《汽輪機(jī)原理》多級(jí)汽輪機(jī)

1、1第二章 多級(jí)汽輪機(jī) 第一節(jié) 多級(jí)汽輪機(jī)的工作過程一，多級(jí)汽輪機(jī)的特點(diǎn)和工作過程 1，多 級(jí) 汽 輪 機(jī) 的采用： 為了提高汽輪機(jī)的功率 ，就必須增加汽輪機(jī)的進(jìn)汽量G 和蒸汽的理想焓降。 從經(jīng)濟(jì)和安全兩個(gè)方面來考慮，只有一個(gè)級(jí)的汽輪機(jī)要能有效地利用很大的理想焓是不可能的。為了有效地利用蒸汽的理想焓降，唯一的辦法就是采用多級(jí)汽輪機(jī)。 和 單 級(jí) 汽 輪 機(jī) 相 比 較 ， 多 級(jí) 汽 輪 機(jī) 具 有 單 機(jī) 功 率 大 和 內(nèi) 效 率 高 的 特 點(diǎn) 。2二、多級(jí)汽輪機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)1、多級(jí)汽輪機(jī)每級(jí)的焓降較小，有可能使速度比設(shè)計(jì)在最佳速度比附近，同時(shí)c1小、u也小，即直徑小，葉高或部分進(jìn)汽度相應(yīng)大，

2、這些都是效率增大；2、各級(jí)余速動(dòng)能可以部分的被利用；3、多級(jí)汽輪機(jī)可以實(shí)現(xiàn)回?zé)嵫h(huán)和中間再熱循環(huán)；4、由于重?zé)岈F(xiàn)象，多級(jí)汽輪機(jī)前面級(jí)的損失部分的被后面各級(jí)所利用。3l 多 級(jí) 汽 輪 機(jī) 有 沖 動(dòng) 式 和 反 動(dòng) 式 兩 種 。 多 級(jí) 汽 輪 機(jī) 通 常 采 用 噴 嘴 調(diào) 節(jié) （ 控 制 進(jìn) 汽 量 ） ，稱 之為 調(diào)調(diào) 節(jié)節(jié) 級(jí)級(jí) ， 其 余 的 級(jí) 稱 為 壓壓 力力 級(jí)級(jí) 。 中 小 型 汽 輪 機(jī) ， 通 常 采 用 雙 列 級(jí) 作 為 調(diào) 節(jié) 級(jí) ， 大 功 率 汽 輪 機(jī) 多 用 單 列 級(jí) 作 為 調(diào) 節(jié) 級(jí) 。 多 級(jí) 汽 輪 機(jī) 的 通 流 部 分 如 圖 2 - 1所

3、 示 。 l 蒸 汽 進(jìn) 入 汽 輪 機(jī) 各 級(jí) 膨 脹 作 功 ， 壓 力 和 溫 度 逐 級(jí) 降 低 ， 比 容 不 斷 增 加 。 因 此 ，通 流 部 分 尺 寸 是 逐 級(jí) 增 大 的 ， 特 別 是 在 低 壓 部 分 ， 平 均 直 徑 增 加 很 快 。 即 葉 片 的 高 度 越 來 越 長 。 l 由 于 受 到 材 料 強(qiáng) 度 的 限 制 ，葉 片 不 可 能 太 長 ， 故 大 型 汽 輪 機(jī) 都 采 用 多 排 汽 口 。4我國電站典型我國電站典型600MW汽輪機(jī)基本特點(diǎn)汽輪機(jī)基本特點(diǎn)平圩電廠石洞口北倫港鄒縣電廠型號(hào)廠家N600-16.7/537/537哈汽D4Y45

4、4瑞士ABBTC4F-33.5日本東芝DH-600-40-T東汽（日立技術(shù)）主汽壓力16.5724.216.5616.7汽輪機(jī)級(jí)數(shù)高壓缸1單列調(diào)節(jié)級(jí)+10反動(dòng)級(jí)1單列調(diào)節(jié)級(jí)+21反動(dòng)級(jí)1單列調(diào)節(jié)級(jí)+7壓力級(jí)1單列調(diào)節(jié)級(jí)+6壓力級(jí)中壓缸29反動(dòng)級(jí)217反動(dòng)級(jí)26壓力級(jí)5個(gè)壓力級(jí)低壓缸22 7反動(dòng)級(jí)22 5反動(dòng)級(jí)22 7壓力級(jí)22 7壓力級(jí)合計(jì)57級(jí)76級(jí)48級(jí)40級(jí)5第二節(jié)第二節(jié) 多級(jí)汽輪機(jī)的重?zé)岈F(xiàn)象多級(jí)汽輪機(jī)的重?zé)岈F(xiàn)象一，一，重?zé)岈F(xiàn)象重?zé)岈F(xiàn)象 在hs 圖上，在過熱區(qū)內(nèi)，隨著溫度增加，等壓線是呈擴(kuò)散形；在濕蒸汽區(qū)，等壓線是斜率為常數(shù)的直線。因此，在hs 圖上的兩條等壓線之間的距離（焓降）是隨著熵

5、的增加而增加的。這樣一來，前一級(jí)的損失造成的熵增，能使后一級(jí)的理想焓降增加。即前一級(jí)的損失，加熱了蒸汽本身，使后一級(jí)的進(jìn)汽溫度升高，即在后一級(jí)得到了利用這就是多級(jí)汽輪機(jī)的重?zé)岈F(xiàn)象重?zé)岈F(xiàn)象。6二，二，重?zé)嵯禂?shù)重?zé)嵯禂?shù)1，重?zé)嵯禂?shù)如右圖：整機(jī)理想焓降為 ，tHtH=1th+2th+3th+tnh由于等壓線是呈擴(kuò)散形，所以：即有：nitih1 tH也就是：nitih1=tH+tH=tHttHH1上式之比值：ttHH稱為重?zé)嵯禂?shù)，用表示。則上式寫成 nitih1=tH(I+)72，整機(jī)效率與級(jí)效率根據(jù)上述推導(dǎo)， 表示各級(jí)理想焓降之和大于整機(jī)理想焓降。由于這部分熱量的利用，使整機(jī)的內(nèi)效率大于各級(jí)平均內(nèi)效

