第二章 多级汽轮机 第一节 多级汽轮机的工作过程一，多级汽轮机的特点和工作过程 1，多 级 汽 轮 机 的采用： 为了提高汽轮机的功率 ，就必须增加汽轮机的进汽量G 和蒸汽的理想焓降。 从经济和平安两个方面来考虑，只有一个级的汽轮机要能有效地利用很大的理想焓是不可能的。为了有效地利用蒸汽的理想焓降，唯一的方法就是采用多级汽轮机。多级汽轮机的一级只利用总焓降中的一局部。使每一级都能在最正确速度比附近工作，就能有效地利用蒸汽的理想焓降，提高机组效率。 和 单 级 汽 轮 机 相 比 较 ， 多 级 汽 轮 机 具 有 单 机 功 率 大 和 内 效 率 高 的 特 点 。1l 多 级 汽 轮 机 有 冲 动 式 和 反 动 式 两 种 。 国 产 10 0 MW 、 12 5 M W 、 2 0 0 M W 汽 轮 机 都 是 冲 动 式 多 级 汽 轮 机 ； 国 产 3 0 0 M W 汽 轮 机 那么 是 反 动 式 汽 轮 机 。 多 级 汽 轮 机 通 常 采 用 喷 嘴 调 节 控 制 进 汽 量 ，称 之为 调 节 级 ， 其 余 的 级 称 为 压 力 级 。 中 小 型 汽 轮 机 ， 通 常 采 用 双 列 级 作 为 调 节 级 ， 大 功 率 汽 轮 机 多 用 单 列 级 作 为 调 节 级 。 多 级 汽 轮 机 的 通 流 部 分 如 图 2 - 1所 示 。 l 蒸 汽 进 入 汽 轮 机 各 级 膨 胀 作 功 ， 压 力 和 温 度 逐 级 降 低 ， 比 容 不 断 增 加 。 因 此 ，通 流 部 分 尺 寸 是 逐 级 增 大 的 ， 特 别 是 在 低 压 部 分 ， 平 均 直 径 增 加 很 快 。 即 叶 片 的 高 度 越 来 越 长 。 l 由 于 受 到 材 料 强 度 的 限 制 ，l 叶 片 不 可 能 太 长 ， 故 大 型 汽 l轮 机 都 采 用 多 排 汽 口 。 如 l国 产 2 0 0 M W 汽 轮 机 ，设 计 为 l三 排 汽 口 和 两 排 汽 口 ； 国 产 l3 0 0 M W 汽 轮 机 采 用 两 排 汽 口 。 22，多多 级级 汽汽 轮轮 机机 的的 工工 作作 过过 程程 ： 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。作作功过程是重复的，但参数是变化的。功过程是重复的，但参数是变化的。3，多级汽轮机的热力过程曲线：其热力，多级汽轮机的热力过程曲线：其热力过程曲线如图过程曲线如图2-2。调节级前的蒸汽状态点为。调节级前的蒸汽状态点为 ，排汽压力用，排汽压力用 表示。汽轮机总理表示。汽轮机总理想焓降为想焓降为 。由于进汽机的节流损失和排汽。由于进汽机的节流损失和排汽机构的压力损失，故调节级喷嘴前的实际状态机构的压力损失，故调节级喷嘴前的实际状态点为点为 , 而汽轮机末级动叶出口压力为而汽轮机末级动叶出口压力为 。考。考虑了这两项损失之后，那么总的理想焓降为虑了这两项损失之后，那么总的理想焓降为 。 为整机的有效焓降。为整机的有效焓降。 多级汽轮机前一级的排多级汽轮机前一级的排汽状态点，就是下一级的进汽状态点。把各汽状态点，就是下一级的进汽状态点。把各点连接起来，就是多级汽轮机的热力过程曲点连接起来，就是多级汽轮机的热力过程曲线。整个热力过程曲线由三局部所组成：进线。整个热力过程曲线由三局部所组成：进汽机构的节流过程，各级实际膨胀过程汽机构的节流过程，各级实际膨胀过程, 排排汽管道的节流过程。汽管道的节流过程。 3第二节第二节 多级汽轮机的重热现象多级汽轮机的重热现象一，重热现象一，重热现象 在在hs 图图上上，在在过过热热区区内内，随随着着温温度度增增加加，等等压压线线是是呈呈扩扩散散形形；在在湿湿蒸蒸汽汽区区，等等压压线线是是斜斜率率为为常常数数的的直直线线。因因此此，在在hs 图图上上的的两两条条等等压压线线之之间间的的距距离离焓焓降降是是随随着着熵熵的的增增加加而而增增加加的的。这这样样一一来来，前前一一级级的的损损失失造造成成的的熵熵增增，能能使使后后一一级级的的理理想想焓焓降降增增加加。