1、第二章第二章 多級蒸汽透平多級蒸汽透平 問題討論：問題討論：1 1） 為什么要采用多級汽輪機(jī)？為什么要采用多級汽輪機(jī)？2 2） 什么是多級汽輪機(jī)？什么是多級汽輪機(jī)？3 3） 多級汽輪機(jī)有什么特點？多級汽輪機(jī)有什么特點？ 4 4） 多級汽輪機(jī)帶來哪些特殊問題？多級汽輪機(jī)帶來哪些特殊問題？ 怎樣解決？怎樣解決？ 2.12.1 多級蒸汽透平概要多級蒸汽透平概要 透平級的輪周功率為：透平級的輪周功率為： usuGhN*功率增大的三個途徑：功率增大的三個途徑： 透平級的等熵滯止焓降透平級的等熵滯止焓降 *sh 蒸汽流量蒸汽流量 G 輪周效率輪周效率 u結(jié)論結(jié)論：在最佳速比下，不能任意增大。在最佳速比下，

2、不能任意增大。結(jié)論結(jié)論：受材料強(qiáng)度的限制。：受材料強(qiáng)度的限制。 結(jié)論結(jié)論：效果很小：效果很小 結(jié)論結(jié)論：單級汽輪機(jī)的功率受到限制。：單級汽輪機(jī)的功率受到限制。一、汽輪機(jī)（透平）級的疊置一、汽輪機(jī)（透平）級的疊置 雙列復(fù)速級：雙列復(fù)速級：所能利用的等熵焓降約為：所能利用的等熵焓降約為： kJ/kg 壓比約為：壓比約為：340250sh520pp 中壓機(jī)組總焓降：中壓機(jī)組總焓降： 1260 kJ/kg 超高壓再熱機(jī)組總焓降：超高壓再熱機(jī)組總焓降：1680 2100 kJ/kg汽輪機(jī)總焓降很大：汽輪機(jī)總焓降很大： 500010020pp總壓比：總壓比： 結(jié)論：對于大焓降和壓比，任何單級透平都不能有效

3、地利用。結(jié)論：對于大焓降和壓比，任何單級透平都不能有效地利用。 兩種解決方法兩種解決方法 目標(biāo)目標(biāo)：既提高汽輪機(jī)的：既提高汽輪機(jī)的功率功率，又保證汽輪機(jī)，又保證汽輪機(jī)效率效率較高。較高。 采用多臺單級汽輪機(jī)，采用多臺單級汽輪機(jī)， 按壓力高低排列，按壓力高低排列， 每臺汽輪機(jī)分段利用總焓降。每臺汽輪機(jī)分段利用總焓降。 純理論方法純理論方法 沒有應(yīng)用實例沒有應(yīng)用實例 將許多汽輪機(jī)級，將許多汽輪機(jī)級， 按壓力高低排列，按壓力高低排列， 逐級利用總焓降。逐級利用總焓降。 稱為多級汽輪機(jī)稱為多級汽輪機(jī) 圖4.1 12000 kW多級沖動凝汽式汽輪機(jī)示意圖 二、多級透平工作過程二、多級透平工作過程 1)

4、1) 多級多級沖動式?jīng)_動式透平的基本結(jié)構(gòu)（通流部分）透平的基本結(jié)構(gòu)（通流部分） 類型類型： 多級沖動式汽輪機(jī)；多級沖動式汽輪機(jī)； 多級反動式汽輪機(jī)。多級反動式汽輪機(jī)。主要包含主要包含： 汽輪機(jī)主軸；汽輪機(jī)主軸；主軸主軸 主軸上安裝若干個葉輪，葉輪上安裝動葉片；主軸上安裝若干個葉輪，葉輪上安裝動葉片；葉輪和動葉葉輪和動葉 兩個葉輪之間裝有隔板，隔板安裝在汽缸上，兩個葉輪之間裝有隔板，隔板安裝在汽缸上， 隔板上裝有靜葉片（噴管葉片）；隔板上裝有靜葉片（噴管葉片）；隔板和靜葉隔板和靜葉 基本單元（基本單元（透平級透平級 = = 噴管葉柵噴管葉柵 + + 動葉柵動葉柵）；）；透平級透平級 多級汽輪機(jī)的

