电厂汽轮机原理-第二章多级汽轮机

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1、1 汽 轮 机 原 理北京交通大学机电学院2011年 2 第 二 章 多 级 汽 轮 机 多级汽轮机的特点多级汽轮机热力过程汽轮机及其装置的评价指标多级汽轮机的轴向推力轴封及其系统 3 1. 多 级 汽 轮 机 的 采 用提 高 功 率 的 途 径 ： 增 加 进 汽 量 和 总 理 想 焓 降考 虑 经 济 和 安 全 问 题 ， 单 级 汽 轮 机 有 效 利 用 很 大 理想 焓 降 是 不 可 能 的解 决 方 案 ： 多 级 汽 轮 机 。 每 级 只 利 用 总 焓 降 中 的 一部 分 ， 都 在 最 佳 速 度 比 附 近 工 作 ， 有 效 利 用 整 机 理 想焓 降 ，

2、提 高 机 组 效 率 。 第 一 节 多 级 汽 轮 机 的 特 点东 方 汽 轮 机 厂 N300 16.7/537/537 4型 汽 轮 机 总 共 28级 ： 高 压 缸 ： 1个 单 列 调 节 级 +9个 冲 动 压 力 级 中 压 缸 ： 6个 冲 动 压 力 级 低 压 缸 ： 2 6个 冲 动 压 力 级上 海 汽 轮 机 厂 引 进 型 N300 16.7/538/538型 汽轮 机 由 35级 组 成 ： 高 压 缸 ： 1个 单 列 调 节 级 +11个 反 动 压 力 级 中 压 缸 ： 9个 反 动 压 力 级 低 压 缸 ： 2 7个 反 动 压 力 级 4 多

3、级 汽 轮 机 的 特 点单 机 功 率 大 每 一 级 都 能 在 最 佳 速 度 比 附 近 工 作内 效 率 高 可 做 成 多 排 汽 口 ， 提 高 新 蒸 汽 的 参 数 ， 增 加 总 进 汽 量 分 类 ： 冲 动 式 、 反 动 式 5 多 级 汽 轮 机 有 冲 动 式 和 反 动 式 两 种 。 国 产 100MW、125MW、 200MW汽 轮 机 都 是 冲 动 式 汽 轮 机 ； 国 产300MW汽 轮 机 则 是 反 动 式 汽 轮 机 。 多 级 汽 轮 机 通 常用 喷 嘴 调 节 ， 控 制 进 汽 量 ， 第 一 级 称 为 调 节 级 ， 其余 级 称

4、为 压 力 级 。 中 小 型 汽 轮 机 通 常 采 用 双 列 级 作为 调 节 级 ， 大 功 率 汽 轮 机 多 用 单 列 级 作 为 调 节 级 。通 流 部 分 尺 寸 逐 级 增 大 ， 特 别 是 在 低 压 部 分 ， 平 均直 径 增 加 很 快 。 即 叶 片 的 高 度 越 来 越 长 。 受 到 材 料强 度 的 限 制 ， 叶 片 不 可 能 太 长 ， 故 大 型 汽 轮 机 都 采用 多 排 汽 口 。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

5、 大 节 省了 投 资 。 存 在 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 。 7 现 代 多 级 汽 轮 机 2. 多 级 汽 轮 机 的 热 力 过 程 8 分 流 低 压 缸 转 子 高 压 段 蒸 汽 特 性 ： 高 压 、 高 温 ， 比 容 小 ， 蒸 汽 容 积 流 量 小 。结 构 特 点 ： 喷 嘴

6、 出 口 汽 流 方 向 角 l较 小 ， 以 保 证 叶 片 高 度 。一 般 情 况 下 ， 冲 动 式 汽 轮 机 的 l= 11 14 ， 反 动 式 汽 轮 机的 l= 14 20 。 气 动 特 性 ： 各 级 比 焓 降 不 大 ， 比 焓 降 的 变 化 也 不 大 。在 冲 动 汽 轮 机 的 高 压 段 ， 级 的 反 动 度 一 般 不 大 。级 内 损 失 特 点 ：可 能 存 在 的 级 内 损 失 -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 段 各 级 的 效 率

7、 相 对 较 低 。叶 高 损 失 、 漏 汽 损 失 、 叶 轮 摩 擦 损 失 、 部 分 进 汽 损 失 相 对 较 大 。 中 压 段 蒸 汽 特 性 ： 中 压 、 高 温 ， 中 比 容 ， 蒸 汽 容 积 流 量 中 等 。结 构 特 点 ：气 动 特 性 ： 级 的 反 动 度 介 于 高 压 缸 与 低 压 缸 之 间 ， 且 逐 渐 增 大 。级 内 损 失 特 点 ：中 等 叶 高 ， 各 级 叶 片 高 度 沿 流 动 方 向 逐 渐 增 大 。可 能 存 在 的 级 内 损 失 -轮 周 损 失 、 叶 高 损 失 、 扇 形 损 失 、 漏汽 损 失 、 叶 轮 摩

