能源动力装置基础04a

?能源与动力装置根底?任课教师：任课教师：刘刘 华华 堂堂华中科技大学华中科技大学 能源学院能源学院 文华文华学院学院 2021年年2月月1 涡轮机又称涡轮机又称透平机透平机，它是，它是汽轮机、燃气轮机、透平膨胀汽轮机、燃气轮机、透平膨胀机、水轮机机、水轮机等旋转叶轮动力机械的总称，是输出动力的等旋转叶轮动力机械的总称，是输出动力的原动原动机机。其中，其中，汽轮机汽轮机在火电厂、核电厂用作拖动发电机发电的原动机，现在火电厂、核电厂用作拖动发电机发电的原动机，现代大型火力发电机组给水泵的动力，也用汽轮机。代大型火力发电机组给水泵的动力，也用汽轮机。水轮机水轮机通常用作水电厂的动力。通常用作水电厂的动力。燃气轮机燃气轮机用作燃气电厂的动力，也作为航空飞机、轮船的动用作燃气电厂的动力，也作为航空飞机、轮船的动力机械。力机械。透平膨胀机透平膨胀机用作能量回收和低温制冷领域之中。用作能量回收和低温制冷领域之中。第四章第四章 涡轮机涡轮机2 第第 一一 节节 概概 述述汽轮机、燃气轮机、透平膨胀机的工质都是气体，高温、高压汽轮机、燃气轮机、透平膨胀机的工质都是气体，高温、高压气体在通流局部膨胀做功，对外输出机械功率。气体在通流局部膨胀做功，对外输出机械功率。我国目前火电厂主要是燃煤电厂。在燃煤电厂中，汽轮机就是我国目前火电厂主要是燃煤电厂。在燃煤电厂中，汽轮机就是利用高温、高压气体在通流局部膨胀做功，使转轮旋转，从而利用高温、高压气体在通流局部膨胀做功，使转轮旋转，从而拖动发电机发电。拖动发电机发电。燃气轮机发电机组在以石油为主要能源的国家开展也很快。燃气轮机发电机组在以石油为主要能源的国家开展也很快。近年来，我国也开始建造燃气近年来，我国也开始建造燃气蒸汽联合循环发电厂。蒸汽联合循环发电厂。3 汽轮机、燃气轮机、透平膨胀机的工质汽轮机、燃气轮机、透平膨胀机的工质都是气体，都是高温高压气体膨胀成低都是气体，都是高温高压气体膨胀成低温低压气体，同时对外输出机械功，气温低压气体，同时对外输出机械功，气体涡轮机的主要结构形式有径流式和轴体涡轮机的主要结构形式有径流式和轴流式，它们的结构尽管有很大不同，但流式，它们的结构尽管有很大不同，但是其根本工作原理是相同的。本章以轴是其根本工作原理是相同的。本章以轴流汽轮机为主，介绍其工作原理。流汽轮机为主，介绍其工作原理。汽轮机是电厂三大主机之一汽轮机是电厂三大主机之一4 汽轮机分类汽轮机分类 1 1按作功原理分类按作功原理分类可分为冲动式、反动式汽轮机。可分为冲动式、反动式汽轮机。2 2按汽轮机功能分类按汽轮机功能分类可分为凝汽式、供可分为凝汽式、供 热式汽轮机热式汽轮机 3 3按蒸汽参数上下分类按蒸汽参数上下分类可分为低压、中压、高压、超可分为低压、中压、高压、超高压、亚临界压力、高压、亚临界压力、超临界压力汽轮机。超临界压力汽轮机。此外，还有单缸、多缸汽轮机；按汽轮机轴的个数多少又分此外，还有单缸、多缸汽轮机；按汽轮机轴的个数多少又分为单轴、双轴汽轮机。为单轴、双轴汽轮机。56一、汽轮机级的工作原理一、汽轮机级的工作原理1,汽轮机的级：汽轮机的级：级级由一组由一组静叶静叶栅栅和一组和一组动叶栅动叶栅所所组成组成 。为汽轮机。为汽轮机最小作功单元最小作功单元图4178具有一定压力、温度的蒸汽首先在静具有一定压力、温度的蒸汽首先在静叶栅通道叶栅通道中中膨胀加膨胀加速速，将蒸汽的热能转化为高速汽流的，将蒸汽的热能转化为高速汽流的动能动能，然后进入然后进入动叶通道动叶通道，在其中，在其中改变方向改变方向改变方向改变方向或者或者既改变方向同既改变方向同既改变方向同既改变方向同时又膨胀加速时又膨胀加速时又膨胀加速时又膨胀加速，推动叶轮旋转，将高速汽流的动能转变，推动叶轮旋转，将高速汽流的动能转变为为旋转机械能旋转机械能，完成利用，完成利用 蒸汽热能作功的任务。蒸汽热能作功的任务。2,2,级的工作原理级的工作原理9级中总的理想焓降：级中总的理想焓降：h ht t*反动度：反动度：级的平均反级的平均反 动度为蒸汽在动度为蒸汽在动叶动叶 通道通道中膨胀时的中膨胀时的焓降焓降 h hb b和和 在在整个级整个级的的理想焓降理想焓降 h ht t*之比，之比，即：即：(4-1)级的热力过程曲线如图级的热力过程曲线如图42图图4210 蒸蒸汽汽对对动动叶叶片片产产生生的的作作用力用力 冲冲动动力力：当当汽汽流流通通过过动动叶叶通通道道时时，由由于于受受到到动动叶叶通通道道形形状状的的限限制制而而弯弯曲曲被被迫迫改改变变方方向向，因因而而产产生生离离心心力力，离心力作用于叶片内弧上，被称为离心力作用于叶片内弧上，被称为冲动力冲动力。反反动动力力：当当汽汽流流通通过过动动叶叶通通道道时时，要要膨膨胀胀加加速速，会会对对叶片产生一个反叶片产生一个反 作用力，即作用力，即反动力反动力。11二、冲动级和反动级二、冲动级和反动级 1.1.冲动级的形式冲动级的形式 1 1 纯冲动级：通常把反动度纯冲动级：通常把反动度 m m等于零的级称为纯等于零的级称为纯冲动级。对于纯冲动级来说，冲动级。对于纯冲动级来说，p1=p2p1=p2、hb=0hb=0、ht*=hs*=ht*=hs*=hn*hn*，余速损失：蒸汽流出动叶的速度余速损失：蒸汽流出动叶的速度c2,c2,具有一定的动能具有一定的动能1/2 c221/2 c22未被利用而损失，称这种损失为余速损失，未被利用而损失，称这种损失为余速损失，用用 表示。表示。2)2)带反动度的冲动级：为了提高级的效率，通常使带反动度的冲动级：为了提高级的效率，通常使冲动级也带有一定的反动度冲动级也带有一定的反动度 m=0.05m=0.05 0.200.20，这种级称为带反动度的冲动级，它具有作功能力大、这种级称为带反动度的冲动级，它具有作功能力大、效率高的特点。效率高的特点。