電廠汽輪機原理-第二章多級汽輪機

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1、1 汽 輪 機 原 理北京交通大學機電學院2011年 2 第 二 章 多 級 汽 輪 機 多級汽輪機的特點多級汽輪機熱力過程汽輪機及其裝置的評價指標多級汽輪機的軸向推力軸封及其系統(tǒng) 3 1. 多 級 汽 輪 機 的 采 用提 高 功 率 的 途 徑 ： 增 加 進 汽 量 和 總 理 想 焓 降考 慮 經(jīng) 濟 和 安 全 問 題 ， 單 級 汽 輪 機 有 效 利 用 很 大 理想 焓 降 是 不 可 能 的解 決 方 案 ： 多 級 汽 輪 機 。 每 級 只 利 用 總 焓 降 中 的 一部 分 ， 都 在 最 佳 速 度 比 附 近 工 作 ， 有 效 利 用 整 機 理 想焓 降 ，

2、提 高 機 組 效 率 。 第 一 節(jié) 多 級 汽 輪 機 的 特 點東 方 汽 輪 機 廠 N300 16.7/537/537 4型 汽 輪 機 總 共 28級 ： 高 壓 缸 ： 1個 單 列 調(diào) 節(jié) 級 +9個 沖 動 壓 力 級 中 壓 缸 ： 6個 沖 動 壓 力 級 低 壓 缸 ： 2 6個 沖 動 壓 力 級上 海 汽 輪 機 廠 引 進 型 N300 16.7/538/538型 汽輪 機 由 35級 組 成 ： 高 壓 缸 ： 1個 單 列 調(diào) 節(jié) 級 +11個 反 動 壓 力 級 中 壓 缸 ： 9個 反 動 壓 力 級 低 壓 缸 ： 2 7個 反 動 壓 力 級 4 多

3、級 汽 輪 機 的 特 點單 機 功 率 大 每 一 級 都 能 在 最 佳 速 度 比 附 近 工 作內(nèi) 效 率 高 可 做 成 多 排 汽 口 ， 提 高 新 蒸 汽 的 參 數(shù) ， 增 加 總 進 汽 量 分 類 ： 沖 動 式 、 反 動 式 5 多 級 汽 輪 機 有 沖 動 式 和 反 動 式 兩 種 。 國 產(chǎn) 100MW、125MW、 200MW汽 輪 機 都 是 沖 動 式 汽 輪 機 ； 國 產(chǎn)300MW汽 輪 機 則 是 反 動 式 汽 輪 機 。 多 級 汽 輪 機 通 常用 噴 嘴 調(diào) 節(jié) ， 控 制 進 汽 量 ， 第 一 級 稱 為 調(diào) 節(jié) 級 ， 其余 級 稱

4、為 壓 力 級 。 中 小 型 汽 輪 機 通 常 采 用 雙 列 級 作為 調(diào) 節(jié) 級 ， 大 功 率 汽 輪 機 多 用 單 列 級 作 為 調(diào) 節(jié) 級 。通 流 部 分 尺 寸 逐 級 增 大 ， 特 別 是 在 低 壓 部 分 ， 平 均直 徑 增 加 很 快 。 即 葉 片 的 高 度 越 來 越 長 。 受 到 材 料強 度 的 限 制 ， 葉 片 不 可 能 太 長 ， 故 大 型 汽 輪 機 都 采用 多 排 汽 口 。單 位 功 率 造 價 、 材 料 消 耗 和 占 地 面 積 都 比 單 級 汽 輪機 明 顯 減 小 ， 機 組 容 量 越 大 減 小 越 顯 著 ， 大

5、 大 節(jié) 省了 投 資 。 存 在 問 題 (1)增 加 了 一 些 附 加 損 失 ； (2)增 加 了 機 組 的 長 度 和 質(zhì) 量 ；(3)高 中 壓 缸 前 面 若 干 級 的 工 作 溫 度 高 ， 對 零 部 件 的金 屬 材 料 要 求 提 高 了 ；(4)級 數(shù) 增 多 ， 零 部 件 增 多 ， 結(jié) 構(gòu) 復 雜 ， 制 造 成 本 高 。 7 現(xiàn) 代 多 級 汽 輪 機 2. 多 級 汽 輪 機 的 熱 力 過 程 8 分 流 低 壓 缸 轉(zhuǎn) 子 高 壓 段 蒸 汽 特 性 ： 高 壓 、 高 溫 ， 比 容 小 ， 蒸 汽 容 積 流 量 小 。結(jié) 構(gòu) 特 點 ： 噴 嘴

