第二章 多级汽轮机
第一节 多级汽轮机的工作特点
为了满足电力生产日益增长的需要，世界各国都在生产大功率、高效率的汽轮发电机组。要想增大汽轮机的功率，则应增加汽轮机的理想焓降和蒸汽流量。若仍设计成单级汽轮机，则理想焓降增加，将使喷嘴出口速度相应增大，为了保持汽轮机级在最佳速比范围内工作，就必须相应地增加级的圆周速度，而增大圆周速度要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；增加级的蒸汽流量，则要增加级通流面积，即增大级的平均直径或叶片高度，同样将受到材料强度的限制。那么提高汽轮机蒸汽初参数和降低背压，既能提高机组循环热效率，又能增大汽轮机功率，但焓降的增加不能仅靠单级来完成，否则，喷嘴出口速度将非常大，为保证级在最佳速比附近工作，又将会出现材料强度所不允许的、极大的圆周速度。因此要增大汽轮机功率、又要保证高效率唯一的途径，就是采用多级汽轮机，其中每一级只利用总焓降的一小部分。
多级汽轮机是由按工作压力高低顺序排列的若干级组成的，常见的多级汽轮机有两种，即多级冲动式汽轮机和多级反动式汽轮机。
图1-8（见文后插页）是东方汽轮机厂生产的300MW 冲动式多级汽轮机的纵剖面图。由图可见，该机组高压缸内有10级（1个单列冲动级作调节级，其余9个为压力级）；中压缸内有6级；低压缸内为对称分流，布置有6×2个压力级。从结构上说，该机组共有28级，但由于蒸汽在低压缸内为对称分流，两部分的工作情况相同，故从热力过程的特点上说，该机组共有22级。
图1-9（见文后插页）为哈尔滨汽轮机厂制造的亚临界600MW 反动式汽轮机纵剖面图。它由1个单列调节级、10个高压反动级、2×9个中压反动级和2×2×7个低压反动级组成，因此从结构上说它有57级，而从热力过程上看，它有27级。
蒸汽进入汽轮机后依次通过各级膨胀作功，压力逐级降低，比体积则不断增大，尤其当压力较低而又进入饱和区后，比体积增加得更快。因此，为了使逐级增大的体积流量顺利通过各级，各级通流面积必须相应逐级扩大，形成向低压部分逐渐扩张的通流部分。 蒸汽在多级汽轮机中膨胀作功过程可以用s h ?图上的热力过程线表示，如图2-1所示。0点是第一级喷嘴前的蒸汽状态点，根据第一级的各项级内损失，可定出第一级的排汽状态点2点(1点是第一级喷嘴后的状态点)，将0′′点与2点之间用一条光滑曲线连起，则得出了第一级的热力过程线。而第二级的进汽状态点又是第一级的排汽状态点，同样可绘出第二级的热力过程线；以此类推，可绘出以后各级的热力过程线。把各级的过程线顺次连接起来就是整个汽轮机的热力过程线。图中为汽轮机的排汽压力，也称为汽轮机的背压，为汽轮机的理想焓降，为汽轮机的有效焓降，从图中可看出，汽轮机的有效焓降等于各级有效焓降之和，即c p t H Δi H Δi H Δi h Δi i h H ΣΔ=Δ。整个汽轮机的内功率等于各级内功率之和。汽轮机的相对内效率为：
t
i ri H H ΔΔ=
η （2-1）
图2-1 多级汽轮机的热力过程 一、多级汽轮机的特点
（一）多级汽轮机的优越性
1．多级汽轮机的循环热效率大大提高
多级汽轮机的焓降比单级汽轮机增大很多，可以
采用较高的进汽参数和较低的排汽参数，还可以采用
回热循环和再热循环，从而大大提高了机组的循环热
效率。
2．多级汽轮机的相对内效率明显提高
（1） 多级汽轮机每一级承担的焓降不必很大，
可以保证各级都在最佳速比附近工作。
（2）在一定的条件下，多级汽轮机的余速动能可以全部或部分地被下一级利用。