6、率。設(shè)各級(jí)內(nèi)效率相等，用（ ）表示，則各級(jí)有效焓降為：tHsi1tsiihh2tsiihh，tnsinihh相加得ih+ih+nih=si（1th+2th+tnh）njjih1=si（nitih1）=si（1+）tH8而整機(jī)的內(nèi)效率為：)1 ()1 (1sittsitnjjitiTiHHHhHH由于 0，所以 ，即整機(jī)的內(nèi)效率大于各級(jí)平均內(nèi)效率。通常，重?zé)嵯禂?shù) = 0.03 0.08 ，其大小與下列因素有關(guān)：1) 和級(jí)數(shù)有關(guān)，級(jí)數(shù)多，大；2) 與各級(jí)內(nèi)效率有關(guān)，級(jí)內(nèi)效率低，則大；3) 與蒸汽狀態(tài)有關(guān)，過熱區(qū)大，濕汽區(qū)小。* 這里，決不能誤認(rèn)為越大越好。因?yàn)樵龃螅且栽黾訐p失為代價(jià)的，而重?zé)嶂荒?/p>

7、回收損失其中的一小部分。大會(huì)使整機(jī)的內(nèi)效率降低。siTi三，重?zé)嵯禂?shù)的計(jì)算：一般用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算重?zé)嵯禂?shù) 其中，k修正系數(shù)，過熱區(qū) k = 0.2；濕汽區(qū) k = 0.12；部分在過熱區(qū)，部分在濕汽區(qū) k = 0.140.18。zzHktri1187. 4)1 (9四、中間再熱式汽輪機(jī)四、中間再熱式汽輪機(jī)1、采用中間再熱循環(huán)的原因、采用中間再熱循環(huán)的原因v 濕汽損失v 水滴侵蝕葉片排汽濕度增加新蒸汽參數(shù)提高2、中間再熱的概念再熱器103、中間再熱對(duì)循環(huán)熱效率的影響、中間再熱對(duì)循環(huán)熱效率的影響n可提高或降低循環(huán)熱效率n最有利的中間再熱壓力： 初壓的(2030)% 4、中間再熱的不利影響、中間再熱的

8、不利影響 汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，本體造價(jià)有所提高；汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，本體造價(jià)有所提高； 系統(tǒng)復(fù)雜，管道布置復(fù)雜；系統(tǒng)復(fù)雜，管道布置復(fù)雜； 汽輪機(jī)、鍋爐運(yùn)行方式復(fù)雜，調(diào)節(jié)系統(tǒng)要求高；汽輪機(jī)、鍋爐運(yùn)行方式復(fù)雜，調(diào)節(jié)系統(tǒng)要求高；11第三節(jié)第三節(jié) 多多 級(jí)級(jí) 汽汽 輪輪 機(jī)機(jī) 的的 損損 失失 汽輪機(jī)除了各級(jí)級(jí)內(nèi)損失之外，還有進(jìn)、排汽管道的節(jié)流損失，前后端軸封的漏汽損失，機(jī)械損失。一一 ，前后端軸封的漏汽損失和漏汽量計(jì)算，前后端軸封的漏汽損失和漏汽量計(jì)算1 1，漏汽原因：，漏汽原因： * 由于結(jié)構(gòu)的要求，汽輪機(jī)大軸必須從汽缸內(nèi)向外伸出并支持在軸承座上。這樣，大軸和汽缸之間必須留有一定的間隙。* 汽缸的高壓端，

9、缸內(nèi)蒸汽壓力大于大氣壓力，蒸汽必然要從間隙向外泄漏。 這樣就減少了作功蒸汽量 ， 降低了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。 * 在機(jī)組的排汽端，缸內(nèi)為真空運(yùn)行，蒸汽壓力低于大氣壓力，外界的空氣將通過間隙流入汽缸內(nèi)，破壞真空，也會(huì)降低機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。122 2 ，減少漏汽的措施：，減少漏汽的措施： 為了提高汽機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，防止或減小這種漏進(jìn)、漏出現(xiàn)象的存在，因此， 在汽輪機(jī)的兩端漏氣（汽）處裝設(shè)汽封，以減少漏氣（汽）量 。l 裝在汽輪機(jī)高壓端的汽封稱為前軸封，作用是為減少高溫高壓蒸汽從汽 缸內(nèi)向外泄漏向外泄漏 ；l 裝在汽輪機(jī)低壓端的汽封稱為后軸封， 作用是為了防止外界空氣漏向汽缸漏向汽缸 保證汽缸內(nèi)的真空度 。 l

10、對(duì)于多缸的大型汽輪機(jī)每個(gè)缸的兩端都有軸封，其作用要根據(jù)具體情 況 而 定 。（ 一一 ） 齒齒 形形 軸軸 封封 的的 工工 作作 原原 理理 1 1，齒形軸封的結(jié)構(gòu)：，齒形軸封的結(jié)構(gòu)： 現(xiàn)代汽輪機(jī)中常見的軸封是齒形軸封，它是由許多固定在汽缸上的金屬片組成。其高低齒與軸或者軸套上的凸肩溝槽相錯(cuò)對(duì)應(yīng)，使兩者之間保持一 較小的間隙，以形成許多汽封齒隙。而兩齒之間形成一個(gè)環(huán)形汽室，如圖所示。 13 2 2，減少漏汽的途徑，減少漏汽的途徑：當(dāng)漏汽通過軸封時(shí)，依次逐個(gè)通過這些齒隙和環(huán)形汽室。通過軸封漏量按續(xù)程方程來確定。為了減少漏汽量，可以通過：減少齒隙面積A、汽流速度C 和增大比容V 等辦法來實(shí)現(xiàn)。

