,能损分析式：用来分析各种轮周损失所占比例较为方便,轮周效率取决于三项损失系数n、b和c2，在喷嘴和动叶叶型选定后，和就基本上确定了，影响轮周效率u的主要因素是余速损失系数c2，因此，应减少
16、动叶出口的绝对速度c2，同时提高余速利用系数。,第四节 速度比和轮周效率的关系,一、最佳速度比,假想速比-即轮周速度与级假想速度之比,级假想速度-假想 在喷嘴中等熵膨胀时得到的出口速度,最佳速比-对应最高轮周效率的速比.,以假想动能的形式表示整级滞止理想比焓降,最佳假想速比-对应最高轮周效率的假想速比.,级的速比,1.纯冲动级最佳速比,2.反动级最佳速比,4.复速级,可知，在轮周速度一定时，速比越大，级的焓降就越小。由此表明：在大致相等轮周速度下，反动级的焓降小于冲动级。这样，反动式机组的整机级数明显多于冲动式机组。在相同的圆周速度u，喷嘴速度系数和喷嘴出口汽流角的条件下，各自的最佳速比下：,
17、1.轮周损失包括哪些2.速度比和最佳速比3.假想速比4.汽轮机的级5.级的轮周效率6.滞止参数7.临界压比,在进行汽轮机的级的热力计算时，流入汽轮机的蒸汽流量G、级前的蒸汽参数P0和t0以及级后的蒸汽压力P2,通常都是已知的或选定的。在选定了汽轮机的转速n、气流的初速度C0、级的平均直径dm和级的反动度后，就可以确定喷嘴后的压力p1.根据这些已知和选定的条件，就能进行喷嘴叶栅和动叶栅主要尺寸的计算。,第五节 级的流通部分尺寸的确定,一、叶栅的几何参数和汽流参数,概念：由相同叶片构成的汽流通道的组合体。,叶栅型式,分类,按反动度大小来划分,环形叶栅，汽轮机级中都是这种叶栅,直列叶栅,展开在一个平
18、面内的叶栅叫平面叶栅,亚音速叶栅：Ma0.8,跨音速叶栅：0.8Ma1.2,超音速叶栅：Ma1.2,根据叶栅中叶片排列形式来划分,按喷嘴出口、动叶进口的马赫数来划分,在确定喷嘴尺寸时，首先应根据喷嘴的前后压力比n=p1/p00的大小是否超临界来确定喷嘴的型式。当n大于或等于nc时，无一例外地采用渐缩喷嘴。当n小于nc较多时，例如n0.3时，这时不得不采用缩放喷嘴；而当0.3 时，仍可采用渐缩喷嘴，利用喷嘴斜切部分的膨胀，以获得超音速汽流。但此时要求因斜切膨胀引起的汽流偏转角度不可过大，一般要求不超过35，否则将会使效率降低较多。,缩放叶栅不但加工比较困难，而且在变工况运行时效率较低，故应尽量避
19、免采用之。,2.喷嘴叶栅结构尺寸,尽量使通流部分平滑变化,容积流量小且变化小时（如高压级），1 较小，通常取1114)，反动级中，因为2=1，若1过小，将使2值也减小，则动叶出口边缘过薄，易于损坏，故反动级的1多采用1820，比冲动级所取的数值(1114)为大。,容积流量较大且变化快时（如中低压级），为减缓叶高增长，1较大常取(1317)。,减小2值可以使冲动级的轮周效率增大。,2减小后，蒸汽通过动叶所发出的轮周功率增大,但考虑到当叶片出口面积为定值时，过大地减小2值，,（1）叶栅出口气流角 和 的选择,二、喷嘴叶栅和动叶栅主要参数的选择,2.部分进汽度,（）定义,工作喷嘴所占的弧段长度与整个
20、圆周长之比。即,分析：一般压力级采用全周进汽，e1。,.盖度,（）定义,动叶进口高度与喷嘴高度之差。即,级通流部分示意图,（）作用,使汽流顺利进入动叶做功，减少叶顶漏汽损失。防止汽流与动叶顶部和根部发生碰撞。,5.平衡孔,平衡轴向推力。,三、冲动级内反动度的选择,反动度是汽轮机级的一个主要参数，对汽轮机的级效率有很大的影响。一般先选定根部反动度 r，然后计算出平均反动度m和叶顶反动度t。,.根部反动度较大时,产生根部漏汽损失，如图33（a）所示。,2.根部反动度很小或为负值时,产生根部吸汽损失，,3.根部反动度r=0.030.05时,能使根部既不吸汽也不漏汽，效率高,轮周损失,相对内效率,hu
