2 1多級汽輪機的特點 多級汽輪機是提高機組功率和效率 實現抽汽回熱和中間再熱的必然結果 性能特點循環效率提高蒸汽參數提高 焓降增大 實現抽汽回熱和中間再熱 相對內效率提高合理分配各級焙降使之在最佳速比附近工作 大多數級的余速得到利用 平均焓降減小 可使級的平均直徑減小 提高葉片高度 因存在重熱現象 前級產生的損失部分地被下級利用 單位功率的投資減小 重熱和重熱系數在水蒸汽的焓 熵圖上 等壓線沿熵增方向逐漸擴張 即 2 1多級汽輪機的特點 等壓線間的理想焓降隨熵增而增大 這種由熵增損失產生的各級理想焓降之和大于整機理想焓降的現象稱為多級汽輪機的重熱現象 重熱系數a 各級理想焓降之和大于整機理想焓降的增量與整機理想焓降的比 即重熱利用是以熵增損失為代價 只是利用了上級損失中的部分能量 即減小上級損失產生的影響 但總的結果機組的次序是下降的 由于級的焓降決定于最佳速比 在計及重熱后 整機的級數增多 多級汽輪機的結構與工作特征蒸汽在多級汽輪機中膨脹作功 壓力和溫度降低 比容增大 導致沿蒸汽膨脹流程的通流面積增大 使汽輪機通流部分的結構和工作特征沿蒸汽流程發生很大變化 沿蒸汽流程平均直徑和葉片高度 2 1多級汽輪機的特點 增大 反動度呈逐級增大勢態 蒸汽比容的減小 漏汽損失的相對比例呈逐級下降 葉片的增長 二次流損失呈下降趨勢 但葉型損失相對增大 對中間再熱機組 漏汽及二次流損失較大 加上調節級部分進汽 高壓缸效率最低 中壓缸的工況較好 故效率最高 2 1多級汽輪機的特點 2 2進排汽損失和機組性能評價 2 2 1系統特征新蒸汽經電動主汽門 自動主汽門和調節汽門進入汽輪機 膨脹作功后由高壓缸排汽回到鍋爐再熱器中加熱 經中壓主汽門和中壓調節汽門到中 低壓缸中繼續膨脹作功 再由低壓排汽口排向凝汽器 蒸汽在汽輪機本體之外流道中的流動必然產生損失 將使機組的效率下降 這些損失歸結為進汽損失和排汽損失兩部分 主要特征是汽流的沿程摩擦 轉向和渦流損失三方面 2 2 2進汽損失蒸汽的進汽機構通道上流動過程簡化為絕熱等焓過程 進汽損失定義為由進汽機構流動損失所產生的整機理想焓降減小的部分 為計算方便 通常用壓損占新汽壓力的百分數來表示 損失的大小取決于汽流速度和主汽門及調門的空氣特性 對高壓進汽部分 壓損 2 2進排汽損失和機組性能評價 對于再熱管道及再熱器 壓損 2 2 3排汽損失排汽部分通常做成蝸殼擴散式 并內裝導流環 盡可能使排汽的余速動能轉變為壓力能 補償流動產生的損失 排汽管內的流動主要表現為流動壓降損失 動能損失轉變為熱能和降速擴壓 排汽損失通常用汽輪機未級動葉出口靜壓與凝汽器喉部靜壓差表示 由能量平衡得排汽總損失進入凝汽器的蒸汽動能和排汽通道的流動壓力損失 即靜壓恢復系數排汽通道出口 進口靜壓差與末級動葉出口蒸汽動能之比 即 2 2進排汽損失和機組性能評價 能量損失系數排汽通道總損失與末級動葉出口蒸汽動能之比 即 由可知 當 回收壓頭正好補償流動損失壓頭 當 余速動能全部轉變為靜壓頭 當 部分汽流動能轉變為壓力能 當 擴壓回收的壓力不足以彌補沿程阻力損失 2 2進排汽損失和機組性能評價 2 2 4性能評價指標汽輪機性能評價指標分絕對效率和相對效率兩種 以整機理想焓降為基礎的效率是相對效率 而以單位質量蒸汽在熱力循環中所吸收熱量為基礎的效率是絕對效率 相對效率又分整機相對內效率和缸相對內效率相對內效率有效焓降與理想焓降之比 絕對內效率有效焓降與循環吸熱量之比 循環熱效率理想焓降與循環吸熱量之比 顯然 提高絕對內效率的途徑是增大循環熱效率和相對內效率 機械效率汽輪機軸端輸出功率與內功率之比 2 2進排汽損失和機組性能評價 2 2進排汽損失和機組性能評價 機械效率描述了軸承摩擦 主油泵等的功率消耗 發電機效率發電機功率輸出與汽輪機軸端功率之比 發電機損失主要是機械損失 機械摩擦和風扇功耗 和電氣損失 勵磁功耗 鐵損 銅損 汽輪發電機組相對電效率汽輪發電機組絕對電效率汽耗率機組發出1KW h電量所消耗的蒸汽量 用下式表示汽耗率并不能完整地表示機組經濟性的優劣 回熱抽汽機組的汽耗率大于非回熱抽汽機組 但前者的循環效率高于后者 熱耗率機組發出1KW h電量所消耗的熱量 用下式表示 2 2進排汽損失和機組性能評價 對中間再熱機組 煤耗率機組發出1KW h電量所消耗的標煤量 標準煤g KW h 