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1、第二章 多级汽轮机的工作原理一、为何采用多级汽轮机: 1、对汽轮机的要求: 1)提高汽轮机效率:减小汽轮机的各种损失;提高蒸汽初参数和降低 背压; 2)提高汽轮机功率:增大进入汽轮机的蒸汽量;增大汽轮机的焓降。从以上两个方面出发,都要求提高蒸汽在汽轮机中的焓降。 2、单级汽轮机功率增大后带来的问题:焓降增大后,喷嘴出口汽流速度增大。从 分析 ,要使级在最佳速比下工作,圆周速度和级的直径也应相应增大,这 将导致叶轮和叶片所受到的离心力增大,从而使级的焓降大小受到了 叶轮和叶片材料强度的限制。 3、因此,要获得较大的功率并保持较高的效率,就不能采用单级汽轮 机,而要将汽轮机设计成多级汽轮机。 二、
2、多级汽轮机的优点: 1、效率高: 1)多级汽轮机的循环热效率大大提高。2)多级汽轮机的相对内效率也提高: 多级汽轮机各级均在最佳速比下工作,各级的相对内效率较高,且各 级的圆周速度和级的直径较小,叶轮和叶片的离心力较小; 除级后又抽汽口或进汽度改变较大等特殊情况外,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,从而提高了汽轮机的相 对内效率; 多级汽轮机的多数级是在非临界状态下工作的,这使得在工况变动时 级的相对内效率变化较小; 由于各级的焓降较小,在速比一定时,级的圆周速度和平均直径也较 小,在容积流量不变的条件下,使得喷嘴和动叶的高度增大,叶高损 失减小;若采用部分进汽,则部分
3、进汽度增大,部分进汽损失减小, 从而使得汽轮机的相对内效率提高; 由于重热作用,多级汽轮机前面级的损失可以部分地被后面各级加以 利用,从而使得汽轮机的相对内效率提高。 3)多级汽轮机的单位功率的投资大大减少。第一节 多级汽轮机特点一、多级汽轮机的结构组成及工作流程: 多级冲动式汽轮机、多级反动式汽轮机。 1、多级冲动式汽轮机:国产三缸三排汽200MW凝汽式多级汽轮机纵剖 面图,高压缸有12级,调节级为单列冲动级,其后有11级压力级。汽轮机的中低压缸中,中压部分有10级,低压部分有5级。 经再热后的蒸汽在中低压缸的中压部分做功后,有1/3的 蒸汽在中低压缸的低压部分继续膨胀做功,另外2/3的蒸
4、汽通过导汽管进入低压缸。n低压缸内对称布置各5级共10级。n整个汽轮机共有27个热力级,37个结构级。 2、多级反动式汽轮机:二、多级汽轮机各级段的工作特点: 1、高压段: 1)喷嘴出口汽流角1较小:冲动式汽轮机的1=11-14;反动式汽轮机的1=14-20 2)反动度不大; 3)级的焓降不大,各级焓降变化也不大; 4)各级的效率相对较低: 级内损失有喷嘴损失、动叶损失、余速损失、漏汽损失、鼓风摩擦损 失等; 高压级段高压级段蒸汽比容较小,漏汽损失较大,对于部分进汽的级 ,还存在鼓风损失; 高压级段蒸汽比容较小,叶轮摩擦损失较大; 高压级段叶高相对较小,故喷嘴损失、动叶损失也较大;2、低压段:
5、 1)喷嘴出口汽流角1较大; 2)反动度较大;原因:a.叶高很大,为保证叶片根部不出现负反动度,导致平均直径处的反 动度较大;b.焓降较大,为避免喷嘴出口汽流速度超过临界速度过多,尽可能利用 减缩喷嘴斜切部分的膨胀,要求蒸汽在喷嘴中的焓降不能过多,只有增 大级的反动度,导致动叶焓降增大; 3)级的焓降明显增大,焓降的变化大。 4)各级的效率较低,特别是最后几级,效率降低更多: 级内损失有喷嘴损失、动叶损失、余速损失、漏汽损失、叶轮摩擦损失等 。 蒸汽容积流量大,而通流面积受到一定限制,余速损失较大。 低压级段处于湿蒸汽区,存在湿汽损失,且越往后湿汽损失越大。 低压级的叶片搞,漏汽间隙所占比例小
6、,同时蒸汽比容很大,漏汽损失很 小; 低压级蒸汽比容大,叶轮摩擦损失很小; 低压级全周进汽,没哟部分进汽损失。3、中压段: 1)级内损失小,各级的效率高: 级内损失有喷嘴损失、动叶损失、余速损失、漏汽损失、叶轮摩擦损 失等; 中压级有足够的叶片高度,叶高损失较小; 全周进汽,没有部分进汽损失; 漏汽损失较小; 叶轮摩擦损失也较小; 没有湿汽损失; 级的余速动能一般都能被下一级利用 中压段各级的级内损失较小,效率高 2)为了保证汽轮机通流部分的通畅,各级喷嘴和动叶的高度沿蒸汽流动 方向是逐渐增大的,中压段各级的反动度介于高压段和低压段之间, 且逐渐增大。各级段的工作特点总结:反应高、中、低压缸中
7、损失大小不同的多级汽轮机的热力过程线:第二节 多级汽轮机的损失一、多级汽轮机的损失 :外部损失:指的是 发生在汽轮机内的, 但不影响蒸汽状态的 那些损失;内部损失:指的是 发生在汽轮机内的, 但影响蒸汽状态,可 以在热力过程线上表 示出来的那些损失。1、机械损失:克服支持轴承和推力轴承的摩擦阻力,以及带动主油泵、调速器等消耗一部分有用功而 造成的损失。 2、外部漏汽损失:汽轮机主轴在穿出汽缸两端时,留有一定间隙,由于存在压差,在高压端总有部分蒸汽 向外漏出,在低压端总有空气向里漏入,由此造成的能量损失。解决方法:轴封系统。 3、进汽机构的节流损失:蒸汽流经自动主汽阀和调节汽阀后,由于阀门的节流
8、作用,造成汽轮机理想焓降下降, 形成的能量损失。进汽机构的压力降:影响因此:其大小与汽流速度、阀门型式、门芯型线及汽室形状等因此有关。 减少损失的方法:为减少进汽机构节流损失,一般需限制通过自动主汽阀和调节汽阀的流速, 流速不超过4060m/s,并选用流动性能好的阀门结构。4、排汽管损失:汽轮机排汽经连接排汽缸和凝汽器的排汽管时,由于摩擦、涡流等形成的阻 力而产生理想焓降下降,形成能量损失。 影响因素:其大小与排汽管中汽流速度、排汽缸型线、结构有关。 减少损失的方法:可将排汽缸做成具有扩压作用,利用乏汽本身动能来补偿排汽管中的压力降 ;安装导流板来减少流动阻力。多级汽轮机的进汽机构的节流损失和排汽管损失热力过程线n 没有节流损失,汽轮机的理想焓降n 有节流损失,汽轮机理想焓降n 进汽机构的节流损失二、多级汽轮机的热力过程线:图中,0点是第一级喷嘴前的蒸 汽状态点,根据第一级的各项 级内损失,可定出第一级的排 汽状态点2点,从而得到第一 级的热力过程线。而第一级的 排汽状态点又是第二级的进汽 状态点。由右图可见,多级汽轮机的总 的理想焓降为Ht,考虑到各级 做功能力的损失以及汽轮机在 进汽端和排汽端得进汽机构节 流损失和排汽管损失后,多级 汽轮机的有效焓降为Hi,,因此 ,多级汽轮机的相对内效率为 :