11、但是：(1) 比容是蒸汽流動(dòng)狀態(tài)來決定，不可任意改變 。(2) 面積 分別為軸封直徑、間隙）、軸封直徑d是由大軸的強(qiáng)度確定。為了保證安全，間隙不能太小(一般 = 0.3 0.6 mm) 。 太小，可能使大軸與軸封片摩擦，造成大軸彎曲 ， 引起機(jī)組振動(dòng)。 (3) 唯一可行的辦法就是減小汽流速度C。汽流速度C取決于軸封齒兩側(cè)的壓力差，所以減小軸封齒兩側(cè)的壓力差是減少軸封漏汽量的主要措施。 vCAGll、lllddA(14齒形軸封的工作原理齒形軸封的工作原理：從左圖可見到，蒸汽通過一環(huán)形齒隙時(shí)，由于通道面積減小，速度增加，壓力從 po降到p1 。但是蒸汽進(jìn)入兩齒間的大空間時(shí)，容積突然增大，速度大為減

12、小。由于渦流和碰撞，蒸汽動(dòng)能被消耗而轉(zhuǎn)變成熱量，使蒸汽焓值又回到原值，如左下圖所示。即蒸汽通過軸封齒隙為一節(jié)流過程。其后，蒸汽每通過軸封一齒隙時(shí)，都重復(fù)這一過程，壓力不斷降低，直到降低軸封最后一齒后的壓力為止。所以，軸封的作用是將一個(gè)較大的壓差分割成若干個(gè)減小的壓差，從而達(dá)到降低漏汽速度，減小漏汽量的作用。這就是齒形軸封的工作原理。 蒸汽每通過軸封一齒隙時(shí)，壓力不斷降低，容積不斷擴(kuò)大，而流量是相同的。根據(jù)連續(xù)性方程，則流速是越來越大的，并在最后一齒大最大。如左圖所示，ab 曲線對(duì)應(yīng)C/v=常數(shù)，稱為芬諾曲線。15zphs0p1p2p3p0h1zpzp0p16zphs0p1p2p3p0h1zpz

13、p0p芬諾曲線17二，汽輪機(jī)進(jìn)、排汽機(jī)構(gòu)的壓力損失二，汽輪機(jī)進(jìn)、排汽機(jī)構(gòu)的壓力損失 汽輪機(jī)必須有進(jìn)汽機(jī)構(gòu)和排汽管道。進(jìn)汽機(jī)構(gòu)由主汽閥、調(diào)節(jié)閥、導(dǎo)汽管和蒸汽室組成。排汽機(jī)構(gòu)是一個(gè)擴(kuò)散形的排汽管所構(gòu)成。蒸汽通過汽輪機(jī)進(jìn)、排汽機(jī)構(gòu)時(shí)，由于摩擦和渦流的存在，會(huì)使壓力降低，形成損失。 1 1，進(jìn)汽機(jī)構(gòu)中的壓力損失，進(jìn)汽機(jī)構(gòu)中的壓力損失 由于摩擦和渦流的存在，蒸汽通過汽輪機(jī)進(jìn)汽管道就會(huì)有壓力降低。這個(gè)壓力降低不作功，是一種損失。而第一級(jí)噴嘴前的壓力為 ，則 。 由于壓力差p存在，使整機(jī)理想焓降從 降為 。蒸汽在進(jìn)汽機(jī)構(gòu)中的壓力損失和管道長短、閥門型線、蒸汽室形狀及汽流速度有關(guān)。通常，當(dāng)閥門全開時(shí)，汽流速度

14、為（40 60）m / s ，則在進(jìn)汽機(jī)構(gòu)中由于節(jié)流所引起的壓力損失為： 對(duì)于大型汽輪機(jī)（如國產(chǎn)200MW 、300MW汽輪機(jī)），中壓缸和低壓缸之間有低壓導(dǎo)汽管道相連接，則低壓導(dǎo)汽管道的壓力損失為： 0p 000ppptHtH0 000)05. 003. 0(ppppsssspppp)03. 002. 0( 18圖213 考慮了進(jìn)、排汽機(jī)構(gòu)的壓力損失的熱力過程曲線192、排汽管道的壓力損失、排汽管道的壓力損失：乏汽從末級(jí)動(dòng)葉排出，經(jīng)排汽管到凝汽器或供熱管道，蒸汽在其中流動(dòng)時(shí)，因摩擦、渦流等原因，會(huì)造成壓力損失，即排汽管道的壓力損失。若末級(jí)動(dòng)葉出口壓力為 ，凝汽器的壓力為 ，則壓力損失為 。由于

15、壓力損失的存在，從上圖可知，使整機(jī)理想焓降由 變?yōu)?。差值為 ，壓力損失主要取決于流速的大小、排汽管道的型線結(jié)構(gòu)等原因。通常用下式來估計(jì)排汽管道的壓力損失，即式中，阻力系數(shù)，一般取=0.050.1； 排汽管中的汽流速度，對(duì)于凝汽機(jī)，取 =80120m/s；對(duì)于背壓機(jī)，取 =4060m/s。cpcpccppptHHttttHcexccpCppp100exCexCexC203 3，多級(jí)汽輪機(jī)的熱力過程曲線，多級(jí)汽輪機(jī)的熱力過程曲線：其熱力過程曲線如圖。 蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)工作級(jí)前必須先經(jīng)過主汽閥、調(diào)節(jié)閥和蒸汽室。蒸汽通過這些部件時(shí)就會(huì)產(chǎn)生壓力降，主汽閥和調(diào)節(jié)閥最為嚴(yán)重。 汽輪機(jī)的排汽從末級(jí)動(dòng)葉流出后通