即即前前一一级级的的损损失失，加加热热了了蒸蒸汽汽本本身身，使使后后一一级级的的进进汽汽温温度度升升高高，即即在在后后一一级级得得到到了了利利用用这这就就是是多级汽轮机的重热现象。多级汽轮机的重热现象。4二，二，重热系数重热系数1，重热系数如右图：整机理想焓降为 ，由于等压线是呈扩散形，所以：以上各式相加得：即有：也就是：上式之比值：称为重热系数，用表示。那么上式写成52，整机效率与级效率根据上述推导， 表示各级理想焓降之和大于整机理想焓降。由于这局部热量的利用，使整机的内效率大于各级平均内效率。设各级内效率相等，用 表示，那么各级有效焓降为：，相加得6而整机的内效率为：由于 0，所以 ，即整机的内效率大于各级平均内效率。通常，重热系数 = 0.03 0.08 ，其大小与以下因素有关：1) 和级数有关，级数多，大；2) 与各级内效率有关，级内效率低，那么大；3) 与蒸汽状态有关，过热区大，湿汽区小。* 这里，决不能误认为越大越好。因为增大，是以增加损失为代价的，而重热只能回收损失其中的一小局部。大会使整机的内效率降低。三，重热系数的计算：一般用经验公式计算重热系数 其中，k修正系数，过热区 k = 0.2；湿汽区 k = 0.12；局部在过热区，局部在湿汽区 k = 0.140.18。7第四节第四节 多多 级级 汽汽 轮轮 机机 的的 损损 失失 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。一一 ，前后端，前后端轴封的漏汽封的漏汽损失和漏汽量失和漏汽量计算算1 1，漏汽原因：，漏汽原因： * 由于结构的要求，汽轮机大轴必须从汽缸内向外伸出并支持在轴承座上。这样，大轴和汽缸之间必须留有一定的间隙。* 汽缸的高压端，缸内蒸汽压力大于大气压力，蒸汽必然要从间隙向外泄漏。 这样就减少了作功蒸汽量 ， 降低了机组的经济性。 * 在机组的排汽端，缸内为真空运行，蒸汽压力低于大气压力，外界的空气将通过间隙流入汽缸内，破坏真空，也会降低机组的经济性。822，减少漏汽的措施：，减少漏汽的措施： 为 了了 提提 高高 汽汽 轮 机机 的的 经 济 性性 ， 防防 止止 或或 减减 小小 这 种种 漏漏 进 、 漏漏 出出 现 象象 的的 存存 在在 ， 因因 此此 ， 在在 汽汽 轮 机机 的的 两两 端端 漏漏 气气 汽汽 处 装装 设 汽汽 封封 ， 以以 减减 少少 漏漏 气气 汽汽 量量 。 装装 在在 汽汽 轮 机机 高高 压 端端 的的 汽汽 封封 称称 为 前前 轴 封封 ， 作作 用用 是是 为 了了 减减 少少 高高 温温 高高 压 蒸蒸 汽汽 从从 汽汽 缸缸 内内 向向 外外 泄泄 漏漏 ； 装装 在在 汽汽 轮 机机 低低 压 端端 的的 汽汽 封封 称称 为 后后 轴 封封 ， 它它 的的 作作 用用 是是 为 了了 防防 止止 外外 界界 空空 气气 漏漏 向向 汽汽 缸缸 ， 保保 证 汽汽 缸缸 内内 的的 真真 空空 度度 。 对 于于 多多 缸缸 的的 大大 型型 汽汽 轮 机机 ， 每每 个个 缸缸 的的 两两 端端 都都 有有 轴 封封 ， 其其 作作 用用 要要 根根 据据 具具 体体 情情 况况 而而 定定 。 一一 齿 形形 轴 封封 的的 工工 作作 原原 理理1 1，齿形形轴封的封的结构：构： 现代代汽汽轮机机中中常常见的的轴封封是是齿形形轴封封，它它是是由由许多多固固定定在在汽汽缸缸上上的的金金属属片片组成成。其其上上下下齿与与轴或或者者轴套套上上的的凸凸肩肩沟沟槽槽相相错对应，使使两两者者之之间保保持持一一 较小小的的间隙隙，以以形形成成许多多汽汽封封齿隙隙。而而两两齿之之间形成一个形成一个环形汽室，如形汽室，如图2-82-8所示。所示。 92，减少漏汽的途径：当漏汽通过轴封时，依次逐个通过这些齿隙和环形汽室。通过轴封漏量按续程方程来确定。为了减少漏汽量，可以通过：减少齿隙面积A、汽流速度C和增大比容V等方法来实现。但是：(1),比容是蒸汽流动状态来决定，不可任意改变。