（3）多级汽轮机级的焓降较小，可以采用渐缩喷
嘴，避免了采用难以加工、效率较低的缩放喷嘴。
（4）当级的焓降较小时，根据最佳速比的要求，可相应减小级的平均直径，从而可适当增加叶栅高度，减小叶栅的端部损失。
（5）多级汽轮机具有重热现象（详见后述）。
3．多级汽轮机单位功率的投资大大减小
多级汽轮机的单机功率可远远大于单级汽轮机，因而使单位功率汽轮机组的造价、材料消耗和占地面积都比单级汽轮机大大减小，容量越大的机组减小得越多。
（二）多级汽轮机存在的问题
（1）增加了一些附加的能量损失，如级间漏汽损失、湿汽损失等。
（2）由于级数多，相应地增加了机组的长度和质量。
（3）由于新蒸汽和再热蒸汽温度的提高，多级汽轮机高中压缸前面若干级的工作温度较高，故对零部件的金属材料要求高了。
（4）级数增加，零部件增多，使多级汽轮机的结构更为复杂。
总之，多级汽轮机的优越性远大于其存在的不足，故在工业中得到了广泛的应用。
二、多级汽轮机的余速利用
在多级汽轮机中，上一级的排汽就是下一级的进汽，当叶型选择及结构布置合理时，上一级排汽的余速动能可以全部或部分地作为下一级的进汽动能而被利用。
1．余速利用对级效率的影响
根据第一章级的内效率表达式为：
2
21**0c t c t i ri h h h h h E h Δ?Δ∑Δ?Δ?Δ=Δ=μη
式中 ——不包括余速损失的所有级内损失
∑Δh 当本级余速不被下级利用时，有01=μ，则
**02t
c t i ri h h h h E h Δ∑Δ?Δ?Δ=Δ=′η 当余速动能被下一级利用时，1μ＞0，则ri η＞ri
η′，即本级余速被下一级利用后，可以提高本级的内效率。
2．余速利用对整机效率的影响
余速利用对整机效率的影响可用图2-2说明。在相同的进汽参数和排汽压力下，当各
级余速动能都不被利用时，第一级的实际排汽点（即第二级的进汽点）为c 点（2
22c 为第一级的余速动能），abc 为第一级的热力过程线。依次类推，汽轮机末级排汽状态点为d 点，整机的有效焓降为i H Δ。当各级余速均被利用时，第二级的进汽状态点为b 点，进口滞止状态点为点，依次类推，则末级排汽状态点为c ′d ′点，此时汽轮机的有效焓降变成了。由图可见＞i H ′Δi H ′Δi H Δ，说明余速利用后，整机热
力过程线左移，整个过程的熵增减小，效率提高。
3．实现余速利用的条件
（1）相邻两级的部分进汽度相同。大功率汽
轮机除调节级外其余各级均为全周进汽，而调节
级与第一非调节级之间部分进汽度不同，故调节
级余速基本不能利用。
（2）相邻两级的通流部分过渡平滑。
（3）相邻两级之间的轴向间隙要小，流量变
化不大。这两个条件一般都能满足，试验表明，
即使两级之间有回热抽汽，对余速利用的影响也
不大。
（4）前一级的排汽角2α应与后一级喷嘴的
进汽角g 0α一致。在变工况时，排汽角2α会有较
大的变化，但一般喷嘴的进汽边都加工成圆角，
能适应进汽角度在较大范围内的变化，所以这一条件通常能满足。 综上所述，多级汽轮机的中间级基本上都能
充分地利用前一级的余速动能，所以在设计时就
不一定要求每一级都轴向排汽，而可以在直径、转速不变的条件下采用比较小的速比来增加每一级可承担的焓降，使总的级数减小。
图2-2 余速利用对整机热力过程线的影响 三、多级汽轮机的重热现象
图2-3是一台五级汽轮机的热力过程线。由图可见，当第一级存在级内损失时，其排汽的焓值、温度较没有损失时高，导致第二级的理想焓降为2t h Δ。由于在水蒸汽的h -图
