此时可采用部分进汽，以减少这种损失同时，采用部分进汽有可能在允许的通流部分高度下增大叶轮直径，在保持所期望的旋转频率和最佳速度比的条件下，获得足够高的圆周速度 3．盖度的选择 为了使蒸汽从喷嘴叶栅流出时不致与动叶栅顶部和根部发生碰撞，从而顺利地流进动叶栅，级的通流部分必须留有盖度 盖度过小时，由于不可避免的制造和安装误差以及运行时动静部分变形的不一致或汽流向外扩散等原因，仍然会使汽流撞击动叶栅而造成损失；盖度过大，会使停滞的蒸汽被吸到动叶汽道中扰乱主流，造成损失 通常要求动叶进口高度略大于喷嘴出口高度 4．冲动级内反动度的选择 纯冲动级具有作功能力大的特点，但其效率较低当适当地选用反动度之后，就可以达到提高效率的目的这是因为，采用适当的反动度，可以提高动叶的速度系数ψ，以减小动叶损失；也可以减小动叶根部轴向间隙中由于吸汽而产生的附加损失 冲动级内的反动度与速度比一样是汽轮机级的另一个重要参数，它不仅对级的通流部分尺寸及其效率有极大的影响，而且也直接影响通流部件的强度和推力 (1)根部反动度较大时 根部反动度较大时，在动叶根部断面上有较大的压力降，动叶根部进口压力显著地大干出口压力。
这时，喷嘴流出的汽流，将有一部分从动叶进口的轴向间隙处漏出，并与隔板汽封的漏汽一起，通过平衡孔漏到级后，如图1-36 (a)所示 对等截面直叶片而言，当根部反动度较大时，将使动叶顶部的反动度更大，使顶部漏汽损失增大，所以采用较大的根部反动度是不恰当的 (2)根部反动度很小或为负值时 根部反动度很小或为负值时，动叶根部进口压力略大干或低于动叶出口压力，因此，隔板漏汽的一部分或全部有可能不再经过平衡孔流到级后，而是通过动叶进口的轴向间隙流入汽道 当根部负反动度较大时，一部分级后蒸汽会通过平衡孔流入动叶前，然后经过动叶根部轴向间隙被吸入汽道，如图1-36 (b)所示 这种被吸入汽道的蒸汽流速低且流动方向与主汽流不一致，因此将产生扰动损失试验证明，这种损失比漏汽损失更为严重 (3)根部反动度Ωr=0. 03~0.05时 这时，动叶根部进口压力略高于出口压力，动叶根部间隙处保持不吸不漏的状态，避免了吸汽和漏汽的附加损失，所以，选择Ωr=0. 03~0.05是比较合理的，这是由于： 1)当叶轮高速旋转时，它带动靠近叶轮壁面的蒸汽，像离心泵作用一样，使蒸汽沿轮壁向外流向动叶根部，这种作用称为泵浦效应。
2)从喷嘴流出的高速汽流进入动叶时，高速汽流像射流作用一样将叶轮与隔板之间汽室内的蒸汽抽吸入动叶汽道内这种作用称为射汽抽汽效应 要使动叶根部不吸不漏蒸汽，必须使隔板的漏汽全部通过平衡孔流入级后，因此叶轮前压力必须大于级后压力 在进行汽轮机热力设计时，通常是按级的平均直径处的平均反动度进行计算但级的反动度沿叶高是变化的，这样，平均反动度为：叶根反动度为 四、汽轮机级动静叶栅的面积比 确定某一级的反动度，除了合理选用动静叶栅之叶型外，主要是通过一定的动静叶栅出口面积比(f)来实现的，面积比随着反动度的增加而减少汽轮机中反动度与动静叶栅出口面积比的对应关系范围为 第五节 汽轮机级内损失和级效率一、汽轮机的级内损失 汽轮机级内除了喷嘴损失 、动叶损失 及余速损失 外，还有叶高损失 、扇形损失 、叶轮磨擦损失 、部分进汽损失 漏汽损失 和湿汽损失 应该指出，并不是每一级都同时存在这些损失如在全周进汽的级中就没有部分进汽损失；采用轮鼓的反动汽轮机就不考虑叶轮摩擦损失；不在湿汽区里工作的级没有湿汽损失;采用扭叶片的级中没有扇形损失等。
1．叶高损失 为了便于分析，将原来属于喷嘴和动叶中的端部损失单独分出来计算，并称之为叶高损失叶片高度较大时，二次流对主汽流的影响相对较小，则叶高损失较小；反之，短叶片的叶高损失就大 叶高损失常用下面半经验公式计算：式中 —系数，有实验确定，它与级的形式有关，对单级a=1.2 （未包括扇形损失）或a=1.6（包括扇形损失），对双级a=2 —不包括叶高损失的轮周焓降，即 —叶栅高度，对单列级为喷嘴高度，对双级为各列叶栅的 平均高度（mm） 2．扇形损失 汽轮机叶栅是环形叶栅，其节距与圆周速度均沿叶片高度变化，叶高愈大，变化愈显著因而叶栅沿叶高各断面的节距、圆周速度和进汽角均偏离最佳值，即平均直径处的设计值，所以增加了流动损失此外，在等截面直叶片级的轴向间隙中，还会产生径向流动损失这些损失统称为扇形损失，用下式计算 3．叶轮摩擦损失 叶轮的两侧和外缘充满了具有一定粘性的蒸汽，当叶轮旋转时，紧贴在叶轮两侧面和外缘表面上的蒸汽微团的圆周速度与叶轮表面上相应部分的圆周速度大致相等而靠近汽缸表面和隔板表面的蒸汽微团的圆周速度，则大约等于零。
这样就使叶轮与隔板或叶轮与汽缸壁之间的蒸汽，具有不同的圆周速度，如图1-50所示 由于蒸汽有粘性，因此形成了蒸汽微团之间及其与叶轮之间的摩擦，克服这种摩擦和带动汽室内蒸汽运动要消耗一部分轮周功 同时，叶轮与隔板的间隙中的蒸汽旋转速度也各不相同，产生的离心力也不同，因而在叶轮两侧的子午面内形成了旋涡区，这种涡流运动除使摩擦阻力增加外，它本身也要消耗一部分轮周功这些损失统称为摩擦损失参照教材P341、2） 摩擦损失由实验确定，通常采用经验公式计算式中 —摩擦损失所消耗的功率（kw） —经验系数，一般k1=1.0-1.3 —圆周速度（m/s） —级的平均直径（m） —气室中蒸汽的平均比容（m³/kg） 4．部分进汽损失 部分进汽损失由鼓风损失和斥汽损失两部分组成： (1)鼓风损失（非工作弧段） 鼓风损失是由于级的部分进汽度小于1所引起的在部分进汽的级中，只是在装有喷嘴的弧段里才有工作蒸汽通过动叶汽道 当动叶进入到无喷嘴的弧段时，因为在这个弧段里，轴向间隙中已经充满了停滞的蒸汽，所以动叶旋转时，产生鼓风作用，将非工作蒸汽从叶轮一侧鼓到另一侧，消耗一部分有用功，形成鼓风损失。
(2)斥汽损失（工作弧段） 斥汽损失发生在有蒸汽通过的弧段内，因为动叶栅经过不装喷嘴的弧段时，汽道内已充满了停滞的蒸汽，当动叶进入工作弧段时，喷嘴中流出的高速汽流要排斥并加速停滞在汽道中的蒸汽，从而消耗了工作蒸汽一部分动能 由于叶轮高速旋转的作用，在喷嘴组出口端与叶轮的间隙A中发生漏汽（如图1-52所示），而在喷嘴组进入端的间隙B中，则将一部分停滞蒸汽吸入汽道，也形成了损失这些损失统称为斥汽损失，或称为弧端损失 斥汽损失可用经验公式计算如下式中 ——动叶片的宽度和高度（m） ——静叶片的出口面积（㎡） ——静叶片组数，当e=1时，m=0 5．漏汽损失 对于冲动式汽轮机，由于各级隔板前后有较大的压差，而隔板与转轴之间有间隙，因此将发生不同程度的漏汽，如图1-53所示. 一部分蒸汽 ，通过隔板汽封漏入叶轮与隔板间的汽室中，这部分蒸汽没有通过喷嘴，所以得不到应有的动能汽室中的蒸汽还可能通过喷嘴和动叶根部之间的轴向间隙，漏入汽道，造成损失 对于带有反动度的冲动级，由于动叶前后有压力差，且在动叶顶部的压差最大，加上动叶顶部和汽缸、隔板和叶轮之间均有一定的间隙，故使一部分蒸汽 ，不通过动叶汽道而漏到级后，不参加作功。
这些损失都称为漏汽损失 为了减小漏汽损失，应该减小隔板轴封间隙的面积和压差实践表明，采用梳齿形汽封，可以同时满足这两个要求因为梳齿形汽封的间隙能做得很小，汽流通过每个齿就发生一次节流作用，所以每个齿只承担整个压差的一小部分减少两种漏气损失的具体措施参照教材P37） 6．湿汽损失 多级凝汽式汽轮机的最后几级常在湿蒸汽区域内工作，当湿蒸汽在喷嘴中膨胀加速时，一部分蒸汽凝结成为水滴，使作功的蒸汽量减小了；同时，这些水滴的速度比蒸汽的速度低得多，高速的蒸汽要带动低速的水滴，需要消耗汽流一部分动能，便造成了损失 湿蒸汽在喷嘴中膨胀时，由于汽态变化非常快，使蒸汽的一部分来不及凝结成水，汽化潜热没有释放出来，形成过饱和蒸汽或称过冷蒸汽，致使蒸汽的理想焓降减小，造成过冷损失产生湿气损失的原因参照教材P381-4） 由于水滴的速度比蒸汽的速度低，它虽然被高速蒸汽带动，但仍低于蒸汽速度，一般水滴速度clx=(0.1—0.13)c，如图1-59所示 蒸汽流和水滴流进入汽道的相对速度的大小和方向均不相同，即 于是水滴进入动叶时，将撞击动叶进口边的背面，阻止叶轮旋转。
同样，由于 ，使 ，使水滴撞击下一级喷嘴，都造成了损失 上述这些损失通称为湿汽损失，湿汽损失 和湿汽损失系数 通常用经验公式计算：式中 ——级前的平均干度， ——未计湿气损失的有效焓降（kJ/kg）和轮周效率 蒸汽中的水滴还对叶片的金属有腐蚀和冲刷作用，使叶片很快地损坏由于离心力的作用，特别是叶顶的湿度比叶根的大，同时，因叶顶的圆周速度较大，所以叶片顶部的背弧上冲击腐蚀损坏也最严重 为了提高动叶抗冲蚀能力，目前常用的办法是将司太立合金的薄片焊在动叶顶部进汽边的背弧上 除此之外，也可以在动叶进口边汽道的背弧上镶焊硬质合金、镀铬、局部淬硬、电火花硬化及氮化等方法，借以减小水滴的冲蚀作用 采用捕水室进行去湿（如图1-61所示），利用水滴的离心力作用使水滴甩向外缘，经喷嘴和动叶之间的捕水口1进入隔板和汽缸所组成的捕水室2，然后经过疏水通道3流入低压加热器或凝汽器中 有的机组把这种去湿装置和回热抽汽结合起来，尽量在有回热抽汽的级后进行疏水，可以提高机组的经济性。
实践证明，这种去湿装置的效果较好，所以得到广泛使用 第二章多级汽轮机第一节多级汽轮机的工作过程 为了使电力满足生产日益增长的需要，要求生产大功率、高效率的汽轮发电机，这就要求增加汽轮机的级内焓降和流量 级内焓降的增大使喷嘴出口速度c，增大，为了保持汽轮机级在最佳速度比范围内工作，就要相应地增加级的圆周速度u，但增大圆周速度受到叶轮和叶片材料强度条件的限制，所以焓降不能无限制地增加 增加级的蒸汽流量，则要求增加通流面积，即增大级的平均直径或叶片高度，或二者同时增大，这些措施同样也受到材料强度的限制 对汽轮机来说，采取提高蒸汽初参数和降低背压的方法，既能提高循环热效率，又能增大汽轮机功率，所以是增大机组容量、提高效率的有效措施，但这时，机组总的理想焓降也增大了 很大的焓降无法仅靠单级来完成，否则，喷嘴出口速度C1将是非常大的，为保证级在最佳速度比附近工作，将会出现材料强度所不允许的、极大的圆周速度因此要增大功率又要保证高效率的唯一途径，就是将汽轮机设计成多级的，其中每一级只利用总焓降的一小部分。