8、 擦 损 失 等 。叶 高 损 失 较 小 ； 一 般 为 全 周 进 汽 ， 没 有 部 分 进 汽 损 失 ， 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 。效 率 要 比 高 压 级 和 低 压 级 都 高 。 低 压 段蒸 汽 特 性 ： 低 压 、 低 温 ， 末 几 级 处 于 湿 汽 区 ， 比 容 大 ， 蒸 汽 容 积流 量 大 。结 构 特 点 ： 喷 嘴 出 口 汽 流 方 向 角 l大 ， 避 免 叶 高 过 大 。气 动 特 性 ：级 内 损 失 特 点 ：可 能 存 在 的 级 内 损 失 -轮 周 损

9、失 、 叶 高 损 失 、 扇 形 损 失 、 漏汽 损 失 、 叶 轮 摩 擦 损 失 、 湿 汽 损 失 等 。余 速 损 失 大 ， 但 一 般 可 被 下 级 利 用 ， 叶 轮 摩 擦 损 失 、 漏 汽 损 失 、叶 高 损 失 很 小 ， 主 要 是 湿 汽 损 失 大 。理 想 比 焓 降 较 大 ， 且 相 应 增 加 较 快叶 高 大 ， 末 两 级 叶 高 扩 张 很 快级 的 反 动 度 明 显 增 大效 率 介 于 高 压 级 和 中 压 级 之 间 。 多 级 汽 轮 机 各 缸 工 作 特 点 小 结 蒸 汽 参 数 汽 缸 汽 缸 受 力 容 积 流 量 叶 片

10、 型 式 平 均 直 径 级 焓降 反 动度 主 要损 失 效 率 功 率 高 压 缸 高 温 高 压 多 层 缸 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 不 足 1/3 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 于 1/3 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 稍 低 近 1/3 28 45 27 23 44 33 18 32 50 0% 20% 40% 60% 80% 100% 高压 缸

11、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 14 进 汽 机 构 的 节 流 过 程 各 级 实 际 膨 胀 过 程 排 汽 管 道 的 节 流 过 程 cp HP IP LP G锅 炉 高 压 缸 中 压 缸 凝 汽 器再热器 主汽阀 调节阀 低 压 缸中 压 主 汽 阀中 压 调 节 阀过热器 LP进 汽 阻 力 损 失 和 排 汽 阻 力 损 失 进 汽 阻 力 损 失 mac t th H H 17 通 常 ， 当 阀 门 全 开 时 ， 汽 流 速 度 为 （ 40 60） m / s ： 对 于 再 热 管 道

12、及 再 热 器 ：对 于 中 低 压 缸 连 通 管 ： 0 0 0 0(0.030.05)p p p p (0.020.03)s s s sp p p p r 00 (0.120.15) rrp pp 高 压 缸 排 汽 压 力 损 失 的 大 小 取 决 于 汽 流 速 度 控 制 阀 门 与 管 道 中 蒸 汽 流 速 40 60m/s主 汽 门 及 调 门的 气 动 特 性 优 化 阀 芯 型 线 和 汽 室 形 状 ，采 用 带 扩 压 管 的 阀 门 。 19 排 汽 阻 力 损 失阻 力 系 数 ， 一 般 取 =0.050.1； 排 汽 管 中 的 汽 流 速 度 ，对 于 凝

13、 汽 机 ， 取 80120m/s；背 压 机 ， 取 4060m/s。 ( )mac t th 100exc c ccp p p p exc (0.020.06)c cp p 一 般 情 况 下 ：cpcp -凝 汽 器 喉 部 静 压-末 级 动 叶 出 口 的 静 压 20 第 二 节 多 级 汽 轮 机 的 重 热 现 象一 、 重 热 现 象上 一 级 损 失 中 的 一 小 部 分 焓 降 可 以在 以 后 各 级 中 得 到 利 用 多 级 汽轮 机 的 重 热 现 象 。 2thh s1p 2p2th 3p1T 12 31 211 kkt pkh RTk p 1 2 31 21