上等压线沿着熵增的方向呈扩散状，则大于整机等熵线上的理想焓降。同理也s 2t h Δ2t h ′Δ
有＞、＞3t h Δ3t h ′Δ4t h Δ4t h ′Δ、5t h Δ＞5t h ′Δ，则：
54321t t t t t h h h h h Δ+Δ+Δ+Δ+′Δ＞54321t t t t t h h h h h ′Δ+′Δ+′Δ+′Δ+′Δ
即 ＞∑Δt h t H Δ （2-2）
可见，在多级汽轮机中，由于损失的存在，各级理想焓降之和∑Δt h 大于整机的理想焓降。在汽轮机中，前级的损失能使其后面各级的理想焓降增大；或者说，前级的损失在后面各级中还能部分的得到利用，这种现象称为多级汽轮机的重热现象。
t H Δ 由于重热现象而增加的理想焓降占汽轮机理想焓降的比例称为重热系数，即：
t
t t H H h Δ∑Δ?Δ=α （2-3） 一般α为0.04～0.08。
设各级的平均内效率为rim η，汽轮机的内效率为ri η，则：
∑Δ∑=Δ=Δ=Δt rim i t ri i h h H H ηη
将式（2-3）代入上式得：
t rim i H H Δ+=Δ)1(αη
则 )1(αηη+=ΔΔ=rim t
i ri H H （2-4） 式（2-4）说明，由于重热现象，使多级汽轮机的内效率大于各级的平均内效率。可见，重热现象使前面级的损失在后面级中得到了部分利用，使整机内效率提高。但不能说，重热系数越大，多级汽轮机的内效率就越高，因为α越大，说明各级的损失越大，重热只能回收利用总损失中的一小部分，而这一小部分远不能补
偿损失的增大。
四、多级汽轮机各级段的工作特点
一般情况下，沿着蒸汽的流动方向可把多级汽轮机
分为高压段、中压段、低压段三部分，对于分缸的大型
汽轮机则分为高压缸、中压缸和低压缸。由于各部分所
处的条件不同，因此各段有不同的特点。
1．高压段
在多级汽轮机的高压段，工作蒸汽的压力、温度很
高，比体积较小，因此通过该级段的蒸汽容积流量较小，
所需的通流面积也较小。
在冲动式汽轮机的高压段，级的反动度一般不大，
当静动叶根部间隙不吸汽、不漏汽时，根部反动度较小，
由于叶片高度较小，故平均直径处的反动度较小。
在高压段的各级中，各级焓降不大，焓降的变化也
不大。这是因为通过高压段各级的蒸汽容积流量较小，为了增大叶片高度，以减小端部损失，叶轮的平均直径就较小，相应的圆周速度也较小；为保证各级在最佳速比附近工作，喷嘴出口汽流速度也较小，故各级焓降不大；由于高压段各级的比体积变化较小，因而各 图2-3揭示重热现象的热力过程
级的直径变化不大，所以各级焓降变化也不大。
2．低压段
低压段的特点是蒸汽的容积流量很大，要求低压段各级具有很大的通流面积，因而叶
α取得片高度势必很大。为了避免叶高太大，有时不得不把低压段各级的喷嘴出口汽流角
1
c
相当大，使圆周方向分速与轮周功减小。
u
级的反动度在低压段明显增大的原因有两方面：一方面是低压段叶片高度很大，为保证叶片根部不出现负反动度，则平均直径处的反动度较大；另一方面是级的焓降大，为避免喷嘴出口汽流速度超过音速过多而采用缩放喷嘴，只有增加级的反动度，减小喷嘴中承担的焓降。
低压段的蒸汽容积流量很大，故叶轮直径大大增加，圆周速度增加较快。为了保证有较高的级效率，各级均应在最佳速比附近工作，这时各级的焓降相应增加较快。
3．中压段
中压段的情况介于高压段和低压段之间。为了保证汽轮机通流部分畅通，各级喷嘴叶高和动叶叶高沿蒸汽流动方向是逐级增大的，故中压段各级的反动度一般介于高压和低压段之间且逐级增加。