16、過排汽管進(jìn)人凝汽器。蒸汽在排汽管中流動(dòng)時(shí)，由于存在摩擦、渦流等產(chǎn)生的阻力，造成蒸汽的壓力降落。這部分蒸汽壓降并沒有做功，形成排汽管阻力損失。 整個(gè)熱力過程曲線由三部分所組成：進(jìn)汽機(jī)構(gòu)的節(jié)流過程，各級(jí)實(shí)際膨脹過程, 排汽管道的節(jié)流過程。 21三三 機(jī)機(jī) 械械 損損 失失 汽 輪 機(jī) 在 工 作 時(shí) ， 要 克 服 支 持 軸 承 、 推 力 軸 承 的 摩 擦 阻 力 ， 還 要 帶 動(dòng) 主 油 泵 和 調(diào) 速 系 統(tǒng) 工 作 ， 必 然 要 消 耗 一 部 分 功 率 。 通 常 ， 用 機(jī) 械 損 失 來 描 述 。汽 輪 機(jī) 的 機(jī) 械 損 失 一 般 用 機(jī) 械 效 率 來 計(jì) 算 。

17、這 樣 ， (2- )式 中 ， 分 別 為 汽 輪 機(jī) 的 軸 端 功 率 、 內(nèi) 功 率 ； 為 機(jī) 械 損 失 ， 對(duì) 于 同 一 臺(tái) 機(jī) 組 ， 由 于 轉(zhuǎn) 速 為 常 數(shù) ， 所 以 近 似 為 常 數(shù) 。imimiieffmNNNNNNN1ieffNN、mN22第四節(jié) 汽 輪 機(jī) 裝 置 的 效 率 火 力 發(fā) 電 廠 的 生 產(chǎn) 過 程 ， 要 經(jīng) 過 一 系 列 的 能 量 轉(zhuǎn) 換 之 后 ， 最 后 才 能 將 礦礦 物物 燃燃 料料 的 化 學(xué) 能 轉(zhuǎn) 變 為 電 能 。 在 這 些 轉(zhuǎn) 換 過 程 中 ， 要 用 各 種 效 率 來 描 述 整 個(gè) 能 量 轉(zhuǎn) 換 過 程

18、 中 的 完 善 成 度 。 一，汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率 汽 輪 機(jī) 的 相 對(duì) 內(nèi) 效 率 是 衡 量 汽 輪 機(jī) 內(nèi) 能 量 轉(zhuǎn) 換 完 善 程 度 的 重 要 指 標(biāo) 。 它 是 整 機(jī) 的 有 效 焓 降 與 理 想 焓 降 之 比 ， 即 汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率是考慮了機(jī)組進(jìn)出口管道的壓力損失和各級(jí)內(nèi)能的 。 tiiHHi23二，汽輪機(jī)的內(nèi)功率二，汽輪機(jī)的內(nèi)功率 汽 輪 機(jī) 的 內(nèi) 功 率 等 于 汽 輪 機(jī) 的 進(jìn) 汽 量 與 有 效 焓 降 之 乘 積 。 對(duì) 于 無 回 熱 加 熱 系 統(tǒng) 的 汽 輪 機(jī) ， 它 的 內(nèi) 功 率 為 ： (kw)或 者 ， = (kw)對(duì) 于 有 回

19、熱 加 熱 系 統(tǒng) 的 汽 輪 機(jī) ， 它 的 內(nèi) 功 率 為 ： =其 中 ， D 、 G 為 汽 輪 機(jī) 各 級(jí) 蒸 汽 量 ， 為相應(yīng)的有效 焓 降 。 itiiHGHGN00iN3600360000itiHDHDjnjjnjjjHGHD113600iNjH24三，汽輪機(jī)的軸端功率、電功率三，汽輪機(jī)的軸端功率、電功率 對(duì) 于 無 回 熱 加 熱 系 統(tǒng) 的 汽 輪 機(jī) ， 它 的 軸 端 功 率為 ： = (2- ) 汽 輪 機(jī) 以 軸 端 功 率 來 拖 動(dòng) 發(fā) 電 機(jī) 發(fā) 電 ，還 要 考 慮 發(fā) 電 機(jī) 的 機(jī) 械 損 失 和 電 氣 損 失 。 用 表 示 發(fā) 電 機(jī) 的 效 率

20、 ， 則 在 發(fā) 電 機(jī) 的 出 線 端 所 獲 得 的 電 功 率 為 ： (2 - )其 中 ， ， 稱 為 相 對(duì) 電 效 率 。 它 表 示 每 kg 蒸 汽 所 具 有 的 理 想 焓 降 中 最 后 轉(zhuǎn) 變 為 電 能 的 份 額 ， 是 衡 量 汽 輪 發(fā) 電 機(jī) 組 經(jīng) 濟(jì) 性 的 一 項(xiàng) 重 要 指 標(biāo) 。 36000mitmiHDNaxNgelrtgmitgaxelHDHDNN.0036003600gmielr.25 四，循四，循 環(huán)環(huán) 熱熱 效效 率率 和和 絕絕 對(duì)對(duì) 電電 效效 率率 由 于 汽 輪 發(fā) 電 機(jī) 組 熱 力 循 環(huán) 中 存 在 著 冷 源 損 失 ，

21、所 以 ， 為 了 使 得 1 kg 蒸 汽 獲 得 理 想 焓 降 為 的 熱 量 ， 就 需 要 加 給 它 比 多 許 多 的 熱 量 。 若 忽 略 水 泵 耗 功 ， 并 且 使 裝 置 按 朗 肯 循 環(huán) 工 作 ， 則 裝 置 的 循循 環(huán)環(huán) 熱熱 效效 率率 為 ： (2 - )其 中 ， - 蒸 汽 的 初 焓 ， - 凝 結(jié) 水 焓 ， 即 在 背 壓 pc 下 的 飽 和 水 焓 。 這 里 ， - 為 每 1 kg 蒸 汽 在 鍋 爐 中 所 獲 得 的 熱 量 。 對(duì) 于 有 回 熱 加 熱 系 統(tǒng) 來 說 ， 則 應(yīng) 為 末 級(jí) 高 壓 加 熱 器 出 口 的 給