(2),而面积分别为轴封直径、间隙、轴封直径d是由大轴的强度确定。为了保证平安，间隙不能太小(一般=0.30.6mm)。太小，可能使大轴与轴封片摩擦，造成大轴弯曲，引起机组振动。(3),唯一可行的方法就是减小汽流速度C。汽流速度C取决于轴封齿两侧的压力差，所以减小轴封齿两侧的压力差是减少轴封漏汽量的主要措施。103.齿形轴封的工作原理：从左图可见到，蒸汽通过一环齿形轴封的工作原理：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，压力从形齿隙时，由于通道面积减小，速度增加，压力从 po降到降到p1 。但是蒸汽进入两齿间的大空间时，容积。但是蒸汽进入两齿间的大空间时，容积突然增大，速度大为减小。由于涡流和碰撞，蒸汽动突然增大，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，使蒸汽焓值又回到原值，如能被消耗而转变成热量，使蒸汽焓值又回到原值，如左以下图所示。即蒸汽通过轴封齿隙为一节流过程。左以下图所示。即蒸汽通过轴封齿隙为一节流过程。其后，蒸汽每通过轴封一齿隙时，都重复这一过程，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。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假设干所以，轴封的作用是将一个较大的压差分割成假设干个减小的压差，从而到达降低漏汽速度，减小漏汽量个减小的压差，从而到达降低漏汽速度，减小漏汽量的作用。这就是齿形轴封的工作原理。的作用。这就是齿形轴封的工作原理。4. 蒸汽每通过轴封一齿隙时，压力不断降低，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，容积不断扩大，而流量是相同的。根据连续性方程，那么流速是越来越大的，并在最后一齿大最大。如左那么流速是越来越大的，并在最后一齿大最大。如左图所示，图所示，ab 曲线对应曲线对应C/v=常数，称为芬诺曲线。常数，称为芬诺曲线。11 二 轴 封 漏汽量计算： 为 了 计 算 轴 封 漏 汽 量 ， 这 里 作 两 个 假 设 ：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 ；2， 假 定 轴 封 各 齿 隙 的 面 积 都 相 同 。 从 轴 封 的 工 作 原 理 可 知 ，蒸 汽 在 轴 封 间 隙 中 的 流 动 时 ， 汽 流 速 度 是 逐 级 增 加 的 。 现 在 又 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 。 所 以 ，蒸 汽 在 轴 封 间 隙 中 的 最 大 速 度 是 临 界 速 度 ，这一速度只 可 能 在 轴 封 最 后 一 齿 中 达 到 。这 样 ，蒸 汽 在 轴 封 间 隙 中 的 流 动 可 能 产 生 两 种 情 况 ：1，蒸 汽 在 轴 封 各 齿 隙 中 的 流 动 均 小 于 临 界 速 度 ；2，蒸 汽 在 轴 封 最 后 一 齿 隙 中 达 到 临 界 速 度 ， 而 在 以 前 各 齿 中 其 汽 流 速 度 均 小 于 临 界 速 度 。 121 1，蒸汽在，蒸汽在轴封最后一封最后一齿隙中流速低于隙中流速低于临界速度界速度时 假假设轴封封前前后后蒸蒸汽汽压力力为 ，轴封封间隙隙为 ，轴封封齿数数为 ，上上下下齿间隙隙处的的直直径径分分别为 二二者者相相差差小小， 用用平平均均半半径径 ，那那么么轴的的齿隙隙面面积 。那么通。那么通过轴封的漏汽量可用下式封的漏汽量可用下式计算：算： 从从上上式式可可知知，当当轴封封前前后后蒸蒸汽汽压力力确确定定后后，增增加加轴封封齿数数，可可减减少漏汽少漏汽 量量 。