第二节汽轮机的损失及其装置的效率和热经济指标
一、多级汽轮机的损失
多级汽轮机的损失分为两大类，一类是指不直接影响蒸汽状态的损失，称为外部损失，另一类是指直接影响蒸汽状态的损失，称为内部损失。
（一）多级汽轮机的外部损失
外部损失包括机械损失和外部漏汽损失。
1．机械损失
汽轮机运行时，要克服支持轴承和推力轴承的摩擦阻力，还要带动主油泵、调速器等，这都要消耗一部分有用功而造成损失，这种损失称为机械损失。
2．外部漏汽损失
汽轮机的主轴在穿出汽缸两端时，为了防止动静部分的摩擦，总要留有一定的间隙，又由于汽缸内外存在着压差，则必然会使高压端有一部分蒸汽向外漏出，这部分蒸汽不作功，因而造成了能量损失；而在处于真空状态下的低压端会有一部分空气从外向里漏入而破坏真空，增大抽气器的负担，这都将降低机组的效率。为了防止外面空气往凝汽器内漏和利用高压端向外漏出的蒸汽，所有的多级汽轮机均设有一套轴封系统(也称汽缸端部汽封系统)。装在汽侧压力高于外界大气压处的汽封，称为正压轴封，它的作用是在正常负荷下减少汽轮机内高压蒸汽向外的漏汽量；装在汽侧压力低于外界大气压处的汽封，称为负压轴封，它的作用是防止外界空气漏入汽缸。
在现代汽轮机中，装配在隔板上和轴封上的，用来减少漏汽(气)的最常用的结构是齿形汽封。它的基本零件是呈弧段形状的汽封圈，汽封圈的背弧上都安装着弹簧片，依靠弹
簧片的弹力，使每一段汽封圈都紧紧地贴在定位面(即图2-4的M 面)上。汽封圈的具有代表性的横截面形状如图2-4所示，汽封圈的内弧上车出了若干个高低齿，分别与轴封套筒上的凹槽和凸肩相互对应，汽封齿与轴封套筒之间形成了环形间隙，每相邻的两个汽封齿之间形成了一个环形汽室，蒸汽通过这些间隙和汽室从高压(侧漏到低压()侧。
)0p z p 用齿形汽封可以减少漏汽的道理，可用连
续方程来分析。分析该式可知，要
想减少汽封的漏汽量，就要尽量减少漏汽间隙
的面积A 和漏汽速度。
v Ac G /=c 图2-4 齿形汽封的横截面图 1—汽封圈； 2—弹簧片
由于汽封齿很薄，它一旦与轴封套筒发生
了摩擦，其摩擦面积也很小；况且汽封圈上的
弹簧片还有退让性，故产生的摩擦力也不太
大，因此汽封齿都是尽可能地接近轴封套筒，
汽封间隙δ一般在0.3～0.7之间，故漏汽
间隙的面积已减小到最低限度。
mm 漏汽速度也能够得到明显的降低。因为
漏汽在经过每一个齿隙时，其参数的变化规律
与汽流经过一个渐缩喷嘴时相类似。经过汽封
圈的漏汽，由初压逐齿降到，其间汽封c 0p z p
图2-5上海汽轮机厂300MW 汽轮机轴封系统
圈上的齿数越多，每个齿隙两侧的压差越小，该压差越小，漏汽的速度越低。
通过上面分析可知，齿形汽封能够尽量地减小漏汽间隙，并能有效地降低漏汽速度，这就是它能够减少漏汽的基本原理。
汽轮机各汽缸端部的轴封及其与之相连接的管道和附属设备，称为汽轮机的轴封系统。图2-5为上海汽轮机厂300MW 汽轮机轴封系统。该系统在机组正常运行时，靠高中压缸两端轴封漏汽作为低压端轴封供汽，不需另供轴封用汽，这种系统称为自密封轴封系统。
轴封系统所需要的蒸汽与汽轮机的负荷有关。在机组启动、空载和低负荷时，缸内为真空状态，为防止空气漏入，需向各轴封供应低温低压蒸汽，设有定压轴封供汽母管，母管内蒸汽来自再热蒸汽或主蒸汽或辅助蒸汽。机组冷态启动时，用辅助蒸汽向轴封供汽。机组正常运行时，主蒸汽、冷再热蒸汽、辅助蒸汽作为轴封备用汽源，这时低压缸两端轴封用汽靠高、中压缸两端轴封漏汽供给，即实现了自密封（一般15％额定负荷以上高压排汽端实现自密封，25％额定负荷以上中压排汽端实现自密封）。