123复速级：复速级：由由一一组组静静叶叶栅栅和和安安装装在在同同一一叶叶轮轮上上的的两两列列动动叶叶栅栅及及一一组组介介于于第第一一、二二列列动动叶叶栅栅之之间间、固固定定在在汽汽缸缸上上的的导向叶栅所组成的级，称为复速级。导向叶栅所组成的级，称为复速级。*蒸汽在复速级中的作功过程：蒸汽在复速级中的作功过程：*为了提高复速级的效率，也采用一定为了提高复速级的效率，也采用一定 的反动度。的反动度。*复复速速级级具具有有作作功功能能力力大大的的特特点点，在在 中中小小型型汽汽轮轮机中，通常用复速级作机中，通常用复速级作 为调节级。为调节级。132反动级：反动级：在汽轮机中通常把反动度在汽轮机中通常把反动度 m m=0.5=0.5的级称为反动级。的级称为反动级。1)1)对于反动级，蒸汽在对于反动级，蒸汽在静叶静叶和和动叶动叶通道的通道的膨胀程度相同膨胀程度相同，即，即，反动级是在冲动力和反动力同时作用下作功。反动级是在冲动力和反动力同时作用下作功。2)2)反动级的效率比冲动级高，但作功能力小。反动级的效率比冲动级高，但作功能力小。3)3)调节级调节级调节级调节级和和压力级压力级压力级压力级：采用喷嘴调节功率大小的汽轮机，它采用喷嘴调节功率大小的汽轮机，它的第一级通常称为调节级，其余的级统称为压力级。的第一级通常称为调节级，其余的级统称为压力级。14作业与思考作业与思考1，表达汽轮机级的工作原理；2，汽轮机的分类；3，解释专业名词：级，反动度，冲动级，反动级，复速级；4，画出级的热力过程曲线。15第第 二二 节节 级内能量转换过程及效率级内能量转换过程及效率 叶栅通道中流动具有叶栅通道中流动具有三元流动三元流动特性，但是，为了研究方特性，但是，为了研究方便，忽略蒸汽的粘性，并便，忽略蒸汽的粘性，并假设假设：1 1蒸蒸汽汽在在叶叶栅栅通通道道的的流流动动是是稳稳稳稳定定定定的的的的 即即在在流流动动过过程程中中，通通道中任意一点的蒸汽参数不随时间变化而改变。道中任意一点的蒸汽参数不随时间变化而改变。2.2.蒸汽在叶栅通道的流动是蒸汽在叶栅通道的流动是一元流动一元流动一元流动一元流动 即蒸汽在叶栅通道中即蒸汽在叶栅通道中流动时，其参数只沿流动方向变化，而在与流动方向相垂直流动时，其参数只沿流动方向变化，而在与流动方向相垂直的截面上不变化。的截面上不变化。3 3蒸汽在叶栅通道的流动是蒸汽在叶栅通道的流动是绝热流动绝热流动绝热流动绝热流动 即蒸汽在叶栅通道中流即蒸汽在叶栅通道中流动时与外界没有热交换。动时与外界没有热交换。16根本方程式根本方程式 在汽轮机热力计算中，要用到可压缩气体的一元流动根在汽轮机热力计算中，要用到可压缩气体的一元流动根本方程式有：本方程式有：连续方程式：连续方程式：能量方程式：能量方程式：状态及过程方程式：状态及过程方程式：动量方程式：动量方程式：气动方程式：气动方程式：17一、蒸汽在静叶栅通道中的膨胀过程一、蒸汽在静叶栅通道中的膨胀过程喷喷嘴嘴的的作作用用：是是让让蒸蒸汽汽在在其其中中流流动动时时得得到到膨膨胀胀加加速速，将将热热能能转转变变为为动动能能。喷喷嘴嘴是是固固定定不不动动的的，蒸蒸汽汽流流过过时时，不不对对外外作作功功，W=0；同时与外界无热交换，；同时与外界无热交换，q=0。根据能量方程式，那么根据能量方程式，那么 (4-2)上式可写成：上式可写成：(43)18一喷嘴出口汽流速度计算一喷嘴出口汽流速度计算 1 1喷嘴出口的汽流理想速度喷嘴出口的汽流理想速度 条条件件：喷喷嘴嘴前前的的参参数数 p0 p0 t0 t0 h0 h0 c0c0。按按等等熵熵过过程程膨膨胀胀图图4343。根根据据式式4242，那那么喷嘴出口汽流理想速度为么喷嘴出口汽流理想速度为 4-44-4 19图图4-3 蒸汽在喷嘴中的膨胀过程曲线蒸汽在喷嘴中的膨胀过程曲线 在焓熵图中表示为右图：在焓熵图中表示为右图：其中，其中，称为称为喷嘴的理想焓降喷嘴的理想焓降，称为称为喷嘴滞止焓降喷嘴滞止焓降。20 利利用用滞滞止止点点0*0*的的滞滞止止参参数数,分分别别代代入入式式(4(44)4)，那么，那么 4545 2 2喷嘴出口的汽流实际速度喷嘴出口的汽流实际速度由由于于流流动动是是有有损损失失的的，汽汽流流实实际际速速度度小小于于理理想想速度。这样，喷嘴出口的汽流实际速度为速度。这样，喷嘴出口的汽流实际速度为 (46)(46)其其 中中，为为 喷喷 嘴嘴 速速 度度 系系 数数，通通 常常 取取=0.97=0.97。213喷嘴损失喷嘴损失喷喷嘴嘴损损失失：蒸蒸汽汽在在喷喷嘴嘴通通道道中中流流动动时时，动动能能的的损损失失称称为喷嘴损失，用为喷嘴损失，用 h h表示：表示：(47)(47)喷喷嘴嘴能能量量损损失失系系数数 喷喷嘴嘴损损失失与与喷喷嘴嘴理理想想焓焓降降之之比，用比，用 表示表示：(4-8)22(二二)喷嘴中汽流的临界状态喷嘴中汽流的临界状态1 1临界速度临界速度汽流音速：汽流音速：当用当用0*0*点的滞止参数表示时，代入音速公式，那么有点的滞止参数表示时，代入音速公式，那么有 (49)(49)临界状态、临界参数临界状态、临界参数 、临界速度、临界速度 当当蒸蒸汽汽在在喷喷嘴嘴通通道道中中膨膨胀胀时时，速速度度逐逐渐渐增增加加，压压力力和和焓焓值值逐逐渐渐降降低低，音音速速也也降降低低，如如图图4444所所示示。到到某某一一截截面面会会出出现现汽汽流流速速度度等等于于当当地地音音速速。当当汽汽流流速速度度等等于于当当地地音音速速时时，那那么称此时的流动状态为临界状态。这时的参数为临界参数么称此时的流动状态为临界状态。这时的参数为临界参数 。那那么么临临界界速速度度为为：(4-10)(4-10)232临界压力临界压力根据(310),临界压力为：(4-11)对于等熵膨胀过程，那么上式为 (4-12)上式说明：临界压力只与蒸汽指数 k 和初压有关。