2 2，蒸汽在，蒸汽在轴封最后一封最后一齿隙中流速到达隙中流速到达临界速度界速度时 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封封最最后后一一齿隙隙中中流流速速到到达达临界界速速度度，而而在在此此之之前前的的各各齿中中，汽汽流流速速度度均均小小于于临界界速速度度的的情情况况下，其漏汽量可用上式下，其漏汽量可用上式计算：算： 而蒸汽在最后一齿隙中流速到达临界速度,其流量为临界流量，因此应按临界流量公式进行计算，即 根据连续性，两种流量应相等。 那么轴封最后一齿隙中流速到达临界时，漏汽量为：133 3，临界状界状态判判别式式 当当蒸蒸汽汽在在轴封封最最后后一一齿隙隙中中流流速速到到达达临界界速速度度时，那那么么该齿前后前后压力比力比0.5460.546。那么可得到。那么可得到临界状界状态判判别式：式： 即即当当 时，那那么么说明明最最后后一一齿到到达达临界界速度；反之，假速度；反之，假设 ，那那么么说明明最最后后一一齿未未到到达达临界界速速度度。当当判判别之之后后，分分别计算算其相其相应的漏汽量。的漏汽量。4 4，轴封漏汽量的流量系数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封封漏漏汽汽量量计算算式式中中，没没有有考考虑轴封封结构构的的影影响响。所所以以，流流过轴封封的的实际漏漏汽汽量量，应该是是在在上上述述两两种种计算算式式中中所所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 不同不同结构的构的轴封，其流量系数可从封，其流量系数可从图2-102-10中中查得。得。 * 对于于平平齿齿封封，其其流流量量的的计算算，那那么么要要从从图2-112-11中中查取取一一个个修修正正系系数数，用用此此系系数数乘乘以以用用上上述述方方法法计算算而而得得到到的的轴封封漏漏汽量，即汽量，即 14图210、图211 流量系数、修正系数15二，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。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、排排汽汽机机构构时时，由于摩擦和涡流的存在，会使压力降低，形成损失。由于摩擦和涡流的存在，会使压力降低，形成损失。 1 1，进汽机构中的压力损失，进汽机构中的压力损失 由由于于摩摩擦擦和和涡涡流流的的存存在在，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。而而第一级喷嘴前的压力为第一级喷嘴前的压力为 ，那么，那么 。 从从图图2-2-3 3 (b) (b) 中中可可见见，由由于于压压力力差差 p p存存在在，使使整整机机理想焓降从理想焓降从 降为降为 。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时，汽汽流流速速度度为为40 40 6060m m / / s s ，那那么么在在进进汽汽机机构构中由于节流所引起的压力损失为：中由于节流所引起的压力损失为： (2-(2- ) )对对于于大大型型汽汽轮轮机机如如国国产产200MW 200MW 、300MW300MW汽汽轮轮机机，中中压压缸缸和和低低压压缸缸之之间间有有低低压压导导汽汽管管道道相相连连接接，那那么么低低压压导汽管道的压力损失为：导汽管道的压力损失为： (2 (2 - - ) )16图213 考虑了进、排汽机构的压力损失的热力过程曲线172、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、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。假设末级动叶出口压力为的压力损失。假设末级动叶出口压力为 ，凝汽器的压力为，凝汽器的压力为 ，那么压，那么压力损失为力损失为 。由于压力损失的存在，从图。由于压力损失的存在，从图213(b)可知，使整可知，使整机理想焓降由机理想焓降由 变为变为 。差值为。