华电保定汽轮机原理ppt2

第二章多级汽轮机第二章多级汽轮机第一节多级汽轮机的优越性及其特点第二节进汽阻力损失和排气阻力损失第三节汽轮机及其装置的评价指标第四节轴封及其系统第五节多级汽轮机的轴向推力及其平衡第六节单排气口凝汽式汽轮机的极限功率第二章多级汽轮机§2.1多级汽轮机的优越性及其特点•一、优点及存在的问题(一)优点(1)与单级汽轮机相比，多级汽轮机的比焓降增大很多，相应地进汽参数大大提高，排汽压力也可显著降低，同时，由于是多级，还可采用回热循环和中间再热循环，这些都使循环热效率大大提高；(2)在全机总比焓降一定时，每个级的比焓降较小，每级都可在材料强度允许的条件下，设计在最佳速度比附近工作，使级效率较高；(3)在相邻两级部分进汽度相同，平均直径变化光滑，喷嘴进汽角与上一级的排汽角相近，级间轴向间隙较小，两级的流量变化不大的条件下，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，提高了级的效率；(4)多级汽轮机的大多数级可在不超临界的条件下工作，使喷嘴和动叶在工况变动条件下仍保持一定的效率。同时，由于各级的比焓降较小，速度比一定时级的圆周速度和平均直径也较小，根据连续性方程可知，在容积流量相同的条件下，使得喷嘴和动叶的出口高度增大，减小了叶高损失，或使得部分进汽度增大，减小了部分进汽损失，这都有利于级效率的提高；二、重热现象和重热系数重热现象---上一级损失中的一小部分在以后各级中得到应用，即各级理想比焓降之和大于整级理想比焓降。1.重热现象(5)由于重热现象的存在，多级汽轮机前面级的损失可以部分地被后面各级利用，使全机效率提高。此外，多级汽轮机的单位功率造价、材料消耗和占地面积都比单级汽轮机明显减小，机组容量越大减小越显著，大大节省了投资。(二)存在的问题(1)增加了一些附加损失；(2)增加了机组的长度和质量；(3)高中压缸前面若干级的工作温度高，对零部件的金属材料要求提高了；(4)级数增多，零部件增多，结构复杂，制造成本高。§2.1多级汽轮机的优越性及其特点§2.1多级汽轮机的优越性及其特点右图所示为一具有四个级的热力过程线，为讨论方便，略去了汽轮机的进排汽节流损失。若第一级没有损失，则第二级的初始蒸汽参数为。当将蒸汽作为理想气体处理时，第二级的理想比焓降为：'21pT、12''31211kktpkhRTkp但第一级总是有损失存在的，因此第一级排汽的比熵和温度将增加，使第二级进口温度不再是而是，此时第二级的理想比1T'1T焓降变为：比较上两式，可以看出，由于，也就是在前一级有损失的情况下，本级进口温度升高，级的理想比焓降稍有增大，这就是重热现象。2.重热系数为讨论方便，假设汽轮机中各级的相对内效率都相等，则有也就是把这些等式相加，可得：重热系数----各级理想焓降之和大于整机理想焓降的增量，它与整机理想焓降的比。§2.1多级汽轮机的优越性及其特点1231211---kktpkhRTkp''221111,故TTΔhΔh1212leviiitthhhh1122levleviitiithhhh，，1212levleviiittitmacmaclevleviiitithhhhhhhhh或另一方面，整个多级汽轮机的相对内效率为：将上两式相除，可得：由于重热现象，故22'33'44'tttttthhhhhh，，，因此mactthh，上式可§2.1多级汽轮机的优越性及其特点macmacittilevmacmacmacitithhhhhhmacmaciimacthhmacttmacthhh式中即为多级汽轮机的重热量，表示前面级的损失中被后面级利用了的小部分热量。重获热量使整个汽轮机的相对内效率大于各级的平均内效率mactthhmacilevi1maclevii即：注：越大整级内效率越小，因为重热系数的很少量增大是在级效率降低较多的前提下实现的。§2.1多级汽轮机的优越性及其特点11macmacttilevmacithhh上式中，称为重热系数，永远是一个正值。三、多级汽轮机各级段的工作特点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，使汽轮机通流部分的结构和工作特征沿蒸汽流程发生很大变化。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。蒸汽比容的增大，漏汽损失的所占比例逐级下降。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。§2.1多级汽轮机的优越性及其特点蒸汽参数汽缸汽缸受力容积流量叶片形式平均直径级比焓降反动度主要损失效率功率高压缸高温高压多层较厚压力热应力小较短直叶微弯小小较小叶高漏汽部分较低小中压缸高温中压多层较薄压力热应力中扭叶较长中中中等漏汽较高大低压缸低温低压多层薄压力热应力大扭叶长大大较大湿汽较低大§2.1多级汽轮机的优越性及其特点多级汽轮机各缸工作特点小结§2.1多级汽轮机的优越性及其特点2845272344331832500%20%40%60%80%100%高压缸中压缸低压缸ABB汽轮机各汽缸损失分布叶型损失二次流损失泄漏损失§2.1多级汽轮机的优越性及其特点(作业)1.描述多级汽轮机的性能与特点。2.解释重热现象和重热系数。§2.2进汽阻力损失和排汽阻力损失一、汽轮机的主要损失1、级内损失（九种）2、进汽阻力损失3、排汽阻力损失4、轴封漏汽损失5、机械摩擦损失二、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。