14、1 - kkt pkh RTk p 2 21 1 t t,T T h h 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 。 2thh s1p 2p2th 3p1T 22 二 、 重 热 系 数1.重 热 系 数 ttHH 1 2 3t t t tH h h h 1n it ti h H 23 2.整 机 效 率设 ： (1 ) mac levii itHH 1 21 2lev i ii t th hh h 1 2 1 2lev levi i i t t i th h h h h 1l

15、ev i ii t tH Hh H （ + ） 24 0， 整 机 的 内 效 率 大 于 各 级 内 效 率 平 均 值 。通 常 ， 重 热 系 数 = 0.03 0.08 ， 其 大 小 与 下 列 因 素 有 关 ：1) 和 级 数 有 关 ， 级 数 多 ， 大 ；2) 与 各 级 内 效 率 有 关 ， 级 内 效 率 低 ， 则 大 ；3) 与 蒸 汽 状 态 有 关 ， 过 热 区 大 ， 湿 汽 区 小 。* 决 不 能 误 认 为 越 大 越 好 。 提 高 汽 轮 机 效 率 的 根 本 途 径 是 提高 各 级 的 相 对 内 效 率 . (1 )mac levii i

16、tHH 25 第 三 节 汽 轮 机 装 置 的 效 率一 、 汽 轮 机 的 相 对 内 效 率 tii HH 26 二 、 汽 轮 机 的 内 功 率 对 于 无 回 热 加 热 系 统 的 汽 轮 机 ： (kW) (kW)对 于 有 回 热 加 热 系 统 的 汽 轮 机 ： D 、 G 为 汽 轮 机 各 级 蒸 汽 量 ， 为 相 应 的 有 效 焓 降 。 0 0i i t iP G H G H 0 03600 3600i t ii D H D HP 1 13600n nj ji j jj jD HP G H jH 27 三 、 汽 轮 机 的 轴 端 功 率 、 电 功 率 对

17、 于 无 回 热 加 热 系 统 的 汽 轮 机 ： 发 电 机 的 出 线 端 所 获 得 的 电 功 率 ： 相 对 电 效 率 ：每 kg 蒸 汽 所 具 有 的 理 想 焓 降 中 最 后 转 变 为 电 能 的 份 额 ， 是 衡 量 汽 轮 发 电 机 组 经 济 性 的 一 项 重 要 指 标 。 0 3600t i me i m D HP P 0 03600 3600t tel e g i m g elD H D HP P el i m g 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, 0

18、ia i t icHh h 绝 对 电 效 率 : . 0 t ela el cHh h 四 、 循 环 热 效 率 和 绝 对 电 效 率 0 tt cHh h 循 环 热 效 率 ： 只 适 用 于 本 课 所 定 义特 殊 机 组适 用 于 纯 凝 汽 机 组 ， 有回 热 时 变 为ch fwh适 用 于 所 有 机 组 .a el t el t i m g 适 用 于 纯 凝 汽 机 组 ， 有回 热 时 变 为ch fwh 适 用 于 所 有 机 组 每 生 产 1kWh电 能 所 消 耗 的 蒸 汽 量01 0 0 0 3 6 0 0e l t e lDd P H 每 生 产 1

19、kWh电 能 所 消 耗 的 热 量 0 0 ,3600 3600cc t el a elh hq d h h H 中 间 再 热 机 组 ： 0 0rc r rDq h h h hD ( )kg kW h( )kJ kW h机 组 发 出 1kWh电 量 所 消 耗 的 标 煤 量 (标 准 煤 g/kWh） 。 (1kg标 准 煤发 热 量 为 7000kcal)。 发 电 煤 耗 、 供 电 煤 耗 。 五 、 汽 耗 率六 、 热 耗 率七 、 煤 耗 率 适 用 于 所 有 机 组适 用 于 纯 凝 汽 机 组 ， 有回 热 时 变 为ch fwh适 用 于 纯 凝 汽 机 组 ，

20、有回 热 时 变 为 ch fwh (1)相 对 效 率 是 衡 量 某 个 能 量 转 换 环 节 设 计 的 完 善 程 度的 指 标 。(2)绝 对 电 效 率 和 热 耗 率 是 衡 量 汽 轮 发 电 机 组 经 济 性 的 主要 指 标 。(3)汽 耗 率 由 于 和 机 组 的 初 终 参 数 有 关 ， 因 此 只 能 用 于 比较 同 类 型 同 参 数 机 组 的 运 行 管 理 水 平 。(4)汽 轮 发 电 机 组 的 绝 对 电 效 率 和 热 耗 率 由 于 没 有 考 虑 锅炉 效 率 、 管 道 效 率 和 厂 用 电 等 ， 因 此 高 于 机 组 电 效 率

