华北电力大学汽轮机课件2

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第六节单排汽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、多级汽轮机的应用增大容量和提高机组效率要求蒸汽在汽轮机中有较大的比焓降。单级汽轮机受叶轮和叶片材料强度的限制，所能承担的焓降有限。在最佳速比下，单级焓降越大，圆周速度越大？现代大容量汽轮机都采用多级设计！东方汽轮机厂N300－16.7/537/537－4型汽轮机总共28级，其中：高压缸：1个单列调节级+9个冲动压力级中压缸：6个冲动压力级低压缸：2×6个冲动压力级东方汽轮机厂生产的N300—16.7/537/537—4型汽轮机纵剖面图§2.1多级汽轮机的优越性及其特点上海汽轮机厂引进型N300－16.7/538/538型汽轮机全机共由35级组成，其中高压缸：1个单列调节级+11个反动压力级中压缸：9个反动压力级低压缸：2×7个反动压力级上海汽轮机厂生产的反动式N300—16.7/538/538型汽轮机纵剖面图二、优点及存在的问题(一)优点(1)多级汽轮机循环热效率大大提高(2)多级汽轮机相对内效率明显提高设计工况下，每级都在最佳速比附近工作多数级余速可全部或部分利用喷嘴和动叶的出口高度增大，减小了叶高损失1n11sintnmtGedlc存在重热现象蒸汽参数提高，实现抽汽回热和中间再热。§2.1多级汽轮机的优越性及其特点此外，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。2th'21pT、二、重热现象和重热系数重热现象---在水蒸气的h-s图上等压线是沿着比熵增大的方向逐渐扩张的，也就是说，等压线之间的理想比焓降随着比熵的增大而增大。这样上一级的损失(客观存在)造成比熵的增大将使后面级的理想比焓降增大，即上一级损失中的一小部分可以在以后各级中得到利用，这种现象称为多级汽轮机的重热现象。概念：重热现象的解释hs1p2p2'th3p将蒸汽作为理想气体：第一级没有损失时：第二级的初始蒸汽参数为。'1T§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12''31211kktpkhRTkp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，实际第二级初始蒸汽参数21pT、1231211---kktpkhRTkp''2211tt,?ÊTTΔhΔh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。2.重热系数重热系数----各级理想焓降之和大于整机理想焓降的增量与整机理想焓降的比。重热系数§2.1多级汽轮机的优越性及其特点1212leviiitthhhh1macmacttttmacthhhhh即（+）levi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。mactthh为讨论方便，假设汽轮机中各级的相对内效率都相等，则有12121levleviiittitmacmacmaclevleviiiitimactthhhhhhhhhhh或（+）另一方面，整个多级汽轮机的相对内效率为：可得：因此§2.1多级汽轮机的优越性及其特点macmaciimacthh1maclevii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也就是些等式相加，可得：1122levleviitiithhhh，，macilevi§2.1多级汽轮机的优越性及其特点(1)由于重热现象的存在，多级汽轮机中前一级的损失，可以小部分在后面级中得到重新利用，使多级汽轮机全机的效率要比各级平均的效率好一些。(2)不应从上式中简单地得出α越大，全机效率越高的结论，这是因为α的提高是在各级存在损失，各级效率降低的前提下实现的，重热现象的存在仅仅是使多级汽轮机能回收其损失的一部分而已。讨论(3)提高汽轮机效率的根本途径是提高各级的相对内效率。2thhs2p2'th3p级的能量损失增大，重热系数增加，重热量是增加的损失中很小一部分三、多级汽轮机各级段的工作特点1n11sintnmtGedlc§2.1多级汽轮机的优越性及其特点(一)高压段蒸汽特性：高压、高温，比容小，蒸汽容积流量小。结构特点：喷嘴出口汽流方向角αl较小，以保证叶片高度。一般情况下，冲动式汽轮机的αl=11°～14°，反动式汽轮机的αl=14°～20°。气动特性：各级比焓降不大，比焓降的变化也不大。在冲动汽轮机的高压段，级的反动度一般不大。级内损失特点：可能存在的级内损失有：轮周损失、叶高损失、扇形损失、漏汽损失、叶轮摩擦损失、部分进汽损失等。高压段各级的效率相对较低。叶高损失、漏汽损失、叶轮摩擦损失、部分进汽损失相对较大§2.1多级汽轮机的优越性及其特点1n11sintnmtGedlc低压段蒸汽特性：低压、低温，末几级处于湿汽区，比容大，蒸汽容积流量大。结构特点：喷嘴出口汽流方向角αl大，避免叶高过大。气动特性：级内损失特点：可能存在的级内损失有：轮周损失、叶高损失、扇形损失、漏汽损失、叶轮摩擦损失、湿汽损失等。余速损失大，但一般可被下级利用，叶轮摩擦损失、漏汽损失、叶高损失很小，主要是湿气损失大。理想比焓降较大，且相应增加较快叶高大，末两级叶高扩张很快级的反动度明显增大效率介于高压级和中压级之间。§2.1多级汽轮机的优越性及其特点(三)中压段蒸汽特性：中压、高温，中比容，蒸汽容积流量中等。结构特点：气动特性：级的反动度介于高压缸与低压缸之间，且逐渐增大。