22、水 焓 值 。 這 樣 ， 整 個(gè) 熱 力 循 環(huán) 中 加 給1kg 蒸 汽 的 熱 量 最 終 轉(zhuǎn) 變 為 電 能 的 份 額 稱 為 絕 對(duì) 電 效 率 ， 用 表 示 ： (2 - ) 0ctthhHtH ch0h chfwhelgmitfwgmitelelhhDHDQN)(00000h26五，汽耗率d 熱耗率q 除 了 用 效 率 表 示 汽 輪 發(fā) 電 機(jī) 組 的 經(jīng) 濟(jì) 性 外 ， 還 經(jīng) 常 用 汽 耗 率 d 熱 耗 率 q 來 表 示 其 經(jīng) 濟(jì) 性 。 生 產(chǎn) 1 k w.h 的 電 能 所 需 要 的 蒸 汽 量 稱 為 汽 耗 率 ，用 d 表 示 ， 即 d = (

23、kg / kw.h ) (2 - ) 對(duì) 于 同 功 率 的 汽 輪 機(jī) 組 ， 雖 然 功 率 相 同 ， 但 因 蒸 汽 的 初 終 參 數(shù) 不 同 ， 而 使 得 汽 耗 量 不 一 樣 。 所 以 ，汽 耗 率 d 并 不 宜 用 來 比 較 不 同 類 型 機(jī) 組 的 經(jīng) 濟(jì) 性 ， 而 是 采 用 反 映 機(jī) 組 經(jīng) 濟(jì) 性 的 另 一 指 標(biāo)熱 耗 率 ， 即 發(fā) 出 1 kw.h 電 能 所 需 要 熱 量 ， 用 q 表 示 ： elrtelHND.03600)()(0000fwelfwelhhdNhhDNQqelelrtfwHhh3600)(3600.027再考慮鍋爐效率、

24、管道損失及發(fā)電廠各種風(fēng)機(jī)、水泵耗功的影響，整個(gè)火力發(fā)電廠的絕對(duì)電效率要比汽輪發(fā)電機(jī)組的絕對(duì)電效率低，而火力發(fā)電廠的熱耗率亦比汽輪發(fā)電機(jī)組的熱耗率高。 當(dāng)前世界主要工業(yè)發(fā)達(dá)國家火力發(fā)電廠的平均熱效率為 (30 35 ) %, 而大型機(jī)組可達(dá)40% 。國產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機(jī)組的熱耗率為 q = 8402 kJ / kw.h，國 產(chǎn)300MW 汽輪發(fā)電機(jī)組的熱耗率為q = 7993 kJ / kw.h 。 28第五節(jié)第五節(jié) 多級(jí)汽輪機(jī)的軸向推力及平衡方法多級(jí)汽輪機(jī)的軸向推力及平衡方法一，多級(jí)汽輪機(jī)的軸向推力一，多級(jí)汽輪機(jī)的軸向推力 蒸汽通過汽輪機(jī)通流部分膨脹作功時(shí)，對(duì)葉片的作用力由圓周分力和軸向分

25、力所組成。其中，圓周分力推動(dòng)葉輪作功，而軸向分力則對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個(gè)軸向推力。 在一般情況下，作用在一個(gè)沖動(dòng)級(jí)上的軸向推力由 4 部分所組成： 1 1、作用在動(dòng)葉片上的軸向力、作用在動(dòng)葉片上的軸向力 ： 當(dāng)反動(dòng)度不大時(shí)，壓力反動(dòng)度（ ）和焓降反動(dòng)度相差不大，這樣一來， 則上式為 1zF)()sinsin(212211ppldccGbb1zF2021ppppp)()sinsin(202211ppldccGmbb1zF292、作用在葉輪面上的軸向力 當(dāng) 葉輪兩側(cè)輪轂相等時(shí)，則上式為： 其 中 ， 為葉輪前的壓力。3、作用在輪轂上或者轉(zhuǎn)子凸肩上的軸向力 4、作用在軸封凸肩上的軸向力 這樣，多級(jí)汽輪機(jī)總的

26、軸向推力為各級(jí)軸向推力之和。即 , ( N )4321zzzzzFFFFFxpdd)(422212zF4zFniipphd1 )()(4222ppdlddbb3zF2zFdp2222212)(4)(4pdldpdldbbdbb30二，軸 向 推 力 的 平 衡 方 法 在 多 級(jí) 汽 輪 機(jī) 中 ，總 的 軸 向 推 力 是 很 大 的 。特 別 是 反 動(dòng) 式 汽 輪 機(jī) ， 其 總 的 軸 向 推 力 可 達(dá) 200 300 T ， 沖 動(dòng) 式 汽 輪 機(jī) ， 其 總 的 軸 向 推 力 可 達(dá) 4080T。 這 樣 大 的 軸 向 推 力 是 推 力 軸 承 所 不 能 承 受 的 。

27、因 此 ， 必 須 設(shè) 法 減 少 總 的 軸 向 推 力 ， 使 之 符 合 推 力 軸 承 的 能 承 載 能 力 。 也 就 是 說 ， 對(duì) 汽 輪 機(jī) 總 的 軸 向 推 力 應(yīng) 加 與 平 衡 。 常 見 的 軸 向 推 力 平 衡 辦 法 有 ： 1.1.采用平衡孔平衡軸向推力采用平衡孔平衡軸向推力 在 葉 輪 上 開 設(shè) 平 衡 孔 可 以 減 少 葉 輪 兩 側(cè) 的 壓 力 差 ， 從 而 可 以 減 少 作 用 在 葉 輪 上 的 軸 向 力 。 2.2.設(shè)置平衡活塞設(shè)置平衡活塞 如圖2 - 23 所示，在平衡活塞上裝有齒形軸封，當(dāng)蒸汽由活塞的高壓側(cè)向低壓側(cè)流動(dòng)時(shí)，壓力由 降