21、和 热 耗 率 。(5)未 扣 除 厂 用 电 的 煤 耗 率 称 为 发 电 煤 耗 ， 扣 除 厂 用 电 的称 为 供 电 煤 耗 ， 因 此 供 电 煤 耗 总 是 高 于 发 电 煤 耗 。tips 31 当 前 世 界 主 要 工 业 发 达 国 家 火 力 发 电 厂的 平 均 热 效 率 为 (35 38 ) %, 超 （ 超 ） 临 界机 组 可 达 42% 。 国 产 200MW汽 轮 发 电 机 组 的 热 耗 率 为 q = 8402 kJ / kW.h， 国 产 300MW 汽 轮 发 电 机组 的 热 耗 率 为 q = 7993 kJ / kW.h 。 32 汽

22、轮 机 原 理 热 力 发 电 厂工 程 设 计多 级 汽 轮 机热 力 设 计 轴 向 推 力 ： 蒸 汽 对 转 子 施 加 了 一 个 由 高 压 端 指 向 低 压端 的 轴 向 力 ， 使 转 子 存 在 一 个 向 低 压 端 移 动 的 趋 势 。 轴 向 推 力 由 推 力 轴 承 承 担 。 对 轴 向 推 力 采 取 平 衡 措 施 ， 平 衡 掉 部 分轴 向 推 力 ， 减 少 推 力 轴 承 的 设 计 制 造 难 度 。 计 算 轴 向 推 力 ， 为 推 力 轴 承 的 设 计 提 供依 椐 。第 四 节 多 级 汽 轮 机 的 轴 向 推 力 1 1 2 2 1

23、 2sin sinz m bF G c c d l p p 压 力 反 动 度 1 20 2p p pp p 0 2z m b pF d l p p .作 用 在 动 叶 上 的 轴 向 推 力速 度 级 ： 计 算 两 列 动 叶 受 力 之 和部 分 进 汽 级 ： 乘 上 部 分 进 汽 度 e一 、 冲 动 式 汽 轮 机 的 轴 向 推 力 在 h-s图 上 ， 同 一 压 差 的 等 压 线 距 离 越 向 下 越 大 ， 即 焓 降 增 大 ， 故压 力 反 动 度 小 于 焓 降 反 动 度 ， 用 替 代 计 算 偏 于 安 全 ， 故可 认 为 正 比 与 。 m pmp

24、0 2m p p zF 1ph s0p 2p .作 用 在 叶 轮 面 上 的 轴 向 推 力 2 22 2 1 2 24 4z m b d m bF d l d p d l d p 如 果 叶 轮 两 侧 的 轮 毂 直 径 相 同 ， 即 d1=d2=d： 2 2 24z m b d dF d l d p p 对 部 分 进 汽 级 上 式 应 加 上 21 m b de d l p p 20 2dd p pp p 叶 轮 反 动 度 2 2 0 24z m b d dF d l d p p 通 过 流 量 平 衡 求 得 进 而 可 确 定 d dp 或如 果 动 叶 根 部 稍 有 漏

25、 汽 ： 故 用 代 替 计 算 所 得 结 果 将 偏 大 ， 偏 于 安 全 。可 近 似 地 认 为 叶 轮 上 的 轴 向 推 力 也 正 比 于 。 m p d m p 0 2m p p zFd zF3.作 用 轴 凸 肩 上 的 轴 向 推 力二 、 反 动 式 汽 轮 机 的 轴 向 推 力 作 用 在 叶 片 上 的 轴 向 推 力 ； 作 用 在 轮 鼓 锥 形 面 上 的 轴 向 推 力 ； 作 用 在 转 子 阶 梯 上 的 轴 向 推 力 。2 22 1( )4IIIz xF d d p I IIIIIz z z zF F F F 38 1.采 用 平 衡 孔在 叶 轮

26、 上 开 设 平 衡 孔 可 以 减 少 叶 轮 两 侧 的 压 力 差 ，从 而 可 以 减 少 作 用 在 叶 轮 上 的 轴 向 力 。2.设 置 平 衡 活 塞在 平 衡 活 塞 上 装 有 齿 形 轴 封 ，当 蒸 汽 由 活 塞 的 高 压 侧 向 低压 侧 流 动 时 ， 压 力 降 低 。 平衡 活 塞 在 压 力 差 作 用 下 ， 就产 生 了 一 个 向 左 的 作 用 力 。这 个 力 刚 好 与 轴 向 推 力 方 向相 反 ， 起 到 了 平 衡 作 用 。三 、 轴 向 推 力 的 平 衡 39 3.采 用 多 缸 反 向 布 置 使 汽 流 在 不 同 的 汽