差值为 ，压力损失主要取决于，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，即损失，即式中，式中， 阻力系数，一般取阻力系数，一般取 =0.050.1； 排汽管中的汽流速度，对于凝汽机，取排汽管中的汽流速度，对于凝汽机，取 =80120m/s；对于；对于背压机，取背压机，取 =4060m/s。18三，三， 机机 械械 损损 失失 汽 轮 机 在 工 作 时 ， 要 克 服 支 持 轴 承 、 推 力 轴 承 的 摩 擦 阻 力 ， 还 要 带 动 主 油 泵 和 调 速 系 统 工 作 ， 必 然 要 消 耗 一 部 分 功 率 。 通 常 ， 用 机 械 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 ， (2- )式 中 ， 分 别 为 汽 轮 机 的 轴 端 功 率 、 内 功 率 ； 为 机 械 损 失 ， 对 于 同 一 台 机 组 ， 由 于 转 速 为 常 数 ， 所 以 近 似 为 常 数 。19第五节 汽 轮 机 装 置 的 效 率 火 力 发 电 厂 的 生 产 过 程 ， 要 经 过 一 系 列 的 能 量 转 换 之 后 ， 最 后 才 能 将 矿矿 物物 燃燃 料料 的 化 学 能 转 变 为 电 能 。 在 这 些 转 换 过 程 中 ， 要 用 各 种 效 率 来 描 述 整 个 能 量 转 换 过 程 中 的 完 善 成 度 。 一，汽轮机的相对内效率 汽 轮 机 的 相 对 内 效 率 是 衡 量 汽 轮 机 内 能 量 转 换 完 善 程 度 的 重 要 指 标 。 它 是 整 机 的 有 效 焓 降 与 理 想 焓 降 之 比 ， 即 (2- ) 汽 轮 机 的 相 对 内 效 率 是 考 虑 了 机 组 进 出 口 管 道 的 压 力 损 失 和 各 级 内 能 的 。 20二，汽二，汽轮机的内功率机的内功率 汽 轮 机 的 内 功 率 等 于 汽 轮 机 的 进 汽 量 与 有 效 焓 降 之 乘 积 。 对 于 无 回 热 加 热 系 统 的 汽 轮 机 ， 它 的 内 功 率 为 ： (kw) ( 2- )或 者 ， = (kw) ( 2- 3 a )对 于 有 回 热 加 热 系 统 的 汽 轮 机 ， 它 的 内 功 率 为 ： = (2 - 53 b )其 中 ， D 、 G 为 汽 轮 机 各 级 蒸 汽 量 ， 为相应的有效 焓 降 。 21三，汽轮机的轴端功率、电功率三，汽轮机的轴端功率、电功率 对对 于于 无无 回回 热热 加加 热热 系系 统统 的的 汽汽 轮轮 机机 ， 它它 的的 轴轴 端端 功功 率为率为 ： = = (2- (2- ) ) 汽汽 轮轮 机机 以以 轴轴 端端 功功 率率 来来 拖拖 动动 发发 电电 机机 发发 电电 ，还还 要要 考考 虑虑 发发 电电 机机 的的 机机 械械 损损 失失 和和 电电 气气 损损 失失 。 用用 表表 示示 发发 电电 机机 的的 效效 率率 ， 那那么么 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 ： (2 - (2 - ) )其其 中中 ， ， 称称 为为 相相 对对 电电 效效 率率 。 它它 表表 示示 每每 kg kg 蒸蒸 汽汽 所所 具具 有有 的的 理理 想想 焓焓 降降 中中 最最 后后 转转 变变 为为 电电 能能 的的 份份 额额 ， 是是 衡衡 量量 汽汽 轮轮 发发 电电 机机 组组 经经 济济 性性 的的 一一 项项 重重 要要 指指 标标 。 22 四，循 环 热 效 率 和 绝 对 电 效 率 由 于 汽 轮 发 电 机 组 热 力 循 环 中 存 在 着 冷 源 损 失 ， 所 以 ， 为 了 使 得 1 kg 蒸 汽 获 得 理 想 焓 降 为 的 热 量 ， 就 需 要 加 给 它 比 多 许 多 的 热 量 。 