《汽轮机原理》讲稿第02章陈

从 轴 封 的 工 作 原 理 可 知 ，蒸 汽 在 轴 封 间 隙 中 的 流 动 时 ， 汽
流 速 度 是 逐 级 增 加 的 。 现 在 假设 蒸 汽 在 轴 封 间 隙 中 的 流 动 和 在 简 单 的 渐 缩 喷 嘴 中 的 流 动 相 似 。 所 以 ，蒸 汽 在 轴 封 间 隙 中 的 最
来确定。为了减少漏汽量，可以通过：减少齿隙面积A、汽流速度C 和
增大比容V 等办法来实现。 但是：
(1), 比容是蒸汽流动状态来决定，不可任意改变 。 (2), 而面积 A d (d 、 分别为轴封直径、间隙）、轴封直径d是 l l l 由大轴的强度确定。为了保证安全，间隙不能太小(一般 = 0.3 ~0.6 mm) 。 太小，可能使大轴与轴封片摩擦，造成大轴弯曲 ， 引起机组振动。 (3), 唯一可行的办法就是减小汽流速度C。汽流速度C取决于轴封齿 两侧的压力差，所以减小轴封齿两侧的压力差是减少轴封漏汽量的 主要措施。
……， hin is htn
相加得
hi + hi +……+ hin
=i （ ht1 +ht 2 +……+htn ）
s
is （ hti ）=is （1+α ） H t hi =
j j 1 i 1
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n
n
而整机的内效率为：
H i j 1 is (1 )H t iT is (1 ) H t H t H t
t
A0 ( p0 , t 0 )，排汽压力用 p c 表示。汽轮机总理
节级喷嘴前的实际状态点为 A0 ,由于排汽机构的压
力损失，故汽轮机末级动叶出口压力为
虑了这两项损失之后，则总的理想焓降为H t。 而整机的有效焓降 H 。 多级汽轮机前一级的
i
p c。考
排汽状态点，就是下一级的进汽状态点。把各
T s
hi
n
j
三，重热系数的计算：
一般用经验公式计算重热系数
H t z 1 k (1 ri ) 4.187 z
k = 0.12；部分在过
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其中，k——修正系数，过热区 k = 0.2；湿汽区 热区，部分在湿汽区 k = 0.14~0.18。
第二节 轴封及其系统
汽轮机除了各级级内损失之外，还有进、排汽管道的节流损失，汽缸前 后端的漏汽损失，机械损失。
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3. 齿形轴封的工作原理：从左图可见到，蒸汽通过一 环形齿隙时，由于通道面积减小，速度增加，压力
从p0降到p1 。但是蒸汽进入两齿间的大空间时，容
积突然增大，速度大为减小。由于涡流和碰撞，蒸 汽动能被消耗而转变成热量，使蒸汽焓值又回到原 值，如左下图所示。即蒸汽通过轴封齿隙为一节流 过程。其后，蒸汽每通过轴封一齿隙时，都重复这 一过程，压力不断降低，直到降低轴封最后一齿后 的压力为止。所以，轴封的作用是将一个较大的压 差分割成若干个减小的压差，从而达到降低漏汽速 度，减小漏汽量的作用。这就是齿形轴封的工作原 理。
C、重热现象的存在，前面级的损失可以部分被后面各级利 用
D、余速动能可以被下一级利用。
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多级汽轮机通常采用喷嘴调节(控制进汽量)，称之 为调节级，其余的级称为压力级。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为 调节级。多级汽轮机的通流部分如图2-1所示 。 蒸汽进入汽轮机各级膨胀作功，压力和温度逐级降 低，比容不断增加。因此 ，通流部分尺寸是逐级增大 的，特别是在低压部分，平均直径增加很快。即叶片的 高度越来越长 。 冲动式汽轮机如下图所示。
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二，重热系数 1，重热系数
如右图：整机理想焓降为 H t ，
H t = h't1 + h't 2 +h't 3 +……+h'tn
由于等压线是呈扩散形，所以：
ht 2 ht2 , ht 3 ht3 ,, htn htn
以上各式相加得：
ht1 + ht 2 +ht 3 +……+htn >ht1 +h't 2 +h't 3 +……+ h'tn
3
反动式汽轮机如图所示
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•
高压缸特点：
级的叶高较小，端部损失较大，若采用部分进汽以增加 叶高，则有部分进汽损失。通流面积较小，动静间隙相对较 大，漏气损失较大，故效率较低。
•
低压缸特点：
级的叶高较大，扇形损失较大，必须采用扭曲叶片。处 于湿蒸汽区，湿汽损失增加，故效率也较低。
•
中压缸特点：
效率最高
由于 α > 0，所以 i i ，即整机的内效率大于各级平均内效率。 通常，重热系数 α = 0.03-0.08 ，其大小与下列因素有关： 1) 和级数有关，级数多，α 大； 2) 与各级内效率有关，级内效率低，则α 大； 3) 与蒸汽状态有关，过热区α 大，湿汽区α 小。 ** 这里，决不能误认为α 越大越好。因为α 增大，是以增加损失为代价 的，而重热只能回收损失其中的一小部分。α 大会使整机的内效率降低。