机组运行过程中，轴封供汽母管的压力维持在0.02～0.027MPa （表压）。为了预防轴封系统的供汽压力可能超过系统设计的允许压力，系统中装设有一只安全阀，安全阀的动作压力为0.275～0.79MPa （绝对）。
由于高中压汽封漏汽混合温度超过了低压汽封所允许的供汽温度，所以在低压供汽母管前设置了一个温度控制站，通过喷水减温器将低压供汽温度控制在121～177℃范围内，喷水减温的水源为凝结水。
（二）多级汽轮机的内部损失
多级汽轮机中除了在各级内要产生各种级内损失外，还存在着进汽机构的节流损失、中间再热管道的压力损失及排汽管中的压力损失。这几项损失对蒸汽的状态参数都有影响，因此均属于内部损失。
1．汽轮机进汽机构的节流损失
汽轮机的初参数是指（高压）主汽阀前的蒸汽参数。新蒸汽进入汽轮机第一级喷嘴前，要经过高压主汽阀、调节汽阀、管道和蒸汽室等。蒸汽在流过这些部件时由于摩擦、涡流等要造成压力降低，这个过程为节流过程，过程前后焓值相等，熵增大。由图2-6可知，在背压不变的条件下，若进汽机构中没有节流损失，整机的理想焓降为，由于存在着进汽机构的压力降t H Δ0p Δ，使整机的理想焓降变为t H ′Δ，这种由于节流作用引起的焓降损失t t t H H H ′Δ?Δ=Δξ称为进汽机构中的节流损失。
进汽机构中的节流损失与管道长短、阀门型线、蒸汽室形状及汽流速度等有关。设计
时，当阀门全开时选取蒸汽速度不大于40～60m ／s ，这时，若第一级喷嘴前的压力为，则因节流引起的压力损失为：
p ′03.0(0
00=′?=Δp p p ～ （2-5） 0)05.0p 或 95.0(0
=′p ～ （2-6） 0)97.0p 式中为主汽阀前压力。主汽阀前的蒸汽参数也即汽轮机的初参数。
0p 蒸汽经过两个汽缸之间的连通管时，由于摩擦和二次流等原因所引起的压力损失为连通管压力的2％～3％，即
s p Δ
02.0(=′?=Δs s s p p p ～ （2-7）
s p )03.02．排汽管中的压力损失
蒸汽从最后一级动叶排出后，由排汽管引到凝汽器中，蒸汽在排汽部分流动时，因摩擦和旋涡等造成了压力降低，使汽轮机末
级后的静压高于凝汽器内的静压力，即c
p ′c p c c
c p p p ?′=Δ。而这部分压降只用于克服排汽部分的流动阻力，并未作
功，故是一种损失，称为排汽管损失，通
常～。由图2-6可
知，由于的存在，使汽轮机的理想焓
降由降为02.0(=Δc p c p )06.0c p Δt H ′t H ′Δ′Δ，差值
t t c H H H ′′Δ?′Δ=Δ为排汽管压力损失所
引起的焓降损失。
为了提高机组的经济性，尽量减小压
力损失，通常将排汽管设计成扩压效
率较高的扩压管，即在未级动叶后到凝汽
器入口之间有一段通流面积逐渐扩大的导流部分，尽可能将排汽动能转变为静压，以补偿排汽管中的压力损失。同时，在扩压段内部和其后部还设置了一些导
流环或导流板，使乏汽均匀地布满整个排
汽通道，使排汽通畅，减少排汽动能的消耗。
c p Δ 图2-6 考虑了进排汽机构中损失的热力过程线 （a ）系统示意图 （b ）热力过程曲线 3．中间再热管道的压力损失