常见的多级汽轮机有两种，一种是多级冲动式汽轮机，如图2-1所示，它由调节级及八个压力级组成，每两个叶轮之间被装有喷嘴的隔板分开在隔板的内圆上装有轴封片，以减少漏汽 每一级均由隔板及其后面的叶轮组成，它是汽轮机的基本组成部分 调节级大多做成部分进汽，其喷嘴分组装在蒸汽室中，根据负荷大小依次开启一个或几个喷嘴组；压力级则不能随负荷改变通流面积，故也称非调节级 蒸汽顺序通过各级做功，直至最后由末级动叶排出显然，各级功率之和就是整个汽轮机的功率 蒸汽在多级汽轮机中的工作过程与级中的工作过程一样，可以用h-s图上的热力过程线表示，如图2-2所示 另一种多级反动式汽轮机，如图2-3所示 小功率多级反动式汽轮机一般没有调节级，图示的反动式汽轮机由两个级组组成，第一个级组五级，第二个级组四级静叶装在汽缸上，动叶装在转鼓上，并设有平衡恬塞，以减小轴向推力 多级汽轮机由于级数多，每一级的焓降较小，不但增大了单机功率，而且能保证在最佳速度比附近工作，因而提高了机组效率；由于喷嘴出口速度较小，有可能减小级的平均直径，提高叶片高度，使叶栅端部损失减小，或增大部分进汽度，使部分进汽损失减小；多级汽轮机的级间布置紧凑，则可以充分利用上一级的余速动能等。
一、多级汽轮机的应用： １、增加了附加损失：（隔板漏汽损失、湿汽损失）１、增加了附加损失：（隔板漏汽损失、湿汽损失）２、机组质量、长度增加；２、机组质量、长度增加；３、高、中压缸工作温度高；３、高、中压缸工作温度高；４、结构复杂，全机制造成本提高；４、结构复杂，全机制造成本提高；1、提高初参数，降低背压，减小损失；、提高初参数，降低背压，减小损失；2、增大进汽量，增大比焓降；、增大进汽量，增大比焓降；二、多级汽轮机的优越性和存在的问题：二、多级汽轮机的优越性和存在的问题：（一）多级汽轮机的效率大大提高：（一）多级汽轮机的效率大大提高：１、循环热效率大大提高：１、循环热效率大大提高：２、相对内效率明显提高：２、相对内效率明显提高： ⑴⑴最佳速比；最佳速比； ⑵⑵余速利用；余速利用； ⑶⑶比焓降小，叶高损失小；比焓降小，叶高损失小； ⑷⑷重热现象；重热现象；（二）单位功率投资大大减小；（二）单位功率投资大大减小；（三）存在的问题；（三）存在的问题； 三、三、 多级汽轮机各级段的工作特点多级汽轮机各级段的工作特点高压段 高压、高温，比容小，蒸汽容积流量小。
由连续性方程， 为保证喷嘴有足够的出口高度，减小叶高损失，喷嘴出口汽流方向角αl较小一般情况下，冲动式汽轮机的αl= 11°～14°，反动式汽轮机的αl= 14°～20° 在冲动汽轮机的高压段，级的反动度一般不大当动静叶根部间隙不吸汽也不漏汽时，根部反动度Ωr较小，这样，虽然沿叶片高度从根部到顶部的反动度不断增大，但由于高压段各级的叶片高度总是较小的，因此，平均直径处的反动度仍较小 • 在高压段的各级中，各级比焓降不大，比焓 降的变化也不大根据连续性方程，为增大叶片高度，以减小叶高损失，叶轮的平均直径就较小，相应的圆周速度也较小同时，为保证各级在最佳速度比附近工作，则各级比焓降不大高压各级的比容变化较小，因而各级的平均直径变化也不大，所以各级比焓降的变化也不大 • 在高压各级中，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级段蒸汽的比容较小，而漏汽间隙又不可能按比例减小，故漏汽量相对较大，漏汽损失较大对于部分进汽的级，由于不进汽的动叶弧段成为漏汽的通道，使漏汽损失更有所增大高压级段蒸汽的比容较小，叶轮摩擦损失也相对较大。
此外，高压级段叶片高度相对较小，所以叶高损失也较大综上所述可以看出，高压段各级的效率相对较低 低压段低压段 低压级段的特点是蒸汽的容积流量很大，要求很大的通流面积， 叶片高度势必很大为避免叶高过大，有时不得不将低压各级的喷嘴出口汽流方向角αl取得很大 由于低压级段的容积流量很大，因此叶轮直径较大，级的圆周速度也比较大为了保证有较高的级效率，各级均应在最佳速度比附近工作，则相应的理想比焓降将明显增大 级的反动度在低压段也明显增大，其原因有二：一是因为低压级叶片高度很大，为保证叶片根部不出现负反动度，则平均直径处的反动度就必然较大；二是因为低压级的比焓降较大，为避免喷嘴出口汽流速度超过临界速度过多，尽可能利用渐缩喷嘴斜切部分的膨胀，这就要求蒸汽在喷嘴中的比焓降不能太大，而增大级的反动度，保证动叶内有足够大的比焓降 蒸汽容积流量很大，而通流面积受到一定限制，余速损失较大；低压级一般都处于湿蒸汽区，存在湿汽损失，而且越往后该项损失越大；由于低压级的叶片高度很大，漏汽间隙所占比例很小，同时低压级段的蒸汽比容很大，因此漏汽损失很小；低压级的蒸汽比容很大，所以叶轮摩擦损失很小；低压级都是全周进汽，没有部分进汽损失。
总之，对于低压级，由于湿汽损失很大，使效率降低，特别是最后几级，效率降低更多 中压段中压段 中压级段处于高压级段和低压级段之间，其特点是蒸汽比容既不像高压级段那样很小，也不像低压级段那样很大因此，中压级有足够的叶片高度，叶高损失较小；一般为全周进汽，没有部分进汽损失此外，中压级漏汽损失较小，叶轮摩擦损失也较小，也没有湿汽损失所以，中压各级的级内损失较小，效率要比高压级和低压级都高 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，所以中压各级的反动度一般介于高压级和低压级之间，且逐渐增大 总体来看沿蒸汽流程平均直径和叶片高度增大，反动度呈逐级增大势态蒸汽比容的减小，漏汽损失的相对比例呈逐级下降叶片的增长，二次流损失呈下降趋势，但叶型损失相对增大对中间再热机组，漏汽及二次流损失较大，加上调节级部分进汽，高压缸效率最低，中压缸的工况较好，故效率最高 多级汽轮机各缸工作特点小结多级汽轮机各缸工作特点小结 多级汽轮机的优越性及其特点 四、重热现象和重热系数 １、重热现象：上级损失（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。
２、重热系数：各级理想焓降之和与整机理想焓降的差与整机理想焓降的比值 α称为重热系数，重热现象使汽轮机的理想焓降增大，即汽轮机的作功能力增加了重热系数的大小与下列因素有关： 1)和级数有关，级数多，α大； 2)与各级内效率有关，级内效率低，则α大； 3)与蒸汽状态有关，过热区α大，湿汽区α小 但却不能由此得出重热系数越大，多级汽轮机效率越高的错误结论因为α的增大是由于损失增大所致，重热只能回收总损失的一部分，并不能补偿损失的全部所以α越大，整机的相对内效率就越低 五、进汽阻力损失和排汽阻力损失1、系统特征 新蒸汽经电动主汽门、自动主汽门和调节汽门进入汽轮机，膨胀作功后由高压缸排汽回到锅炉再热器中加热，经中压主汽门和中压调节汽门到中、低压缸中继续膨胀作功，再由低压排汽口排向凝汽器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主要特征是汽流的沿程摩擦、转向和涡流损失三方面 2、进汽阻力损失 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。
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，即蒸汽通过汽阀后虽有压力降落，但比焓值不变 图2.2.1进汽阻力损失 蒸汽经过主汽门、调节汽门和导汽管时引起的节流损失，如图所示减小进汽阻力损失的办法：１、限制蒸汽流速（不能从根本解决问题）；２、增大通流面积（使汽门尺寸加大，体积庞大）；３、改善蒸汽在汽门中的流动特性（改进阀门的结构类型：带扩压管的阀门） 3 3、排汽阻力损失、排汽阻力损失 排汽汽在排汽汽管中流动时，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，称为汽轮机的排汽汽阻力损失即：末级动叶出口的静压与凝汽器喉部静压之差为汽轮机排汽阻力损失 ２、排汽管构造： （１）先扩压后转向； （２）先转向后扩压 ３、排汽管的优劣，由静压恢复系数和能量损失系数来衡量排汽阻力损失： １、蒸汽在排汽管中的阻力损失，称为排汽阻力损失，如图所示图２.２.２排汽阻力损失 4、减小排汽阻力损失办法： 通过扩压的办法把排汽动能转换为静压，以补偿排汽管中的压力损失 第二节第二节 汽轮机及其装置的评价指标汽轮机及其装置的评价指标 火力发电厂的生产过程，要经过一系列的能量转换之后，最后才能将矿物燃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程度 汽轮机在进行能量转换的过程中，由于存在各种损失，其理想焓降 ，不能全部变为有用功，所以变为有用功的有效焓降 总是小于理想焓降 ，两者之比称为汽轮机的相对内效，或简称内效率 ，即 汽轮机的相对内效率是衡量汽轮机中能量转换过程完善程度的指标 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抽汽汽轮机，其内功率为其中，D表示流量 对于有回热的抽汽的汽轮机，若流量为Gi或Di时，则 由于机械损失，无回热抽汽汽轮机的轴端功率Pax为 以轴端功率带动发电机时，还要计及发电机的机械损失和电气损失，即考虑发电机效率，故最后的发电机出线端功率Pel为式中 称为相对电效率，是lkg蒸汽所具有的热能最后转变为电能的份额，所以它是衡量汽轮发电机组工作完善程度的指标 由于汽轮发电机组的热力循环中存在着冷源损失，所以要使1kg蒸汽获得理想焓降 的热能，就需要加给它比 大得多的热量。