21、,轮周效率,hi,级内损失的类型,-,第五节 级内损失和级的相对内效率,湿气损失hx,4.叶高损失hl,5.扇形损失h,6.叶轮摩擦损失hf,部分进汽损失he,漏汽损失h,1.叶高损失hl,叶高损失主要决定于叶高，当叶片很高时可以忽略不计。,第六节 级内损失和级效率,减小叶高损失的方法,调节级采取部分进汽方式，保证叶片高度大于15mm;强度允许的条件下，尽量采用窄型叶片。,4.叶轮摩擦损失hf,叶轮两侧蒸汽微团间的摩擦，以及蒸汽与壁面间的摩擦；,叶轮两子午面内形成漩涡区。,（）叶轮摩擦损失产生的原因,（）减小叶轮摩擦损失的方法,尽量减小叶轮与隔板间距离；,制造和检修时，应使叶轮和隔板表面具有较
22、高的光洁度。,喷嘴叶栅不是整圈布置，而是只占据部分圆周，这种布置叫部分进汽。,.部分进汽损失,（）部分进汽损失产生的原因及计算,5.漏汽损失h,组成,隔板漏汽损失hp,叶顶漏汽损失ht,隔板前后存在较大压差，而隔板和转轴间又存在间隙，必有部分蒸汽漏到隔板与叶轮之间的汽室内，该部分蒸汽不通过喷嘴，所以不参加做功，因而形成了隔板漏汽损失。,对于冲动级,二、级的相对内效率和内功率,级的有效比焓降hi与级的理想可用能量E0之比称为级的相对内效率，简称级效率，用i表示，可用来衡量级内能量转换的效果,由于汽轮机级内存在多种损失，结果使蒸汽在级内的有效比焓降小于级的理想比焓降。级的有效比焓降hi可表示为,级
23、的内功率Pi可用下式计算：,式中：D、G为级的进汽量，其单位分别是t/h和kg/s。,三.级内损失对最佳速比的影响,衡量级内能量转换完善程度的最终经济指标是级的相对内效率而不是轮周效率,能保证获得级的最高相对内效率的速比才是设计时应考虑的速比，用(xa)op 表示。,考虑级内其他各项损失后,第六节 级内损失和级效率,图152 级效率 与速度比xa的关系曲线,叶高损失、叶轮摩擦损失和部分进汽损失随速度比的增加而增大级内损失不仅使级的轮周效率降低，也会使最佳速度比值减小相对内效率最高时的最佳速度比小于轮周效率最高时的最佳速度比,热力计算的步骤如下：第一步，计算静动叶栅出口汽流速度，画出动叶进出口速
24、度三角形和热力过程线，算出级的轮周功率和轮周效率；第二步，计算静动叶的出口面积和叶高；第三步，除轮周损失外，分析级内存在的其它各项损失，并计算出各项损失的大小；第四步，算出该级的相对内效率和内功率。,第七节 级的热力计算,本章小结,基本概念喷嘴、动叶、汽轮机的级、反动度、冲击原理、反击原理、部分进汽度级的工作过程喷嘴流道：热能转换为动能动叶流道：动能转换为机械功级内损失和效率级内损失：喷嘴损失、动叶损失、余速损失、叶栅损失、扇型损失、叶轮摩擦损失、部分进汽损失、漏气损失、湿汽损失、撞击损失效率：轮周效率、级的相对内效率,1.某冲动级级前压力p0=0.35MPa，级前温度t0=169C,喷嘴后压
25、力p1=0.25MPa,级后压力p2=0.56MPa,喷嘴理想焓降hn=47.4kJ/kg,喷嘴损失hnt=3.21kJ/kg,动叶理想焓降hb=13.4kJ/kg,动叶损失hbt=1.34kJ/kg,级的理想焓降ht=60.8kJ/kg，初始动能hc0=0，余速动能hc2=2.09kJ/kg,其他各种损失h=2.05 kJ/kg。计算：计算级的反动度m若本级余速动能被下一级利用的系数1=0.97，计算级的相对内效率r i。,3.某反动级理想焓降ht=62.1kJ/kg，初始动能hc0=1.8 kJ/kg,蒸汽流量G=4.8kg/s，若喷嘴损失hn=5.6kJ/kg,动叶损失hb=3.4kJ/