中间再热蒸汽经过再热器和再热冷、热段管道时，由于流动阻力损失要产生压降，其压力损失约为再热压力的10％。此外，再热蒸汽经过中压主汽阀和中压调节汽阀时也要有压力损失，但因中压调节汽阀只在低负荷时才有调节作用，正常运行时则处于全开状态，故节流损失较小，可取r p Δr p r p p 02.0=Δ。综合上述两种情况蒸汽流经中间再热器及其管道阀门后所产生的压力损失r p Δ=(8％～12％)。图2-7为国产300MW 汽轮机的热力过程线，图中1～8是回热抽汽压力。
r p 二、汽轮机及其装置的效率
发电厂的生产过程实际上是一系列的能量转换过程，从热力学可知，热能是不可能全部转换成机械能的。因此，在汽轮机装置中，通常用各种效率来表示整个能量转换过程中不同阶段的完善程度。
一个机械或装置的输入能量与输出能量之比称为此机械或装置的效率。在分析整个发电厂的经济性时，将汽轮机放在整个热力循环中考虑，即把发电厂的热力循环系统作为研究对象，这时输入循环中的能量为每千克蒸汽在锅炉中的吸热量，再分别考虑汽轮发电机组的不同损失后得出不同的能量作为输出能量，这样得到的一组效率称为绝对效率。当分折汽轮发电机组的经济性时，将汽轮发电机组作为研究对象，则输入汽轮发电机组中的能量为汽轮机的理想焓降，以此而得到的一组效率称为相对效率。
0Q t H Δ
（一）相对效率
1．汽轮机的相对内效率ri η
相对内效率是衡量汽轮机内能量转换完善程度的指标，而对于汽轮机来说，其输入能量为蒸汽在汽轮机中的理想焓降t H Δ(或对应的理想功率)，输出能量为汽轮机的内功率。其中t p i p H G p Δ=，H G p Δ=。故相对内效率为：
t
i t i ri H H p p ΔΔ
图2-7国产中间再热300MW 汽轮机的热力过程线及系统示意图
(a)热力过程线；(b)系统示意图
==η （2-8） 汽轮机的相对内效率越高，说明其内部损失越小，目前汽轮机的相对内效率已达78％～90％左右。
2．汽轮机的相对有效效率re η
由前可知，机械损失包括用来带动主油泵和克服轴承摩擦而消耗的功率。为简化问题，
现将全部机械损失看成集中于轴承上，则对于轴承来说，其输入能量为汽轮机输出的内功率，输出能量称为有效功率，i p e p m e i p p p Δ=?，即为机械损失，故机械效率为：
i
e m p p =η （2-9） 机械效率一般较高，大功率机组可达99％以上。
若把汽轮机和轴承看成一个整体，其效率称为相对有效效率re η，此时该装置的输入能量为蒸汽的理想功率，输出能量为有效功率，故相对有效效率t p e p re η为：
ri m t
i i e t e re p p p p p p ηηη=== （2-10） 3．汽轮发电机组的相对电效率rel η
若单独讨论发电机，其输入能量为轴承的输出能量，即为有效功率，由于发电机内有铜损、铁损和机械损失等，使其输出能量变为，称为电功率，称为发电机损失，故发电机的效率e p el p el el e p p p Δ=?g η为：
e
el g p p =η （2-11） 发电机效率与发电机的容量及冷却方式有关，大功率机组一般可达97％～99％左右。将汽轮机、轴承和发电机合在一起看成一个整体，则整个机组的输入能量为理想功率，输出能量为电功率，而整个机组的效率称为相对电效率t p el p rel η，即：
re g ri m g t
i i e e el t el rel p p p p p p p p ηηηηηη====
（2-12） 汽轮发电机组的电功率是向外输送的功率，在无回热抽汽时(蒸汽流量单位为)
el p s kg /g m ri t el H G p ηηηΔ= （2-13） 若蒸汽流量用D （表示时，上式变为：