6、 出 口 汽 流 方 向 角 l較 小 ， 以 保 證 葉 片 高 度 。一 般 情 況 下 ， 沖 動 式 汽 輪 機 的 l= 11 14 ， 反 動 式 汽 輪 機的 l= 14 20 。 氣 動 特 性 ： 各 級 比 焓 降 不 大 ， 比 焓 降 的 變 化 也 不 大 。在 沖 動 汽 輪 機 的 高 壓 段 ， 級 的 反 動 度 一 般 不 大 。級 內(nèi) 損 失 特 點 ：可 能 存 在 的 級 內(nèi) 損 失 -輪 周 損 失 、 葉 高 損 失 、 扇 形 損 失 、 漏汽 損 失 、 葉 輪 摩 擦 損 失 、 部 分 進 汽 損 失 等 。 高 壓 段 各 級 的 效 率

7、 相 對 較 低 。葉 高 損 失 、 漏 汽 損 失 、 葉 輪 摩 擦 損 失 、 部 分 進 汽 損 失 相 對 較 大 。 中 壓 段 蒸 汽 特 性 ： 中 壓 、 高 溫 ， 中 比 容 ， 蒸 汽 容 積 流 量 中 等 。結(jié) 構(gòu) 特 點 ：氣 動 特 性 ： 級 的 反 動 度 介 于 高 壓 缸 與 低 壓 缸 之 間 ， 且 逐 漸 增 大 。級 內(nèi) 損 失 特 點 ：中 等 葉 高 ， 各 級 葉 片 高 度 沿 流 動 方 向 逐 漸 增 大 ?？?能 存 在 的 級 內(nèi) 損 失 -輪 周 損 失 、 葉 高 損 失 、 扇 形 損 失 、 漏汽 損 失 、 葉 輪 摩

8、 擦 損 失 等 。葉 高 損 失 較 小 ； 一 般 為 全 周 進 汽 ， 沒 有 部 分 進 汽 損 失 ， 中 壓 級漏 汽 損 失 較 小 ， 葉 輪 摩 擦 損 失 也 較 小 ， 也 沒 有 濕 汽 損 失 。效 率 要 比 高 壓 級 和 低 壓 級 都 高 。 低 壓 段蒸 汽 特 性 ： 低 壓 、 低 溫 ， 末 幾 級 處 于 濕 汽 區(qū) ， 比 容 大 ， 蒸 汽 容 積流 量 大 。結(jié) 構(gòu) 特 點 ： 噴 嘴 出 口 汽 流 方 向 角 l大 ， 避 免 葉 高 過 大 。氣 動 特 性 ：級 內(nèi) 損 失 特 點 ：可 能 存 在 的 級 內(nèi) 損 失 -輪 周 損

9、失 、 葉 高 損 失 、 扇 形 損 失 、 漏汽 損 失 、 葉 輪 摩 擦 損 失 、 濕 汽 損 失 等 。余 速 損 失 大 ， 但 一 般 可 被 下 級 利 用 ， 葉 輪 摩 擦 損 失 、 漏 汽 損 失 、葉 高 損 失 很 小 ， 主 要 是 濕 汽 損 失 大 。理 想 比 焓 降 較 大 ， 且 相 應 增 加 較 快葉 高 大 ， 末 兩 級 葉 高 擴 張 很 快級 的 反 動 度 明 顯 增 大效 率 介 于 高 壓 級 和 中 壓 級 之 間 。 多 級 汽 輪 機 各 缸 工 作 特 點 小 結(jié) 蒸 汽 參 數(shù) 汽 缸 汽 缸 受 力 容 積 流 量 葉 片

10、 型 式 平 均 直 徑 級 焓降 反 動度 主 要損 失 效 率 功 率 高 壓 缸 高 溫 高 壓 多 層 缸 較 厚 壓 力 熱 應 力 小 較 短 直 葉 微 彎 小 小 較 小 葉 高 漏 汽 部 分 較 低 不 足 1/3 中 壓 缸 高 溫 中 壓 多 層 較 薄 壓 力 熱 應 力 中 扭 葉 較 長 中 中 中 等 漏 汽 較 高 大 于 1/3 低 壓 缸 低 溫 低 壓 多 層 薄 壓 力 熱 應 力 大 扭 葉 長 大 大 較 大 濕 汽 稍 低 近 1/3 28 45 27 23 44 33 18 32 50 0% 20% 40% 60% 80% 100% 高壓 缸

11、中 壓 缸 低 壓 缸 ABB 汽輪 機各 汽缸 損失 分布 葉 型 損 失 二 次 流 損 失 泄 漏 損 失 14 進 汽 機 構(gòu) 的 節(jié) 流 過 程 各 級 實 際 膨 脹 過 程 排 汽 管 道 的 節(jié) 流 過 程 cp HP IP LP G鍋 爐 高 壓 缸 中 壓 缸 凝 汽 器再熱器 主汽閥 調(diào)節(jié)閥 低 壓 缸中 壓 主 汽 閥中 壓 調(diào) 節(jié) 閥過熱器 LP進 汽 阻 力 損 失 和 排 汽 阻 力 損 失 進 汽 阻 力 損 失 mac t th H H 17 通 常 ， 當 閥 門 全 開 時 ， 汽 流 速 度 為 （ 40 60） m / s ： 對 于 再 熱 管 道