若忽略水泵耗功，且使装置按朗肯循环工作，则装置的循环热效率 为式中 —蒸汽初焓 —凝结水焓，即在背压 下的饱和水焓 这里， 为lkg蒸汽在锅炉中所获得的热量如果汽轮机采用回热系统，则 应为末级高压加热器出口的给水焓hfw整个热力循环中加给lkg蒸汽的热量所转变为电能的份额称为绝对电效率，以 表示，则 汽轮发电机组除用绝对电效率表示经济性外，还经常用每生产1kw.h电能所消耗的蒸汽量和热量来表示，分别称之为汽耗率d和热耗率q 汽耗率d为 由于机组参数不同，所以虽然功率相同，其汽耗量却不同；供热式机组由于抽汽量不同更是如此所以汽耗率并不宣用来比较不同类型机组的经济性，此时需采用反映机组经济性的另一指标一热耗率q： 对中间再热机组而言式中 ——汽轮机总进气量（kg/h） ——再热蒸汽量（kg/h）和再热蒸汽初焓 （kJ/kg） ——汽轮机高压缸排气焓（kJ/kg）在上面的基础上，可以求得发电厂热效率为 小结：汽轮机装置的评价指标蒸汽的热能内功率Pi电功率Pel轴功率Pax1、汽轮机的相对内效率2、机械效率3、发电机效率则汽轮发电机组的相对和绝对电效率为： 4、汽耗率——机组每生产1KWh电能所消耗的蒸汽量5、热耗率——机组每生产1 KWh电能所需的热量 第三节第三节 多级汽轮机的轴向推力及其平衡多级汽轮机的轴向推力及其平衡一、多级汽轮机的轴向推力 蒸汽通过汽轮机通流部分膨胀作功时，对叶片的作用力由圆周分力和轴向分力所组成。
其中，圆周分力推动叶轮作功，而轴向分力则对转子产生一个轴向推力 轴向推力一般是很大的，这样大的推力除靠推力轴承支持外，还应考虑整个转子自身的轴向推力的平衡 为了便于分析作用于多级汽轮机上轴向推力的大小，首先分析一般情况下，转轴上任意一级的情况 如图2-20所示，级前汽压为p0，动叶前汽压为pl，动叶后汽压为p2，叶轮前的压力为pd，且级的反动度是沿叶高变化的于是作用在这个级的轴向推力由以下几个力组成： 1.作用于叶上的轴向力Fz1当级内焓降或反动度不大时，压力反动度与焓降反动度 相差不大，于是 则上式变为2.叶轮两侧的压力差产生的轴向力Fz2当叶轮两侧轮毂直径相等，即d1=d2=d时，则 当轮盘面积较大时，引起的推力很大，为此一般在轮盘上开设平衡孔，以减小叶轮前后压力差由于调节级动叶前、后汽室相通，所以轮盘前后蒸汽压力是相等的，可以不计算轮面上的轴向推力 对于部分进汽的级，不进汽的动叶上也受到压力差(pd - p2)的作用，因此，应增加一项；对于反动式汽轮机，动叶设置在轮鼓上，故只计算轮鼓上的轴向推力 3.轴封凸肩前后压差所引起的轴向力Fz3式中 —n个凸肩中任一凸肩两侧的压力差；若z个齿隙的压力降均相等，则 —凸肩的高度 —凸肩的数目 4.转子凸肩上的轴向力Fz4式中 d1、d2——对应计算面上的外径和内径 px ——对应计算面的静压力根据以上计算，可求得多级汽轮机任一级的总轴推力Fz为 二、轴向推力的平衡二、轴向推力的平衡 在多级汽轮机中，由于总的轴向推力很大，必须设法减少总的轴向推力，使之符合推力轴承长期安全的承载能力。
轴向推力的平衡意在减少轴向推力，常见的平衡措施有以下几种： 1．设置平衡活塞 如图2-23所示，将高压轴封第一段轴封套的直径加大，以便设置平衡活塞 由于平衡活塞上装有齿形轴封，所以活塞两侧有一定的压差，平衡活塞所受的力F与轴向推力Fz的方向相反，若活塞高压侧压力为P1，低压侧压力为Px，则 2．采用具有平衡孔的叶轮 平衡孔用于平衡叶轮前、后的蒸汽压力差，以减小转子的轴向推力对前、后压差较大的高压级叶轮常采用这种办法 3．采用汽轮机分缸的反向布置 汽轮机的容量越大，轴向推力也越大因此平衡活塞的直径d，也将增大，这会使高压端汽封的漏汽量增加，损失增加，对高压端蒸汽比容很小的机组尤为不利 由于大型机组都做成多缸的，故可利用分缸反向布置，使不同汽缸中的汽流反向流动，使轴向推力相互抵销一部分 图2-24采用高、中压缸对置，低压缸分流的布置，从而不仅减小了推力轴承和平衡活塞的尺寸，也减小了高压轴封漏汽量 4．利用推力轴承承担推力 轴向推力经过平衡后，剩余的不平衡部分Fb由推力轴承承担为了安全起见，计算推力轴承时，其安全系数n应大于1. 5—1.7，通常可用下式计算n值式中 ——推力轴承瓦块承压面上所承受的压力（MPa），对摇摆式瓦块即密西耳轴承，其值为2~2.5Mpa ——推力瓦块的总承压面积（㎡） 一、汽封的结构与种类 1、汽封按其安装位置的不同，可以分为通流部分汽封、隔板（或静叶环）汽封、轴端汽封。
2、反动式汽轮机还装有高、中压平衡活塞汽封和低压平衡活塞汽封 3、各种汽封作用 通流部分汽封：动叶栅与隔板及汽缸之间间隙处的汽封，用于减少动叶根部和顶部的径向和轴向漏气 第四节 轴封及其系统 隔板汽封：隔板（或静叶环）汽封内孔与主轴处的的汽封，用于减少（或静叶环）汽封前后的漏气 轴端汽封：主轴穿出汽缸处的汽封，该汽封用于减少蒸汽自缸内向缸外泄漏或防止空气漏入汽缸 4、汽封的结构型式有：曲径式、碳晶式、水封式等 在汽轮机的高压段（或高中压缸）常采用高低齿曲径轴封，在汽轮机的低压段（或低压缸）常采用平齿光轴轴封 5、汽封的结构 曲径式汽封也称为迷宫式汽封，常用的结构形式：梳齿型、J形、枞树形 曲径汽封一般由汽封体（或汽封套）、汽封环及轴套（或带凸肩的轴颈）三部分组成6、通流部分汽封：包括动叶围带处的径向、轴向汽封和动叶根部处的轴向汽封7、隔板（或静叶环）汽封：一般多为梳齿形8、平衡活塞汽封：采用高低齿汽封。
9、轴端汽封：正压轴封是用来防止蒸汽漏出汽缸，负压轴封是用来防止空气漏入汽缸 二、齿形轴封 分为高低齿轴封（曲径轴封 ，如图所示）和平齿轴封（光轴轴封） 图２.４.１曲径轴封及其热力过程（a）曲径轴封示意图；（b）曲径轴封的热力过程线 （一）、曲径轴封工作原理：等流量曲线：最末级才可能达到临界状态二）齿形轴封漏汽量的计算：１、基本计算公式：（１）末级齿孔未达到临界状态：环形孔的漏汽量 （２）最后轴封孔已达到临界状态： 临界轴封漏汽量 （３）最后轴封孔前各孔均未达到临界状态： 四、轴封系统的特点：P78 2、轴封口流量系数：μl=0.7～0.83、光轴轴封漏汽量修正系数：kl 三、轴封系统实例（选学）：P761、轴封汽的利用； 2、低压低温汽源的应用； 3、防止蒸汽由轴封端漏入空气； 4、防止空气漏入真空部分； 蜂窝式轴封 低压转子轴封段 第三章 汽轮机的变工况 汽轮机是按一定的热力参数、转数和功率设计的，对应设计参数的工况称为设计工况汽轮机在设计工况下运行时最经济，故设计工况又称为经济工况 偏离设计工况的运行工况叫作汽轮机的变动工况研究变动工况的目的在于分析汽轮机在不同工况下的效率，各项热经济指标以及主要零部件的受力情况，以保证汽轮机在这些工况下安全、经济运行。
第一节 喷管的变工况 研究喷嘴的变动工况，主要是分析喷嘴前、后压力与流量之间的变化关系喷嘴的这种关系是以后研究汽轮机级和整个汽轮机变工况特性的基础 由于渐缩喷嘴和缩放喷嘴在工况变动下的工作情况不同，故分别予以讨论 一、渐缩喷嘴的变动工况及其流量网 对渐缩喷嘴，当其初参数 及出口面积An不变时，通过喷嘴的蒸汽流量G与喷嘴前、后压力的关系可用流量曲线表示，如图3-1中曲线ABC 当pl>pcr，即 时，随着背压p，的减小，流量G沿AB线逐渐增加，其值可按下式计算 当 ，即 时，流量达到临界值并保持不变，如图中BC线所示，即 彭台木根据计算指出，在小于临界流量的范围内（图3-1中AB线段），式(3-1)可以足够精确地用椭圆方程表示为或 综上所述，当初压不变时，对应任一背压，通过渐缩喷嘴的流量均可用下式计算： 当喷嘴前、后蒸汽参数同时改变时，通过渐缩喷嘴的流量为式中，下标“1”为工况变动后的参数 若视蒸汽为理想气体，利用状态方程 ，则上式可写成 在大多数情况下，可近似认为变动工况下喷嘴前蒸汽温度不变。
于是上式可简化为 如果设计工况和变动工况均为临界工况，则有 或 前面所讲流量曲线ABC，每一工况对应一根曲线，不方便为了扩大适应性，常把图中的压力与流量用相对坐标表示，改用压力比、流量比作为坐标，作出流量曲线 假定最大初压力为 ，其对应的最大临界流量为 ，令相对初压 ，相对背压 当喷嘴前后的蒸汽参数分别为 和pl时，通过喷嘴的任意流量G与最大流量G0m之比可表示为 根据前面所讲的椭圆方程，可得根据上式可得如图所示为渐缩喷嘴的流量网图 利用流量网图可以很方便地由三个参数 中的任意两个确定第三个 应该注意，上述流量网图是在假定喷嘴前的温度保持不变的条件下得到的如果变动工况时初温的变化不能忽略，则用流量网图进行计算后应该乘以 作为温度修正 第二节第二节 汽轮机级组的变动工况汽轮机级组的变动工况一、级组前、后压力与流量的关系 级组是若干个流量相等的相邻级的组合。
假定级组中各级的通流面积在工况变动时保持不变，且不考虑温度的影响，则可以把级组看作是一个当量喷嘴只是级组前后压力比值较小而已 对于级组中各级在变动工况下始终处于亚临界状态，有当忽略温度影响时上两式称为弗留格尔公式 二、级组压力与流量关系式的应用条件 1．在同一工况下，通过同一级组各级的流量应相等对于凝汽机组，各级回热抽汽是按一定比例，可不考虑其影响，而把除调节级之外的所有压力级看成一个级组 2．在不同工况下，级组中各级的通流面积应保持不变而调节级是部分进汽，而且进汽度要发生变化，因此调节级不能同压力级合为一组 假设级组内各级通流面积发生了相同程度的变化，则弗留格尔公式须作修正：或式中 a——流通面积之比， 由此可知，若级组通流部分结垢(a<1)，则同一流量下级组前压力升高；若发生腐蚀(a>1)，则级组前压力降低故根据该式的计算结果可以用来监视汽轮机通流部分的运行情况 3.流过级组各级的汽流应是一股均质流因此，即使开启的调节阀门个数不变（第一阀门除），也不能把调节级取在级组内，因为此时通过调节级的是两股不同参数的汽流。
4．严格地讲，级组压力与流量关系式适用于具有无穷多级数的级组但在一定的负荷变化范围内，级组中的级数较多时，亦可得到满意的结果 三、弗留格尔公式的实际应用 可以用来推算出不同流量下各级级前压力求的各级的压差、比焓降，从而确定相应的功率、效率及零部件的受力情况 监视汽轮机通流部分是否正常 四、监视段压力（弗留格尔应用） 在运行中常利用调节级汽室压力和各抽汽口压力．来监视汽轮机通流部分的工作情况和了解机组的带负荷情况，把这些压力称为监视段压力 监视段压力可以监视汽轮机通流部分运行是否正常故如果在同一流量下监视段压力比原来数值增加了，说明通流部分阻力变大，可能是某一级或某几级的通流部分有结垢，当压力增加值超过规定数值时，应考虑对汽轮机通流部分进行清洗 第三节第三节 变工况时各级焓降的变化变工况时各级焓降的变化 工况变动时，汽轮机各级压力的变化使级内焓降发生相应的变化若将蒸汽视为理想气体，则任意一级的理想焓降可近似用下式表示： 汽轮机各级级前温度在工况变动时一般变化不大，可忽略不计故各级理想焓降仅与级前、后压比有关。