1kg標準煤發熱量為7000Kcal 發電煤耗 供電煤耗 2 3多級汽輪機的軸向力及其平衡 2 3 1軸向力的計算轉子上的軸向推力包括作用在動葉上汽流力和壓差力 葉輪兩側的壓差力和轉子凸肩上壓差力三個方面 動葉上的軸向力動葉上的汽流力正比于流量和級的反動度及動葉的有效作用面 即 其中葉輪上的軸向力壓力反動度動葉前后壓差與級壓差的比值 在h s圖上 同一壓差的焓降隨壓力降低而增大 故壓力反動度小于焓降反動度 用焓降反動度替代壓力反動度計算軸向偏于安全 葉輪上的軸向力決定于葉輪兩側的壓差 而壓差的大小決定于隔板漏汽 平衡孔漏汽和葉根漏汽的平衡 以及動葉根部 2 3多級汽輪機的軸向力及其平衡 汽流產生的抽汽效應和葉輪旋轉產生的泵浦效應 三者的流量決定于隔板與葉輪空間的壓力 葉輪反動度漏汽量計算隔板漏汽量計算按汽封漏汽計算公式計算 平衡孔漏汽量計算采用不可壓縮流體的流量計算公式計算 2 3多級汽輪機的軸向力及其平衡 其中 動葉根部漏汽量按不可壓縮流體流量計算公式計算 即動葉根部軸向間隙靜壓 抽汽 泵浦效應的等效壓差 抽汽效應 噴嘴中流出的高速汽流在葉根處對隔板與葉輪間腔室內的蒸汽產生抽吸作用 其效應相當于增大腔室中的壓力 抽汽效應反動度抽汽效應產生的壓差與級壓差的比值泵浦 pumping 效應高速旋轉的葉輪帶動周圍蒸汽旋轉運動 離心力使部分蒸汽產生指向葉根的徑向運動 增大了葉根兩側的壓差 泵浦效應反動度泵浦效應產生的壓差與級壓差的比值 2 3多級汽輪機的軸向力及其平衡 從而有即通過流量平衡求得 2 3 2軸向推力的平衡軸向推力的平衡主要由蒸汽膨脹的對稱反流布置和設置平衡活塞實現的 對于沖動式為主的汽輪機 因葉輪兩側的壓差較小 通常采用高 中壓缸對置 低壓缸雙分流布置基本上平衡軸向推力 其余部分由推力軸承來承擔 對反動式機組 高 中壓缸轉子采用鼓式結構 減小葉輪的軸向推 除采用高 中壓對置布置外 還在高 中壓缸轉子上增設平衡活塞 減小轉子上的凈軸向推力 2 3多級汽輪機的軸向力及其平衡 2 4軸封及軸封系統 軸封 在汽缸兩端轉子穿出處 轉子與汽缸間的汽封 作用是減小漏汽損失 防止蒸汽外逸和空氣內漏 汽輪機中汽封有隔板汽封 葉根及葉頂汽封 軸端汽封和門桿汽封 主要型式 曲徑式汽封 平齒汽封 蜂窩式 2 4 1工作原理和計算原理蒸汽在汽封中的流動當作絕熱等焓過程 蒸汽在流經汽封片時節流加速 然后在腔室中產生渦流 將汽流動能轉變為熱能 隨壓力降低 蒸汽比容增大 故對相同結構的汽封 汽流速度是逐級增大 又因膨脹后焓值變小 音速降低 因此在汽封中如果出現超臨界流動 只能在最后一個汽封片處出現 漏汽量計算漏汽量計算分亞臨界和超臨界兩種工況亞臨界亞臨界工況的漏汽量采用不可壓縮流動方程 汽流通過 2 4軸封及軸封系統 2 4軸封及軸封系統 孔口的流速為對應的流量為由于等焓線上壓力與比容的乘積為常數 從而求得腔室壓力與前后壓差的關系由遞推關系 得亞臨界時通過汽封的蒸汽量臨界臨界工況時 將最后一個孔口當作噴嘴 由臨界流量計算公式得通過最后一個孔口的漏汽量為因最后道汽封前均為亞臨界 由前亞臨界漏汽量計算公式求得末道前壓力判定是否臨界的準則 2 4軸封及軸封系統 因而 漏汽量臨界壓比與汽封齒數有關 齒數愈多 臨界壓比愈小 亞臨界的漏汽量小于臨界工況 減小漏量的措施應采用小的汽封間隙和增加汽封齒數 以及采用新型高效汽封 流量系數流量系數決定于汽封的結構形狀 對曲徑式汽封有一組試驗曲線 對光軸則還應加上一個修正系數 減小流量系數的途徑是增大汽封腔室的動能損耗 2 4 2軸封系統作用在任何運行工況下保證蒸汽不外泄 空氣不內漏 同時回收泄漏蒸汽的熱能和組織汽流冷卻的轉子軸端 系統組成軸封系統由軸封 供汽母管及均壓箱 軸封調節器 軸封加熱器和軸封抽汽器等組成 軸封系統的型式有外供汽式和自 2 4軸封及軸封系統 密封式兩種 不同制造廠采用不同的軸封系統和軸封汽流組織方式 軸封分成多段多室 與大氣環境接近的腔室的壓力由抽汽器或風機維持略低于大氣壓力 緊鄰的腔室壓力由壓力調節器維持略高于大氣壓力 從而保證蒸汽不外泄 空氣不內漏 高壓缸因壓力較高 軸封的段數較多 其中高壓段的漏汽被引作回熱抽汽 自密封式軸封系統軸封主要由三段二室組成 高負荷運行時 低壓軸封的供汽來自于高壓軸封的漏汽 高壓漏汽經噴水減溫后進入低壓軸封 低負荷時 軸封汽由外部提供