27、缸 中 作 反 向 流 动 , 其 轴 向 力 方 向 相 反 ， 达 到了 平 衡 的 目 的 。4.推 力 轴 承 汽 轮 机 的 运 行 要 求 推 力 轴 承 承 担 一 部 分 轴 向 推 力 ， 以 保 证汽 轮 机 运 行 工 况 发 生 变 化 时 ， 轴 向 推 力 方 向 不 变 ， 达 到 机 组 稳定 运 转 的 目 的 。 推 力 轴 承 所 承 担 的 轴 向 推 力 为 ： 为 了 安 全 起 见 ， 核 算 推 力 轴 承时 ， 其 安 全 系 数 应 大 于 1.5 1.7。 FFF zb 东方汽轮机引进日本三菱技术的百万机组 41 第 五 节 轴 封 及 其

28、 系 统损 失 分 类 ： 外 部 损 失 ： 不 直 接 影 响 蒸 汽 状 态 的 损 失 。 内 部 损 失 ： 直 接 影 响 蒸 汽 状 态 的 损 失 。外 部 损 失 ： 机 械 损 失 外 部 漏 汽 损 失 42 漏 汽 原 因 由 于 结 构 的 要 求 ， 汽 轮 机 大 轴 必 须 从 汽 缸 内 向 外 伸 出 并 支 持在 轴 承 座 上 。 这 样 ， 大 轴 和 汽 缸 之 间 必 须 留 有 一 定 的 间 隙 。 汽 缸 的 高 压 端 ， 缸 内 蒸 汽 压 力 大 于 大 气 压 力 ， 蒸 汽 必 然 要 从间 隙 向 外 泄 漏 。 这 样 就 减

29、少 了 作 功 蒸 汽 量 ， 降 低 了 机 组 的 经济 性 。 在 机 组 的 排 汽 端 ， 缸 内 为 真 空 运 行 ， 蒸 汽 压 力 低 于 大 气 压 力 ，外 界 的 空 气 将 通 过 间 隙 流 入 汽 缸 内 ， 破 坏 真 空 ， 也 会 降 低 机 组的 经 济 性 。第 五 节 轴 封 及 其 系 统防 止 漏 汽 的 措 施 ： 安 装 齿 形 汽 封 安 装 轴 封 系 统 按 用 途 分 类 ：隔 板 汽 封叶 根 及 叶 顶 汽 封轴 端 汽 封 (轴 封 )隔 板 内 圆 处 的 汽 封 ， 用 来 阻 碍 蒸 汽 绕 过 喷 嘴 而 引 起 能量 损

30、 失 并 使 叶 轮 上 的 轴 向 推 力 增 大 。动 叶 栅 顶 部 和 根 部 处 的 汽 封 ， 通 称 通 流 部 分 汽 封 ，用 来 阻 碍 蒸 汽 从 动 叶 栅 两 端 逸 散 致 使 做 功 能 力 降 低 。转 子 穿 过 汽 缸 两 端 处 的 汽 封 ， 高 压 轴 封 防 止 蒸 汽 漏 出 汽 缸 ， 造 成工 质 损 失 ， 恶 化 运 行 环 境 ， 并 且 加 热 轴 颈 或 冲 进 轴 承 使 润 滑 油 质劣 化 ； 低 压 轴 封 用 来 防 止 空 气 漏 入 汽 缸 ， 破 坏 凝 汽 器 正 常 工 作 。一 、 汽 封 种 类 44 装 在

31、汽 轮 机 高 压 端 的 汽 封 称 为 前 轴 封 ， 作 用 是 为 了 减 少 高 温 高 压 蒸 汽 从 汽 缸 内 向 外 泄 漏 ； 装 在 汽 轮 机 低 压 端 的 汽 封 称 为 后 轴 封 ， 它 的 作 用 是 为 了 防 止 外 界 空 气 漏 向 汽 缸 ， 保 证 汽 缸 内 的 真 空 度 。 对 于 多 缸 的 大 型 汽 轮 机 ， 每 个 缸 的 两 端 都 有 轴 封 ， 其 作 用 要 根 据 具 体 情 况 而 定 。 二 、 齿 形 轴 封 高 低 齿 轴 封 (曲 径 轴 封 )： 汽 轮 机 的 高 压 段 采 用 平 齿 轴 封 (光 轴 轴