（一）齿形轴封的工作原理 1，齿形轴封的结构：
现代汽轮机中常见的轴封是齿形轴封，它是由许多固定在汽缸上的金属片 组成。其高低齿与轴或者轴套上的凸肩相错对应，使两者之间保持一 较小的
间隙，以形成许多汽封齿隙。而两齿之间形成一个环形汽室，如图所示。
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2，减少漏汽的途径：当漏汽通过轴封时，依次逐个通过这些齿隙 和环形汽室。通过轴封漏量按连续方程 Al C Gl v
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启动和低负荷时，轴封供汽进入X腔室，控制密封压力在 0.11~0.12MPa，从X腔室兵分两路，一路流向汽缸内部， 一路流向Y腔室，Y腔室连通轴封冷却器，并通过轴封抽 风机抽吸，控制Y腔室压力在0.097MPa,从而避免轴封供 汽漏向外界。外界空气漏入Y腔室后与从X腔室来的密封 蒸汽混合，一同流向轴封冷却器。
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2，多 级 汽 轮 机 的 工 作 过 程 ：蒸 Βιβλιοθήκη 在 多 级 汽 轮 机 中 膨 胀
作 功 过 程 和 在 级 中 的 膨 胀 作 功 过 程一 样。作功过程是重复的，但
参数是变化的。
3，多级汽轮机的热力过程曲线：其热力
过程曲线如图2---2。调节级前的蒸汽状态点为
想焓降为H 。由于进汽机构的节流损失，故调
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1，蒸汽在轴封最后一齿隙中流速低于临界速度时
若已知轴封前后蒸汽压力为
p0、p z ，轴封间隙为 ，轴封齿数为z ，高低
1 齿间隙处的直径分别为d1、d 2 [二者相差小， 用平均半径 d l (d1 d 2 )]，则轴的 2 2 齿隙面积 Al d l 。则通过轴封的漏汽量可用下式计算： p 0 p z2 Gl ' Al zRT 0 从上式可知，当轴封前后蒸汽压力确定后，增加轴封齿数，可减少漏汽 量 。
即有： 也就是：
h
n
n
H t 上式之比值： H t n
H t hti = H t +H t = H t 1 H i 1 t
i 1
ti
> H t
h
i 1
ti
= H t + H t = H t 1
称为重热系数，用α 表示。则上式写成
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2，整机效率与级效率
根据上述推导，H t 表示各级理想焓降之和大于整机理想焓降。由于这部分 热量的利用，使整机的内效率大于各级平均内效率。设各级内效率相等， s 用（ i ）表示，则各级有效焓降为：
hi is ht1 hi is ht 2
大 速 度 是 临 界 速 度 ，这一速度只 可 能 在 轴 封 最 后 一 齿 中 达 到 。这
样 ，蒸 汽 在 轴 封 间 隙 中 的 流 动 可 能 产 生 两 种 情 况 ： 1，蒸 汽 在 轴 封 各 齿 隙 中 的 流 动 均 小 于 临 界 速 度 ； 2，蒸 汽 在 轴 封 最 后 一 齿 隙 中 达 到 临 界 速 度 ， 而 在 以 前 各 齿 中 其汽流速度均小于临界速度。
2，蒸汽在轴封最后一齿隙中流速达到临界速度时
根据上述公式分析，当蒸汽在轴封最后一齿隙中流速达到临界速度，而在
此之前的各齿中，汽流速度均小于临界速度的情况下，其漏汽量可用上式计算： 2 p 0 p z21 Gl ' Al ( z 1) RT0 而蒸汽在最后一齿隙中流速达到临界速度,其流量为临界流量，因此应按临界 2 流量公式进行计算，即 p z 1 ' Gl 0.648Al RT0
第二章 多级汽轮机
第一节 多级汽轮机的工作过程
为了提高汽轮机热效率和单机功率，必须提高初参 数和降低终参数，这就要求增加汽轮机的级内焓降。 级内焓降的增大使喷管出口速度c1增大，为了保持 汽轮机级在最佳速度比范围内工作，就要相应地增加 级的圆周速度u和级的直径，但增大圆周速度和级的直 径受到叶轮和叶片材料强度条件的限制，所以焓降不 能无限制地增加。
点连接起来，就是多级汽轮机的热力过程曲 线。整个热力过程曲线由三部分所组成：进 汽机构的节流过程，各级实际膨胀过程, 排 汽管道的节流过程。
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第二节
一，重热现象
多级汽轮机的重热现象
在h—s 图上，在过热区内，随着温度增加，等压线是呈扩散形；在湿 蒸汽区，等压线是斜率为常数的直线。因此，在h—s 图上的两条等压线 之间的距离（焓降）是随着熵的增加而增加的。这样一来，前一级的损 失造成的熵增，能使后一级的理想焓降增加。原因是前一级的损失，加 热了蒸汽本身，使后一级的进汽温度升高，即在后一级得到了利用—— 这就是多级汽轮机的重热现象。
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高负荷时，中压缸排汽达到密封压力，中压排汽端成为 自密封，蒸汽从中压缸X腔室排出流入轴封母管，再由母 管流向低压缸两端的X腔室。中压缸X腔室来的蒸汽进入低 压缸轴封前先进行喷水减温。这种利用高中压缸轴封漏气 作为低压缸轴封用汽的方法称自密封系统。