一、凝汽式汽轮机 由前面讨论可知，凝汽式汽轮机的中间级，无论级内是否达到临界状态，其流量均与级前压力po成正比（忽略温度及湿度的变化），即 对该级后的一级，p2为级前压力，同理应有 因此可得 上式表明，工况变动时，凝汽式汽轮机各中间级的压比不变，故级的理想焓降近似不变级的速度比与反动度亦不变当然，级的效率基本不变，而级的功率与流量成正比变化即 根据上述讨论，在计算汽轮机各中间级的变动工况时，不需要逐级进行详细计算，只需对调节级和最后一级进行计算即可 二、背压式汽轮机 1．如果背压式汽轮机最后一级达临界，则各级前的压力与流量成正比其焓降、效率、反动度、功率的变化规律和凝汽式汽轮机各中间级一样 2．但是，背压式汽轮机排汽压力较高，在一般情况下即使是最后一级也不会达临界状态若将某一中间级至末级取为一个级组，不考虑温度的影响，且排汽压力保持不变，则有 或该级级后压力即为下一级级前压力，同理可得 上式表明，当背压不变时，背压式汽轮机各级级前压力与流量满足双曲线方程，离末级越远，越接近于直线，如图3-17所示 从图上分析： 1．对于背压式汽轮机的前几级，当工况偏离设计值不远时，级前压力与流量的关系近于直线； 2．当流量在设计值附近变化时，可认为各中间级焓降不变，或变化很小。
3．当流量变化较大时，各级焓降都要变化，并且最后一、二级变化最大 三、级内反动度的变化 汽轮机运行中，负荷（流量）的改变或通流面积的变化等将导致级内反动度的变化反动度的大小不仅影响级的热力过程，而且影响汽轮机某些零部件的强度及轴向推力因此必须掌握变工况下级内反动度的变化规律 假定汽流流过喷嘴和动叶时不发生偏离，并忽略通流部分间隙中的吸漏汽损失此时，根据设计工况下喷嘴出口及动叶进口截面处的连续方程 可知，为保证汽流在通道中流动的连续性，速度C1与W1，必须满足下列关系式中 ——喷嘴出口、动叶进口处截面积 工况变动时，通流部分的几何尺寸不会改变流量的改变使级前、后压比以及焓降发生变化，从而引起动叶进口处速度三角形的变化图3-7(b)为级焓降减小时的速度三角形 此时喷嘴出口速度减小到C1l，汽流以有效分速 进入动叶，应有 结果：动叶前的压力升高，动叶比焓降增大，喷管比焓降减小，级内反动度增加了 图3-7可以看到产生撞击损失的情况a）表示级的焓降增大时动叶进口处的速度三角形此时由于喷嘴出口流速增大，圆周速度u不变，使 ，气流冲击在动叶的内弧上。
冲角 为正 因而，理论上应满足 但实际上，从上述速度三角形可明显看出它们之间的关系应是 上式说明，以速度C11流出喷嘴的蒸汽不能完全以有效速度 进入动叶，从而使动叶出口速度w21也偏小，这是不可能的因为汽流总是完全充满喷嘴和动叶槽道并连续不断地流动这样，蒸汽进入动叶槽道后，必然要继续膨胀，获得加速，从而使级的反动度 增加 可见，工况变动时，若级的焓降减小，即速度比增大，则级内反动度增加；反之，若级的焓降增加，则级内反动度就减小因焓降（或速度比）的变化所引起的反动度的变化用 表示，可用下面讨论的方法进行计算 1．当 在很大范围内变化时2. 当 在 变化时式中， 表示工况变动后的速度比 第四节调节方式和调节级的变工况 汽轮机通流部分是按经济功率设计的运行中，为了保证机组出力与外界经常变动的负荷相适应，必须对汽轮机进行调节由汽轮机的功率方程 可以看出，为了改变汽轮机的出力，可以调节进入汽轮机的蒸汽量G或改变蒸汽在汽轮机中的作功能力 ，或同时采取这两种措施。
目前常用的调节方式有：节流调节、旁通调节、喷嘴调节和滑压调节 一、节流调节 采用节流调节的汽轮机，其全部蒸汽都经过一个阀门或几个同时启闭的阀门（大功率机组），然后进入汽轮机的第一级如图3-19所示 汽轮机发出额定功率时，节流阀完全开启：汽轮机在低于额定功率下工作时，节流阀部分开启，进入汽轮机的蒸汽流量减小，同时进汽受到节流，使阀门后的压力低于新汽压力，汽轮机通流部分的理想焓降由 减小到 ，见图3-20，图中 分别为节流阀全开时及部分开启时阀门后的压力 蒸汽的节流过程可近似认为是等焓过程因此，若不考虑全开阀门中的压力损失，节流后汽轮机的相对内效率为式中 ——汽轮机通流部分的相对内效率，表示同 流部分工作的完善程度， ——节流阀的节流效率， 图3-21为某机组在不同流量与背压下节流阀的节流效率由图可见，节流效率的大小取决于蒸汽参数与流量，而与通流部分的结构无关 同一背压下，汽轮机负荷愈低，节流效率就愈低。
汽轮机的背压愈高，同一负荷下汽轮机的节流效率亦愈低 节流调节凝汽式汽轮机的优缺点 节流调节汽轮机的优点是：结构简单，制造成本低；由于采用全周进汽．因而对汽缸加热均匀；变负荷变化时级前温度变化较小，对负荷变化的适应性较好等 节流调节汽轮机的缺点是：在部分负荷时，节流损失大，经济性较差 二、喷嘴调节与调节级变工况 这是一种应用最广泛的调节方式每一个调节阀控制一组喷嘴组中小型机组一般有4~7个调节阀，大型机组一般有4~6个调节阀 在这种调节方式中，机组运行时，只有一组喷嘴的蒸汽受到节流作用，节流损失小第四调节阀一般是在过负荷时才使用 首先假设调节级的反动度 ，且在各种工况下保持不变；另外假定各调节阀之间无重叠度，即前一个调节阀完全开启后才开始开启后一个阀门；同时不考虑调节级后温度变化的影响以及主汽阀后压力的变化 设一具有四个调节阀（最后一个为过负荷阀）的喷嘴调节凝汽式机组在设计工况下，三个阀门全开，流量为G，调节汽室内压力为p2=pl在变动工况下，第一、二个调节阀全开，第三个调节阀部分开启，流量为G1此时，调节级的热力过程线如图3-26所示。
图中，新蒸汽压力为p0，第一、二个调节阀后压力 ，第三调节阀后的压力 由于部分开启的阀门中有较大的节流损失，故有 这两股汽流在调节级中同样膨胀到级后压力p2 两全开阀的调节级热力过程线为0 ’--2’，理想焓降，有效焓降 终焓为 部分开启阀的调节级热力过程曲线如0”2”，理想焓降 ，有效焓降 ，终焓 调节级后压力为p1=p2，混合后的焓值为h2 根据热力过程曲线，调节级汽室中的焓值可用下式确定 调节级的相对内效率则为式中 —通过三个调节阀的流量 —流过全开调节阀的气流在调节级上的有效焓降、级后焓值及相对内效率 —流过部分开启调节阀的气流在调节级中的有效焓降、级后焓值及相对内效率 —调节级的理想焓降 由上式可知，为了求得调节级在变动工况下的相对内效率，必须首先确定在该工况下通过各调节阀的流量，阀后压力以及调节级汽室压力。
对于凝汽式汽轮机来说，调节级后汽室压力就是第一压力级级前压力，可用弗留格尔公式求得： 喷嘴后的环形空间不分组，而是完全相通的，所以P1 (P11)对各组喷嘴均相等同样，调节汽室中的压力p2 (P21)对整个级也都是相同的因此，不同工况下通过调节级任一喷嘴组（第i个喷嘴组）的流量可写为 式中 —流量比，对于减缩喷嘴 对于缩放喷嘴 —主气阀前的蒸汽参数 —该喷嘴组前，即第i个调节阀后的蒸汽参数 上式可进一步写成式中 —系数，对一定的喷嘴组及一定的进气参数为一常数 —系数， 上式对于全开阀、部分开启阀都适用： (1)对于全开阀，阀后压为已知值，由 查表3-2确定 ，即可求得Gi (2)对于部分开启阀，其流量等于汽轮机总的蒸汽流量减去通过全开阀门的流量，然后查表 汽轮机调节级的反动度通常不为零，且随工况而变化喷嘴后的压力P1不再等于级后压力P2变工况下P1一般不易确定，p2却可根据该工况下的流量及设计参数求得 因此在实际调节级的计算中，常采用级的压力比 代替喷嘴压力比 计算表明，调节级的级效率是随着流量的变化而变化的，并具有明显的波折状，如图3-28所示。
这是因为阀门全开时，节流损失较小，级效率较高(如图中各顶点a、b、c、d) 在其它工况下，通过部分开启阀门的汽流受到较大的节流作用，级效率下降 图中c点对应设计工况，效率达到最大值 喷嘴调节 喷管调节是通过改变第一级的喷管数来改变通流面积从而改变蒸汽的流量，调整汽轮机的功率 在部分负荷时，只是在部分开启的一个调节汽门中产生节流损失，因而喷管调节汽轮机在低负荷时的经济性要比节流调节高 汽轮机在部分负荷下运行时，喷管调节比节流调节的效率高，且较稳定，但在变工况下喷管调节汽轮机高压部分的金属温度变化比较大，使调节级所对应的汽缸金属有较大的热应力，从而降低了机组迅速改变负荷的能力 喷管调节的工作特点 三、滑压调节 随着国民经济的迅速发展以及人民生活水平的不断提高，电网负荷的峰谷差逐渐扩大为了保证廉价的核能发电机组和水力发电机组带基本负荷，电网调峰主要依靠火力发电机组 作为调峰用的火力发电机组，负荷变化大，启停频繁，因此汽轮机多采用滑压调节这种调节方式适用于单元制机组：当负荷发生变化时，汽轮机所有调节阀均全开，调整锅炉燃料量和给水量，改变锅炉出口蒸汽压力（蒸汽温度不变），以适应外界负荷的变化。
相对滑压调节而言，前述各种调节方式统称为定压调节滑压调节与定压调节相比，具有以下优点： (1)滑压调节机组在部分负荷下，蒸汽压力降低，而温度基本不变 (2)汽轮机采用滑压调节，在任何负荷下所有调节阀均全开，使部分负荷下节流损失减小 (3)末级排汽湿度相应降低使湿汽损失减小 (4)采用滑压调节，随着机组负荷降低，给水流量和主蒸汽压力下降，锅炉给水压力相应下降若给水泵采用变速调节，给水泵耗功将大幅度减小，使热效率提高 滑压调节主要有以下几种方式： 1．纯滑压调节 不论是按节流调节还是按喷嘴调节设计的机组，采用纯滑压调节时，所有的调节阀在整个负荷变化范围内都是全开的，完全由锅炉调整其燃烧来适应负荷的变化 这种调节方式可以提高部分负荷下机组的热效率，且热应力小，操作简单，运行稳定缺点是对负荷的微小变化不敏感，调节过程产生时滞，且阀门容易过开和卡涩 2．节流滑压调节 在稳定负荷时，调节阀留有5%～15%的开度（即阀门只开启95%～85%），负荷降低时进行滑压调节；当负荷突然上升时进行定压调节 即调节阀开度增加，利用锅炉的热惯性迅速适应负荷变化的需要。