临界压力比：临界压力与初压之比称为临界压力比 (4-13)过热蒸汽k=1.3那么 =0.546；饱和蒸汽k=1.135那么 =0.577.24三喷嘴截面积的变化规律三喷嘴截面积的变化规律 根根据据连连续续性性方方程程式式的的微微分分形形式式、动动量量方方程程式式和和等熵等熵过程方程式、马赫数可推出下式：过程方程式、马赫数可推出下式：(4-14)(4-14)上上式式可可看看到到，喷喷嘴嘴截截面面积积的的变变化化，不不仅仅和和汽汽流流速速度度有有关关，同同时时还还和和马马赫赫数数M M的的大大小小有有关关：根根据据上式进行分析：上式进行分析：1 1当当汽汽流流速速度度小小于于音音速速，即即M1M1M1时时：假假设设要要使使汽汽流流能能继继续续加加速速，那那么么喷喷嘴嘴截截面面积积必必须须沿沿流流动动方向逐渐增加，即做成渐扩喷嘴。方向逐渐增加，即做成渐扩喷嘴。3 3当当汽汽流流速速度度在在喷喷嘴嘴某某截截面面上上刚刚好好等等于于音音速速，即即M=1M=1：说明横截面：说明横截面A A到达最小值，即喉部截面。到达最小值，即喉部截面。25 简单的渐缩喷嘴是得不到超音速汽流的。为了使喷嘴中的汽流到达超音速，除了喷嘴出口蒸汽压力必须小于临界压力外，还必须在喷嘴形状上加以保证，即作成缩放喷嘴。缩放喷嘴是由渐缩和渐扩喷嘴组合而成的。汽流通过缩放喷嘴时，在喷嘴喉部达音速，然后在渐扩局部达超音速。根据上述分析可知根据上述分析可知：26四喷嘴流量计算四喷嘴流量计算1 1喷嘴的理想流量喷嘴的理想流量qmthqmth计算计算 喷嘴的理想流量喷嘴的理想流量qmthqmth可用下式计算可用下式计算:(4-15)(4-15)式中，式中，喷嘴出口处截面积，喷嘴出口处截面积，(m)(m)；喷嘴出口处理想汽流速度，喷嘴出口处理想汽流速度，(m/s)(m/s)；喷嘴出口处比容，喷嘴出口处比容，m/kqm/kq。2 2喷嘴流量曲线喷嘴流量曲线 喷嘴理想流量喷嘴理想流量 也可用下式计算也可用下式计算 416416式中，式中，称为喷嘴前后压力比称为喷嘴前后压力比27用式用式(416)来计算通过喷嘴的流量可得出：来计算通过喷嘴的流量可得出：当喷嘴前的参数和喷当喷嘴前的参数和喷嘴出口截面积嘴出口截面积 一定时，通过喷嘴的流一定时，通过喷嘴的流量只取决于喷嘴前后压量只取决于喷嘴前后压力比力比 。它们的。它们的关系如图关系如图4-54-5中中ABCABC曲线曲线所示。即：所示。即：图 4-5281.1.当压力比当压力比 =1 =1时，喷嘴前后压力相等，那么流量时，喷嘴前后压力相等，那么流量 =0 =0；2.2.当压力比当压力比 从从1 1 逐渐缩小时逐渐缩小时 ，流量逐渐增加；流量逐渐增加；3.3.当喷嘴前后压力比当喷嘴前后压力比 等于临界压力比等于临界压力比 ，达最大值，达最大值，如如B B点所示。这时的流量称为临界流量，用点所示。这时的流量称为临界流量，用 表示。表示。4.4.当喷嘴前后压力比当喷嘴前后压力比 小于临界压力比小于临界压力比 时，流量保持最大值时，流量保持最大值不变，如不变，如ABAB所示，其值为：所示，其值为：5.5.(4-17)(4-17)6.6.式中，式中，只与只与k k值有关。值有关。7.7.对于过热蒸汽，对于过热蒸汽，k=1.3k=1.3,=0.667=0.667；8.8.对于饱和蒸汽对于饱和蒸汽k=1.135k=1.135,=0.635=0.635。293通过喷嘴的实际流量的计算通过喷嘴的实际流量的计算 通过喷嘴的实际流量为：通过喷嘴的实际流量为：(418)式中：式中：称为称为喷嘴流量系数喷嘴流量系数喷嘴流量系数喷嘴流量系数。对于对于过热蒸汽过热蒸汽，取，取 =0.97 =0.97；饱和蒸汽饱和蒸汽，取，取 =1.02。30(五蒸汽在喷嘴斜切局部的流动五蒸汽在喷嘴斜切局部的流动图图46 46 带斜切局部的喷嘴带斜切局部的喷嘴为为了了使使喷喷嘴嘴中中流流出出的的汽汽流流顺顺利利进进入入动动叶叶通通道道，在在喷喷嘴嘴出出口口处处必必须须有有一一段段斜斜切切局局部部,如如图图4-64-6所所示示。实实际际喷喷嘴嘴由由两两局局部部所所组组成成：一一局局部部是是渐渐缩缩局局部部ABDEABDE，ABAB为为最最小小截截面面处处；另另一局部为斜切局部一局部为斜切局部ABCABC。图46311,1,当当斜斜切切压压力力等等于于背背压压 时时，汽汽流流只只在在渐渐缩缩局局部部膨膨胀胀加加速速，而而在在斜斜切局部切局部ABCABC处不膨胀，斜切局部只起导向作用。处不膨胀，斜切局部只起导向作用。2,2,当当喷喷嘴嘴出出口口压压力力背背压压小小于于临临界界压压力力时时，汽汽流流在在ABAB截截面面上上达达临临界界状状态态，汽汽流在斜切局部要继续膨胀加速，蒸汽压力由临界压力下降为流在斜切局部要继续膨胀加速，蒸汽压力由临界压力下降为 ，汽流速度由临界速度到汽流速度由临界速度到大于音速，并且由于垂大于音速，并且由于垂直于汽流方向的压力不直于汽流方向的压力不平衡，气流发生了偏转，平衡，气流发生了偏转，如图如图4747所示。所示。分析分析：32二、蒸汽在动叶栅中的流动与能量转换过程二、蒸汽在动叶栅中的流动与能量转换过程1 1，动动叶叶进进、出出口口速速度度三三角角形形 汽汽轮轮机机级级的的动动叶叶进进、出出口口速速度度三三角角形形如如图图4848所示。所示。其中，其中，为喷嘴出口汽流速度，为喷嘴出口汽流速度，为喷嘴为喷嘴出汽角，出汽角，为动叶进口相对速度，为动叶进口相对速度，为动叶进汽方向角，为动叶进汽方向角，u u为圆周速度。为圆周速度。其动叶进口其动叶进口相对速度相对速度相对速度相对速度 和和方向角方向角方向角方向角 为：为：(419)(420)33 蒸汽最后以相对速度蒸汽最后以相对速度 和方向角和方向角 流出动叶流出动叶通道。对于冲动级来说，通道。对于冲动级来说，比比 小小,的大的大小取决于反动度的大小，一般来说，小取决于反动度的大小，一般来说，。