26、kg，余速损失hc2=3.5kJ/kg，余速利用系数1=0.5，计算该级的轮周功率和轮周效率。,5.已知汽轮机某纯冲动级喷嘴进口蒸汽的焓值为3369.3 kJ/kg，初速度c0=50 m/s，喷嘴出口蒸汽的实际速度为c1=470.21 m/s，速度系数=0.97，本级的余速未被下一级利用，该级内功率为Pi=1227.2 kW，流量D1=47 T/h，求：喷嘴损失为多少?喷嘴出口蒸汽的实际焓？该级的相对内效率？,第二章 多级汽轮机,2023/1/30,提高汽轮机经济性的主要措施有哪些？减小汽轮机级内的各项损失高蒸汽的初参数、并降低背压为了提高汽轮机的单机功率增大汽轮机的进汽量增大蒸汽在汽轮机内的
27、比焓降,为什么采用多级汽轮机？,2023/1/30,汽轮机本体结构由静止和转动两大部分构成静止部分称作“静子”转动部分就是指转子此外，汽轮机结构中还包括：汽封、配汽机构等,主轴叶轮动叶片联轴器及轴封套等,第一节 多级汽轮机结构,冲动式：汽缸喷嘴隔板隔板套及汽封等反动式汽缸静叶持环平衡鼓及汽封等,汽轮机受热之后，各零部件都要膨胀若汽轮机不能自由的热胀冷缩，就会产生热应力和热变形，使设备损坏为了使汽缸在长、宽、高几个方向上能够膨胀自如，同时保证汽轮机中心线不变，汽轮机都设置有完整的滑销系统立销：引导汽缸沿垂直方向自由膨胀纵销：引导汽缸和轴承箱沿轴向自由膨胀横销：引导汽缸横向自由膨胀角销：也称压板，
28、防止轴承箱在轴向滑动时一端翘起,2023/1/30,绝对死点汽轮机基础台板上滑销中心线与纵销中心线的交点.一般设置在LP缸，使机组向调速端膨胀相对死点 当汽轮机静止部件膨胀或收缩时，汽轮机推力轴承所在的轴承箱也将随之产生轴向位移推力轴承（又称轴系的定位点）也随之移动推力轴承处被称为机组的相对死点,2023/1/30,4.盘车装置 一般设置在盘车力矩最大处或轴承载荷最大处盘车装置的作用:停机时缓慢盘动转子，使其均匀受热，防止转子热弯曲启动时减小转子的启动力矩启动前投入，检查大轴是否弯曲、动静部分是否摩擦盘车装置的驱动方式手动自动：电动、液动、气动盘车转速：高速盘车、低速盘车,2023/1/30,
29、5.轴承汽轮发电机组的轴承主要有支持和推力轴承两种1）支持轴承作用：承受转子的重力、由于转子质量不平衡引起的离心力以及由于振动等原因而引起的附加力等；确定转子的径向位置，保证转子中心线与汽缸中心线一致，从而保证转子与汽缸、汽封、隔板等静止部件之间正确的径向间隙主要类型：圆轴承、三油楔圆轴承、椭圆轴承、可倾瓦轴承和袋式轴承不同轴承特点为了减小汽轮机的机械摩擦损失，并缩短转子的轴向尺寸，有些超（超）临界机组的支持轴承采用单点支撑的方式,2023/1/30,2）推力轴承作 用：承受转子的轴向推力、并确定其轴向位置主要类型：单推力盘结构 双推力盘结构,临界转速：与转子的自振频率相等的机组转速（即离心力
30、频率）临界转速的大小与转子的直径、长度、几何形状及支持轴承的刚性等因素有关临界转速高于工作转速的转子，被称之为刚性转子而临界转速低于工作转速的转子，被称之为挠性转子大功率汽轮机均采用多缸结构轴系多支点转子系统轴系的临界转速有多个（轴系中任何一个转子发生共振时的转速）,第二节 多级汽轮机的工作特点,一、重热现象和重热系数1.重热现象若各级没有损失，整机的总理想比焓降ht为:ht=ht1+ht2+ht3+ht4由于各级存在损失，各级的累计理想比焓降ht为:ht=ht1+ht2+ht3+ht4重热系数,2影响重热系数的因素多级汽轮机各级的效率多级汽轮机的级数各级的初参数整机的相对内效率为,各级的平均