待负荷增加后，蒸汽压力上升，调节阀重又回到稳定负荷下部分开启的位置 这种调节方式克服了纯滑压调节对外界负荷变化不敏感的缺点但由于部分负荷下的节流损失，降低了滑压调节机组的经济性，且操作比较复杂 3．复合滑压调节 在高负荷采用定压喷嘴调节，用改变调节级通流面积的方法调节负荷，以保持机组的高效率；在低负荷区域，除1～2个调节阀关闭外，其余调节阀全开进行滑压调节，以提高部分负荷下机组的热效率以及负荷反应速度 在极低负荷区域，为了保持锅炉水循环及燃烧的稳定性，采用较低压力下的定压节流调节 综上所述，滑压调节机组结构简单，运行可靠，使用寿命长，在一定的负荷变化范围内经济性高，且运行稳定，操作方便，是单元制大容量机组的最佳调节方式之一 第五节凝汽式汽轮机的工况图 汽轮发电机组的功率与汽耗量之间的关系称为汽轮机的汽耗特性表示这种关系的曲线称为汽轮机的工况图 凝汽式汽轮机的汽耗特性随其调节方式不同而有不同的特点实际汽轮机的汽耗特性可通过汽轮机的变工况计算或汽轮机的热力试验确定 一、节流调节凝汽式汽轮机的工况图 汽轮机的功率方程式为 汽轮机的内功率一般由二部分组成：一部分为考虑了发电机损失的有效功率 ；另一部分用来克服机械损失 。
而汽轮机的内效率 等于汽轮机通流部分的内效率与调节阀节流效率的乘积 所以，上式可以写成 当负荷变动不大时，效率乘积 可认为近似不变此外，转速一定时，机械损失 为常数此时，上式可写成式中 ——气耗微增率，等于每增加单位功率所需要增加的气耗量 ——空载汽耗量，汽轮机空转时，用来克服摩擦阻力、鼓风损失及带动油泵等所消耗的蒸汽量 对同一汽轮机，在不同工况下， 近似为一常数，通常为设计流量的5%～10%对不同的汽轮机， 则取决于汽轮机的焓降、功率、汽轮机的结构型式以及调节方式 通过节流调节汽轮机的变工况计算，可以绘制 这种汽轮机汽耗量D、汽耗率 、相对电效率 与电功率 之间的关系曲线，如图3-39所示由图可知，节流调节汽轮机的汽耗线，即工况图近似为直线，但不通过原点 二、喷嘴调节凝汽式汽轮机工况图 喷嘴调节凝汽式汽轮机的工况图如图3-40所示由于调节级的内效率随流量变化，使 曲线呈波折状，相应的汽耗量曲线和汽耗率曲线也呈波折状。
由于重叠度的原因，汽耗特性线 近似看作为折线，如图3-41中的ABC所示其中B点对应额定负荷，BC为过负荷 由上分析可知，喷嘴调节凝汽式汽轮机的汽耗特性方程为当功率小于或等于经济功率 时当功率大于经济功率时式中 —— 汽轮机过负荷段的汽耗微增率，在 范围内，汽轮机通流部分内效率 下降，使 三、汽轮机调节方式的比较与选择1．调节方式的选择 (1)承担基本负荷的机组：要求效率高，多采用节流调节和单列级作调节级的喷嘴调节方式； (2)承担尖峰负荷的机组；要求负荷适应性好，当工况变动时效率变化不大，常选用双列级作调节级的喷嘴调节方式： (3)背压机：采用喷嘴调节方式 2．调节级焓降大小的选用 调节级焓降大小对机组经济性影响很大，选用时主要考虑如下： (1)承担基本负荷的机组，运行时，负荷变化不大，则调节级焓降应取小些，以求较高的效率； (2)承担尖峰负荷的机组，运行时，负荷变化大，则调节级焓降应取大些（双列级），使之在工况变动时，调节级焓降变化不大，效率变化不大。
第六节 变工况时轴向推力的变化 汽轮机在运行中，负荷及蒸汽参数的变化，汽封间隙的增大，通流部分的结垢或腐蚀以及水冲击，靠背轮内的摩擦等均会引起汽轮机轴向推力的变化，有时可能达到很大的数值为了保证汽轮机安全可靠地工作，防止推力轴承过负荷损坏，必须掌握汽轮机轴向推力的变化规律和核算方法 变工况下轴向推力的变化取决于汽轮机的型式、配汽方式、叶片的型式、转子构造及通流部分的间隙等，因此必须经详细的热力计算才能确定本节只讨论负荷改变时，汽轮机轴向推力变化的一般规律 一、冲动式汽轮机轴向推力的变化 若不考虑级间漏汽的影响，作用在一个级上的轴向推力取决于级前、后的压力差和级的反动度因此工况变化时，级内轴向推力的变化可近似表示为式中 ——级前后压力差 1．凝汽式汽轮机轴向推力的变化 (1)对采用节流调节的凝汽式汽轮机，当负荷变化时，除最后一、二级外，其余各级由于焓降不变反动度亦不变因此，汽轮机中间级的轴向推力与流量成正比变化， 最后一、二级由于级内压差不与流量成正比，且级内反动度也是变化的，故上述关系不成立但因其值较小，对总轴向推力的影响不大。
因此，在最大负荷时达最大值 (2)对采用喷嘴调节的凝汽式汽轮机，在工况变动时，压力级焓降和反动度近似不变，可导出轴向推力与功率（流量）成正比；而调节级的轴向推力变化复杂，但对总的轴向推力影响不大因此，最大轴向推力发生在最大功率时 2．背压式汽轮机轴向推力的变化 (1)调节级的轴向推力变化同上； (2)压力级的轴向推力不与流量成正比，最大轴向推力发生在中间负荷 二、反动式汽轮机轴向推力的变化 反动式汽轮机，由于各级反动度很大，因此在工况变动时，即使级内焓降变化很显著，反动度也大致保持不变故级的轴向推力与级内压差成正比变化，最大轴向推力发生在最大负荷工况 综上所述，汽轮机轴向推力的变工况计算相当复杂，且难以计算准确在实际运行中，常用测量推力轴承工作瓦块温升的方法来监视轴向推力的变化 第七节 蒸汽初终参数对汽轮机工作的影响 电厂中，汽轮机经常在变动工况下运行除流量发生变化外，蒸汽的参数也可能偏离设计值蒸汽参数在一定范围内变化，在运行中是允许的，实际上也是难免的 这种变动只会影响汽轮机的经济性，而不影响它的安全性但当初终参数变化超过一定范围后，就会影响机组的安全。
本节只讨论蒸汽初终参数的变化对汽轮机经济性的影响 一、初温、背压不变，初压变化对功率的影响 蒸汽初压的变化，将会引起进汽量、理想焓降和内效率的变化由汽轮机的功率方程式可知，初压略偏离设计值，功率增量为 1．当初压变化，调节阀开度不变对上式各项进行简化、推导可得或式中 为初压改变量，若初压降低，则 为负值，其他参数均为额定值 2．初压变化，保持流量不变 (1)对于喷嘴调节汽轮机来说，如果初压变化时，保持流量不变，则调节阀门开度将发生变化若忽略节流损失，则功率要发生改变，这是由焓降变化所引起的这样，上式就变为或 (2)对于节流调节汽轮机来说，当初压变化，流量不变，必须改变调节阀的开度，则第一级前的压力不变因此，理想焓降不变，初压变化不会引起功率变化，但有节流损失 (3)对于中间再热机组，初压变化只会对高压缸起作用而高压缸的功率一般只占总功率的1/4~1/3，对功率影响不大 3．初压变化，要求功率不变，则流量要变化由 可知，流量的改变量为或等式右边的负号表示当初压升高、 增大， 提高时流量D是减小的。
二、初压、背压不变，初温变化对功率的影响 当初温在一定范围内变化时，要影响功率；初焓变化，也会影响蒸汽在锅炉内的吸热量Q现讨论蒸汽总吸热量Q不变的条件下，由功率方程式 当初温变化时，理想焓降、初焓和效率都要变化，对上式进行推导得 三、初压、初温不变，背压变化对功率的影响 背压变化引起功率的变化，主要表现在最后一级下面按末级动叶内汽流速度未达临界值和超过临界值二种情况进行讨论 为讨论方便，假定设计工况下末级级后压力等于临界压力p2cr这样，在变动工况下，背压升高属于第一种情况：背压降低属于第二种情况 对运行中凝汽式汽轮机末级的临界速度变化不大，一般可取w2cr=370m/s，级的平均干度xm=0.94，速度系数 这样有 1．背压由临界压力p2r升高，当背压由临界压力p2cr上升到p2时，汽轮机理想焓降减小，末级余速损失、效率、排汽管压损和低压加热器抽汽量等均发生变化这几个方面都将引起功率变化，最后可得 对于汽轮机组，各有关系数均为常数，则由上式可知，单位流量的功率增量 只与压力比 有关，故有 2．背压由临界压力p2cr下降 假定凝汽器蒸汽流量不变，背压自临界压力p2cr下降，则蒸汽须在末级动叶斜切部分中继续膨胀，发生偏转，出汽角由 变为 。
背压下降后，除末级以外其它各级的功率不变这时，汽轮机功率的增量，即末级功率的增量取决于末级动叶出口相对速度的变化，经过推导背压由临界压力p2cr 下降时，所引起单位流量的功率变化为 3.通用曲线 由以上分析可知，汽轮机的背压发生变化时，单位蒸汽流量功率的改变量 均只与 有关 因此，可将上述两种情况绘成统一的曲线，并在临界压力处链接，称之为通用曲线，如图3-66所示 第四章 汽轮机的调节第一节 汽轮机调节的任务与组成 一、自动调节的任务1、自动调节的任务： ①保证汽轮发电机组能够根据用户的需要及时地提供足够的电力 ②调整汽轮机的转速，使汽轮机维持在规定的范围内3.自动调节的过程： 当外界电负荷改变，汽轮机转速有一很小变化时，自动调节改变进汽量，使发出的功率与外界电负荷相适应，且保证调节后机组转速的偏差不超过规定的小范围2、供电质量的两个标准： ① 频率 ②电压 二、汽轮发电机组的自动调节作用在转子上的三个力矩： ①蒸汽作用在转子上的主力矩Mt ②发电机的电磁阻力距Me ③摩擦力矩Mf转子的运动方程 由 得到 发电机组力矩转速关系 汽轮机发电机组的自调节特性（自平衡特性）：当外界符合改变时，不调节汽轮机功率，它也可以从一个稳定工况过渡到另一稳定工况。
自动调节构成中，由于转数的变化量远大于负荷变化值才能使机组再次平衡，且自平衡过程中不仅不能满足电力用户的需要，对汽轮发电机组的安全也是不利的因此必须依靠汽轮机调节系统，当外界符合改变时，能自动调节进汽量，使主力矩随之改变 有差调节：外界负荷改变，调节系统动作达到新的平衡后，转数与原转数存在一个差值 2、直接调节和间接调节的区别：（１）直接调节：调节汽门是由调速器本身直接带动的２）间接调节：由于调速器的能量有限，一般难以直接带动调节汽门，所以都将调速器滑环的位移在能量上加以放大，从而构成间接调节系统三、调节系统的基本工作原理及组成1、调节系统：利用一定的仪器设备感受转数的变化信号，并将其转换放大，从而达到调节阀门开度，即调节功率而转数基本维持不变 直接调节示意图和方框图间接调节示意图和方框图 （1）直接调节 当外负荷变化，转子力矩平衡被打破后，转速感受机构（调速器）感知转速的变化，通过传递放大机构将信号放大，传给配汽执行机构，改变调门开度o直接调节系统示意图和方框图直接调节系统示意图和方框图转速感受机构传递放大机构配汽机构调节汽门由调速器本身直接带动，称为直接调节。