28、為 。平衡活塞在壓力差作用下，就產(chǎn)生了一個(gè)向左的作用力 。 這個(gè)力剛好與 方向相反，起到了平衡作用。0pxpzF313.3.采用多缸反向布置采用多缸反向布置 采用多缸反向布置，使汽流在不同的汽缸中作反向流動(dòng), 其軸向力方向相反，達(dá)到了平衡的目的。下圖為多缸反向布置的示意圖。國產(chǎn)125MW、200MW、300MW 汽輪機(jī)都采用多缸反向布置的辦法來平衡軸向力。 4.4.推力軸承所承擔(dān)的軸向推力推力軸承所承擔(dān)的軸向推力 汽輪機(jī)的運(yùn)行要求推力軸承承擔(dān)一部分軸向推力，以保證汽輪機(jī)運(yùn)行工況發(fā)生變化時(shí)，軸向推力方向不變，達(dá)到機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。推力軸承所承擔(dān)的軸向推力為： 為了安全起見，核算推力軸承時(shí)，其安

29、全系數(shù) 應(yīng)大于1.5 1.7。 FFFzb第六節(jié) 多級(jí)汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)和布置汽輪機(jī)高壓上缸（含靜葉柵）潤滑油被帶到軸頸與軸瓦之間的契形間隙中，從契形間隙的寬口流向窄口，使?jié)櫥头e聚在狹小的間隙中而產(chǎn)生油壓。隨著轉(zhuǎn)速的升高，被帶入的油量也相應(yīng)的增多，油契中的壓力不斷升高，當(dāng)油壓升高到足以平衡轉(zhuǎn)子對(duì)該軸瓦的作用力時(shí)，軸頸便被油膜托起，此時(shí)軸頸和軸瓦完全由油膜隔開，從而避免了軸頸和軸瓦之間的干摩擦現(xiàn)象，并能靠潤滑油不斷的帶走液體摩擦中所產(chǎn)生的熱量，使軸承能安全穩(wěn)定地工作。橢圓瓦可傾瓦汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子（含動(dòng)葉柵）69第七節(jié) 汽輪機(jī)的極限功率一一 ，汽輪機(jī)單機(jī)容量，汽輪機(jī)單機(jī)容量 凝 汽 式 汽 輪 機(jī) 的 功

30、 率 可 用 下 式 表 示 ： 其中，整機(jī)的理想焓降 取決于初終參數(shù)。 在常見的初終參數(shù)條件下， = 10001500 kJ/kg。三個(gè)效率的變化不大。所以，汽輪機(jī)所能發(fā)出的最大功率就決定于進(jìn)汽量。而通過汽輪機(jī)的最大流量又決定于末級(jí)葉片的幾何尺寸。在汽輪機(jī)中，蒸汽膨脹到末級(jí)時(shí)，其容積流量達(dá)最大值。所以，要求通流面積也最大。因此，末級(jí)動(dòng)葉片必須做得很長。由于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子作高速旋轉(zhuǎn)，長葉片將產(chǎn)生巨大的離心力。葉片材料的強(qiáng)度是有限的，因此，末級(jí)葉片的葉高將受到限制。這就是說，單缸單排汽的汽輪機(jī)的功率是有限的，其最大功率稱為汽輪機(jī)的極限功率極限功率。通常，單缸單排汽的汽輪機(jī)的極限功率可達(dá)100 MW（

31、 對(duì)于高壓機(jī)組而言）。 36000gmitelHDNtHtH70二 ，提高汽輪機(jī)單機(jī)容量的措施 由 于 單 缸 單 排 汽 汽 輪 機(jī) 受 到 極 限 功 率 的 限 制 ， 為 了 得 到 更 大 的 功 率 ， 就 必 須 采 取 其 他 措 施 ， 常 用 的 辦 法 有 ： 1 1，提，提 高高 新新 蒸蒸 汽汽 的的 參參 數(shù)數(shù) 提 高 新 蒸 汽 的 參 數(shù) 可 以 增 大 整 機(jī) 的 理 想 焓 降 ， 再 加 上 中 間 再 熱 ， 就 能 較 大 地 提 高 單 機(jī) 功 率 ； 2 2 ， 采采 用用 高高 強(qiáng)強(qiáng) 度度 低低 重重 度度 的的 合合 金金 材材 料料 由 于

32、汽 輪 機(jī) 單 機(jī) 功 率 受 到 末 級(jí) 葉 片 材 料 強(qiáng) 度 的 限 制 （ 離 心 力 太 大 ）， 故 末 級(jí) 葉 片 不 可 能 做 得 很 長 ， 通 流 面 積 大 小 有 限 。 采 用 高 強(qiáng) 度 低 重 度 的 合 金 材 料 制 造 末 級(jí) 葉 片 ， 就 可 以 在 保 證 葉 片 強(qiáng) 度 的 條 件 下 ， 增 長 末 級(jí) 葉 片 的 高 度 ， 即 增 大 通 流 面 積 ， 從 而 達(dá) 到 增 加 進(jìn) 汽 量 、 增 大 汽 輪 機(jī) 單 機(jī) 功 率 的 目 的 。 3 3 ，采，采 用用 多多 排排 汽汽 口口 采 用 多 排 汽 口 ， 就 是 對(duì) 汽 輪 機(jī)