5、第多級汽輪機(jī)的第一一級：調(diào)節(jié)級級：調(diào)節(jié)級 （一般是雙列復(fù)速級）（一般是雙列復(fù)速級） 其余級：壓力級其余級：壓力級調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)級級 汽輪機(jī)前后兩端安裝有汽封，汽輪機(jī)前后兩端安裝有汽封， 內(nèi)部裝有隔板汽封。內(nèi)部裝有隔板汽封。 目的：減小汽輪機(jī)的目的：減小汽輪機(jī)的漏汽量漏汽量。 汽封汽封汽封汽封2) 2) 多級多級反動式反動式透平的基本結(jié)構(gòu)（通流部分）透平的基本結(jié)構(gòu)（通流部分） 主要包含主要包含： 靜葉裝在汽缸上；靜葉裝在汽缸上； 動葉安裝在轉(zhuǎn)鼓上；動葉安裝在轉(zhuǎn)鼓上； 小功率多級反動式汽輪機(jī)小功率多級反動式汽輪機(jī) 一般沒有調(diào)節(jié)級；一般沒有調(diào)節(jié)級； 設(shè)有平衡活塞，設(shè)有平衡活塞， 以減小軸向推力；以減小軸向

6、推力； 圖4.2 反動式多級汽輪機(jī)示意圖 1 1： 輪鼓；輪鼓； 2 2、3 3：動葉：動葉4 4、5 5：導(dǎo)葉；：導(dǎo)葉； 6 6： 汽缸汽缸7 7：蒸汽汽室；：蒸汽汽室； 8 8：平衡活塞：平衡活塞9 9：蒸汽連通管：蒸汽連通管3）多級沖動式汽輪機(jī)的工作過程）多級沖動式汽輪機(jī)的工作過程 汽流在調(diào)節(jié)級中膨脹作功。汽流在調(diào)節(jié)級中膨脹作功。 壓力、溫度和焓值降低；壓力、溫度和焓值降低； 在多級汽輪機(jī)中，蒸汽首先通過在多級汽輪機(jī)中，蒸汽首先通過主汽閥主汽閥、調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥， 進(jìn)入汽輪機(jī)進(jìn)入汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級調(diào)節(jié)級。 存在一個進(jìn)汽節(jié)流損失；存在一個進(jìn)汽節(jié)流損失；各級功率分布曲線各級功率分布曲線各級壓力分布曲線

7、各級壓力分布曲線 從調(diào)節(jié)級出來的汽流逐個進(jìn)入后面的壓力級，從調(diào)節(jié)級出來的汽流逐個進(jìn)入后面的壓力級， 在每個壓力級中都繼續(xù)膨脹、作功。在每個壓力級中都繼續(xù)膨脹、作功。 汽流的壓力、溫度和焓值逐漸降低；汽流的壓力、溫度和焓值逐漸降低； 最后，從末級出來的蒸汽排出汽輪機(jī)最后，從末級出來的蒸汽排出汽輪機(jī). . 存在一個排汽節(jié)流損失；存在一個排汽節(jié)流損失； 各級壓力分布曲線各級壓力分布曲線 各級功率分布曲線各級功率分布曲線 多級汽輪機(jī)的膨脹過程線如圖所示。多級汽輪機(jī)的膨脹過程線如圖所示。 在忽略調(diào)節(jié)閥前和前汽封漏汽的情況下：在忽略調(diào)節(jié)閥前和前汽封漏汽的情況下： 多級汽輪機(jī)多級汽輪機(jī)的的有效焓降有效焓降：

8、 kiiiihH0對外對外作功作功： iiihGGHNiiNGh汽輪機(jī)的汽輪機(jī)的總等熵焓降：總等熵焓降： sksiiH0總能量總能量： sGH汽輪機(jī)汽輪機(jī)內(nèi)效率：內(nèi)效率： skksiToiiiiiHH00內(nèi)功率：內(nèi)功率： ToisiiGHGHN4 4）多級透平的特點）多級透平的特點 功率大：功率大： 透平總功率等于每個透平級功率之和，透平總功率等于每個透平級功率之和，即：即： iiNN 效率高：效率高： 多級透平的焓降大，需要提高蒸汽的多級透平的焓降大，需要提高蒸汽的 初參數(shù)（初壓、初溫）。初參數(shù)（初壓、初溫）。 從熱力循環(huán)角度看，使循環(huán)的熱效率提高；從熱力循環(huán)角度看，使循環(huán)的熱效率提高； 采

9、用多級結(jié)構(gòu)，每級利用總焓降的一部分，采用多級結(jié)構(gòu)，每級利用總焓降的一部分， 容易保證每個透平級均在最佳速比下工作；容易保證每個透平級均在最佳速比下工作； 中間級的余速動能，中間級的余速動能， 有可能被它的下一級所利用。有可能被它的下一級所利用。 三、多級透平的特殊問題三、多級透平的特殊問題 1 1）整個）整個透平內(nèi)效率透平內(nèi)效率與每個透平與每個透平級內(nèi)效率平均值級內(nèi)效率平均值的關(guān)系問題；的關(guān)系問題；2 2）余速利用問題（即前一級）余速利用問題（即前一級排汽速度排汽速度被下一級被下一級利用利用的可能性的可能性 和具體條件）；和具體條件）； 3 3）級間漏汽問題（隔板）級間漏汽問題（隔板汽封漏汽汽