调节汽门汽轮机调速器μn （2）间接调节系统反馈是刚性反馈bac压压力力油油回回油油_汽轮机调节汽门调速器油动机+反馈 当外界负荷变化时，调节系统动作结束后，机组并不维持转速不变，不同的负荷对应不同的稳定转速，只是转速的变动较小，这种被调量调节前后不同的调节是有差调节 如被调量调节前后保持一致，成为无差调节采用弹性反馈可实现无差调节，不用于转速调节，用于供热汽轮机的调压系统，维持压力不变3. 有差调节与无差调节bac压压力力油油回油回油无差调节系统示意图无差调节系统示意图 负反馈： 错油门滑阀位移引起油动机活塞运动，活塞位移反过来影响错油门滑阀的位移，这种作用称为反馈 这种反馈是抵消调速器对滑阀的作用，故称为负反馈，它是间接调节系统中不可缺少的环节实现反馈的设备元件称为反馈机构 反馈的作用：使调节系统稳定 闭环汽轮机自动调节系统的四个组成部分•转速感受机构 作用：感受转速的变化，并将其转变为能使调节系统动作的信号，通常又称为调速器•传送放大机构 作用：将调速器送来的信号进行放大，并将放大的信号送至执行机构—配汽机构•执行机构 作用：接受放大后的调节信号，调节汽轮机的进汽量，即改变汽轮机的功率。
•调节对象（汽轮机） 第一节 汽轮机静止部分结构第二节 汽轮机转动部分结构第六章 汽轮机主要零件结构与震动 汽轮机的组成： 静止部分(静子) 转动部分(转子)静止部分包括：汽缸、喷管、隔板、隔板套(或静叶持环)、汽封、轴承、滑销系统以及有关紧固件等第一节 汽轮机静止部分结构 本节主要介绍：一、汽缸二、隔板、隔板套和静叶环、静叶持环三、轴承 一、汽缸 定义：汽缸即汽轮机的外壳，是汽轮机静止部分的主要部件之一 主要作用：将汽轮机的通流部分与大气隔绝，以形成蒸汽能量转换的封闭空间，以及支承汽轮机的其他静止部件(如隔板、隔板套、喷管室等） 汽缸的形式： 汽缸一般为水平中分形式，上、下两个半缸通过水平法兰用螺栓紧固汽缸通过猫爪或撑脚支承在轴承座或基础台板上，汽缸的外部连接有进汽管、排汽管和抽汽管等管道 汽缸的分类•小功率汽轮机，一般设计制造成单缸体•大功率汽轮机，设计成多缸结构，按汽缸进汽参数的不同，分别称为高压缸、中压缸和低压缸•跟据每个汽缸的工作条件不同，汽缸可设计制造成单层缸、双层缸和三层缸。
•按通流部分在汽缸内的布置方式可分为顺向布置、反向布置和对称分流布置;•按汽缸形状可分为有水平接合面的或无水平接合面的以及圆筒形、圆锥形、阶梯圆筒形等 汽缸结构的要求•要保证有足够的强度和刚度，足够好的蒸汽严密性;•保证各部分受热时能自由膨胀，并能始终保持中心不变;•通流部分有较好的流动性能; •汽缸形状要简单、对称，壁厚变化要均匀，同时在满足强度和刚度的要求下，尽量减薄汽缸壁和连接法兰的厚度;•节约贵重钢材消耗量，高温部分尽量集中在较小的范围内•工艺性好，便于加工制造、安装、检修，也便于运输 汽缸的形体设计应力求简单、均匀、对称，以期能顺畅的膨胀和收缩，以减小热应力和应力集中，并且具有良好的密封性能 （一）高 压 缸 高压汽缸的工作特点： 高压汽缸的工作特点是缸内所承受的压力和温度都很高，因此要求汽缸的缸壁应适当加厚，法兰的尺寸和螺栓的直径等也要相应的加大，当机组启动、停机和工况变化时，将导致汽缸、法兰和螺栓之间因温差过大而产生很大的热应力，甚至使汽缸变形、螺栓拉断 采用单层缸所带来的问题•由于汽缸内压力很高，致使缸内外压差增大，则缸壁及法兰需做得较厚为保证中分面的汽密性，其联接螺栓必须有很大的预紧力，故其尺寸很大，因此需要设置加热(或冷却)装置。
•整个高压缸需用耐高温的贵重合金钢制造，提高了造价•由于法兰比缸壁厚得多，在机组启动、停机和变工况时，温度分布不均匀将产生很大的热应力和热变形，这对设备安全和工作寿命极为不利 双层缸•高参数大容量汽轮机的高压缸多采用双层缸结构有的机组甚至将高、中压缸和低压缸全做成双层缸•机组的蒸汽初参数越高，容量越大，采用双层缸的优点就越明显 双层缸结构的优点: 把原单层缸承受的巨大蒸汽压力分摊给内外两缸，减少了每层缸的压差与温差，缸壁和法兰可以相应减薄，在机组启停及变工况时，其热应力也相应减小，因此有利于缩短启动时间和提高负荷的适应性 •内缸主要承受高温及部分蒸汽压力作用，且其尺寸较小，故可做得较薄，这样所耗用的贵重耐热金属材料相对减少•外缸因设计有蒸汽内部冷却，运行温度较低，故可用较便宜的合金钢制造•外缸的内外压差比单层汽缸时降低了许多，减少了汽缸结合面漏汽的可能性，汽缸结合面的严密性能够得到保障在启动过程中，内外缸夹层中的蒸汽可使内外缸尽可能迅速同步加热，有利于缩短启动时间 当机组正常运行时，由于内缸温度很高，其热量源源不断地辐射到外缸，有使外缸超温的趋势，这时夹层汽流对外缸起冷却作用。
当机组冷态启动时，为使内外缸尽可能迅速同步加热，以减小动、静胀差和热应力，缩短启动时间，此时夹层汽流即对汽缸起加热作用通常在内外缸夹层里引入一股中等压力的蒸汽流 汽轮机高压缸的布置方式1、高中压合缸，即高中压缸合并成一个汽缸 高中压缸合缸布置时，新蒸汽和再热蒸汽均由中间进入汽缸，高中压通流部分采用反向布置2、高中压分缸，即分成两个汽缸 高中压合缸的优点：高中压合缸的优点： ①高中压进汽部分集中在汽缸中部，即高温区在中间，又由于采用了双层缸结构，改善了汽缸温度场分布情况，使汽缸温度分布较均匀，汽缸热应力较小，以及因温差过大而造成汽缸变形的可能性减小，同时也改善了轴承的工作条件; ②高中压缸的两端分别是高压缸排汽和中压缸排汽，压力和温度都较低，因此两端的外汽封漏汽量少，轴承受汽封温度的影响也较小，对轴承、转子的稳定工作有利; ③高中压缸通流部分反向布置，轴向推力可互相抵消一部分，再辅之增加平衡活塞，轴向推力也较易平衡，推力轴承的负荷较小，推力铀承的尺寸减小，有利于轴承箱的布置; ④采用高中压合缸，减少了径向轴承的数目(减少1~2个)，减少了汽缸中部汽封的长度，可缩短机组主轴的总长度，制造成本和维修工作量降低。
高中压缸合缸布置的缺点：高中压缸合缸布置的缺点：•推力轴承常位于前轴承箱中，使机组的胀差不易控制;•合缸后汽缸形状复杂，孔口太多;•汽缸、转子的几何尺寸较大，重量太重;•管道布置较拥挤;•机组相对膨胀较复杂，使机组对负荷变化的适应性较差;•安装、检修较复杂 高中压缸采用合缸后，相应要设置一套高中压缸的冷却系统，此系统除用于对内缸的冷却外，还用于降低再热蒸汽包围的中压缸进汽口处的叶片根部和转子的温度，以改善受影响区域的叶根和转子蠕变速度，减少转子弯曲的可能性 （二）低压缸•低压缸的工作特点： 大功率机组低压缸工作压力不高，温度较低，但由于蒸汽容积大，低压缸的尺寸很大，尤其是排汽部分•关键问题： 保证缸体的刚度，防止缸体产生挠曲和变形、合理设计排汽通道,解决好热膨胀 解决热膨胀的设计方法•为了改善低压缸的热膨胀，大机组低压缸均采用双层汽缸结构(有的采用三层缸结构)，将通流部分设计在内缸中，使体积较小的内缸承受温度变化，而外缸和庞大的排汽缸则均处于排汽低温状态，使其膨胀变形较小•优点: 这种结构有利于设计成径向扩压排汽，使末级的排汽余速损失减小，并可缩短轴向尺寸。
•为了减小质量并便于制造，多缸汽轮机的低压缸大多采用钢板焊接结构及对称分流布置 汽轮机在运行时，一旦出现凝汽器冷却水中断，则会使排汽压力升高，当超过低压排汽缸设计的最大安全值时，会损坏低压缸为此，在低压缸上缸端部装有排大气阀，当汽缸内部压力升高到超过规定的最大安全值时，此阀将自动打开，紧急排汽 (三)进汽部分•定义：进汽部分指调节汽阀后蒸汽进人汽缸第1级喷管这段区域包括调节汽阔至喷管室的主蒸汽(或再热蒸汽)导管、导管与汽缸的连接部分和喷管室•工作特点：它是汽缸中承受蒸汽压力和温度最高的部分 采用分开结构的蒸汽室的原因: ①超高参数的机组，高压缸都采用了双层缸的结构，运行中，因内外缸有相对膨胀，这样就不可能把进汽部分与内缸合为一个整体; ②进汽部分承受的压力和温度都很高，一般都采用比汽缸更好的金属材料来制造，为了合理利用优质高温金属材料，采用分开结构较合理; ③进汽部分温度很高，而相比之下，汽缸温度稍低，如果把蒸汽室和汽缸连成为一个整体，由于其形状复杂，温度分布不均匀，势必产生很大的热应力，使汽缸产生变形，严重时甚至产生裂纹 (四)中低压连通管 中低压连通管的作用： 在最小的压损下将蒸汽从中压排汽口引入低压缸。
通过在每个衔接的短管中装入一组由许多叶片组成的导流叶片环，使汽流平衡地改变方向来达到这个目的 (五)汽缸的支承和滑销系统作用：①保证汽轮机在受热或冷却过程中汽缸能按要求自由的膨胀、收缩就显得特别重要 ②保证机组安全经济的运行，同时还要动静部分对中不变或变化很小 遵循的原则:既要允许汽缸各部件的热膨胀,又要保证汽缸与转子中心线一致 汽缸的支承定位：包括外缸在轴承座和基础台板(座架、机架等)上的支持定位;内缸在外缸中的支持定位以及滑销系统的布置等 1、汽缸的支撑 汽缸通过轴承座及本身的搭脚支承在基础台板(或称座架、机座)上，基础台板又用地脚螺栓固定在基础上 小型汽轮机的基础台板才采用整块的铸件 功率稍大的汽轮机基础台板都由几块铸件组成 (1)猫爪支承：汽缸通过其水平法兰延伸的猫爪作为承力面，支承在轴承座上，称为猫爪支承•汽轮机的高、中压缸均采用这种支承方式•猫爪支承分为上猫爪支承和下猫爪支承两种形式1)下猫爪支承:下猫爪支承就是由下汽缸水平法兰前后延伸出的猫爪(称为下猫爪)作为支承猫爪(或工作猫爪)，分别支承在汽缸前后的轴承座上下猫爪支承又可分为非中分面支承和中分面支承两种。
•非中分面猫爪支承:这种猫爪支承的承力面与汽缸水平中分面不在一个平面内•优点：其结构简单，安装检修方便•缺点：当汽缸受热使猫爪因温度升高而产生膨胀时，将导致汽缸中分面抬高，偏离转子的中心线，从而会改变动、静部分的径向间隙，严重时会造成动、静部分摩擦甚至碰撞而发生事故•适用范围：温度不高的中低参数机组的高压缸支承 •猫爪的位置抬高了，其承力面正好与汽缸中分面在同一水平面上•优点：当汽缸温度变化时，猫爪的热膨胀就不会影响汽缸的中心线了•缺点：这种结构因猫爪抬高使下汽缸的加工变得复杂•适用范围：高参数大容量机组的高、中压缸 图6-8上海汽轮机厂300MW机组汽缸下猫爪支承结构1一轴承座; 2下缸猫爪; 3一压紧螺栓;4一螺帽; 5一工作垫片 2)上猫爪支承由上汽缸水平法兰前后伸出猫爪来支承汽缸，称上猫爪支承上猫爪支承均为中分面支承•优点：汽缸受热膨胀时，不会影响汽缸的中心线•缺点：由于下缸是靠水平法兰的螺栓吊在上缸上的，使螺栓受力增加，而且对中分面的密封也不利，其安装也比较麻烦 (2)台板支承•定义：用下缸伸出的撑脚支承在基础台板上•低压缸的支承比汽缸中分面低得多因此当低负荷汽缸过热时，转子和汽缸的对中将发生变化。