12、及 再 熱 器 ：對 于 中 低 壓 缸 連 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 壓 缸 排 汽 壓 力 損 失 的 大 小 取 決 于 汽 流 速 度 控 制 閥 門 與 管 道 中 蒸 汽 流 速 40 60m/s主 汽 門 及 調(diào) 門的 氣 動 特 性 優(yōu) 化 閥 芯 型 線 和 汽 室 形 狀 ，采 用 帶 擴 壓 管 的 閥 門 。 19 排 汽 阻 力 損 失阻 力 系 數(shù) ， 一 般 取 =0.050.1； 排 汽 管 中 的 汽 流 速 度 ，對 于 凝

13、 汽 機 ， 取 80120m/s；背 壓 機 ， 取 4060m/s。 ( )mac t th 100exc c ccp p p p exc (0.020.06)c cp p 一 般 情 況 下 ：cpcp -凝 汽 器 喉 部 靜 壓-末 級 動 葉 出 口 的 靜 壓 20 第 二 節(jié) 多 級 汽 輪 機 的 重 熱 現(xiàn) 象一 、 重 熱 現(xiàn) 象上 一 級 損 失 中 的 一 小 部 分 焓 降 可 以在 以 后 各 級 中 得 到 利 用 多 級 汽輪 機 的 重 熱 現(xiàn) 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 級 有 損 失 的 情 況 下 ， 本 級 進 口 溫 度 升 高 ， 級 的 理 想 比 焓 降稍 有 增 大 ， 這 就 是 重 熱 現(xiàn) 象 。 2thh s1p 2p2th 3p1T 22 二 、 重 熱 系 數(shù)1.重 熱 系 數(shù) ttHH 1 2 3t t t tH h h h 1n it ti h H 23 2.整 機 效 率設(shè) ： (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 機 的 內(nèi) 效 率 大 于 各 級 內(nèi) 效 率 平 均 值 。通 常 ， 重 熱 系 數(shù) = 0.03 0.08 ， 其 大 小 與 下 列 因 素 有 關(guān) ：1) 和 級 數(shù) 有 關(guān) ， 級 數(shù) 多 ， 大 ；2) 與 各 級 內(nèi) 效 率 有 關(guān) ， 級 內(nèi) 效 率 低 ， 則 大 ；3) 與 蒸 汽 狀 態(tài) 有 關(guān) ， 過 熱 區(qū) 大 ， 濕 汽 區(qū) 小 。* 決 不 能 誤 認 為 越 大 越 好 。 提 高 汽 輪 機 效 率 的 根 本 途 徑 是 提高 各 級 的 相 對 內(nèi) 效 率 . (1 )mac levii i

16、tHH 25 第 三 節(jié) 汽 輪 機 裝 置 的 效 率一 、 汽 輪 機 的 相 對 內(nèi) 效 率 tii HH 26 二 、 汽 輪 機 的 內(nèi) 功 率 對 于 無 回 熱 加 熱 系 統(tǒng) 的 汽 輪 機 ： (kW) (kW)對 于 有 回 熱 加 熱 系 統(tǒng) 的 汽 輪 機 ： D 、 G 為 汽 輪 機 各 級 蒸 汽 量 ， 為 相 應 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 輪 機 的 軸 端 功 率 、 電 功 率 對

17、 于 無 回 熱 加 熱 系 統(tǒng) 的 汽 輪 機 ： 發(fā) 電 機 的 出 線 端 所 獲 得 的 電 功 率 ： 相 對 電 效 率 ：每 kg 蒸 汽 所 具 有 的 理 想 焓 降 中 最 后 轉(zhuǎn) 變 為 電 能 的 份 額 ， 是 衡 量 汽 輪 發(fā) 電 機 組 經(jīng) 濟 性 的 一 項 重 要 指 標 。 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 輪 機 的 絕 對 內(nèi) 效 率 -全 機 實 際 比 焓 降 與 整 個 循 環(huán) 中 加 給 1kg蒸 汽 的 熱 量 之 比, 0

18、ia i t icHh h 絕 對 電 效 率 : . 0 t ela el cHh h 四 、 循 環(huán) 熱 效 率 和 絕 對 電 效 率 0 tt cHh h 循 環(huán) 熱 效 率 ： 只 適 用 于 本 課 所 定 義特 殊 機 組適 用 于 純 凝 汽 機 組 ， 有回 熱 時 變 為ch fwh適 用 于 所 有 機 組 .a el t el t i m g 適 用 于 純 凝 汽 機 組 ， 有回 熱 時 變 為ch fwh 適 用 于 所 有 機 組 每 生 產(chǎn) 1kWh電 能 所 消 耗 的 蒸 汽 量01 0 0 0 3 6 0 0e l t e lDd P H 每 生 產(chǎn) 1