假设 忽 略 水 泵 耗 功 ， 并 且 使 装 置 按 朗 肯 循 环 工 作 ， 那么 装 置 的 循 环 热 效 率 为 ： (2 - )其 中 ， - 蒸 汽 的 初 焓 ， - 凝 结 水 焓 ， 即 在 背 压 pc 下 的 饱 和 水 焓 。 这 里 ， - 为 每 1 kg 蒸 汽 在 锅 炉 中 所 获 得 的 热 量 。 对 于 有 回 热 加 热 系 统 来 说 ， 那么 应 为 末 级 高 压 加 热 器 出 口 的 给 水 焓 值 。 这 样 ， 整 个 热 力 循 环 中 加 给1kg 蒸 汽 的 热 量 最 终 转 变 为 电 能 的 份 额 称 为 绝 对 电 效 率 ， 用 表 示 ： (2 - )23五，汽耗率d 热耗率q 除 了 用 效 率 表 示 汽 轮 发 电 机 组 的 经 济 性 外 ， 还 经 常 用 汽 耗 率 d 热 耗 率 q 来 表 示 其 经 济 性 。 生 产 1 k w.h 的 电 能 所 需 要 的 蒸 汽 量 称 为 汽 耗 率 ，用 d 表 示 ， 即 d = ( kg / kw.h ) (2 - ) 对 于 同 功 率 的 汽 轮 机 组 ， 虽 然 功 率 相 同 ， 但 因 蒸 汽 的 初 终 参 数 不 同 ， 而 使 得 汽 耗 量 不 一 样 。 所 以 ，汽 耗 率 d 并 不 宜 用 来 比 较 不 同 类 型 机 组 的 经 济 性 ， 而 是 采 用 反 映 机 组 经 济 性 的 另 一 指 标热 耗 率 ， 即 发 出 1 kw.h 电 能 所 需 要 热 量 ， 用 q 表 示 ： 24对 于 中 间 再 热 机 组 来 说 ， , (kJ / kw.h ) (2- )其 中 ， - 汽 轮 机 总 进 汽 量 、 再 热 蒸 汽 量 ， kg / h ) ， - 再 热 蒸 汽 初 焓 、 高 压 缸 排 汽 焓 ， kg / h ) 。 再考虑锅炉效率、管道损失及发电厂各种风机、水泵耗功的影响，整个火力发电厂的绝对电效率要比汽轮发电机组的绝对电效率低，而火力发电厂的热耗率亦比汽轮发电机组的热耗率高。火力发电厂的绝对电效率 为 ： (2- )其中， 是涉及锅炉效率、管道效率及厂用电的系数。一般取 = 0.80.85 。 当前世界主要工业兴旺国家火力发电厂的平均热效率为 (30 35 ) %, 而大型机组可达40% 。汽轮发电机组的各种效率和经济指标见表。国产200MW汽轮发电机组的热耗率为 q = 8402 kJ / kw.h，国 产300MW 汽轮发电机组的热耗率为q = 7993 kJ / kw.h 。 25第七节第七节 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，多一，多级汽汽轮机的机的轴向推力向推力 蒸蒸汽汽通通过汽汽轮机机通通流流局局部部膨膨胀作作功功时，对叶叶片片的的作作用用力力由由圆周周分分力力和和轴向向分分力力所所组成成。其其中中，圆周周分分力力推推动叶叶轮作作功功，而而轴向向分分力力那那么么对转子子产生生一一个个轴向向推力。推力。 在在一一般般情情况况下下，作作用用在在一一个个冲冲动级上上的的轴向向推推力力由由 44局部所局部所组成：成： 1 1、作用在、作用在动叶片上的叶片上的轴向力向力： 265)265) 当当反反动度度不不大大时，压力力反反动度度 和和焓降反降反动度相差不大，度相差不大，这样一来，一来， 那么上式那么上式为 266266262、作用在叶轮面上的轴向力当叶轮两侧轮毂相等时，那么上式为：2-67其中，为叶轮前的压力。略3、作用在轮毂上或者转子凸肩上的轴向力(268)4、作用在轴封凸肩上的轴向力(2-70)这样，多级汽轮机总的轴向推力为各级轴向推力之和。即,(N)(2-71)27二，轴 向 推 力 的 平 衡 方 法 在 多 级 汽 轮 机 中 ，总 的 轴 向 推 力 是 很 大 的 。特 别 是 反 动 式 汽 轮 机 ， 其 总 的 轴 向 推 力 可 达 200 300 T ， 冲 动 式 汽 轮 机 ， 其 总 的 轴 向 推 力 可 达 4080T。 