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第二章多级汽轮机
第二章多级汽机
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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
§ 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。
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。
§ 多级汽轮机的优越性及其特点
§ 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:
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
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。
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。
§ 多级汽轮机的优越性及其特点
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
因此
上式可
§ 多级汽轮机的优越性及其特点
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
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。
§ 多级汽轮机的优越性及其特点
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。
§ 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
§ 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