19、kWh電 能 所 消 耗 的 熱 量 0 0 ,3600 3600cc t el a elh hq d h h H 中 間 再 熱 機 組 ： 0 0rc r rDq h h h hD ( )kg kW h( )kJ kW h機 組 發(fā) 出 1kWh電 量 所 消 耗 的 標 煤 量 (標 準 煤 g/kWh） 。 (1kg標 準 煤發(fā) 熱 量 為 7000kcal)。 發(fā) 電 煤 耗 、 供 電 煤 耗 。 五 、 汽 耗 率六 、 熱 耗 率七 、 煤 耗 率 適 用 于 所 有 機 組適 用 于 純 凝 汽 機 組 ， 有回 熱 時 變 為ch fwh適 用 于 純 凝 汽 機 組 ，

20、有回 熱 時 變 為 ch fwh (1)相 對 效 率 是 衡 量 某 個 能 量 轉(zhuǎn) 換 環(huán) 節(jié) 設(shè) 計 的 完 善 程 度的 指 標 。(2)絕 對 電 效 率 和 熱 耗 率 是 衡 量 汽 輪 發(fā) 電 機 組 經(jīng) 濟 性 的 主要 指 標 。(3)汽 耗 率 由 于 和 機 組 的 初 終 參 數(shù) 有 關(guān) ， 因 此 只 能 用 于 比較 同 類 型 同 參 數(shù) 機 組 的 運 行 管 理 水 平 。(4)汽 輪 發(fā) 電 機 組 的 絕 對 電 效 率 和 熱 耗 率 由 于 沒 有 考 慮 鍋爐 效 率 、 管 道 效 率 和 廠 用 電 等 ， 因 此 高 于 機 組 電 效 率

21、和 熱 耗 率 。(5)未 扣 除 廠 用 電 的 煤 耗 率 稱 為 發(fā) 電 煤 耗 ， 扣 除 廠 用 電 的稱 為 供 電 煤 耗 ， 因 此 供 電 煤 耗 總 是 高 于 發(fā) 電 煤 耗 。tips 31 當 前 世 界 主 要 工 業(yè) 發(fā) 達 國 家 火 力 發(fā) 電 廠的 平 均 熱 效 率 為 (35 38 ) %, 超 （ 超 ） 臨 界機 組 可 達 42% 。 國 產(chǎn) 200MW汽 輪 發(fā) 電 機 組 的 熱 耗 率 為 q = 8402 kJ / kW.h， 國 產(chǎn) 300MW 汽 輪 發(fā) 電 機組 的 熱 耗 率 為 q = 7993 kJ / kW.h 。 32 汽

22、輪 機 原 理 熱 力 發(fā) 電 廠工 程 設(shè) 計多 級 汽 輪 機熱 力 設(shè) 計 軸 向 推 力 ： 蒸 汽 對 轉(zhuǎn) 子 施 加 了 一 個 由 高 壓 端 指 向 低 壓端 的 軸 向 力 ， 使 轉(zhuǎn) 子 存 在 一 個 向 低 壓 端 移 動 的 趨 勢 。 軸 向 推 力 由 推 力 軸 承 承 擔 。 對 軸 向 推 力 采 取 平 衡 措 施 ， 平 衡 掉 部 分軸 向 推 力 ， 減 少 推 力 軸 承 的 設(shè) 計 制 造 難 度 。 計 算 軸 向 推 力 ， 為 推 力 軸 承 的 設(shè) 計 提 供依 椐 。第 四 節(jié) 多 級 汽 輪 機 的 軸 向 推 力 1 1 2 2 1

23、 2sin sinz m bF G c c d l p p 壓 力 反 動 度 1 20 2p p pp p 0 2z m b pF d l p p .作 用 在 動 葉 上 的 軸 向 推 力速 度 級 ： 計 算 兩 列 動 葉 受 力 之 和部 分 進 汽 級 ： 乘 上 部 分 進 汽 度 e一 、 沖 動 式 汽 輪 機 的 軸 向 推 力 在 h-s圖 上 ， 同 一 壓 差 的 等 壓 線 距 離 越 向 下 越 大 ， 即 焓 降 增 大 ， 故壓 力 反 動 度 小 于 焓 降 反 動 度 ， 用 替 代 計 算 偏 于 安 全 ， 故可 認 為 正 比 與 。 m pmp

24、0 2m p p zF 1ph s0p 2p .作 用 在 葉 輪 面 上 的 軸 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 葉 輪 兩 側(cè) 的 輪 轂 直 徑 相 同 ， 即 d1=d2=d： 2 2 24z m b d dF d l d p p 對 部 分 進 汽 級 上 式 應 加 上 21 m b de d l p p 20 2dd p pp p 葉 輪 反 動 度 2 2 0 24z m b d dF d l d p p 通 過 流 量 平 衡 求 得 進 而 可 確 定 d dp 或如 果 動 葉 根 部 稍 有 漏