这 样 大 的 轴 向 推 力 是 推 力 轴 承 所 不 能 承 受 的 。 因 此 ， 必 须 设 法 减 少 总 的 轴 向 推 力 ， 使 之 符 合 推 力 轴 承 的 能 承 载 能 力 。 也 就 是 说 ， 对 汽 轮 机 总 的 轴 向 推 力 应 加 与 平 衡 。 常 见 的 轴 向 推 力 平 衡 办 法 有 ： 1.1.采用平衡孔平衡采用平衡孔平衡轴向推力向推力 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 。 2.2.设置平衡活塞置平衡活塞 如图2 - 23 所示，在平衡活塞上装有齿形轴封，当蒸汽由活塞的高压侧向低压侧流动时，压力由 降为 。平衡活塞在压力差作用下，就产生了一个向左的作用力 。 这个力刚好与 方向相反，起到了平衡作用。283.3.采用多缸反向布置采用多缸反向布置 采采用用多多缸缸反反向向布布置置，使使汽汽流流在在不不同同的的汽汽缸缸中中作作反反向向流流动,其其轴向向力力方方向向相相反反，到到达达了了平平衡衡的的目目的的。图2-242-24为多多缸缸反反向向布布置置的的示示意意图。国国产125MW125MW、200MW200MW、300MW300MW汽汽轮机机都都采采用用多多缸缸反向布置的方法来平衡反向布置的方法来平衡轴向力。向力。 4.4.推力推力轴承所承担的承所承担的轴向推力向推力 汽汽轮机机的的运运行行要要求求推推力力轴承承承承担担一一局局部部轴向向推推力力，以以保保证汽汽轮机机运运行行工工况况发生生变化化时，轴向向推推力力方方向向不不变，到到达达机机组稳定运定运转的目的。推力的目的。推力轴承所承担的承所承担的轴向推力向推力为：为了平安起了平安起见，核算推力，核算推力轴承承时，其平安系数，其平安系数 应大于大于1.51.71.51.7。 29第八节 汽轮机的极限功率一一 ，汽，汽轮机机单机容量机容量 凝凝 汽汽 式式 汽汽 轮 机机 的的 功功 率率 可可 用用 下下 式式 表表 示示 ： 其其中中，整整机机的的理理想想焓降降 取取决决于于初初终参参数数。 在在常常见的的初初终参参数数条条件件下下， =1000150010001500kJ/kgkJ/kg。三三个个效效率率的的变化化不不大大。所所以以，汽汽轮机机所所能能发出出的的最最大大功功率率就就决决定定于于进汽汽量量。而而通通过汽汽轮机机的的最最大大流流量量又又决决定定于于末末级叶叶片片的的几几何何尺尺寸寸。在在汽汽轮机机中中，蒸蒸汽汽膨膨胀到到末末级时，其其容容积流流量量达达最最大大值。所所以以，要要求求通通流流面面积也也最最大大。因因此此，末末级动叶叶片片必必须做做得得很很长。由由于于汽汽轮机机转子子作作高高速速旋旋转，长叶叶片片将将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度度是是有有限限的的，因因此此，末末级叶叶片片的的叶叶高高将将受受到到限限制制。这就就是是说，单缸缸单排排汽汽的的汽汽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汽汽轮机机的的极极限限功功率率。通通常常，单缸缸单排排汽汽的的汽汽轮机机的的极极限限功功率率可可达达100100MWMW 对于于高高压机机组而言。而言。 30二 ，提高汽轮机单机容量的措施 由 于 单 缸 单 排 汽 汽 轮 机 受 到 极 限 功 率 的 限 制 ， 为 了 得 到 更 大 的 功 率 ， 就 必 须 采 取 其 他 措 施 ， 常 用 的 办 法 有 ： 1，提 高 新 蒸 汽 的 参 数 提 高 新 蒸 汽 的 参 数 可 以 增 大 整 机 的 理 想 焓 降 ， 再 加 上 中 间 再 热 ， 就 能 较 大 地 提 高 单 机 功 率 ； 2 ， 采 用 高 强 度 低 重 度 的 合 金 材 料 由 于 汽 轮 机 单 机 功 率 受 到 末 级 叶 片 材 料 强 度 的 限 制 离 心 力 太 大 ， 故 末 级 叶 片 不 可 能 做 得 很 长 ， 通 流 面 积 大 小 有 限 。 