32、 封 ) ： 低 压 段 采 用 。工 作 原 理 ：当 漏 汽 漏 过 汽 封 时 ， 每 通 过 一 个 汽 封 片 所 形 成的 孔 口 ， 就 产 生 一 次 节 流 作 用 ， 即 蒸 汽 的 压 力就 降 低 一 次 ， 每 一 汽 室 中 的 压 力 都 低 于 前 一 汽室 中 的 压 力 ， 每 一 汽 封 片 前 后 压 差 之 和 就 等 于汽 封 前 后 的 总 压 差 P 0 Pg。 由 于 孔 口 的 漏 汽 面积 是 Ap dp 定 值 （ dp是 汽 封 片 处 轴 的 直 径， 是 汽 封 间 隙 ） ， 因 此 在 给 定 的 总 压 差 下 ，如 果 汽

33、封 片 数 越 多 ， 则 每 一 汽 封 片 两 侧 的 压 力差 就 越 小 ， 漏 汽 量 也 就 越 少 。 芬 诺 曲 线 (等 流 量 线 )l xl xA cG v 亚 临 界 工 况 的 漏 汽 量 采 用 不 可 压 缩 流 动 方 程 ， 汽 流 通 过 某 一 片 孔 口的 流 速 为 2x xpc 对 应 的 流 量 为 12 2l l l x x l l x l l xG A c A p A p 2 01 02l xl lG p pA p 由 于 等 焓 线 上 压 力 与 比 容 之 商 为 常 数 ， 从 而 求 得 腔 室 压 力 与 前后 压 差 的 关 系

34、漏 汽 量 计 算 ：1. 亚 临 界 最 后 一 片 孔 口 处 流 速 未 达 临 界 速 度 1 01 0 xxp p const 2 12l xl lG pA 2 01 02lx l lG pp p constA 孔 口 前 压 力 越 低 ， 压 差 越 大 ， 孔 口 中 的 比 焓 降 越 大 。1xp p h2011 02z lx l lzp Gp p constA 00 22 2 21 0 01 02 2 2z zpp x z lxp l lpp p p zp Gp p A 2 20 0 0 zl l l p pG A zp 2.临 界 临 界 工 况 时 ， 将 最 后 一

35、 个 孔 口 当 作 喷 嘴 。因 最 后 一 片 轴 封 孔 口 前 均 为 亚 临 界 ， 由 前 面 亚 临 界 漏 汽 量 计 算 公 式求 得 末 道 轴 封 孔 口 前 压 力 112, 1 11 kkl c l l z zkG A k p 111 0 0211 1 1.31 0.445( 1)1 ( 1)kkz kp p p kzk z 定 熵 指 数 1 01 0 xxp p 由 11 20 12, 1 0kk zl c l l k pG A k p 判 定 是 否 临 界 的 准 则 0 0.821.25zpp z 因 而 ， 最 后 一 片 中 流 速 达 临 界 时 漏

36、汽 量0 0, 1.25l cr l l pG A z 3.轴 封 孔 口 流 量 系 数由 实 验 求 取 ： 与 轴 封 齿 的 形 状 及几 何 参 数 有 关 。 l(1)齿 进 汽 侧 不 应 作 成 圆 弧 状 或 斜 面状 ， 应 保 持 齿 的 尖 锐 边 缘(2)齿 的 尖 锐 边 缘 在 运 行 中 会 因 为 摩擦 而 钝 化 ， 流 量 系 数 会 增 大 4光 轴 轴 封 漏 汽 量 修 正 系 数 与 曲 径 轴 封 的 区 别 是 蒸 汽 进 入 下 一 孔 口 前 还 有 一 定 的 初 速 ，故 漏 汽 量 增 大 ， 其 计 算 结 果 只 需 在 曲 径

37、轴 封 的 计 算 结 果 上 乘 一修 正 系 数 ， 可 由 光 轴 轴 封 尺 寸 和 轴 封 片 数 z查 得 . lk lK /s5基 本 计 算 公 式 分 析 与 统 一 计 算 时 必 须 先 判 别 在 轴 封 段 的 最 末 一 片 中 是 否 达 到临 界 速 度 。公 式 缺 陷 ： 临 界 点 计 算 结 果 不 一 致 ； 0 00.667l l l lG A p 0 0 ./0.667 /l l l l l l cG A p G G 若 算 平 齿 式 光 轴 轴 封 的 轴 封 漏 汽量 ， 则 需 再 乘 上 修 正 系 数 计 算 漏 汽 量 前 ， 不 必

