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1、1,第二章 多级汽轮机,1、多级汽轮机的特点 2、进汽排汽损失和热力过程线 3、轴向推力及其平衡 4、轴封及其系统,2,提高单级汽轮机功率： （1）增大进汽量 （2）增大有效比焓降 但遇到以下难题： （1）如果比焓降很大，喷嘴出口汽流的马赫数很大，流动损失很大 （2）如果压力比很小，蒸汽比容变化大，则叶片无法制造 多级，例如哈汽N600汽轮机：高压缸1+10级，中压缸2*9级，低压缸4*7级，焓降1559kJ/kg，平均每级57.7kJ/kg,3,1、多级汽轮机的特点,单个级的焓降小，易使每个级在直径较小的情况下工作于最佳速比； 各级的余速动能可以被下一级利用； 叶片中汽流多为亚音速，减小流动
2、损失； 级的直径较小，当面积一定时可增加叶高； 整机的焓降大，可采用回热、再热技术，提高循环热效率； 重热现象可部分弥补级内损失，提高整机效率 单位功率造价低。,4,重热现象,在h-s图上，随着熵增大，两条等压线间的理想焓降也增大 前一级的损失，引起后面级的理想焓降增大，有效焓降也随着增大 以上称作重热现象，可部分弥补级内损失 定义重热系数： 单级的理想焓降之和 多级的理想焓降 凝汽式汽轮机的重热系数约为0.040.08,5,1）级效率越低，重热系数越大 2）级数越多，重热系数越大 3）初始状态的熵越大，重热系数越大 4）过热蒸汽的重热系数比湿蒸汽大 重热系数对效率的影响： 1）多级的效率 2
3、）平均级效率 因重热现象，多级的效率大于各级的平均效率,6,凝汽式汽轮机各段工作特点,7,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，使汽轮机通流部分结构和工作特征沿蒸汽流程发生很大变化： 蒸汽比容增大引起叶高增大； 最佳速比把u和c1联系起来； 直径增大，u增大，c1增大，级的焓降增大； 温度减小，音速减小；焓降增大，流速增大；,8,叶根反动度一定时，叶高增大引起平均反动度增大 蒸汽压差减小、比容增大，漏汽损失减小 叶高增大，叶高损失减小 比容增大，叶轮摩擦损失减小 进入饱和区，湿汽损失增大 效率排名：中压段 低压段 高压段,9,汽轮机性能评价指标
4、,相对内效率 汽轮机有效焓降汽轮机理想焓降 机械效率 汽轮机轴端功率汽轮机内功率 发电机效率 发电机出线端功率汽轮机轴端功率 汽轮发电机组的相对电效率 相对内效率机械效率发电机效率 汽轮发电机组的绝对电效率 循环热效率相对电效率 汽耗率 单位发电量所用蒸汽量 热耗率 单位发电量所用热量,10,课堂练习,汽轮机的进汽温度升高后，通流部分的内效率将如何变化？ 上述指标中，哪一个最能反映级和级组的经济性？哪一个最能反映汽轮发电机组的经济性？ 如何评价一个热力发电厂的经济性（锅炉、管道、汽轮机、发电机）？,11,2、进汽排汽损失和热力过程线,12,进汽阀门节流损失,蒸汽在进汽通道上的流动过程属于绝热等
5、焓过程 由于节流过程引起汽轮机理想焓降减小 高压进汽部分的压损：25p0 再热管道部分的压损：812 pr0,13,Westinghouse600MW汽轮机高压主汽门,14,排汽管阻力损失,15,在排汽管进出口建立伯努利方程： 当损失项1，进口压力高； 当损失项=1，进出口压力相等； 当损失项1，进口压力低，末级焓降较大。,16,多级汽轮机热力过程线,17,末级排汽损失及叶高、排汽口数,末级排汽余速： 当排汽量和排汽压力一定，增大排汽面积，可减小排汽余速损失。 增加排汽面积方法： 1）增大直径（转子制造成本、离心应力）； 2）增大叶高（半速技术、叶片制造成本、离心应力）； 3）增大排汽口数（制
6、造成本、轴系长度）。,18,末级排汽压力与环境条件及冷却方式有关： 1）低压末级排汽比容随压力变化很大，故排汽面积的选择与排汽压力关联性很强； 2）我国南方和北方年平均温度差异较大，南方机组排汽压力高、排汽比容小，北方相反； 3）环境温度随季节变化，开式循环与闭式循环，水冷与空冷，排汽压力也会变化。,19,3、轴向推力及其平衡,汽轮机的转子受到轴向推力，在轴向固定转子时需要施加一反力给予平衡。 冲动式汽轮机的轴向推力来自动叶、叶轮、轴肩。 动叶所受推力：,20,叶轮所受推力 叶轮的受力面积A2？ 叶轮前的压力pd=? 根据漏汽量平衡： 隔板漏汽量动叶根部漏汽量平衡孔漏汽量 隔板漏汽量：,21,