C2C2和可用下式求得：和可用下式求得：其动叶出口绝对速度和方向角其动叶出口绝对速度和方向角 421421 4224222 2，动叶栅出口汽流相对理想速度为，动叶栅出口汽流相对理想速度为 因因 那么有：那么有：343，动叶出口的动叶出口的实际相对速度实际相对速度实际相对速度实际相对速度 w w2 2 动叶中的动叶中的热力过程曲线热力过程曲线如右图如右图4848354，轮周功和轮周功率，轮周功和轮周功率 轮周功轮周功:蒸汽通过汽轮机的级在动叶片上所作的有效机械功称为蒸汽通过汽轮机的级在动叶片上所作的有效机械功称为轮周功轮周功。轮周功率轮周功率:而单位时间内作出的轮周功称为而单位时间内作出的轮周功称为轮周功率轮周功率。每。每1kq1kq蒸汽所作出蒸汽所作出的轮周功的轮周功WuWu：或者或者 一般来说，一般来说，冲动级冲动级的的 比比反动级反动级的小，所以冲动级的作功能力比的小，所以冲动级的作功能力比反动级大。反动级大。轮周功轮周功轮周功轮周功WuWuWuWu也可以用下式表示：也可以用下式表示：36动叶栅的能量损失系数动叶栅的能量损失系数定义为定义为 通常取通常取。6 6，余速损失，余速损失:蒸汽在动叶栅中作功之后，最后以绝蒸汽在动叶栅中作功之后，最后以绝对速度对速度C C离开动叶，其具有的动能称为余速损失：离开动叶，其具有的动能称为余速损失：在多级汽轮机中，余速可以被下一级所利用，其利在多级汽轮机中，余速可以被下一级所利用，其利用程度用用程度用余速利用系数余速利用系数 =01=01表示。表示。5，动叶损失：动叶损失：377，级的过程曲线，级的过程曲线 考虑了喷嘴损失、动叶损失考虑了喷嘴损失、动叶损失和余速损失之后，汽轮机的级在和余速损失之后，汽轮机的级在h-h-s-s图上的过程曲线如图图上的过程曲线如图411411所示。所示。8，级的轮周有效焓降，级的轮周有效焓降：=38三、级的轮周效率和速度比三、级的轮周效率和速度比 为了描述蒸汽在级内能量转换的完善程度，为了描述蒸汽在级内能量转换的完善程度，通常用各种不同的效率来加以说明。通常用各种不同的效率来加以说明。1,1,级的轮周效率级的轮周效率 蒸汽在汽轮机级内所作出蒸汽在汽轮机级内所作出轮周功轮周功WuWu与它在级内所具有的理想能量与它在级内所具有的理想能量E0E0之之比称为级的轮周效率比称为级的轮周效率,即即 (431)(431)2 2，级的理想能量，级的理想能量一般来说，级的理想能量是级的理想焓降、进一般来说，级的理想能量是级的理想焓降、进入本级的动能和本级余速动能被下一级所利入本级的动能和本级余速动能被下一级所利用局部的代数和，即用局部的代数和，即 39 为了研究方便，这里引入一个级的理想速度为了研究方便，这里引入一个级的理想速度,这样，这样，级的轮周效率级的轮周效率可用下式表示：可用下式表示：或者或者 式中，式中，分别称其为喷嘴、动叶和余速能量损失系数分别称其为喷嘴、动叶和余速能量损失系数分别称其为喷嘴、动叶和余速能量损失系数分别称其为喷嘴、动叶和余速能量损失系数，它们分别为喷嘴损失、动叶损失和余速损失与级的理想能量之它们分别为喷嘴损失、动叶损失和余速损失与级的理想能量之比。比。3，级的理想速度，级的理想速度40 为了提高轮周效率，那么应减少喷嘴损失、为了提高轮周效率，那么应减少喷嘴损失、动叶损失和余速损失。如果选定了动、静叶栅动叶损失和余速损失。如果选定了动、静叶栅的叶型，系数的叶型，系数、就确定了。那么只能减少就确定了。那么只能减少余速损失余速损失 使使C2 C2 最小。由速度三角形最小。由速度三角形(图图410)410)可以知道，图可以知道，图b b中速度中速度C2C2刚好为轴向排刚好为轴向排汽，其余速损失最少。因此，只要汽，其余速损失最少。因此，只要u/C1u/C1选用选用合理，就能做到轴向排汽。合理，就能做到轴向排汽。图图410410 不同速度比下纯冲动级的速度三不同速度比下纯冲动级的速度三角形角形 图图b b 为轴向为轴向排汽排汽4 4，最正确速度比，最正确速度比41 而图而图a a、b b中的中的u/C1u/C1都不可能使都不可能使C2C2轴向排汽，就不轴向排汽，就不可能使余速损失最少。而能使可能使余速损失最少。而能使C2C2到达轴向排汽的速到达轴向排汽的速度比度比u/C1u/C1称为最正确速度比，用称为最正确速度比，用 表示。级表示。级的速度比通常用的速度比通常用 X X 表示。表示。不同级的最正确速度比：不同级的最正确速度比：纯冲动级纯冲动级 435435复速级复速级 (4 (436)36)反动级反动级 (437)(437)42四、级内损失和级效率四、级内损失和级效率一级内损失一级内损失 前前面面提提到到的的喷喷嘴嘴损损失失、动动叶叶损损失失、余余速速损损失失都都是是级级内内损损失失。除除此此之之外外，还还存存在在着着其其他他方方面面的的损损失失。当当然然，不不是是每每一一个个级级都都同同时时具具有有这这所所有有损损失失，而而是是根根据据具具体体情情况况而而定定。下下面面简简单单地地介介绍这些损失及产生原因。绍这些损失及产生原因。1 1，叶叶高高损损失失:将将喷喷嘴嘴和和动动叶叶中中与与叶叶高高有有关关的的损损失失称称为为级级的的叶叶高高损损失失、或或叫叫端端部部损损失失，通通常常用用 hlhl表表示示。它它是是由由汽汽道道上上下下端端面面附附面面层层内内的的摩摩擦擦损损失失和和端端部部的的二二次次流流涡涡流流所所引引起起的的。试试验验证证明明，叶叶高高损损失失与与高高度度有有密密切切关关系系，当当叶叶片片较较长长时时，二二次次涡涡流流对对主主汽汽的的影影响响较较少少，故故叶叶高高损损失失小小。相相反反，当当叶叶片片较较短短叶叶高高l12-15mm)l12-15mm)时时，叶叶高高损损失失明明显显增增加加。这这时时，必必须须采采用用局局部部进进汽，以增加叶高，减小叶高损失。汽，以增加叶高，减小叶高损失。43 由由于于汽汽轮轮机机的的叶叶栅栅是是呈呈环环形形。汽汽流流参参数数和和叶叶片片几几何何参参数数节节距距、进进汽汽角角沿沿叶叶高高是是变变化化的的。叶叶片片越越长长，诸诸参参数数变变化化越越大大。