38、 事 先 判 断 轴封 最 后 一 片 孔 口 处 是 否 达 到 临 界速 度 ， 只 需 根 据 Z与 查 得 应 用 上 式 计 算 。 0/zp p l6计 算 曲 径 轴 封 的 漏 汽 量 单 一 表 达 式轴 封 漏 汽 量 比 ： lK 三 、 轴 封 系 统作 用 ： 在 任 何 运 行 工 况 下 保 证 蒸 汽 不 外 泄 、 空 气 不 内 漏 ， 同 时回 收 泄 漏 蒸 汽 的 热 能 （ 轴 封 加 热 器 ） 和 组 织 汽 流 冷 却 转 子 的轴 端 。端 轴 汽 封 和 与 它 相 连 的 管 道 和 附 属 设 备组 成 ： 由 轴 封 、 供 汽 母

39、管 及 均 压 箱 、 轴 封 调 节 器 、 轴 封 加热 器 和 轴 封 抽 汽 器 等 组 成 。型 式 ： 外 供 汽 式 和 自 密 封 式特 点 ： 轴 封 分 成 多 段 多 室 ， 与 大 气 环 境 接 近 的 腔 室 的 压 力 由 抽 汽 器或 风 机 维 持 略 低 于 大 气 压 力 ， 紧 邻 的 腔 室 压 力 由 压 力 调 节 器 维 持 略高 于 大 气 压 力 ， 从 而 保 证 蒸 汽 不 外 泄 、 空 气 不 内 漏 。 轴 封 主 要 由 三 段 二 室 组 成 。 高 负 荷 运 行 时 ， 低 压 轴 封 的 供 汽 来 自于 高 压 轴 封

40、的 漏 汽 ， 高 压 漏 汽 经 喷 水 减 温 后 进 入 低 压 轴 封 ； 启 动或 低 负 荷 时 ， 轴 封 汽 由 外 部 提 供 。优 点 ： 系 统 简 单 ；缺 点 ： 不 能 充 分 冷 却 高 、 中 压 缸 高 温 轴 端 。外 供 汽 式 轴 封 系 统高 、 中 缸 高 温 端 轴 封 由 多 (大 于 3） 段 多 室 组 成 ， 部 分 漏 汽 被 引 至低 压 加 热 器 。 轴 封 的 供 汽 来 自 于 辅 助 蒸 汽 系 统 。优 点 ： 低 温 辅 助 蒸 汽 对 高 、 中 压 段 高 温 轴 端 起 到 冷 却 作 用 ；缺 点 ： 系 统 复

41、杂 。自 密 封 式 轴 封 系 统 0.095MPa（ a） 0.123 0.128MPa(a) 自 密 封 时 汽 封 内 蒸 汽 流 向 轴 封 回 汽 的 利 用 ： 将 漏 汽 从 轴 封 中 间 腔 室 引 出 加 以 利 用 或 回 收 漏汽 (含 空 气 )混 合 物 的 热 量 以 加 热 凝 结 水 (多 于 两 个 腔 室 时 )；低 压 低 温 汽 源 的 应 用 ： 高 压 缸 两 端 与 主 轴 承 靠 近 ， 为 防 止 传 出 高温 蒸 汽 使 轴 承 超 温 ， 常 向 高 压 轴 封 供 低 压 低 温 蒸 汽 (非 自 密 封 系统 ) ； 或 在 启 动

42、 及 低 负 荷 时 ， 向 轴 封 供 备 用 蒸 汽 (各 种 系 统 )；防 止 蒸 汽 由 端 轴 封 漏 入 大 气 ： 防 止 蒸 汽 漏 入 轴 承 使 油 质 恶 化 、 车间 湿 度 增 大 及 汽 水 损 失 ， 通 常 在 高 低 压 端 轴 封 最 外 腔 室 人 为 地 造成 一 个 比 大 气 压 力 稍 低 的 压 力 ， 将 漏 出 的 蒸 汽 和 漏 入 的 空 气 一 起抽 出 ， 经 冷 却 后 排 入 大 气 ； 防 止 空 气 漏 入 真 空 部 分 ： 在 低 压 端 轴 封 次 外 腔 室 通 入 比 大 气 压力 稍 高 的 蒸 汽 ， 沿 着

43、主 轴 向 背 离 汽 缸 方 向 流 动 ， 以 阻 止 外 界 空 气流 入 。 轴 封 系 统 的 特 点 63 作 业 与 思 考 题一 名 词 解 释1. 重 热 现 象2. 重 热 系 数3. 汽 耗 率4. 热 耗 率5. 汽 轮 机 的 相 对 内 效 率 64 作 业 与 思 考 题二 、 填 空 题1. 汽 轮 机 相 对 内 效 率 的 表 达 式 为 _。2. 重 热 系 数 =_。3. 汽 轮 发 电 机 组 电 功 率 的 表 达 式 为 _（ 无 回 热抽 汽 ） ； _（ 有 回 热 抽 汽 ） 。4. 汽 轮 发 电 机 组 的 绝 对 电 效 率 ael=_