25、 汽 ： 故 用 代 替 計 算 所 得 結(jié) 果 將 偏 大 ， 偏 于 安 全 。可 近 似 地 認 為 葉 輪 上 的 軸 向 推 力 也 正 比 于 。 m p d m p 0 2m p p zFd zF3.作 用 軸 凸 肩 上 的 軸 向 推 力二 、 反 動 式 汽 輪 機 的 軸 向 推 力 作 用 在 葉 片 上 的 軸 向 推 力 ； 作 用 在 輪 鼓 錐 形 面 上 的 軸 向 推 力 ； 作 用 在 轉(zhuǎn) 子 階 梯 上 的 軸 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 葉 輪

26、 上 開 設(shè) 平 衡 孔 可 以 減 少 葉 輪 兩 側(cè) 的 壓 力 差 ，從 而 可 以 減 少 作 用 在 葉 輪 上 的 軸 向 力 。2.設(shè) 置 平 衡 活 塞在 平 衡 活 塞 上 裝 有 齒 形 軸 封 ，當 蒸 汽 由 活 塞 的 高 壓 側(cè) 向 低壓 側(cè) 流 動 時 ， 壓 力 降 低 。 平衡 活 塞 在 壓 力 差 作 用 下 ， 就產(chǎn) 生 了 一 個 向 左 的 作 用 力 。這 個 力 剛 好 與 軸 向 推 力 方 向相 反 ， 起 到 了 平 衡 作 用 。三 、 軸 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 動 , 其 軸 向 力 方 向 相 反 ， 達 到了 平 衡 的 目 的 。4.推 力 軸 承 汽 輪 機 的 運 行 要 求 推 力 軸 承 承 擔 一 部 分 軸 向 推 力 ， 以 保 證汽 輪 機 運 行 工 況 發(fā) 生 變 化 時 ， 軸 向 推 力 方 向 不 變 ， 達 到 機 組 穩(wěn)定 運 轉(zhuǎn) 的 目 的 。 推 力 軸 承 所 承 擔 的 軸 向 推 力 為 ： 為 了 安 全 起 見 ， 核 算 推 力 軸 承時 ， 其 安 全 系 數(shù) 應 大 于 1.5 1.7。 FFF zb 東方汽輪機引進日本三菱技術(shù)的百萬機組 41 第 五 節(jié) 軸 封 及 其

28、 系 統(tǒng)損 失 分 類 ： 外 部 損 失 ： 不 直 接 影 響 蒸 汽 狀 態(tài) 的 損 失 。 內(nèi) 部 損 失 ： 直 接 影 響 蒸 汽 狀 態(tài) 的 損 失 。外 部 損 失 ： 機 械 損 失 外 部 漏 汽 損 失 42 漏 汽 原 因 由 于 結(jié) 構(gòu) 的 要 求 ， 汽 輪 機 大 軸 必 須 從 汽 缸 內(nèi) 向 外 伸 出 并 支 持在 軸 承 座 上 。 這 樣 ， 大 軸 和 汽 缸 之 間 必 須 留 有 一 定 的 間 隙 。 汽 缸 的 高 壓 端 ， 缸 內(nèi) 蒸 汽 壓 力 大 于 大 氣 壓 力 ， 蒸 汽 必 然 要 從間 隙 向 外 泄 漏 。 這 樣 就 減

29、少 了 作 功 蒸 汽 量 ， 降 低 了 機 組 的 經(jīng)濟 性 。 在 機 組 的 排 汽 端 ， 缸 內(nèi) 為 真 空 運 行 ， 蒸 汽 壓 力 低 于 大 氣 壓 力 ，外 界 的 空 氣 將 通 過 間 隙 流 入 汽 缸 內(nèi) ， 破 壞 真 空 ， 也 會 降 低 機 組的 經(jīng) 濟 性 。第 五 節(jié) 軸 封 及 其 系 統(tǒng)防 止 漏 汽 的 措 施 ： 安 裝 齒 形 汽 封 安 裝 軸 封 系 統(tǒng) 按 用 途 分 類 ：隔 板 汽 封葉 根 及 葉 頂 汽 封軸 端 汽 封 (軸 封 )隔 板 內(nèi) 圓 處 的 汽 封 ， 用 來 阻 礙 蒸 汽 繞 過 噴 嘴 而 引 起 能量 損

30、 失 并 使 葉 輪 上 的 軸 向 推 力 增 大 。動 葉 柵 頂 部 和 根 部 處 的 汽 封 ， 通 稱 通 流 部 分 汽 封 ，用 來 阻 礙 蒸 汽 從 動 葉 柵 兩 端 逸 散 致 使 做 功 能 力 降 低 。轉(zhuǎn) 子 穿 過 汽 缸 兩 端 處 的 汽 封 ， 高 壓 軸 封 防 止 蒸 汽 漏 出 汽 缸 ， 造 成工 質(zhì) 損 失 ， 惡 化 運 行 環(huán) 境 ， 并 且 加 熱 軸 頸 或 沖 進 軸 承 使 潤 滑 油 質(zhì)劣 化 ； 低 壓 軸 封 用 來 防 止 空 氣 漏 入 汽 缸 ， 破 壞 凝 汽 器 正 常 工 作 。一 、 汽 封 種 類 44 裝 在