在在进进行行汽汽轮轮机机设设计计时时，通通常常以以级级的的平平均均直直径径处处的的各各种种参参数数作作为为依依据据的的。对对于于叶叶高高不不太太长长的的级级，其其计计算算结结果果的的误误差差不不大大。但但对对于于叶叶片片较较长长的的级级，其其计计算算结结果果的的误误差差就就会会很很大大，不不能能满满足足设设计计要要求求。这这是是因因为为，只只有有在在平平均均直直径径处处，设设计计条条件件才才能能得得到到满满足足。而而其其他他截截面面上上，由由于于偏偏离离设设计计条条件件将将会会引引起起附附加加损损失失。这这个个附附加加损损失失称称为为扇扇形形损损失失，通通常常用用 h h 表表示示。为为了了减减少少扇扇形形损损失失，对对于于径径高比高比 101215mm,L1215mm,设计时，就得采设计时，就得采用局部进汽以减小叶高损失。但采用局部进用局部进汽以减小叶高损失。但采用局部进汽，又产生了局部进汽损失。局部进汽损失汽，又产生了局部进汽损失。局部进汽损失是由是由鼓风鼓风损失和损失和斥汽斥汽损失所组成的。损失所组成的。鼓风鼓风损失发生在没有喷嘴叶片的弧段内。损失发生在没有喷嘴叶片的弧段内。斥汽损失发生在安装有喷嘴叶片的弧段内。斥汽损失发生在安装有喷嘴叶片的弧段内。另外，如图另外，如图4-134-13由于叶轮作高速旋转，这样，由于叶轮作高速旋转，这样，在喷嘴出口端的在喷嘴出口端的A A点存在着漏汽；而在点存在着漏汽；而在B B点又点又存在着抽吸作用，将一局部蒸汽吸入动叶道，存在着抽吸作用，将一局部蒸汽吸入动叶道，干扰主流。这样就形成了斥汽损失。干扰主流。这样就形成了斥汽损失。4，局部进汽损失he 图图 413 局部进汽时蒸汽局部进汽时蒸汽 流动示意图流动示意图46隔板漏汽损失隔板漏汽损失 hphp。汽轮机动静之间有间隙。由于压差的作用，蒸汽就汽轮机动静之间有间隙。由于压差的作用，蒸汽就会漏过间隙，如图会漏过间隙，如图413413所示。在隔板前后有很大的压差，又所示。在隔板前后有很大的压差，又有间隙。就必然有一局部蒸汽通过隔板间隙流到级后。这局有间隙。就必然有一局部蒸汽通过隔板间隙流到级后。这局部蒸汽不作功，减少了作功蒸汽量。另外漏汽不是从喷嘴中部蒸汽不作功，减少了作功蒸汽量。另外漏汽不是从喷嘴中以正确方向流入动叶通道，它不但不做功，反而要干扰主流，以正确方向流入动叶通道，它不但不做功，反而要干扰主流，就形成了隔板漏汽损失就形成了隔板漏汽损失 hphp。为了减少局部进汽损失，那么局部进汽度为了减少局部进汽损失，那么局部进汽度e e不宜太大；不宜太大；但在有些级中，为了减小叶高损失，局部进汽度但在有些级中，为了减小叶高损失，局部进汽度e e又不又不宜太小。因此，二者应综合考虑。宜太小。因此，二者应综合考虑。5 5，漏汽损失，漏汽损失 两局部组成两局部组成 47 叶顶损失叶顶损失ht 另外，由于反动度，另外，由于反动度，动叶前后有压力差。蒸动叶前后有压力差。蒸汽必然有一局部漏汽不汽必然有一局部漏汽不通过动叶通道而从叶顶通过动叶通道而从叶顶间漏到级后。这局部蒸间漏到级后。这局部蒸汽也不作功，形成了叶汽也不作功，形成了叶顶损失顶损失 htht。图41348 为了减少漏汽损失，就应该减小间隙面为了减少漏汽损失，就应该减小间隙面积和蒸汽压力差。通常采用齿形轴封。蒸汽积和蒸汽压力差。通常采用齿形轴封。蒸汽每通过一个齿就有一次节流过程，压力降低每通过一个齿就有一次节流过程，压力降低一次，从而减小了漏汽速度，从而减小了漏一次，从而减小了漏汽速度，从而减小了漏汽量。汽量。6 6，湿汽损失，湿汽损失 hk hk 蒸汽在汽轮机中最后几蒸汽在汽轮机中最后几级时便进入湿蒸汽区，将产生湿汽损失级时便进入湿蒸汽区，将产生湿汽损失 hkhk。湿汽损失的原因：湿汽损失的原因：1 1一局部蒸汽凝结成水滴，减少了作功蒸一局部蒸汽凝结成水滴，减少了作功蒸汽量汽量2 2水滴不作功，反而要为高速汽流所夹带水滴不作功，反而要为高速汽流所夹带前进，要消耗一局部轮周功；前进，要消耗一局部轮周功；3 3由于水滴前进速度低于蒸汽速度。由于水滴前进速度低于蒸汽速度。齿形轴封的采用齿形轴封的采用49水滴冲蚀叶片水滴冲蚀叶片 这样，从速度三角形上分析：这样，从速度三角形上分析：水滴从喷嘴中流出时，正好水滴从喷嘴中流出时，正好打击动叶背弧打击动叶背弧，阻止动叶前进，阻止动叶前进，减小了有用功；减小了有用功；而水滴从动叶流出之后又而水滴从动叶流出之后又打击下一级喷嘴的背弧打击下一级喷嘴的背弧。水滴长期冲蚀叶片，形成水滴长期冲蚀叶片，形成麻点麻点，严重时会打穿叶片。，严重时会打穿叶片。去湿措施去湿措施去湿措施去湿措施采用去湿装置，如采用去湿装置，如捕水槽、捕水室捕水槽、捕水室等，以减少蒸汽中的水分。等，以减少蒸汽中的水分。提高叶片本身的抗湿能力，主要是设法增强叶片进汽边背弧提高叶片本身的抗湿能力，主要是设法增强叶片进汽边背弧的抗湿性能。如，在动叶片进汽边背弧的抗湿性能。如，在动叶片进汽边背弧加焊硬质合金、电火加焊硬质合金、电火花处理花处理等。等。50二级的相对内效率和内功率二级的相对内效率和内功率 根据前面的分析，级内存在着许多损失。因此，进入级的根据前面的分析，级内存在着许多损失。因此，进入级的蒸汽所具有的蒸汽所具有的理想能量理想能量理想能量理想能量就不可能百分之百地转化为就不可能百分之百地转化为有效功有效功有效功有效功。由于。由于损失的存在，损失又转换为热能，反过来加热蒸汽本。从而，使损失的存在，损失又转换为热能，反过来加热蒸汽本。从而，使动叶出口动叶出口排汽焓值排汽焓值升高。升高。考虑了各种损失之后级的考虑了各种损失之后级的实实实实际热力过程曲线际热力过程曲线际热力过程曲线际热力过程曲线如图如图416416所示。所示。0 0点为级前滞止状态点，点为级前滞止状态点，3 3为有为有余速利用时的下一级级前进口余速利用时的下一级级前进口状态点。状态点。为级的为级的有效焓降有效焓降。51式中，式中，级内各项损失之和。级内各项损失之和。