31、相对内效率为,由于重热现象的存在，使整机的相对内效率高于各级的平均相对内效率,2023/1/30,二、多级汽轮机各级（缸）的工作特点 1.高压级（缸）由于蒸汽的比容较小，漏汽损失较大对于采用部分进汽的级，漏汽损失将有所增大由于蒸汽的比容较小，叶轮摩擦损失也相对较大因为叶片高度相对较小，所以叶高损失也较大高压各级的效率相对较低,2023/1/30,2.低压级（缸）采用较大的反动度由于蒸汽比容很大，所以叶轮摩擦损失很小；由于低压级均是全周进汽，所以没有部分进汽损失低压级的叶片高度很大，漏汽间隙所占比例很小，因此漏汽损失很小低压级的余速损失较大存在湿汽损失,2023/1/30,3.中压级（缸）叶高损
32、失较小；无部分进汽损失；叶轮摩擦损失较小没有湿汽损失中压各级的级内损失较小，其效率高于高压级（缸）级和低压级（缸）中压（缸）各级的反动度一般介于高压级（缸）和低压级（缸）之间，且随流动方向逐级增大,2023/1/30,四、汽轮机装置的评价指标1汽轮机的相对内效率有效比焓降与理想比焓降者之比称之为汽轮机的相对内效率，用i表示：,汽轮机的内功率Pi可表示为：,2023/1/30,3.发电机效率发电机出线端的功率与汽轮机的轴端功率Pa之比，用g表示,2.机械效率汽轮机联轴器端的输出功率（轴端功率）Pa与汽轮机的内功率Pi之比，用m表示,2023/1/30,4.汽轮发电机组的相对电效率汽轮发电机组的相
33、对电效率表示1kg蒸汽所具有的理想比焓降中有多少能量最终被转换成电能，用el表示：el=img,5.汽轮发电机组的绝对电效率汽轮发电机组的绝对电效率表示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入1kg蒸汽的热量之比，用el,a表示：,6汽耗率汽轮发电机组每生产1kW.h电能所消耗的蒸汽量称之为汽耗率，用d表示：,2023/1/30,7热耗率汽轮发电机组每生产1kW.h电能所消耗的热量称之为热耗率，用q表示：,中间再热机组,第三节 多级汽轮机的轴向推力及其平衡,一、轴向推力产生的原因作用在动叶上的轴向推力（蒸汽、压差）,作用在叶轮面上的轴向推力,作用在转子凸肩上的轴向推力,多级汽
34、轮机任一级的总轴向推力为,二、轴向推力的平衡设置平衡活塞叶轮开设平衡孔 采用鼓式转子结构的反向布置采用推力轴承,汽轮机原理第三章 汽轮机级的变工况,第一节 喷嘴的变工况特性第二节 级组的变工况特性第三节 汽轮机的变工况特性第四节 蒸汽参数变化对汽轮机运行的影响,第三章 汽轮机级的变工况,设计工况（经济工况）：汽轮机在设计参数下运行称为汽轮机的设计工况。变工况：偏离设计工况的运行工况称为变工况,汽轮机的热力设计：给定初终参数、功率和转速的条件下，计算和确定蒸汽流量、级数、各级尺寸、蒸汽参数、反动度、功率和效率等，进而得出各级和全机的热力过程线等。）唯一。,研究变工况，在于分析汽轮机在不同工况下的