33、 的 低 壓 缸 進(jìn) 行 分 流 。 這 是 當(dāng) 前 提 高 汽 輪 機(jī) 單 機(jī) 功 率 最 有 效 的 辦 法 。714，采用給水會(huì)熱加熱系統(tǒng)：，采用給水會(huì)熱加熱系統(tǒng)： 從汽輪機(jī)中間某些級(jí)抽出部分蒸汽來加熱給水，一方面可以減少排汽量，同時(shí)也可以增加進(jìn)汽量。減少排汽量，可以降低末級(jí)葉片高度，同時(shí)可以減少冷源損失；增加進(jìn)汽量，可以增大機(jī)組功率，增大高壓部分葉高和部分進(jìn)汽度，提高其效率。這而者都是可以熱效率的。 72第八節(jié)第八節(jié) 壓水堆核電汽輪機(jī)壓水堆核電汽輪機(jī)n一、壓水堆核電汽輪機(jī)特點(diǎn)一、壓水堆核電汽輪機(jī)特點(diǎn)1 初參數(shù)低，濕度大初參數(shù)低，濕度大反應(yīng)堆供給汽輪機(jī)的蒸汽參數(shù)較低，壓力為反應(yīng)堆供給汽輪

34、機(jī)的蒸汽參數(shù)較低，壓力為63bar.a，濕，濕度為度為0.250.4%，溫度約，溫度約280，即為略帶濕度的飽和蒸，即為略帶濕度的飽和蒸汽。這比常規(guī)火電汽輪機(jī)初參數(shù)低得多。汽。這比常規(guī)火電汽輪機(jī)初參數(shù)低得多。 核電汽輪機(jī)在高壓缸進(jìn)口核電汽輪機(jī)在高壓缸進(jìn)口, 蒸汽在蒸汽在6.0 MPa 下下, 進(jìn)入時(shí)為進(jìn)入時(shí)為略帶濕度的飽和蒸汽略帶濕度的飽和蒸汽, 溫度約溫度約280。 膨脹至高壓缸出口膨脹至高壓缸出口, 濕度增加到大約濕度增加到大約14% 左右左右, 進(jìn)入汽水分離再熱器去濕及再進(jìn)入汽水分離再熱器去濕及再熱至大約有熱至大約有70 過熱度過熱度, 然后進(jìn)入低壓缸部分與常規(guī)火然后進(jìn)入低壓缸部分與常規(guī)

35、火電汽輪機(jī)有相似的工作過程，其初參數(shù)低，壓力僅為亞臨電汽輪機(jī)有相似的工作過程，其初參數(shù)低，壓力僅為亞臨界機(jī)組的界機(jī)組的1/3，臨界、超臨界機(jī)組的，臨界、超臨界機(jī)組的1/4，同時(shí)濕度大，工，同時(shí)濕度大，工作段大部分處于濕蒸汽區(qū)。作段大部分處于濕蒸汽區(qū)。2 進(jìn)汽量和容積流量大進(jìn)汽量和容積流量大壓水堆核電汽輪機(jī)最主要的熱力特點(diǎn)就是大功率，小絕熱壓水堆核電汽輪機(jī)最主要的熱力特點(diǎn)就是大功率，小絕熱焓降，大流量和大容積流量，效率低。核電與火電站焓降，大流量和大容積流量，效率低。核電與火電站1000MW汽輪機(jī)熱力特點(diǎn)比較見下表。汽輪機(jī)熱力特點(diǎn)比較見下表。 73n核電與火電站核電與火電站1000MW汽輪機(jī)熱力

36、特點(diǎn)比較汽輪機(jī)熱力特點(diǎn)比較項(xiàng)目項(xiàng)目 種類種類 參數(shù)參數(shù) 總焓降總焓降 新汽量新汽量 排汽量排汽量 排汽量排汽量/新汽量新汽量 通流效率通流效率n /bar kJ/kg t/h t/h n核電核電1000MW 280/265/64.3 1027 5808 2964 0.5 87火電火電1000MW 600/600/250 1750 2360 1630 0.7 90n比值比值 0.58 2.5 1.65 0.7 97 74n核電汽輪機(jī)初參數(shù)低，其有效焓降僅為常規(guī)火電汽輪機(jī)的核電汽輪機(jī)初參數(shù)低，其有效焓降僅為常規(guī)火電汽輪機(jī)的60左右，左右，致使同等功率機(jī)組，核電汽輪機(jī)的進(jìn)汽量約是火電機(jī)組的致使同等功

37、率機(jī)組，核電汽輪機(jī)的進(jìn)汽量約是火電機(jī)組的2.5倍，而倍，而容積流量則為容積流量則為46倍。由于核電汽輪機(jī)初參數(shù)低，其有效焓降僅為常倍。由于核電汽輪機(jī)初參數(shù)低，其有效焓降僅為常規(guī)火電汽輪機(jī)的規(guī)火電汽輪機(jī)的50%左右，致使同等功率的機(jī)組，核電汽輪機(jī)的進(jìn)汽左右，致使同等功率的機(jī)組，核電汽輪機(jī)的進(jìn)汽量是火電機(jī)組的量是火電機(jī)組的2 倍倍, 而容積流則為而容積流則為46 倍。倍。 75n3 單機(jī)功率大且承擔(dān)基本負(fù)荷單機(jī)功率大且承擔(dān)基本負(fù)荷因?yàn)楹穗娬就顿Y成本高，運(yùn)行費(fèi)用低，因?yàn)楹穗娬就顿Y成本高，運(yùn)行費(fèi)用低， 所以核電汽輪機(jī)都設(shè)計(jì)成大所以核電汽輪機(jī)都設(shè)計(jì)成大功率的，功率的， 并承擔(dān)電網(wǎng)的基本負(fù)荷。近期投運(yùn)的機(jī)