但因其温度低，膨胀较小，影响并不大•采用的结构：对于大功率机组，通常采用轴承座与低压缸分开的结构，以消除低压缸的弹性变形对转子对中位置的影响 •布置的分布：将支承面沿低压缸四周布置，且下缸的支承面接近汽缸中分面•益处：减小低压缸的变形，增加其支承刚度，减小低负荷时排汽温度升高而引起的转子和汽缸对中位置的变化•注意事项：汽轮机在空载或低负荷运行时排汽温度不能过高，否则将使排汽缸过热，影响转子和汽缸的同心度和转子的中心线，所以要限制排汽温度，设置排汽缸喷水减温装置 2.滑销系统 滑销系统的作用：保证汽缸能定向自由膨胀，并能保持汽缸与转子中心一致，避免因膨胀不畅产生不应有的应力及机组振动保证汽缸自由膨胀，又能保持机组中心不变 滑销系统的分类：滑销的构造形式、安装位置和不同的作用，滑销系统通常由立销、纵销、横销、猫爪横销、斜销、角销等组成 死点的定义：热膨胀时，立销引导汽缸沿垂直方向滑动，纵销引导轴承座和汽缸沿轴向滑动，横销则引导汽缸沿横向滑动并与纵销(或立销)配合，确定膨胀的固定点 对凝汽式汽轮机来说，死点多布置在低压排汽口的中心或附近，这样在汽轮机受热膨胀时，对庞大笨重的凝汽器影响较小。
二、隔板、隔板套和静叶环、静叶持环 冲动式汽轮机为隔板型结构，汽缸上有固定静叶的隔板及支承隔板的隔板套; 反动式汽轮机为转鼓型结构，汽缸上有静叶环及支承静叶环的静叶持环 1、隔板•隔板的定义：隔板是汽轮机各级的间壁，用以固定汽轮机各级的静叶片和阻止级间漏汽，并将汽轮机通流部分分隔成若干个级•安装的位置：可以直接安装在汽缸内壁的隔板槽中，也可以借助隔板套安装在汽缸上•隔板通常做成水平对分形式，其内圆孔处开有隔板汽封的安装槽，以便安装隔板汽封 •隔板的作用：高压部分的隔板承受着高温高压蒸汽的作用，低压部分的隔板承受着湿蒸汽的作用•对隔板的要求：在结构上要求它必须具有足够的强度与刚度、较好的汽密性、合理的支承与定位，以保证隔板在静止和运行状态下均能与转子同心以及具有良好的加工性•隔板的组成：隔板体、静叶片和隔板外缘等几部分组成 •具体结构的分类：焊接隔板和铸造隔板 高中压部分用焊接隔板，低压部分用铸造隔板.•焊接隔板：将铣制或精密铸造、模压、冷拉的静叶片嵌在冲有叶型孔槽的内、外围带上，焊成环形叶栅，然后再将它焊在隔板体和隔板外缘之间，组成焊接隔板在隔板出口与外缘联结处有两道叶顶径向汽封片，在隔板内圆孔处开有隔板汽封的安装槽•焊接隔板的优点：具有较高的强度和刚度，较好的汽密性 •铸造隔板是将已成型的喷管叶片在浇铸隔板体的同时支撑销放人其中，一体浇铸而成。
它的喷管叶片可用铣制、冷拉、模压以及爆炸成型等方法制成•优点：这种隔板加工制造比较容易，成本低•缺点：通流表面光洁度较差，使用温度也不能太高，一般用于工作温度低于350℃的级 2、隔板套 •作用：隔板套用来固定隔板•优点：采用隔板套不仅便于拆装，而且可使级间距离不受或少受汽缸上抽汽口的影响，从而可以减小汽轮机的轴向尺寸，简化汽缸形状，有利于启停及负荷变化，并为汽轮机实现模块式通用设计创造了条件•缺点：隔板套的采用会增大汽缸的径向尺寸，相应的法兰厚度也将增大，延长了汽轮机的启动时间 3、静叶环和静叶持环 在反动式汽轮机中没有叶轮和隔板，动叶片直接装在转子的外缘上，静叶则固定在汽缸内壁或静叶持环上 静叶持环的分级一般是考虑便于抽汽口的布置而定的 静叶环和静叶持环一般为水平中分式 三、轴承•轴承的分类：径向支持轴承和推力轴承•径向支持轴承用来承担转子的重量和旋转的不平衡力，并确定转子的径向位置，以保持转子旋转中心与汽缸中心一致，从而保证转子与汽缸、汽封、隔板等静止部分的径向间隙正确•推力轴承承受蒸汽作用在转子上的轴向推力，并确定转子的轴向位置，以保证通流部分动静间正确的轴向间隙。
(一）轴承工作原理•汽轮机轴承都采用以油膜润滑理论为基础的滑动轴承•两平面间建立油膜的条件是： (1)两平面间必须形成楔形间隙 (2)两平面间有一定速度的相对运动，并承受载荷，平板移动的方向必须由楔形间隙的宽口移向窄口 (3)润滑油必须有一定的黏性和充足的油量 (二)径向支持轴承1、油膜的形成2、轴承结构 径向支持轴承的型式很多，按轴承支承方式可分为固定式和自位式两种; 按轴瓦形式可分为圆柱形轴承、椭圆形轴承、三油楔轴承和可倾瓦轴承等 各种轴承的适用范围 圆柱形轴承主要适用于低速重载转子； 三油楔支撑轴承、椭圆形支持轴承分别适用于较高转速的轻、中和中、重载转子; 可倾瓦支持轴承则适用于高转速轻载和重载转子 (1)圆柱形轴承•圆柱形轴承的轴瓦内径为圆柱形，静止时，顶部间隙为侧面间隙的两倍;工作时，轴颈下形成一油楔•缺点：稳定性不如其他三种轴承，常被用于中小容量机组或大机组的低压转子上 (2)椭圆形轴承•椭圆形轴承的结构与圆柱形轴承基本相同，只是轴瓦的内孔侧面间隙加大了，并呈椭圆形由于轴承上部间隙减小，除下部的主油楔外，在 上部又增加了一个副油楔。
•优点：由于副油楔的作用，压低了轴心位置，使轴承的工作稳定性得到了改善;由于轴承侧面间隙的加大，使油楔的收缩更剧烈，有利于形成液体摩擦及增大了轴承的承载能力 (3)三油楔轴承•优点：三油楔支持轴承是一个多油楔轴承，具有较好的抗振性和稳定性，这主要是因为油楔多，即工作面多，而且每一个瓦面的曲率半径都比轴颈半径大，因此对应轴颈中心在轴承内的每一个小位移，都有一个较大的相对偏心率之故•缺点：承载能力并不很大，稳定性也并不十分理想，适于在高速轻、中载场合下使用三油楔轴承的加工制造和安装检修比较复杂 (4)可倾瓦轴承•优点：具有较高的稳定性，理论上可以完全避免油膜振荡的产生具有很好的减振性具有承载能力大、功耗小及可承受各个方向的径向载荷、适应正反转动等•缺点：结构复杂，安装检修较为困难、成本较高等 (三）推力轴承•作用：确定转子的轴向位置和承受作用在转子上的轴向推力•推力轴承经常与支持轴承合为一体，称为推力支持联合轴承 汽轮机的组成： 静止部分(静子) 转动部分(转子)转动部分包括：动叶栅、叶轮(或转鼓)、主轴和联轴器以及紧固件等旋转部件。
第二节 汽轮机转动部分结构 本节主要介绍：一、转子二、叶轮(或转鼓)三、动叶片四、联轴器五、盘车装置 一、转子一、转子 定义：汽轮机的转动部分总称为转子 组成：主轴、叶轮(或轮鼓）、动叶及联轴器等 主要作用：起着工质能量转换及扭矩传递的任务将各级动叶栅上得到的机械能并传给发电机(或其他机械) 受力情况：①承受着叶片、叶轮、主轴本身质量离心力所引起的巨大应力、蒸汽作用在其上的轴向推力以及由于温度分布不均匀引起的热应力②承受巨大的扭转力矩和轴系振动所产生的动应力 对转子的要求：具有很高的强度和均匀的质量 转子的两种基本形式：轮式和鼓式 轮式转子：具有安装动叶片的叶轮，通常应用于冲动式汽轮机 鼓式转子：鼓式转子则没有叶轮，动叶片直接装在转鼓上，通常应用于反动式汽轮机 按主轴与其他部件间的组合方式，轮式转子：套装式、整锻式、组合式和焊接式四种结构形式 1、整锻转子 •整锻转子：叶轮、轴封、联轴节等部件与主轴系由一整体锻件加工而成•优点：①能消除叶轮等部件高温下可能松动的问题，对启动和变工况的适应性较强，适于在高温条件下运行。
②强度和刚度均大于同一外形尺寸的套装转子，且结构紧凑，轴向尺寸短，机械加工和装配工作量小 •缺点：锻件尺寸大，工艺要求高，加工周期长，且大锻件的质量难以保证，贵重材料消耗量大，不利于材料的合理利用 •生产制造中的困难：由于浇铸的钢锭在冷却过程中，中心部位最后凝结，所以在这些地方容易夹渣;在锻压转子毛坯时，中心部位的变形错综复杂，这一部位容易产生裂纹 2、套装转子 套装转子：转子上的叶轮、轴封套、连轴节等部件是分别加工的，热套在主轴上的，为防止配合面发生松动，各部件与主轴之间采用过盈配合，并用键传递力矩 优点：套装转子的锻件尺寸较小，加工方便，质量容易得到保证，而且不同部件可以采用不同的材料，可以合理利用材料 •缺点：①在高温下，由于金属产生蠕变，叶轮内孔直径会逐渐增大，最后导致装配过盈量消失，使叶轮与主轴之间产生松动，从而造成叶轮中心与转子中心偏离，造成转子质量不平衡，机组产生振动，且快速启动适应性差②叶轮内孔在运行中将发生较大的弹性变形，因而需要设计较大的装配过盈量，但同时会引起很大的装配应力 •应用范围：套装转子不宜用于高温高压汽轮机的高、中压转子，只适应于中压汽轮机或高压汽轮机的低压部分 。
3、焊接转子 •焊接转子：焊接转子主要由若干个叶轮和两个端轴拼焊而成•优点：①采用无中心孔的叶轮，可以承受很大的离心力，强度好，相对质量小，结构紧凑，刚度大②不需要采用大型锻件，叶轮与端轴的质量容易得到保证，其工作的可靠性取决于焊接质量，故要求焊接工艺高、材料的焊接性能好 4、组合转子 •组合转子 ：整锻一套装组合转子也是汽轮机常采用的转子结构形式 •优点：利于整锻转子与套装转子的各自特点，在高温区采用叶轮与主轴整体锻造结构，而在低温区采用套装结构即可保证高温区各级叶轮工作的可靠性，又可避免采用迂大的锻件;而且套装的叶轮和主轴可以采用不同的材料，有利于材料的合理利用•应用范围：高参数、中等容量的汽轮机 反动式汽轮机转鼓结构反动式汽轮机转鼓结构 为了减少金属蠕变变形和降低启动工况下的热应力 ，一般情况下均采用较低温度的蒸汽来冷却主蒸汽和再热蒸汽进口处的转子部位 主蒸汽进入调节级的区域内转子冷却结构 再热蒸汽进口区内转子的冷却结构 叶轮的作用：用来装置叶片并传递汽流力在叶栅上产生的扭矩的 叶轮的受力情况：①叶轮自身和叶片等零件的质量引起的巨大离心力②因温度沿叶轮径向分布不均匀所引起的热应力、叶轮两边蒸汽的压差作用力以及叶片一叶轮振动引起的振动应力。