•如图所示。从图中也可看出，如果没有汽阀的节流，则全机的理想比焓降为，由于汽阀的节流作用，实际的理想比焓降为其差值为节流引起的比焓降损失。称为汽轮机进汽阻力损失。通常进汽压力降落为：降低进汽阻力损失的主要方法改善蒸汽在气门中的流动特性macth'()macth'()macmacmactthhh0p§2.2进汽阻力损失和排汽阻力损失'0000.03~0.05opppp三、排汽阻力损失排气在排气管中流动时，由于摩擦，涡流，转向等阻力作用而有压力下降，这部分没做功的压将损失，称为汽轮机的排气阻力损失。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汽轮机理想比焓降由变为损失了。估算式：凝汽式机cex≤100~120m/s，背压式机cex≤40~60m/s,λ=0.05~0.1。一般情况下：'cpcp'cccppp'macthmachmacth§2.2进汽阻力损失和排汽阻力损失2100excccpp(0.02~0.06)ccpp一般情况下，汽轮机的排汽阻力损失为提高机组的经济性，可通过扩压的方法把排汽动能转化为静压，以补偿排汽管中的压力损失。如果排汽管进口马赫数Ma≤0.5,则排汽压损由下式计算：由于排气管中扩压器的位置不同，所以有不同的排气管形式，如图表示了两种不同形式的排气管。排汽管好坏一般可用能量损失系数ξex和静压恢复系数ηex来衡量。当进入排汽管的汽流速度的马赫数Ma≤0.3时，排汽可视为不可压缩流体，其能量方程为：整理为：§2.2进汽阻力损失和排汽阻力损失2'222111ccccexGpppAf22112212022ccpp2212202211111式中：222ppccc♫能量损失系数：排汽通道总损失与末级动叶出口蒸汽动能之比。即式(b)：21112()exbc令：则有：♫静压恢复系数：排汽通道出口、进口静压差与末级动叶出口蒸汽动能之比。即式(a)：2121112()exppac1exexex2121112exppc21112excex§2.2进汽阻力损失和排汽阻力损失♣当时,△h`+△h`a△ht1图1-4线，可知：♣当时,△h+△ht2=△ht1,回收压头正好补偿流动损失压头；图1-2线。0;1exex1exex0;1exex当，余速动能全部转化为静压头。1;0exex0;1exex♣当时,△h+△ha△ht1,图1-3线，部分气流动能转化为压力能。减少能量损失系数及提高静压恢复系数是排汽管设计目标。0;1exex扩压回收压力不足以弥补沿程阻力损失，应尽量避免这种情况出现。§2.2进汽阻力损失和排汽阻力损失12,pp'21pp''21pp§2.2进汽阻力损失和排汽阻力损失（作业）1.汽轮机高、中、低压缸的主要损失有哪几种？2.解释进汽阻力损失和排气阻力损失，并在h-s图上表示出来。***1§2.3汽轮机及其装置的评价指标汽轮机性能评价指标中有绝对效率和相对效率两种,以整机理想焓降为基础的效率是相对效率，而以单位质量蒸汽在热力循环中所吸收热量为基础的效率是绝对效率。一、汽轮机的相对内效率汽轮机的相对内效率----有效比焓降与理想比焓降之比相应的，汽轮机的内功率式中，和分别是以和为单位的进汽流量maciimacthhip003.6macmactiitiDhpGh0D0G/th/kgs机械效率----汽轮机的轴端功率与汽轮机的内功率之比，其描述了轴承摩擦、主油泵等的功率损耗/meiPP即：003.6macmactimemitimDhPPGheP发电机效率----发电机输出功率与汽轮机轴端功率之比，/gelePPelP汽轮发电机组相对内效率elimg即：003.6macmacteleltelDhPGh§2.3汽轮机及其装置的评价指标二、汽轮机的绝对内效率汽轮机的绝对内效率----全机实际比焓降与整个循环中加给1kg蒸汽的热量之比式中循环热效率：,'0maciaitichhh'0macttchhh绝对电效率----1kg蒸汽理想比焓降中转换成电能的部分与整个热力循环中加给1kg蒸汽的能量之比macthmactelh.'0mactelaelteltimgchhh§2.3汽轮机及其装置的评价指标三、汽耗率汽耗率----每生产1kw·h电能所消耗的蒸汽量010003600maceltelDdPh四、热耗率热耗率----每生产1kw·h电能所消耗的热量'0'0.36003600ccmactelaelhhqdhhh中间再热机组：''00rcrrDqhhhhD§2.3汽轮机及其装置的评价指标hkwkJhkwkJhkwkJ五、煤耗率机组发出1KW·h电量所消耗的标煤量(标准煤g/KW·h）。(1kg标准煤发热量为7000Kcal=29308J)。发电煤耗、供电煤耗。100029308bbelgdglBqbPgkwh§2.3汽轮机及其装置的评价指标（作业与思考）1.解释汽轮机的相对内效率、汽轮发电机组的相对内效率、汽轮机的绝对内效率、绝对电效率。2.解释汽耗率及热耗率，并写出定义式。轴封：在汽缸两端转子穿出处,转子与汽缸间的汽封。作用：减小漏汽损失,防止蒸汽外逸和空气内漏。主要形式：齿形轴封、蜂窝式轴封等。一、齿形轴封齿形轴封分为高低齿轴封(曲径轴封)和平齿轴封(光轴轴封)两种。在汽轮机的高压段采用曲径轴封，在低压段采用光轴轴封。§2.4轴封及其系统工作原理：蒸汽在汽封中的流动当作绝热等