35、效率、各项热经济指标以及主要零部件的受力情况。产生变工况运行的主要原因：1、外界负荷变化2、锅炉及凝汽器运行工况变化3、汽轮机本身状态的变化,本章任务：研究汽轮机在偏离（流量、进汽温度、压力、转速、排汽压力等）设计(off-design)工况下各级流量与热力参数（主要是蒸汽压力）的相对变化关系，以及反动度、内功率、效率和轴向推力等的变化，分析计算这些参数变化对机组安全性、经济性的影响。研究等转速的情况。,研究顺序：喷嘴（动叶）、级、多级（级组）、整机。,一、渐缩斜切喷嘴的变工况特性喷管初压不变时背压与流量的关系,第一节 喷嘴的变工况特性,喷嘴初、终参数都改变时的流量特性变工况前后喷嘴均为临界流
36、量,（前后都未达到临界流量）,（1）当PPr（ncr）时，随着背压P的减小，如图31所示，流量G沿CB线逐渐增加，可按下式计算（1-25）式）：,（一）喷嘴初压P0*不变而背压P1变化时,（2）当PPr（ncr）时，流量达到临界值并保持不变，如图（3-1）中BA线即,（）两种工况下，通过喷嘴的流量均为临界流量,式中，下标“1”为工况变动后的参数（以下均同）。,（二）喷嘴初压P0*和背压P1同时变化,结论：流量变化只与喷嘴前的参数有关，与喷嘴后的参数无关。,若把蒸汽当成理想气体，利用其状态方程P/=RT，则上式可写成,（）两种工况下，通过喷嘴的流量均小于临界流量,若忽略温度的变化，则有,结论：流
37、量变化与喷嘴前的滞止压力成正比。,在大多数情况下，工况变动不太大时，可近似认为喷喷嘴前蒸汽温度不变。于是上式可简化为,（）某一工况下为临界流量，另一工况下小于临界流量，或变化相反,例如，变工况前为临界，变工况后为亚临界时，则,所以,二、缩放喷嘴的变工况特性,喷嘴初压不变，背压变化喷嘴初终参数都变化,图3-4 缩放喷嘴的变工况,第一节 喷嘴的变工况特性,（1）缩放喷嘴的变工况性能较差，只要偏离设计工况，效率就下降；渐缩喷嘴只有在压比小于临界压比试，效率才下降。,（2）渐缩喷嘴变工况前后均为临界时，喷嘴流量与喷嘴前蒸汽（滞止）压力成正比，与喷嘴前（滞止）热力学温度的平方根成反比。,（3）渐缩喷嘴变
38、工况前后均为亚临界时，喷嘴流量与喷嘴前蒸汽（滞止）压力与该工况下彭台门系数的乘积成正比，与喷嘴前（滞止）热力学温度的平方根成反比。,一、级内压力与流量的关系,级内为临界工况,级的临界工况：级内的喷嘴叶栅或动叶栅两者之一的流速达到或超过临界速度，称该工况为级的临界工况。级的喷嘴或者动叶的汽流速度刚达到临界速度时，级前后的压力比称为级临界压力比。,第二节 级与级组的变工况特性,分两种情况讨论:级内为临界工况、级内为亚临界工况,分两种情况讨论：喷嘴为临界和动叶为临界。,第二节 级与级组的变工况特性,有，,即，通过级的流量，与滞止初压或初压成正比，与滞止初温或初温的平方根成反比。,忽略温度的影响有：,
39、结论：如变工况前后级均为临界工况，无论是喷嘴或动叶为临界，通过级的流量，与滞止初压或初压成正比，与滞止初温或初温的平方根成反比。,略去温度的影响，有,第二节 级与级组的变工况特性,在得到上述关系式时，由于进行了一些假定，因此利用它们计算得到是近似值，但误差不大。例如，对BP-25型背压式汽轮机进行全机变工况计算表明，在流量比设计值小于30%时，计算误差为3.14%；偏离设计值越近，误差越小。,结论：如果变工况前后级均为亚临界工况，通过级的流量，与初压和背压平方差的平方根成正比，与初温的平方根成反比。,级内为亚临界工况,第二节 级与级组的变工况特性,二、级组压力与流量的关系,级组：流量相等而依次串联排列的若干级称为一个级组。,当级组内各级均为亚临界工况时，称级组为亚临界工况；当级组内至少有一列叶栅(如某一级的喷嘴或动叶)的出口流速达到或超过临界速度时，称级组为临界工况。,同样也分别对级组为临界与亚临界两种工况进行讨论。,