③对于套装叶轮，其内孔上还受到因装配过盈而产生的接触压力 二、叶轮 3 3 3 叶轮的形式 叶轮的组成：由轮缘、轮面和轮载三部分组成 各自的作用：轮缘上开有叶根槽以装置叶片，其形状取决于叶根的型式；轮载是为了减小内孔应力的加厚部分，其内表面上通常开有键槽；轮面把轮缘与轮载连成一体，高、中压级叶轮的轮面上还通常开有5-7个平衡孔 叶轮的结构形式(a)、(b)、(c)等厚度叶轮; (d) 、(e)锥形叶轮; (f)双曲线形叶轮; (g)等强度叶轮 (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) 按照轮面的型线可将叶轮分成：等厚度叶轮、锥形叶轮、双曲线形叶轮和等强度叶轮等轮面型线的选择：根据叶轮的工作条件 •图(a)和图(b)为等厚度叶轮，这种叶轮加工方便，轴向尺寸小，但强度较低，一般用在圆周速度为120-130m/s的场合•图(b)为整锻转子的高压级叶轮，所以没有轮毂•图(c)为等厚度叶轮在内径处有加厚部分，其圆周速度可达170-200m/s•图(d)和图(e)为锥形叶轮，这种叶轮不但加工方便，而且强度高，可用在圆周速度为300m/s的场合，因而获得了最广泛的应用，套装式叶轮几乎全是采用的这种结构形式。
•图(f)为双曲线形叶轮，与锥形叶轮相比，它的重量轻，但强度不一定高，且加工较复杂，故仅用在某些汽轮机的调节级中•图(g)为等强度叶轮，这种叶轮没有中心孔，强度最高，圆周速度可达400m/s以上，但对加工要求高，故一般均采用近似等强度的叶轮型线以便于制造此种叶轮多用在盘式焊接转子或高速单级汽轮机中 三、动叶片•定义：动叶片就是在汽轮机工作过程中随汽轮机转子一起转动的叶片，也称工作叶片•作用：动叶片安装在叶轮或转鼓上，由多个叶片组成动叶栅，其作用是将蒸汽的热能转换为动能，再将动能转换为汽轮机转子旋转机械能，使转子旋转 •工作条件：因高速转动和汽流作用而承受较高的静应力和动应力外，因处在高温过热蒸汽区、两相过渡区和湿蒸汽区内工作而承受高温、腐蚀和冲蚀作用 对动叶的要求•具有良好的空气动力特性，提高流动效率;•要有足够的强度;•对于湿汽区工作的叶片，要有良好的抗冲蚀能力;•要有完善的振动特性;•结构合理，工艺良好叶片的组成：由叶型部分、叶根和叶顶连接件组成 1、叶型部分 •定义：叶型部分也称作叶身或工作部分，它是叶片的基本部分，叶型部分的横截面形状称为叶型，叶型决定了汽流通道的变化规律。
•要求：为了提高能量转换效率，叶型部分应符合气体动力学要求 •叶型的结构尺寸：主要决定于静强度和动强度的要求和加工工艺的要求 •分类：按叶型沿叶高是否变化，叶片分为叶型沿叶高不变的等截面直叶片和叶型沿叶高变化的变截面扭叶片 •在湿蒸汽区工作的叶片，为了提高抵抗水滴侵蚀的能力，其上部进汽边的背面通常经过强化处理，如表面镀铬、局部高频淬硬、电火花强化、氮化、焊硬质合金等 2、叶根 •定义：叶根是将叶片固定在叶轮或转鼓上的连接部分•作用：紧固动叶，使叶片在经受汽流的推力和旋转离心力作用下，不致于从轮缘沟槽里拔出来它的结构应保证在任何运行条件下叶片都能牢靠地固定在叶轮或转鼓上•要求：力求制造简单、装配方便 常用的叶根结构形式•常用的叶根结构形式有T型叶根、叉型叶根和纵树型叶根等 (a) (b) (c) (d) T型叶根(a) T型叶根; (b)外包T型叶根; (c)双T型叶根; (d)装入T型叶根的切口 (1) T型叶根•优点：这种叶根结构简单，加工装配方便，工作可靠，强度能满足较短叶片的工作需要，为短叶片所普遍采用•缺点：叶片的离心力对轮缘两侧截面产生弯距，而叶根承载面积小，使叶轮轮缘弯曲应力较大，轮缘有张开的趋势。
凸肩凸肩T T型叶根，如下所示：型叶根，如下所示：•产生：在叶根和轮缘上做成两个凸肩叶根的凸肩能阻止轮缘张开，减小轮缘两侧截面上的应力•适用范围：叶轮间距小的整锻转子常采用这种形式的叶根 •双T型叶根，如下所示:•产生：在叶片离心力较大的场合下，为了避免过多地增加轮缘及叶根尺寸，就需要用增加叶根承力肩数的方法加大叶根的受力面积•适用范围：可用于较长叶片 •T型叶根属于周向装配式叶根，通常在一圈叶根槽上对称铣出两个切口，如下所示：缺点：当个别叶片损坏需要更换时，不能单独拆换，必须将部分或全部叶片拆下重装 (2)(2)叉型叶根叉型叶根 •优点：这种叶根使轮缘不承受偏心弯矩，叉尾数目可根据叶片离心力大小选择，因而强度高、适应性好同时，叶根和轮缘加工方便，检修时可以单独拆换个别叶片，所以被大功率汽轮机末几级广泛采用 •缺点：但其装配时比较费工;另由于整锻转子和焊接转子的工作空间小，给钻哪钉孔带来了困难，所以这两种转子一般不用叉型叶根 (3)(3)纵树型叶根纵树型叶根 纵树型叶根纵树型叶根•优点：①在同样的尺寸下，纵树型叶根承载能力高②叶根两侧齿数可根据叶片离心力的大小选择③拆装方便。
•缺点：但是这种叶根外形复杂，装配面多，要求有很高的加工精度和良好的材料性能，而且齿端易出现较大的应力集中•适用范围：一般多用于大功率汽轮机的调节级和叶片较长的级 3 3、叶顶部分、叶顶部分 •组成：在叶顶处将叶片连接成组的围带和在叶型部分将叶片连接成组的拉金 •采用围带或拉金的作用：可增加叶片的刚性，降低叶片中汽流产生的弯应力，调整叶片频率以提高其振动安全性围带还构成封闭的汽流通道，防止蒸汽从叶顶逸出，有的围带还做出径向汽封和轴向汽封，以减少级间漏汽•围带的分类：整体围带、铆接围带 、拱形围带 整体围带，如图所示：•这种围带是与其叶片在同一块毛坯上铣出的，叶片装好后围带也就相互靠紧而形成一圈围带 铆接围带，如图所示： 采用这种结构的叶片，在其顶部要加工出铆钉头用作围带的钢带要按铆钉头的节距冲好铆钉孔，待备好的钢带放上以后，用铆接或焊接，或者铆接加焊接的方法把钢带固定在叶片上一般是4～16只叶片用一段钢带联成一组 拱形围带，如图所示： 这种围带可以有效地加强叶片的刚性，控制叶片的A型振动和扭转振动，此时叶顶需做出与弹性拱形片相配合的铆接部分 拉金的采用•汽轮机的较长叶片常用拉金将叶片连接成组。
•结构：拉金与叶片间可以采用焊接结构，也可以采用松装结构; •连接方式：连接方式有整圈连接、成组连接、网状连接和Z形连接等 拉金的作用•焊接拉金的作用：减小叶片的弯应力，改变叶片的刚性，提高其振动安全性•松拉金的作用：增加叶片的离心力，以提高叶片的自振频率;增加叶片的阻尼，以减小叶片的振幅;同时对叶片的扭振也起到了一定的抑制作用 拉金的缺点•缺点：由于拉金处在汽流通道的中间，从而引起了附加的能量损失;同时拉金孔削弱了叶片的强度，所以在满足了强度和振动要求的情况下，有的长叶片也可以设计成自由叶片•当叶片不用围带连接或为自由叶片时，叶顶通常削薄，这样可以减小叶片质量，同时起到汽封的作用，并防止运行中叶顶与汽缸相碰时损坏叶片 四、联轴器•定义：联轴器又叫靠背轮或对轮•作用：用来连接汽轮机的各个转子以及发电机的转子，并将汽轮机的扭矩传给发电机，联轴器还能传递轴向推力 •形式：刚性联轴器、半挠性联轴器和挠性联轴器 1、刚性联轴器•定义：两个半联轴器直接刚性相连 •分类：按联轴器对轮与主轴的连接方法不同，刚性联轴器有装配式和对轮与主轴成整体两种结构 (a) 刚性联轴器 (b)(a)套装联轴器; (b)整锻转子(联轴器与主轴成一整体) 1、2一联轴器(对轮); 3一螺栓; 4一盘车齿轮 刚性联轴器的特点•刚性联轴器优点：结构简单、尺寸小;工作时不需要润滑，无噪声;连接刚性强，传递扭矩大;能传递轴向推力; 缩短了转子轴向长度。
•缺点：可互相传递相连转子的振动与轴向位移，增加了查找振动原因的困难;对两侧转子校中心的要求较高，制造和安装的少许偏差都会产生附加应力，引起机组较大的振动 2 2、半挠性联轴器、半挠性联轴器 波形套筒在扭转方向是刚性的，在弯曲方面则是挠性的 半挠性联轴器 1、2--联轴器; 3--波形套筒； 4、5--螺栓; 6--齿轮 半挠性联轴器的优点及适用范围•优点：波形套筒则可略微补偿两转子不同心的影响，同时还能在一定程度上吸收从一个转子传到另一个转子的振动，且能传递较大的扭矩，并将发电机转子的轴向推力传递到汽轮机的推力轴承上•适用范围：这种联轴器广泛用来连接汽轮机转子与发电机转子 3.3.挠性联轴器挠性联轴器 •形式:齿轮式和蛇形弹簧式•应用范围：①齿轮式联轴器多用在小型汽轮机上以连接汽轮机转子与减速箱的主动轴②蛇形弹簧联轴器多用于汽轮机转子与主油泵轴的连接上•基本结构：①齿轮式联轴器是两半联轴器都加工出外齿，它们又同时与带内齿的套筒啃合②蛇形弹簧联轴器是在两半联轴器的外圆上对等地铣出若干个齿，再把用钢带绕成的蛇形弹簧沿圆周嵌在齿内 挠性联轴器的优缺点•优点：这类联轴器不传递轴向推力，也可以认为基本上不传递振动，对中要求较低。
•缺点：易磨损，需要润滑，造价高 五、盘车装置•定义：在汽轮机内不进蒸汽时就能使转子保持转动状态的装置称为盘车装置•作用：在汽轮机启动冲转前或停机后，让转子以一定速度连续转动起来，以保证转子均匀受热或冷却，从而避免转子产生热弯曲 盘车装置在变工况时的作用•汽轮机启动时•对于中间再热机组•汽轮机停机后•检查汽轮机是否具备启动条件 •做一些现场的简易加工 盘车装置的要求及分类•要求：既能盘动转子，又能在汽轮机转子冲转，当转速高于盘车转速时自动脱开，并使盘车装置停止转动 •分类：①按其动力来源分：电动盘车和液动盘车; ②按其结构特点分：具有螺旋轴的电动盘车、具有摆动齿轮的电动盘车、具有链轮一蜗轮蜗杆的电动盘车; ③按盘车转速的高低分：低速盘车(转速为2～4r/min)和高速盘车 (转速为40～70r/min) 高速盘车 •优点：可以较好地建立起轴承的油膜，以减少轴颈和轴瓦之间的干性或半干性摩擦，保护轴颈和轴瓦; 加速并改善汽缸内部冷热蒸汽的热交换，较有效地减少上下缸之间和转子内部的温差，缩短机组的启停时间 •缺点：需要配置功率较大的盘车电动机•适用范围：多用在大型机组上 低速盘车 •优点：低速盘车的启动力矩小，盘车装置电动机的功率小些。
•缺点：在油膜形成方面差些，在减少上下缸及转子内部温差方面差些 •适用范围：不仅用在中小型机组上，也用在大型机组上 1 1、具有螺旋轴的盘车装置、具有螺旋轴的盘车装置 2、具有链轮--蜗轮蜗杆的盘车装置组成：由电动机、传动齿轮系统、操纵杆及联锁装置等组成。