汽轮机原理－第二章.doc

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1、第二章多级汽轮机　　随着对电力需求的日益增长，对汽轮机的要求也越来越高，不仅要求汽轮机有更大的单机容量，而且要有更高的经济性。为提高汽轮机的经济性，除应努力减小汽轮机内的各种损失外，还应努力提高蒸汽的初参数和降低背压，以提高循环热效率；为提高汽轮机的单机功率，除应增大汽轮机的进汽量外，还应增大蒸汽在汽轮机内的比焓降。可以看出，这两方面的共同要求是增大蒸汽在汽轮机内的比焓降。　　如果一个比较大的比焓降只在单级内加以利用，其结果将是：要么因为级的最佳速度比大大偏离最佳值而使效率显著降低；要么因为蒸汽的容积流量急骤增大，要求有相当大的级的直径和叶片高度，这在制造上是无法实现的。因此，为保证汽轮机

2、有较高的效率和较大的单机功率，就必须将汽轮机设计成多级汽轮机。在多级汽轮机中每个级只承担部分比焓降，使很大的比焓降逐级有效地加以利用。　　本章将讨论由单级组成多级汽轮机后的一些问题，如蒸汽的进、排汽损失，轴向推力，以及轴封系统等。　　第一节多级汽轮机的优越性及其特点　　一、多级汽轮机的优点　　(1)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；　　(2)除级后有抽汽口，或进汽度改变较大等特殊情况外，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；　　(3)多级汽轮机的大多数级可在不超临界的条件下工作

3、，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，更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；　　(4)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；　　(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

4、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、重热现象和重热系数　　在水蒸气的h-s图上等压线是沿着比熵增大的方向逐渐扩张的，也就是说，等压线之间的理想比焓降随着比熵的增大而增大。这样上一级的损失(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。　　图2-l为具有四个级的汽轮机的简化热力过程线。从图中可以看出，若各级没有损失，全机总的理想比焓降himac为himac=h'i,1+h'i,2+h'i,3+h'i,4　　由于在各个级中存在损失，使各级的累计理想比焓降Δhi，

5、大于没有损失时全机总的理想比焓降himac。各级的累计理想比焓降Δhi，为Δhimac=h'i,1+h'i,2+h'i,3+hi,4　　两者之差，即增大的那部分比焓降与没有损失时全机总的理想比降之比，称为重热系数。它永远是一个正值，用α表示，即(2-1)　　采用多级汽轮机有下列优点：0.04～0.08之间。　　重热系数。的大小与下列因素有关：　　(1)多级汽轮机各级的效率。若级效率为1，即各级没有损失，后面的级也就无损失可利用，则重热系数α=0。级效率越低，则损失越大，后面级利用的部分也越多，α值也就越大。　　(2)多级汽轮机的级数。当级数越多，则上一级的损失被后面级利用的可能性越大，利用

6、的份额也越大,α值将增大。　　(3)各级的初参数。当初温越高，初压越低时，初态的比熵值较大，使膨胀过程接近等压线间扩张较大的部分，α值较大。此外，由于在过热蒸汽区等压线扩张程度较大，而在湿蒸汽区较小，因此在过热区。值较大，湿汽区。值较小。　　由图2-1可看出，此时全机的相对内效率为(2-2)式中：himac=hi,1+hi,2hi,3hi,4，为全机的有效比焓降。图2-1四级汽轮机的简化热力过程线　　各级平均的相对内效率为(2-3)式中：htmac=ht,1+ht,2ht,3ht,4。　　将式(2-2)与式(2-3)相除，可得(2-4)　　从式(2-4)可以看出，由于重热现象的存在，使全机

7、的相对内效率高于各级平均的相对内效率。这里需特别指出，这一结论只表明当各级有损失时，全机的效率要比各级平均的效率好一些，而不是说有损失时全机的效率比没有损失时全机的效率高。更不应从上式中简单地得出α越大，全机效率越高的结论，这是因为口的提高是在各级存在损失，各级效率降低的前提下实现的，重热现象的存在仅仅是使多级汽轮机能回收其损失的一部分而已。　　三、多级汽轮机各级段的工作特点　　沿着蒸汽流动的方向，总可以将多级汽轮机分为