31、汽 輪 機 高 壓 端 的 汽 封 稱 為 前 軸 封 ， 作 用 是 為 了 減 少 高 溫 高 壓 蒸 汽 從 汽 缸 內(nèi) 向 外 泄 漏 ； 裝 在 汽 輪 機 低 壓 端 的 汽 封 稱 為 后 軸 封 ， 它 的 作 用 是 為 了 防 止 外 界 空 氣 漏 向 汽 缸 ， 保 證 汽 缸 內(nèi) 的 真 空 度 。 對 于 多 缸 的 大 型 汽 輪 機 ， 每 個 缸 的 兩 端 都 有 軸 封 ， 其 作 用 要 根 據(jù) 具 體 情 況 而 定 。 二 、 齒 形 軸 封 高 低 齒 軸 封 (曲 徑 軸 封 )： 汽 輪 機 的 高 壓 段 采 用 平 齒 軸 封 (光 軸 軸

32、 封 ) ： 低 壓 段 采 用 。工 作 原 理 ：當 漏 汽 漏 過 汽 封 時 ， 每 通 過 一 個 汽 封 片 所 形 成的 孔 口 ， 就 產(chǎn) 生 一 次 節(jié) 流 作 用 ， 即 蒸 汽 的 壓 力就 降 低 一 次 ， 每 一 汽 室 中 的 壓 力 都 低 于 前 一 汽室 中 的 壓 力 ， 每 一 汽 封 片 前 后 壓 差 之 和 就 等 于汽 封 前 后 的 總 壓 差 P 0 Pg。 由 于 孔 口 的 漏 汽 面積 是 Ap dp 定 值 （ dp是 汽 封 片 處 軸 的 直 徑， 是 汽 封 間 隙 ） ， 因 此 在 給 定 的 總 壓 差 下 ，如 果 汽

33、封 片 數(shù) 越 多 ， 則 每 一 汽 封 片 兩 側(cè) 的 壓 力差 就 越 小 ， 漏 汽 量 也 就 越 少 。 芬 諾 曲 線 (等 流 量 線 )l xl xA cG v 亞 臨 界 工 況 的 漏 汽 量 采 用 不 可 壓 縮 流 動 方 程 ， 汽 流 通 過 某 一 片 孔 口的 流 速 為 2x xpc 對 應 的 流 量 為 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 線 上 壓 力 與 比 容 之 商 為 常 數(shù) ， 從 而 求 得 腔 室 壓 力 與 前后 壓 差 的 關(guān) 系

34、漏 汽 量 計 算 ：1. 亞 臨 界 最 后 一 片 孔 口 處 流 速 未 達 臨 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 壓 力 越 低 ， 壓 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.臨 界 臨 界 工 況 時 ， 將 最 后 一

35、 個 孔 口 當 作 噴 嘴 。因 最 后 一 片 軸 封 孔 口 前 均 為 亞 臨 界 ， 由 前 面 亞 臨 界 漏 汽 量 計 算 公 式求 得 末 道 軸 封 孔 口 前 壓 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 數(shù) 1 01 0 xxp p 由 11 20 12, 1 0kk zl c l l k pG A k p 判 定 是 否 臨 界 的 準 則 0 0.821.25zpp z 因 而 ， 最 后 一 片 中 流 速 達 臨 界 時 漏

36、汽 量0 0, 1.25l cr l l pG A z 3.軸 封 孔 口 流 量 系 數(shù)由 實 驗 求 取 ： 與 軸 封 齒 的 形 狀 及幾 何 參 數(shù) 有 關(guān) 。 l(1)齒 進 汽 側(cè) 不 應 作 成 圓 弧 狀 或 斜 面狀 ， 應 保 持 齒 的 尖 銳 邊 緣(2)齒 的 尖 銳 邊 緣 在 運 行 中 會 因 為 摩擦 而 鈍 化 ， 流 量 系 數(shù) 會 增 大 4光 軸 軸 封 漏 汽 量 修 正 系 數(shù) 與 曲 徑 軸 封 的 區(qū) 別 是 蒸 汽 進 入 下 一 孔 口 前 還 有 一 定 的 初 速 ，故 漏 汽 量 增 大 ， 其 計 算 結(jié) 果 只 需 在 曲 徑

37、軸 封 的 計 算 結(jié) 果 上 乘 一修 正 系 數(shù) ， 可 由 光 軸 軸 封 尺 寸 和 軸 封 片 數(shù) z查 得 . lk lK /s5基 本 計 算 公 式 分 析 與 統(tǒng) 一 計 算 時 必 須 先 判 別 在 軸 封 段 的 最 末 一 片 中 是 否 達 到臨 界 速 度 。公 式 缺 陷 ： 臨 界 點 計 算 結(jié) 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 齒 式 光 軸 軸 封 的 軸 封 漏 汽量 ， 則 需 再 乘 上 修 正 系 數(shù) 計 算 漏 汽 量 前 ， 不 必