级效率是衡量级内能量转换完善成度的最后指标。在进级效率是衡量级内能量转换完善成度的最后指标。在进行汽轮机热力设计时，只有合理地选用叶型、速度比、反动行汽轮机热力设计时，只有合理地选用叶型、速度比、反动度、进汽度、叶高和有关结构才能得到较高的级效率。度、进汽度、叶高和有关结构才能得到较高的级效率。级的内功率为：(kw)(455)式中，式中，-级的蒸汽量，级的蒸汽量，(kg/h)(kg/h)；-级的有效焓降，级的有效焓降，(kJ/Kg)。=级的相对内效率级效率52五、长叶片级五、长叶片级一长叶片的采用一长叶片的采用 前面讨论级的气动特性和几何参数时，都前面讨论级的气动特性和几何参数时，都是以一元流动模型为理论依据，以级的平均是以一元流动模型为理论依据，以级的平均直径截面上的参数作为代表来进行研究和计直径截面上的参数作为代表来进行研究和计算的。这种计算方法对于叶片高度不太长的算的。这种计算方法对于叶片高度不太长的级来说，所引起的误差是不太大的。按这种级来说，所引起的误差是不太大的。按这种计算方法设计的叶片，称为等截面直叶片，计算方法设计的叶片，称为等截面直叶片，即叶片的几何参数沿叶高不变。即叶片的几何参数沿叶高不变。显然，这种设计方法计算方便，叶片加工显然，这种设计方法计算方便，叶片加工简单。简单。53 如果长叶片级仍然按等截面直叶片进行设计，那么如果长叶片级仍然按等截面直叶片进行设计，那么级的实际轮周效率比计算值要低得多。其原因就在于：级的实际轮周效率比计算值要低得多。其原因就在于：1 1，圆周速度相差很大造成的损失圆周速度相差很大造成的损失 从叶根到叶顶，其相应的圆周速度相差很大。从叶根到叶顶，其相应的圆周速度相差很大。如果仍以平均直径处的速度三角形有关参数作为依据如果仍以平均直径处的速度三角形有关参数作为依据来进行设计，并采用等截面直叶片。那么，除了平均来进行设计，并采用等截面直叶片。那么，除了平均直径附近处之外，其余直径处的汽流在进入动叶通道直径附近处之外，其余直径处的汽流在进入动叶通道时，都会有撞击现象发生，在小于平均直径的地方，时，都会有撞击现象发生，在小于平均直径的地方，汽流将撞击动叶背弧，而在大于平均直径的地方，汽汽流将撞击动叶背弧，而在大于平均直径的地方，汽流将撞击动叶内弧。这样都会造成损失。流将撞击动叶内弧。这样都会造成损失。2 2，节距沿叶高变化很大造成的损失，节距沿叶高变化很大造成的损失 由于叶片是安装在叶轮上的，呈环形，径高比很由于叶片是安装在叶轮上的，呈环形，径高比很小时小时,节距沿叶高变化很大。根据叶栅试验得知，每一节距沿叶高变化很大。根据叶栅试验得知，每一种叶栅都有一个最正确的相对节距。当相对节距为最种叶栅都有一个最正确的相对节距。当相对节距为最正确值时其叶栅的效率最高。只要偏离这一最正确值，正确值时其叶栅的效率最高。只要偏离这一最正确值，都会引起损失，造成效率下降。都会引起损失，造成效率下降。按等截面叶片设计长叶片级所造成的损失按等截面叶片设计长叶片级所造成的损失按等截面叶片设计长叶片级所造成的损失按等截面叶片设计长叶片级所造成的损失543 3，径向流，径向流动造成造成损失失 蒸汽从蒸汽从动、静叶、静叶栅通道中流通道中流出后，在出后，在动、静、静轴向向间隙中必隙中必然然产生离心力作用。有离心力，生离心力作用。有离心力，就会就会产生径向流生径向流动。径向流。径向流动就会造成就会造成损失。而且，叶片越失。而且，叶片越长，径向流，径向流动造成的造成的损失就越失就越大。大。综合上述分析，合上述分析，对于于长叶叶片片级来来说，就不能采用短叶片，就不能采用短叶片级的来的来进行行设计。为了得到效了得到效率率较高的高的长叶片叶片级，就必，就必须把把长叶片叶片级设计成型成型线沿叶高沿叶高变化的化的变截面叶片，即扭叶片。截面叶片，即扭叶片。扭叶片加工困扭叶片加工困难，制造本，制造本钱高。高。55二长叶片级的设计方法二长叶片级的设计方法 长叶片级的设计普遍采用径向平衡法。其核长叶片级的设计普遍采用径向平衡法。其核心问题就是确定动、静叶栅轴向间隙汽流的平衡条心问题就是确定动、静叶栅轴向间隙汽流的平衡条件径向平衡条件，建立径向平衡方程式，然后件径向平衡条件，建立径向平衡方程式，然后求解径向平衡方程式。由此得出汽流参数沿叶高的求解径向平衡方程式。由此得出汽流参数沿叶高的变化规律。径向平衡法有简单径向平衡法和完全径变化规律。径向平衡法有简单径向平衡法和完全径向平衡法。向平衡法。简单径向平衡法是假设动、静叶栅轴向间隙简单径向平衡法是假设动、静叶栅轴向间隙中汽流作轴对称的圆柱面流动，其径向分速为零，中汽流作轴对称的圆柱面流动，其径向分速为零，子午线曲线半径无穷大。完全径向平衡法认为，在子午线曲线半径无穷大。完全径向平衡法认为，在动、静叶栅轴向间隙中，圆周方向的流面是一个轴动、静叶栅轴向间隙中，圆周方向的流面是一个轴对称的任意回转面。对称的任意回转面。5657作业与思考作业与思考1.写出喷嘴出口速度计算式：喷嘴出口理想速度，喷嘴出口实际速度，临写出喷嘴出口速度计算式：喷嘴出口理想速度，喷嘴出口实际速度，临界速度；界速度；2.写出流量计算式：喷嘴理想流量，实际流量；写出流量计算式：喷嘴理想流量，实际流量；3.写出喷嘴损失、动叶损失、余速损失的计算式；写出喷嘴损失、动叶损失、余速损失的计算式；4.画出动叶进出口速度三角形；画出动叶进出口速度三角形；5.画出渐缩喷嘴的流量曲线；画出渐缩喷嘴的流量曲线；6.画出级的实际热力过程曲线；画出级的实际热力过程曲线；7.表达蒸汽在喷嘴斜切局部的流动规律；表达蒸汽在喷嘴斜切局部的流动规律；8.表达喷嘴截面积变化规律；表达喷嘴截面积变化规律；9.表达汽轮机级内各种损失产生的原因表达汽轮机级内各种损失产生的原因.58第第 三三 节节 多多 级级 汽汽 轮轮 机机多级汽轮机的示意图一、多级汽轮机的特点和工作过程一、多级汽轮机的特点和工作过程1，多级汽轮机的采用，多级汽轮机的采用 为为了了提提高高功功率率，就就必必须须增增加加进进汽汽量量和和理理想想焓焓降降。