级内损失特点：中等叶高，各级叶片高度沿流动方向逐渐增大。可能存在的级内损失有：轮周损失、叶高损失、扇形损失、漏汽损失、叶轮摩擦损失等。叶高损失较小；一般为全周进汽，没有部分进汽损失，中压级漏汽损失较小，叶轮摩擦损失也较小，也没有湿汽损失。效率要比高压级和低压级都高。多级汽轮机各缸工作特点小结蒸汽参数汽缸汽缸受力容积流量叶片型式平均直径级焓降反动度主要损失效率功率高压缸高温高压多层缸较厚压力热应力小较短直叶微弯小小较小叶高漏汽部分较低不足1/3中压缸高温中压多层较薄压力热应力中扭叶较长中中中等漏汽较高大于1/3低压缸低温低压多层薄压力热应力大扭叶长大大较大湿汽稍低近1/3§2.1多级汽轮机的优越性及其特点2845272344331832500%20%40%60%80%100%高压缸中压缸低压缸ABB300MW汽轮机各汽缸损失分布叶型损失二次流损失泄漏损失§2.1多级汽轮机的优越性及其特点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。§2.1多级汽轮机的优越性及其特点HPIPLPG锅炉高压缸中压缸凝汽器再热器主汽阀调节阀低压缸中压主汽阀中压调节阀过热器LP一、多级汽轮机蒸汽流程§2.2进汽阻力损失和排汽阻力损失主要原因是汽流的沿程摩擦、转向和涡流损失三方面。蒸汽在汽轮机本体之外流道中的流动必然产生损失，将使机组的效率下降。这些损失归结为进汽损失和排汽损失两部分。二、进汽机构节流损失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，即蒸汽通过进汽部分到达调节级喷嘴前后虽有压力降落，但比焓值不变。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。§2.2进汽节流损失和排汽阻力损失macth'()macmacmactthhh§2.2进汽节流损失和排汽阻力损失'0000.03~0.05oppppr00(0.12~0.15)rrppp高压缸排汽压力ss(0.02~0.03)sppp中压缸排汽压力汽轮机进汽节流损失：进汽机构阻力使进入汽轮机第一级的蒸汽节流降压，从而引起的理想比焓降损失。该损失的表示方法：通常用压损占新汽压力的百分数来表示对高压进汽部分压损对于再热管道及再热器，压损对于中低压缸连通管，压损§2.2进汽节流损失和排汽阻力损失损失的大小取决于汽流速度控制阀门与管道中蒸汽流速≤40～60m/s主汽门及调门的气动特性优化阀芯型线和汽室形状，采用带扩压管的阀门。mach§2.2进汽节流损失和排汽阻力损失三、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下降，这部分没做功的压降损失，称为汽轮机的排汽阻力损失。'cccppp定义式：'cpcp--末级动叶出口的静压--凝汽器喉部静压2100excccpp估算式：凝汽式机排汽管中汽流速度cex≤100～120m/s，背压机cex≤40～60m/s,排汽管阻力系数λ=0.05～0.1(下置式凝汽器).(0.02~0.06)ccpp一般情况下：减小排汽阻力损失方法：通过扩压把排汽动能转化为静压，以补偿排汽管中的压力损失。§2.2进汽节流损失和排汽阻力损失对扩压型排汽管：如果排汽管进口马赫数Ma≤0.52'222111ccccexGpppAf则排汽压损可由下式计算：排汽部分通常做成蜗壳扩散式，尽可能使排汽的余速动能转变为压力能，补偿流动产生的损失，并内装导流环，使乏汽均匀地布满整个排汽通道，保持排汽畅通。由于排气管中扩压器的位置不同，所以有不同的排气管形式，如图表示了两种不同形式的排气管。排汽管评价指标：能量损失系数ξex和静压恢复系数ηex22112212022ccpp进入排汽管的汽流速度的马赫数Ma≤0.3时，排汽可视为不可压缩流体，其能量方程为：21221111122ppcc整理为：21112()exbc2121112()exppac§2.2进汽节流损失和排汽阻力损失2121112exppc21112exc令：1exex则有ex☆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)：ex☆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)：22202c式中：△蒸汽在排汽管的总损失，进入凝汽器的蒸汽动能和排汽通道的流动压力损失。即0;1exex(2)0;1exex0;1exex部分汽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。0;1exex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进汽节流损失和排汽阻力损失12pp'21pp''21pp回收压头正好补偿流动损失压头；讨论：(1)(3)§2.2进汽节流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。§2.3汽轮机及其装置的评价指标maciimacthh003.6macmactiitiDhpGh汽轮机性能评价指标以整机理想焓降为基础以单位质量蒸汽在热力循环中所吸收热量为基础绝对效率相对效率一、汽轮机的相对内效率以下以无回热抽汽、无再热、无前后端轴封漏汽和门杆漏汽的纯凝汽式机组说明相关效率的定义式。汽轮机的相对内效率----有效比焓降与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0G/th/kgs0D/meiPP即：003.6macmactimemitimDhPPGh/gelePP汽轮发电机组相对电效率el