38、 事 先 判 斷 軸封 最 后 一 片 孔 口 處 是 否 達 到 臨 界速 度 ， 只 需 根 據(jù) Z與 查 得 應 用 上 式 計 算 。 0/zp p l6計 算 曲 徑 軸 封 的 漏 汽 量 單 一 表 達 式軸 封 漏 汽 量 比 ： lK 三 、 軸 封 系 統(tǒng)作 用 ： 在 任 何 運 行 工 況 下 保 證 蒸 汽 不 外 泄 、 空 氣 不 內(nèi) 漏 ， 同 時回 收 泄 漏 蒸 汽 的 熱 能 （ 軸 封 加 熱 器 ） 和 組 織 汽 流 冷 卻 轉(zhuǎn) 子 的軸 端 。端 軸 汽 封 和 與 它 相 連 的 管 道 和 附 屬 設(shè) 備組 成 ： 由 軸 封 、 供 汽 母

39、管 及 均 壓 箱 、 軸 封 調(diào) 節(jié) 器 、 軸 封 加熱 器 和 軸 封 抽 汽 器 等 組 成 。型 式 ： 外 供 汽 式 和 自 密 封 式特 點 ： 軸 封 分 成 多 段 多 室 ， 與 大 氣 環(huán) 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(diào) 節(jié) 器 維 持 略高 于 大 氣 壓 力 ， 從 而 保 證 蒸 汽 不 外 泄 、 空 氣 不 內(nèi) 漏 。 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

40、的 漏 汽 ， 高 壓 漏 汽 經(jīng) 噴 水 減 溫 后 進 入 低 壓 軸 封 ； 啟 動或 低 負 荷 時 ， 軸 封 汽 由 外 部 提 供 。優(yōu) 點 ： 系 統(tǒng) 簡 單 ；缺 點 ： 不 能 充 分 冷 卻 高 、 中 壓 缸 高 溫 軸 端 。外 供 汽 式 軸 封 系 統(tǒng)高 、 中 缸 高 溫 端 軸 封 由 多 (大 于 3） 段 多 室 組 成 ， 部 分 漏 汽 被 引 至低 壓 加 熱 器 。 軸 封 的 供 汽 來 自 于 輔 助 蒸 汽 系 統(tǒng) 。優(yōu) 點 ： 低 溫 輔 助 蒸 汽 對 高 、 中 壓 段 高 溫 軸 端 起 到 冷 卻 作 用 ；缺 點 ： 系 統(tǒng) 復

41、雜 。自 密 封 式 軸 封 系 統(tǒng) 0.095MPa（ a） 0.123 0.128MPa(a) 自 密 封 時 汽 封 內(nèi) 蒸 汽 流 向 軸 封 回 汽 的 利 用 ： 將 漏 汽 從 軸 封 中 間 腔 室 引 出 加 以 利 用 或 回 收 漏汽 (含 空 氣 )混 合 物 的 熱 量 以 加 熱 凝 結(jié) 水 (多 于 兩 個 腔 室 時 )；低 壓 低 溫 汽 源 的 應 用 ： 高 壓 缸 兩 端 與 主 軸 承 靠 近 ， 為 防 止 傳 出 高溫 蒸 汽 使 軸 承 超 溫 ， 常 向 高 壓 軸 封 供 低 壓 低 溫 蒸 汽 (非 自 密 封 系統(tǒng) ) ； 或 在 啟 動

42、 及 低 負 荷 時 ， 向 軸 封 供 備 用 蒸 汽 (各 種 系 統(tǒng) )；防 止 蒸 汽 由 端 軸 封 漏 入 大 氣 ： 防 止 蒸 汽 漏 入 軸 承 使 油 質(zhì) 惡 化 、 車間 濕 度 增 大 及 汽 水 損 失 ， 通 常 在 高 低 壓 端 軸 封 最 外 腔 室 人 為 地 造成 一 個 比 大 氣 壓 力 稍 低 的 壓 力 ， 將 漏 出 的 蒸 汽 和 漏 入 的 空 氣 一 起抽 出 ， 經(jīng) 冷 卻 后 排 入 大 氣 ； 防 止 空 氣 漏 入 真 空 部 分 ： 在 低 壓 端 軸 封 次 外 腔 室 通 入 比 大 氣 壓力 稍 高 的 蒸 汽 ， 沿 著

43、主 軸 向 背 離 汽 缸 方 向 流 動 ， 以 阻 止 外 界 空 氣流 入 。 軸 封 系 統(tǒng) 的 特 點 63 作 業(yè) 與 思 考 題一 名 詞 解 釋1. 重 熱 現(xiàn) 象2. 重 熱 系 數(shù)3. 汽 耗 率4. 熱 耗 率5. 汽 輪 機 的 相 對 內(nèi) 效 率 64 作 業(yè) 與 思 考 題二 、 填 空 題1. 汽 輪 機 相 對 內(nèi) 效 率 的 表 達 式 為 _。2. 重 熱 系 數(shù) =_。3. 汽 輪 發(fā) 電 機 組 電 功 率 的 表 達 式 為 _（ 無 回 熱抽 汽 ） ； _（ 有 回 熱 抽 汽 ） 。4. 汽 輪 發(fā) 電 機 組 的 絕 對 電 效 率 ael=_