从从经经济济、平平安安考考虑虑，只只有有一一个个级级的的汽汽轮轮机机是是不不可可能能有有效效地地利利用用很很大大的的理理想想焓焓降降的的。为为了了有有效效地地利利用用理理想想焓焓降降，提提高高功功率率，采采用用多多级级汽汽轮轮机机。每每一一级级只只利利用总焓降中的一局部。这样，用总焓降中的一局部。这样，591 1使每一级都能在最正确速度比附近工作，以提高效率。使每一级都能在最正确速度比附近工作，以提高效率。2 2只有采用多级汽轮机，才能把做成多排汽口，实现提高新蒸汽的参数只有采用多级汽轮机，才能把做成多排汽口，实现提高新蒸汽的参数提高理想焓降，增加机组总进汽量，到达提高汽轮机单机功率的目的。提高理想焓降，增加机组总进汽量，到达提高汽轮机单机功率的目的。多级汽轮机的分类：多级汽轮机的分类：有冲动式和反动式两种。有冲动式和反动式两种。国产国产100MW100MW、125MW125MW、200MW 200MW汽轮机都是冲动式多级汽轮机；汽轮机都是冲动式多级汽轮机；国产国产300MW300MW汽轮机有冲动和反动式汽轮机两种但是反动式汽轮机的第一级为汽轮机有冲动和反动式汽轮机两种但是反动式汽轮机的第一级为冲动级。冲动级。调节级与压力级：多级汽轮机通常采用喷嘴调节控制进汽量，故称这种汽调节级与压力级：多级汽轮机通常采用喷嘴调节控制进汽量，故称这种汽轮机的第一级为调节级，而把其余的级称为压力级。对于中小型汽轮机，通轮机的第一级为调节级，而把其余的级称为压力级。对于中小型汽轮机，通常采用双列级作为调节级，大功率汽轮机多用单列级作调节级。常采用双列级作为调节级，大功率汽轮机多用单列级作调节级。602 2，多，多级汽汽轮机的工作机的工作过程程蒸蒸汽汽进入入汽汽轮机机后后，依依次次通通过各各级膨膨胀作作功功，压力力和和温温度度逐逐级降降低低，比比容容不不断断增增加加。通通流流局局部部尺尺寸寸是是逐逐级增增大大的的，特特别是是在在低低压局局部部，平平均均直直径径增增加加很很快快。即即叶叶片片的的高高度度越来越越来越长。由由于于受受到到材材料料强度度的的限限制制，叶叶片片不不可可能能太太长，故大型汽故大型汽轮机都采用多排汽口：机都采用多排汽口：如如国国产200MW200MW汽汽轮机机，原原设计为三三排排汽汽口口，后后改改为两排汽口；两排汽口；国国产300MW300MW汽汽轮机采用两排汽口。机采用两排汽口。61623 3，多，多级汽汽轮机的机的热力力过程曲程曲线进汽机构的进汽机构的节流损失节流损失排汽机构的排汽机构的压力损失压力损失 级实际膨胀过程级实际膨胀过程 总的总的理想焓降理想焓降 整机的整机的有效焓降有效焓降 余速动能有效地利用余速动能有效地利用63二、多级汽轮机的损失二、多级汽轮机的损失一前后端轴封的漏汽损失一前后端轴封的漏汽损失 1，前后端轴封的采用，前后端轴封的采用 由由于于结结构构要要求求，大大轴轴必必须须从从汽汽缸缸内内向向外外伸伸出出，使使汽汽轮轮机机支支持持在在轴轴承承座座上上。有有间间隙隙存存在在。汽汽缸缸的的高高压压端端，蒸蒸汽汽向向外外泄泄漏漏。减减少少了了作作功功蒸蒸汽汽量量，降降低低了了机机组组的的经经济济性性。在在排排汽汽端端，缸缸内内为为真真空空，空空气气将将通通过过间间隙隙流流入入汽汽缸缸内内，破坏真空，也会降低机组的经济性。破坏真空，也会降低机组的经济性。为为了了防防止止或或减减小小这这种种漏漏进进、漏漏出出现现象象，在在汽汽轮轮机机的的两端漏气汽处装设汽封。这种汽封称为前后端轴封。两端漏气汽处装设汽封。这种汽封称为前后端轴封。高压端的汽封称为前轴封，作用是减少蒸汽向外泄漏；高压端的汽封称为前轴封，作用是减少蒸汽向外泄漏；低低压压端端的的汽汽封封称称为为后后轴轴封封，作作用用是是防防止止外外界界空空气气漏漏向向汽汽缸缸，保证汽缸内的真空度。保证汽缸内的真空度。6422，齿 形形轴封封汽汽轮机中常机中常见的端的端轴封是封是齿 形形轴封，封，它是由它是由许多固定在汽多固定在汽缸上的金属片缸上的金属片组成。成。其上下其上下齿与与轴或者或者轴套上的凸肩、沟槽相套上的凸肩、沟槽相错对应，使两者之，使两者之间保持一保持一较小的小的间隙隙，以形成以形成许多汽封多汽封齿隙。隙。图41965 轴轴 封封 两齿之间为一环形汽室，如图两齿之间为一环形汽室，如图419419所示。所示。漏汽依次通过各齿隙和环形汽室。为了减少漏汽量，漏汽依次通过各齿隙和环形汽室。为了减少漏汽量，这里借用喷嘴流量公式这里借用喷嘴流量公式 可以减少齿隙面积可以减少齿隙面积A A、汽流速度、汽流速度C C和增大比容。但，和增大比容。但，比容是由蒸汽流动状态来决定，不可任意改变。比容是由蒸汽流动状态来决定，不可任意改变。而面积决定于轴封直径、间隙，它们是由大轴的强度而面积决定于轴封直径、间隙，它们是由大轴的强度确定。间隙确定。间隙 不能太小一般取不能太小一般取=0.30.6mm=0.30.6mm，太，太小可能摩擦，大轴弯曲，机组振动。小可能摩擦，大轴弯曲，机组振动。这样，唯一可行的方法是减小汽流速度这样，唯一可行的方法是减小汽流速度C C。C C取决于轴取决于轴封齿两侧的压力差。封齿两侧的压力差。3 3，减少漏汽量的方法，减少漏汽量的方法66 从从图图419419可可看看到到，蒸蒸汽汽通通过过第第一一环环形形齿齿隙隙时时，由由于于通通道道面面积积小小，汽汽流流速速度度增增加加，压压力力降降低低。但但进进入入小小汽汽室室时时，通通道道面面积积突突然然增增加加，汽汽流流速速度度大大为为减减小小。由由于于涡涡流流和和碰碰撞撞，蒸蒸汽汽的的动动能能被被消消耗耗而而转转变变为为热热能能，蒸蒸汽汽焓焓值值又又上上升升到到原原值值。也也就就是是说说，蒸蒸汽汽通通过过轴轴封封的的热热力力过过程程为为一一节节流流过过程程。其其后后，每每通通过过一一齿齿隙隙，都都重重复复这这一一节节流流过过程程，压压力力不不断断降降低低，一一直直降降到到轴轴封封后后的的压压力力为为止止。