10、封漏汽的計算與的計算與平衡孔平衡孔的開設(shè)）；的開設(shè)）； 4 4）濕蒸汽問題（濕蒸汽引起的）濕蒸汽問題（濕蒸汽引起的損失損失和和水蝕水蝕等問題）；等問題）； 5 5）軸向）軸向推力推力及其及其平衡平衡問題；問題； 5 5）熱力）熱力設(shè)計設(shè)計問題（主要包括：通流部分形狀、級數(shù)確定、問題（主要包括：通流部分形狀、級數(shù)確定、 焓降分配、設(shè)計程序等）。焓降分配、設(shè)計程序等）。 2.22.2 內(nèi)效率與重?zé)嵯禂?shù)（內(nèi)效率與重?zé)嵯禂?shù)（多級汽輪機(jī)特殊多級汽輪機(jī)特殊問題之一問題之一） 在多級汽輪機(jī)中，前一級的在多級汽輪機(jī)中，前一級的流動損失流動損失和和余速損失余速損失， 表現(xiàn)表現(xiàn)：消耗蒸汽動能而變成熱能留在汽流中：

11、消耗蒸汽動能而變成熱能留在汽流中 一方面：流動損失使前一級能量轉(zhuǎn)換效率降低；一方面：流動損失使前一級能量轉(zhuǎn)換效率降低； 另一方面：流動損失使下一汽輪機(jī)級進(jìn)口的溫度升高。另一方面：流動損失使下一汽輪機(jī)級進(jìn)口的溫度升高。 在同樣壓差下：在同樣壓差下： 汽輪機(jī)級理想焓降略為增大，汽輪機(jī)級理想焓降略為增大， 提高了該級的作功能力。提高了該級的作功能力。 如果不考慮多級汽輪機(jī)的進(jìn)、排汽節(jié)流作用：如果不考慮多級汽輪機(jī)的進(jìn)、排汽節(jié)流作用： 單級汽輪機(jī)單級汽輪機(jī)： 級的絕熱焓降級的絕熱焓降sh級的內(nèi)效率級的內(nèi)效率oi 多級汽輪機(jī)多級汽輪機(jī)： 各級絕熱焓降之和各級絕熱焓降之和sh各級的平均內(nèi)效率各級的平均內(nèi)效率

12、moi= = sH汽輪機(jī)的絕熱焓降汽輪機(jī)的絕熱焓降 Toi汽輪機(jī)的內(nèi)效率汽輪機(jī)的內(nèi)效率 sH汽輪機(jī)總絕熱焓降汽輪機(jī)總絕熱焓降 Toi汽輪機(jī)的內(nèi)效率汽輪機(jī)的內(nèi)效率 一、一、重?zé)嵯禂?shù)的性質(zhì)重?zé)嵯禂?shù)的性質(zhì)假定假定： 忽略汽輪機(jī)的進(jìn)、排汽節(jié)流損失；忽略汽輪機(jī)的進(jìn)、排汽節(jié)流損失； 各級的內(nèi)效率都相同，用各級的內(nèi)效率都相同，用 表示。表示。 moi 圖4.4 三級汽輪機(jī)的焓-熵圖 圖4.5 三級汽輪機(jī)的溫-熵圖推導(dǎo)示例推導(dǎo)示例：以一個四級沖動式汽輪機(jī)的膨脹過程為例：以一個四級沖動式汽輪機(jī)的膨脹過程為例： 汽輪機(jī)各級內(nèi)效率：汽輪機(jī)各級內(nèi)效率： 上面上面四式相加四式相加，可得：，可得： VsVisisisio

13、ihhhhhhhh有：有： （第一級第一級） smoiihhsmoiihh（第二級第二級） smoiihhVsmoiVihh（第三級第三級） （第四級第四級） )(VssssmoiViiiihhhhhhhh汽輪機(jī)汽輪機(jī)有效焓降：有效焓降：ViiiiihhhhH各級等熵各級等熵焓降之和：焓降之和： Vssssshhhhh得到：得到： smoiihH各級平均內(nèi)效率：各級平均內(nèi)效率： simoihH汽輪機(jī)內(nèi)效率：汽輪機(jī)內(nèi)效率： siToiHH兩式相除，得：兩式相除，得： ssmoiToiHhssHh因為：因為： moiToi所以：所以： 重?zé)嵯禂?shù)重?zé)嵯禂?shù) 定義定義： 1ssmoiToiHh（其中：（其中： ）0或或 大于大于1 1的部分稱的部分稱為重?zé)嵯禂?shù)為重?zé)嵯禂?shù) 。 moiToissHh11ssmoiToiHh有：有： moiToi)1 ( 分析分析：1 1）理想過程）理想過程: :2 2）節(jié)流過程）節(jié)流過程: :3 3）實際過程：）實際過程：01moiToi0Toi比較大比較大moi