44、。5. 汽 耗 率 是 指 _， 用 _來 表 示 ， 單 位 是 _。6. _稱 為 熱 耗 率 ， 以 _來表 示 ， 單 位 是 _。 7.多 級 汽 輪 機 軸 向 推 力 的 平 衡 方 法 有 ： _ 。 65 作 業(yè) 與 思 考 題三 判 斷 題1. 多 級 汽 輪 機 的 有 效 焓 降 等 于 各 級 有 效 焓 降 之 和 。 （ ）2. 多 級 汽 輪 機 的 理 想 焓 降 等 于 各 級 理 想 焓 降 之 和 。 （ ）3. 汽 輪 機 級 數(shù) 越 多 ， 重 熱 所 回 收 的 熱 量 越 大 ， 汽 輪 機 的 相 對 內(nèi) 效率 就 越 高 。 （ ）4. 濕

45、蒸 汽 區(qū) 的 重 熱 系 數(shù) 大 于 過 熱 區(qū) 重 熱 系 數(shù) 。 （ ）5 由 于 汽 輪 機 的 高 壓 部 分 工 作 壓 力 高 、 比 體 積 小 ， 通 流 面 積 小 ，所 以 其 葉 片 短 ， 可 以 采 用 等 截 面 直 葉 片 ， 但 為 了 提 高 級 的 效 率 ， 現(xiàn)代 汽 輪 機 大 多 采 用 扭 曲 葉 片 。 （ ）6. 汽 輪 機 軸 封 的 自 密 封 系 統(tǒng) 在 任 何 情 況 下 都 不 需 要 外 界 汽 源 。 （ ）7. 多 級 汽 輪 機 的 級 數(shù) 越 多 ， 工 作 時 所 產(chǎn) 生 的 軸 向 推 力 越 大 ， 推 力軸 承 上

46、承 擔 的 軸 向 力 也 越 大 。 （ ） 66 作 業(yè) 與 思 考 題四 、 選 擇 題 下 列 各 題 答 案 中 選 擇 一 個 正 確 答 案 編 號 填 入 （ ） 內(nèi) 1. 為 減 小 排 氣 壓 力 損 失 提 高 機 組 經(jīng) 濟 性 ， 汽 輪 機 的 排 汽 室 通 常 設(shè)計 成 （ ） 。A. 等 截 面 型 ； B. 漸 縮 型 ；C. 縮 放 性 ； D. 漸 擴 性 。2. 汽 輪 機 進 汽 機 構(gòu) 的 節(jié) 流 損 失 使 得 蒸 汽 入 口 焓 （ ） 。A. 增 大 ； B. 減 小 ；C. 保 持 不 變 ； D. 以 上 變 化 都 有 可 能 。3.評

47、 價 汽 輪 機 熱 功 轉(zhuǎn) 換 效 率 的 指 標 為 （ ）A. 循 環(huán) 熱 效 率 ； B. 汽 耗 率 ；C. 汽 輪 機 相 對 內(nèi) 效 率 ； D. 汽 輪 機 絕 對 內(nèi) 效 率 。 67 作 業(yè) 與 思 考 題五 、 簡 答 題1.什 么 是 重 熱 現(xiàn) 象 ？ 它 對 多 級 汽 輪 機 的 效 率 有 何 影 響 ？2.畫 圖 說 明 余 速 利 用 能 夠 提 高 汽 輪 機 相 對 內(nèi) 效 率 的 根 本 所 在 。3.簡 述 自 密 封 式 軸 封 系 統(tǒng) 的 工 作 原 理 。4.簡 述 外 供 汽 式 軸 封 系 統(tǒng) 的 工 作 原 理 。5.軸 封 系 統(tǒng) 的

48、特 點 是 什 么 ？ 68 作 業(yè) 與 思 考 題六 、 計 算 題1.凝 汽 式 汽 輪 機 的 蒸 汽 初 參 數(shù) ： p0=8.83MPa, t0=530 ， 汽 輪 機 排汽 壓 力 pc=0.0034MPa,全 機 理 想 焓 降 Ht=1450kJ/kg, 其 中 調(diào) 節(jié) 級 理想 焓 降 ,調(diào) 節(jié) 級 相 對 內(nèi) 效 率 ， 其 余 各 級 平 均相 對 內(nèi) 效 率 ， 假 定 ， ， 試 求 ：（ 1） 該 機 組 的 相 對 內(nèi) 效 率 ；（ 2） 該 機 組 的 汽 耗 率 ；（ 3） 在 h-s圖 中 繪 出 該 機 組 的 熱 力 過 程 線 。2.已 知 某 純 凝 汽 式 汽 輪 機 ： 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