38、組，并承擔(dān)電網(wǎng)的基本負(fù)荷。近期投運(yùn)的機(jī)組， 功率均在功率均在6001 500 MW 之間之間, 最大的單機(jī)功率已達(dá)到最大的單機(jī)功率已達(dá)到1 580 MW (法國法國)， 并并準(zhǔn)備生產(chǎn)準(zhǔn)備生產(chǎn)2 000 MW 的機(jī)組，的機(jī)組， 以進(jìn)一步降低成本。以進(jìn)一步降低成本。 功率調(diào)節(jié)方式多功率調(diào)節(jié)方式多采用節(jié)流調(diào)節(jié)。采用節(jié)流調(diào)節(jié)。76n4 轉(zhuǎn)速選擇轉(zhuǎn)速選擇常規(guī)火電汽輪機(jī)多采用全速常規(guī)火電汽輪機(jī)多采用全速(3000r/min或或3600r/min)，極少采用半速，極少采用半速(1 500 r/ min 或或1 800 r/ min)。核電機(jī)組因?yàn)檫M(jìn)汽量和排汽容積流量很大，。核電機(jī)組因?yàn)檫M(jìn)汽量和排汽容積流量很

39、大，所以有必要采用半速機(jī)組。與常規(guī)火電全速汽輪機(jī)相比，核電半速汽輪所以有必要采用半速機(jī)組。與常規(guī)火電全速汽輪機(jī)相比，核電半速汽輪機(jī)在不增加轉(zhuǎn)動(dòng)部套所受應(yīng)力的情況下，允許把線性尺寸機(jī)在不增加轉(zhuǎn)動(dòng)部套所受應(yīng)力的情況下，允許把線性尺寸(平均直徑和葉平均直徑和葉片高度片高度) 放大放大1 倍左右，從而可得到約倍左右，從而可得到約3.54倍于全速機(jī)組的通流面積和倍于全速機(jī)組的通流面積和排汽面積，以適應(yīng)其排汽面積較大的需要。排汽面積，以適應(yīng)其排汽面積較大的需要。但是正由于半速機(jī)組的轉(zhuǎn)子平均直徑大，葉片長，增大了轉(zhuǎn)子和葉片的但是正由于半速機(jī)組的轉(zhuǎn)子平均直徑大，葉片長，增大了轉(zhuǎn)子和葉片的設(shè)計(jì)、制造成本，因而總

40、的來看，半速機(jī)組的制造、安裝總費(fèi)用高于全設(shè)計(jì)、制造成本，因而總的來看，半速機(jī)組的制造、安裝總費(fèi)用高于全速機(jī)組。速機(jī)組。轉(zhuǎn)速的選擇應(yīng)考慮機(jī)組成本與運(yùn)行費(fèi)用的比較。對(duì)于功率在轉(zhuǎn)速的選擇應(yīng)考慮機(jī)組成本與運(yùn)行費(fèi)用的比較。對(duì)于功率在600MW 以以上的機(jī)組上的機(jī)組, 在電網(wǎng)頻率為在電網(wǎng)頻率為50Hz的國家，目前全速與半速機(jī)組都被采用；的國家，目前全速與半速機(jī)組都被采用；而在電網(wǎng)頻率為而在電網(wǎng)頻率為60 Hz 的國家，絕大多數(shù)采用半速機(jī)組，這也是考慮到的國家，絕大多數(shù)采用半速機(jī)組，這也是考慮到3600r/min時(shí)的離心力遠(yuǎn)大于時(shí)的離心力遠(yuǎn)大于3000r/min時(shí)的緣故時(shí)的緣故. 77n二、二、 關(guān)鍵技術(shù)關(guān)

41、鍵技術(shù)為使核電汽輪機(jī)能安全高效地作基本負(fù)荷運(yùn)行及為了開發(fā)研制新型大為使核電汽輪機(jī)能安全高效地作基本負(fù)荷運(yùn)行及為了開發(fā)研制新型大功率核電汽輪機(jī)的需要，其關(guān)鍵技術(shù)可歸納為：功率核電汽輪機(jī)的需要，其關(guān)鍵技術(shù)可歸納為：1 消除高壓缸熱應(yīng)力：高壓缸表面溫度在變工況時(shí)甩負(fù)荷后，由于進(jìn)消除高壓缸熱應(yīng)力：高壓缸表面溫度在變工況時(shí)甩負(fù)荷后，由于進(jìn)汽量聚減，壓力急降，使缸內(nèi)水膜閃蒸為蒸汽。同時(shí)還吸收了缸體的汽量聚減，壓力急降，使缸內(nèi)水膜閃蒸為蒸汽。同時(shí)還吸收了缸體的大量熱量，這均會(huì)造成高壓缸內(nèi)外壁與中分法蘭間間的巨大溫差，產(chǎn)大量熱量，這均會(huì)造成高壓缸內(nèi)外壁與中分法蘭間間的巨大溫差，產(chǎn)生極大的熱應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)致靜止部件的變形和裂縫，造成汽缸中分面縫生極大的熱應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)致靜止部件的變形和裂縫，造成汽缸中分面縫隙腐蝕與蒸汽泄漏。解決的方法采用高壓缸采用雙層缸結(jié)構(gòu)，加大中隙腐蝕與蒸汽泄漏。解決的方法采用高壓缸采用雙層缸結(jié)構(gòu)，加大中分面螺栓及增設(shè)加熱裝置，高壓缸中分面堆焊不銹鋼等材料，或采用分面螺栓及增設(shè)加熱裝置，高壓缸中分面堆焊不銹鋼等材料，或采用特殊的工藝結(jié)構(gòu)等。特殊的工藝結(jié)構(gòu)等。 78n2 防止超速：核電汽輪機(jī)因儲(chǔ)汽空間和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量均比火電防止超速：核電汽輪機(jī)因儲(chǔ)汽空間和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量均比火電汽輪機(jī)大，故在機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)，容易引起超速。除調(diào)節(jié)系汽輪機(jī)大，故在機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)，容易引起超速。除調(diào)節(jié)