采 用 高 强 度 低 重 度 的 合 金 材 料 制 造 末 级 叶 片 ， 就 可 以 在 保 证 叶 片 强 度 的 条 件 下 ， 增 长 末 级 叶 片 的 高 度 ， 即 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 。 3 ，采 用 多 排 汽 口 采 用 多 排 汽 口 ， 就 是 对 汽 轮 机 的 低 压 缸 进 行 分 流 。 这 是 当 前 提 高 汽 轮 机 单 机 功 率 最 有 效 的 办 法 。314，采用给水会热加热系统：，采用给水会热加热系统： 从汽轮机中间某些级抽出局部蒸汽来加热给水，一方面可以减少排汽从汽轮机中间某些级抽出局部蒸汽来加热给水，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，同时量，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，增大高压局部叶高可以减少冷源损失；增加进汽量，可以增大机组功率，增大高压局部叶高和局部进汽度，提高其效率。这而者都是可以热效率的。和局部进汽度，提高其效率。这而者都是可以热效率的。 以上以上4点是提高汽轮机单机容量的主要措施，另外还有：点是提高汽轮机单机容量的主要措施，另外还有：5，提高背压；，提高背压；6，采用双层叶片；，采用双层叶片；7，采用低转速。，采用低转速。32三三 ， 中中 间间 再再 热热 式式 汽汽 轮轮 机机 的的 采采 用用 1，新新蒸蒸汽汽参参数数的的提提高高所所带带来来的的影影响响 提提高高新新蒸蒸汽汽的的初初压压，可可以以提提高高汽汽轮轮发发电电机机组组的的效效率率。但但蒸蒸汽汽在在汽汽轮轮机机中中作作功功膨膨胀胀到到末末了了时时，湿湿度度增增加加。湿湿度度增增加加会会引引起起湿湿汽汽损损失失，降降低低了了机机组组的的效效率率，同同时时湿湿度度增增加加而而生生成成的的水水滴滴会会侵侵蚀蚀叶叶片片，降降低低了了机机组组的的使用寿命，影响机组的平安经济运行。使用寿命，影响机组的平安经济运行。2，采采用用中中间间再再热热 为为了了解解决决这这一一问问题题，在在提提高高新新蒸蒸汽汽初初压压同同时时，也也提提高高新新蒸蒸汽汽初初温温。但但新新蒸蒸汽汽温温度度的的提提高高，受受到到金金属属材材料料的的限限制制。而而采采用用中中间间再再热热是是解解决决这这一一矛矛盾盾的的最最好好方方法法。采采用用中中间间再再热热就就是是将将在在汽汽轮轮机机中中作作过过功功的的蒸蒸汽汽从从某某中中间间级级全全部部抽抽出出来来，送送入入锅锅炉炉再再热热器器进进行行再再过过热热，提提高高温温度度后后又又送送入入汽汽轮轮机机中中低低压压缸缸继继续续作作功功。这这种种循循环环称称为为中中间间再再热热循循环环。按按这这种种循循环环设设计计、制造的汽轮机称为中间再热式汽轮机。制造的汽轮机称为中间再热式汽轮机。 3、采采用用中中间间再再热热可可以以提提高高经经济济性性，但但也也带带来来以以下下一一些些问问题题：汽汽轮轮机机结结构构复复杂杂，系系统统复复杂杂，管管道道布布置置复复杂杂；汽汽轮轮机机、锅锅炉炉运运行行方方式式复复杂杂，调调节节系系统统要要求求高高。因因此此，只只有有大大型型机机组组才才采采用用，并并且且一一般般只只采采用用一一次次中中间间再再热热循循环环。二二次次中中间间再再热热循循环环只只有有在在能能源源严严重重缺缺乏乏的的日日本本采采用用过过。国国产产125MW、200MW、300MW 和和 600MW 汽轮机都毫不例外地采用一次中间再热循环系统。汽轮机都毫不例外地采用一次中间再热循环系统。 33作业与思考题：1、为什么要采用多级汽轮机？2、画出多级汽轮机的热力过程曲线。3、多级汽轮机有哪些损失？各是如何产生的？又如何减少？4、表达齿型轴封的工作原理。5、解释：汽轮机的相对内效率、内功率、轴端功率、电功率；相对电效率、 循环热效率、绝对电效率；汽耗率、热耗率。6、多级汽轮机轴向推力的平衡方法。7、提高汽轮机单机容量的措施有哪些？34