7、平衡孔漏汽量： 叶根漏汽量： 先求叶根间隙的压差： 考虑泵浦效应、抽汽效应后：,22,由流量平衡，求pd，再求F2 轴肩受轴向推力为F3 所以，一个级的总的轴向推力： 转子受到的轴向推力为各级推力之和 反动式汽轮机级的轴向推力算法与冲动式相同，但没有叶轮,23,轴向推力的平衡,平衡孔（冲动式汽轮机） 平衡活塞（反动式汽轮机）,24,对称布置,25,推力轴承,26,推力轴承,27,4、轴封及其系统,轴封的作用： 1）防止高压蒸汽漏出汽缸 2）防止空气漏入低压缸 轴封的类型： 1）梳齿式（曲径式） 2）蜂窝式 3）刷式,28,蜂窝式密封,优点： 在最小的材料质量下能保证密封具有最大的强度 允许在高
8、压降下应用且不增加密封的尺寸 装配简单，比梳齿密封具有更好的转子动力学特性 使用可磨损材料，比梳齿密封减少泄漏量 应用： 离心式高压压缩机（航天飞机高压液氧涡轮泵） 汽轮机低压缸末级叶片的顶部密封（吸附水滴）,29,30,刷式密封,刷式密封是现代先进透平机械发展的关键技术之一，已应用于航空发动机、工业燃气轮机和汽轮机等叶轮机械。如Siemens Westinghouse的501E燃气轮机、空中客车A320、欧洲幻影2000、美国F15、F16、F22等飞机的发动机。 刷式密封在转子瞬间大幅径向位移后可保持密封间隙不变。 其泄漏量是梳齿密封的1/51/10，使发动机耗油率降低约2%，并能改善转子
9、运行的稳定性。 刷式密封可以承受的转子线速度为305m/s, 运行温度达690。 刷毛是直径一般为0.050.07mm 的细金属丝,其自由端与轴表面接触。,31,32,曲径轴封,33,蒸汽在汽封中的流动近似于绝热等焓过程。 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。 轴封孔口可视为一个渐缩喷嘴，则孔口流速最高可达当地音速。 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，只能在最后一个汽封片处出现。,34,漏汽量计算 假定所有齿片结构尺寸相同、皆亚音速流动，第x个齿片（共有z个）流量：
10、,35,将常数项合并： 沿汽流方向，齿片压差逐渐增加，比焓降增加； 齿片数增加，漏汽量减小。,36,当最后一个齿片达音速：,37,当最后一个齿片达音速： 根据上式判断汽封流动是否达临界，临界时汽封漏汽量： 齿片流量系数选取,38,轴封系统,轴封系统功能 1）防止空气漏入汽缸内真空部分 2）防止汽缸内蒸汽漏入大气 3）低压低温汽源的利用（用低温蒸汽供给轴封冷却转子保护轴承；汽缸内真空时供汽） 4）轴封汽的利用（高压蒸汽引至加热器加热给水；低压蒸汽引至轴封加热器加热凝结水）,39,三段二室,40,轴封系统示例,41,课堂练习,冲动式汽轮机沿蒸汽膨胀流程反动度与焓降逐级增大的原因是什么？ 在等直径曲
11、径汽封中，如果发生临界流动只可能在最后一道汽封齿，为什么？ 曲径汽封的漏汽量和哪些因素有关？ 三段二室轴封系统是如何保证空气不漏入、蒸汽不漏出的？,42,冲动式汽轮机与反动式汽轮机比较,43,本章思考题,1）多级汽轮机比单级汽轮机有哪些优越性？ 2）什么是重热现象？对汽轮机内效率的影响？ 3）沿着汽流方向，为什么多级汽轮机各级的叶片越来越高？ 4）沿着汽流方向，为什么多级汽轮机各级的比焓降越来越大？ 5）沿着汽流方向，为什么多级汽轮机各级的反动度越来越大？ 6）进汽、排汽管件的节流会引起什么样的损失？ 7）如何计算动叶受到的轴向推力？ 8）什么是叶轮的抽汽效应、泵浦效应？ 9）如何确定冲动级叶轮前的压力？ 10）如何平衡汽轮机的轴向推力？ 11）曲径轴封的漏汽量与哪些因素有关？ 12）画图表示一个轴封系统，说明各部件工作原理。 13）哪些指标用于评价汽轮发电机组的经济性？,