所所以以，轴轴封封的的作作用用是是让让蒸蒸汽汽通通过过时时，逐逐级级节节流流到到最最低低的的压压力力，将将一一个个较较大大的的压压力力差差，分分割割为为许许多多较较小小的的压压力力差差。从从而而到到达达降降低低漏漏汽汽速速度度，减减少少漏漏汽汽量量的的目目的的。这这就就是是齿齿形形轴轴封的工作原理。封的工作原理。4 4，齿形形轴封的工作原理封的工作原理67二汽轮机进、排汽机构的压力损失二汽轮机进、排汽机构的压力损失 为了使蒸汽进入汽轮机作功，必须有为了使蒸汽进入汽轮机作功，必须有进汽机构进汽机构。而在汽轮机中作过。而在汽轮机中作过功的蒸汽，又必须从排汽管中排出。汽轮机进汽机构由主汽阀、调节阀、功的蒸汽，又必须从排汽管中排出。汽轮机进汽机构由主汽阀、调节阀、导汽管和蒸汽室组成。汽轮机的导汽管和蒸汽室组成。汽轮机的排汽机构排汽机构是一个扩散形的排汽管所构成。是一个扩散形的排汽管所构成。蒸汽通过汽轮机进、排汽机构时，由于摩擦和涡流的存在，会使压力降低，蒸汽通过汽轮机进、排汽机构时，由于摩擦和涡流的存在，会使压力降低，形成损失。形成损失。1 1进汽机构中的压力损失进汽机构中的压力损失 由于摩擦和涡流，蒸汽由于摩擦和涡流，蒸汽通过通过进汽管道进汽管道有压降。压力有压降。压力降低不作功，是一损失。降低不作功，是一损失。图42168进汽机构中由于节流所引起的压力损失进汽机构中由于节流所引起的压力损失对对于于大大型型汽汽轮轮机机如如国国产产200MW200MW、300MW300MW汽汽轮轮机机，中中、低低压压缸缸之之间有低压导汽管，其压力损失为：间有低压导汽管，其压力损失为：692 2排汽管道中的压力损失排汽管道中的压力损失 作过功的乏汽由汽轮机的末级动叶排出，经排汽管到凝汽器或者供热管道。作过功的乏汽由汽轮机的末级动叶排出，经排汽管到凝汽器或者供热管道。也因摩擦和涡流等原因，造成压力损失，即排汽管道中的也因摩擦和涡流等原因，造成压力损失，即排汽管道中的压力损失压力损失 式中，式中，阻力系数阻力系数，一般取，一般取=0.050.1=0.050.1；C C排汽管道中的汽流速度排汽管道中的汽流速度，对于凝汽机，对于凝汽机，C=80120m/sC=80120m/s；对于背压机，；对于背压机，C=4060m/sC=4060m/s。70三机械损失三机械损失 汽轮机在工作时，要克服支持轴承、推力轴承的汽轮机在工作时，要克服支持轴承、推力轴承的摩擦摩擦，带动带动主油泵主油泵和和调速系统调速系统工作，要工作，要消耗功率消耗功率。通常用。通常用机械损失机械损失机械损失机械损失来描述。考虑了机械损失之后，汽轮机联轴节端的输出功率来描述。考虑了机械损失之后，汽轮机联轴节端的输出功率将小于汽轮机的内功率。汽轮机的机械损失一般用将小于汽轮机的内功率。汽轮机的机械损失一般用机械效率机械效率来计算。这样，来计算。这样，式中，式中，_ _分别为汽轮机的轴端功率、内功率；分别为汽轮机的轴端功率、内功率；_ _为机械损失。为机械损失。71三、汽轮机装置的效率和功率三、汽轮机装置的效率和功率 火火力力发发电电厂厂的的生生产产过过程程，要要经经过过一一系系列列的的能能量量转转换换之之后后，最最后后才才能能将将矿矿物物燃燃料料的的化化学学能能转转变变为为电电能能。在在这这些些转转换换过过程程中中，要要用用各各种种效效率率来来描描述整个能量转换过程中的完善成度。述整个能量转换过程中的完善成度。1 1汽轮机的相对内效率汽轮机的相对内效率 汽汽轮轮机机的的相相对对内内效效率率是是衡衡量量汽汽轮轮机机内内能能量量转转换换完完善善程程度度的的重重要要指指标标。它它是是整整机机的的有有效效焓焓降降与与理想焓降理想焓降之比，即之比，即72 汽轮机的汽轮机的内功率内功率内功率内功率等于汽轮机的等于汽轮机的进汽量进汽量与与有效焓降有效焓降之乘积。之乘积。对于对于无回热加热系统无回热加热系统的汽轮机，它的内功率为：的汽轮机，它的内功率为：对于对于有回热加热系统有回热加热系统的汽轮机，它的内功率为：的汽轮机，它的内功率为：3 3汽汽轮机的机的轴端功率端功率 对于无回热加热系统的汽轮机，它的轴端功率为：对于无回热加热系统的汽轮机，它的轴端功率为：2 2汽汽轮机的内功率机的内功率73 汽轮机以轴端功率来拖动发电机发电，还要汽轮机以轴端功率来拖动发电机发电，还要考虑发电机的机械损失和电气损失。用考虑发电机的机械损失和电气损失。用 表示发电机的效率，那么在发电机的出线端所表示发电机的效率，那么在发电机的出线端所获得的电功率为：获得的电功率为：其中，其中，称为相对电效率。它，称为相对电效率。它表示每表示每kgkg蒸汽所具有的理想焓降中最后转变为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电能的份额，是衡量汽轮发电机组经济性的一项重要指标。项重要指标。4 4，电功率功率74四、多级汽轮机的轴向推力四、多级汽轮机的轴向推力1 1，轴向推力的向推力的组成成 蒸蒸汽汽对叶叶片片的的作作用用力力由由圆周周分分力力和和轴向向分分力力所所组成成。圆周周分分力力推推动叶叶轮作作功功，轴向向分分力力产生生轴向向推推力力。轴向推力由向推力由4 4局部所局部所组成：成：1.1.作用在作用在动叶片上的叶片上的轴向力；向力；2.2.作用在叶作用在叶轮面上的面上的轴向力；向力；3.3.作用在作用在轮毂上或者上或者转子凸肩上的子凸肩上的轴向力；向力；4.4.作用在作用在轴封凸肩上的封凸肩上的轴向力。向力。这样多多级汽汽轮机机总的的轴向推力向推力为各各级轴向推力之和。即向推力之和。即752 2，轴向推力平衡方法向推力平衡方法 在在多多级汽汽轮机机中中，总的的轴向向推推力力是是很很大大的的。特特别是是反反动式式汽汽轮机机，其其总的的推推力力可可达达200300T200300T；冲冲动式式汽汽轮机机，其其总的的