44、。5. 汽 耗 率 是 指 _， 用 _来 表 示 ， 单 位 是 _。6. _称 为 热 耗 率 ， 以 _来表 示 ， 单 位 是 _。 7.多 级 汽 轮 机 轴 向 推 力 的 平 衡 方 法 有 ： _ 。 65 作 业 与 思 考 题三 判 断 题1. 多 级 汽 轮 机 的 有 效 焓 降 等 于 各 级 有 效 焓 降 之 和 。 （ ）2. 多 级 汽 轮 机 的 理 想 焓 降 等 于 各 级 理 想 焓 降 之 和 。 （ ）3. 汽 轮 机 级 数 越 多 ， 重 热 所 回 收 的 热 量 越 大 ， 汽 轮 机 的 相 对 内 效率 就 越 高 。 （ ）4. 湿

45、蒸 汽 区 的 重 热 系 数 大 于 过 热 区 重 热 系 数 。 （ ）5 由 于 汽 轮 机 的 高 压 部 分 工 作 压 力 高 、 比 体 积 小 ， 通 流 面 积 小 ，所 以 其 叶 片 短 ， 可 以 采 用 等 截 面 直 叶 片 ， 但 为 了 提 高 级 的 效 率 ， 现代 汽 轮 机 大 多 采 用 扭 曲 叶 片 。 （ ）6. 汽 轮 机 轴 封 的 自 密 封 系 统 在 任 何 情 况 下 都 不 需 要 外 界 汽 源 。 （ ）7. 多 级 汽 轮 机 的 级 数 越 多 ， 工 作 时 所 产 生 的 轴 向 推 力 越 大 ， 推 力轴 承 上

46、承 担 的 轴 向 力 也 越 大 。 （ ） 66 作 业 与 思 考 题四 、 选 择 题 下 列 各 题 答 案 中 选 择 一 个 正 确 答 案 编 号 填 入 （ ） 内 1. 为 减 小 排 气 压 力 损 失 提 高 机 组 经 济 性 ， 汽 轮 机 的 排 汽 室 通 常 设计 成 （ ） 。A. 等 截 面 型 ； B. 渐 缩 型 ；C. 缩 放 性 ； D. 渐 扩 性 。2. 汽 轮 机 进 汽 机 构 的 节 流 损 失 使 得 蒸 汽 入 口 焓 （ ） 。A. 增 大 ； B. 减 小 ；C. 保 持 不 变 ； D. 以 上 变 化 都 有 可 能 。3.评

47、 价 汽 轮 机 热 功 转 换 效 率 的 指 标 为 （ ）A. 循 环 热 效 率 ； B. 汽 耗 率 ；C. 汽 轮 机 相 对 内 效 率 ； D. 汽 轮 机 绝 对 内 效 率 。 67 作 业 与 思 考 题五 、 简 答 题1.什 么 是 重 热 现 象 ？ 它 对 多 级 汽 轮 机 的 效 率 有 何 影 响 ？2.画 图 说 明 余 速 利 用 能 够 提 高 汽 轮 机 相 对 内 效 率 的 根 本 所 在 。3.简 述 自 密 封 式 轴 封 系 统 的 工 作 原 理 。4.简 述 外 供 汽 式 轴 封 系 统 的 工 作 原 理 。5.轴 封 系 统 的

48、特 点 是 什 么 ？ 68 作 业 与 思 考 题六 、 计 算 题1.凝 汽 式 汽 轮 机 的 蒸 汽 初 参 数 ： p0=8.83MPa, t0=530 ， 汽 轮 机 排汽 压 力 pc=0.0034MPa,全 机 理 想 焓 降 Ht=1450kJ/kg, 其 中 调 节 级 理想 焓 降 ,调 节 级 相 对 内 效 率 ， 其 余 各 级 平 均相 对 内 效 率 ， 假 定 ， ， 试 求 ：（ 1） 该 机 组 的 相 对 内 效 率 ；（ 2） 该 机 组 的 汽 耗 率 ；（ 3） 在 h-s图 中 绘 出 该 机 组 的 热 力 过 程 线 。2.已 知 某 纯 凝 汽 式 汽 轮 机 ： 求 ： Pi ,d,q, 1 209.3 /th kJ kg 1 0.5ri 0.85ri 0.98g 0.99m 012000 , 3304 / , 2140 / ,0.78, 0.96, 0.98, 184 / .el cri g m fwP kW h kJ kg h kJ kgh kJ kg ,a el