)/h kg 3600g m ri t el H D p ηηηΔ=
（2-14） 当有回热抽汽时：
∑∑==Δ=
Δ=n
j ij j
n j g m ij j g m el H D H G p 113600ηηηη （2-15）
其中和分别表示第)(j j D G ij H Δj 段的流量和有效焓降。1=j 时，表示第一个抽汽口上游的那一段。
（二）绝对效率
当考虑发电厂整个热力循环时，若以作为输入能量，以汽轮发电机组不同的功率作为输出能量所得到的一组效率称为绝对效率。当以汽轮机的理想焓降为输出能量时，所得到的效率称为循环热效率0Q t η。朗肯循环的热效率为：
c
t o t t h h H Q H ′?Δ=Δ=
0η （2-16） 式中的为汽轮机新蒸汽的初焓，为凝结水的焓，如果略去水泵的压缩功时，与锅炉给水的焓值相等。当汽轮机采用抽汽回热循环时，0h c
h ′c h ′fw h c h ′应为末级高压加热器出口的给水焓值。
fw h 对加给每千克蒸汽的热量最终转变成电能的份额称为绝对电效率ael η，则
g m ri t ael ηηηηη= （2-17）
另外绝对效率还有绝对内效率ai η，绝对有效效率ae η。任一绝对效率等于同一相对效率与循环效率的乘积。
三、汽轮发电机组的经济指标
火力发电厂除了用以上的各种效率来表示相应范围内的经济性外，还常用每生产1的电能所消耗的蒸汽量和热量来表示汽轮发电机组的热经济指标。
h kw ? （一）汽耗率
d 汽轮发电机组每发1的电所消耗的蒸汽量称为汽耗率，单位为。 h kw ?d )/(h kw kg ?每小时消耗的蒸汽量称为汽耗量D ，单位为。
h kg /rel
t el H p D d ηΔ==3600 （2-18） 由于参数不同的机组，虽然功率相同，但其消耗的蒸汽量却不同，尤其是供热式机组，由于抽汽量不同，更是如此，所以不同类型的机组一般不用来比较其经济性，而是采用能反映机组经济性的另一指标。
d （二）热耗率
汽轮发电机组每发q h kw ?1的电所消耗的热量，称为热耗率，单位，即
q )/(h kw kJ ?ael rel t fw fw H h h h h d q ηη3600)(3600)(00=Δ?=
?= （2-19）
对于中间再热机组而言 ??
????′?+?=)()(00r r r fw h h D D h h d q （2-20） ——汽轮机总进汽量，；
0D h kg / —再热蒸汽量，；
r D h kg / 、—再热蒸汽热段焓和冷段焓，。 r h r
h ′kg kJ /汽轮发电机组的各种效率及经济指标的大致范围如表2-l 所示。
表2-1 汽轮发电机组的效率及热经济指标 额定功率
（MW ） g η i η m η ael η d [])/(h kw kg ? q []
)/(h kw kJ ?
50～100
125
200
300
0.85～0.870.87 0.89 0.8769 ～0.99 ＞0.99 0.985 0.99 0.98～0.985＞0.985 0.99 0.99 0.37～0.39＞0.41 0.4289 0.45
3.7～3.5 3.2 3.019 3.035 9630～9210 8790 8393.6 795
4.9 四、汽轮机的极限功率和提高单机功率的途径
（一）汽轮机的极限功率
汽轮机的极限功率是指在一定的蒸汽初终参数和转速下，单排汽口凝汽式汽轮机所能获得的最大功率。单排汽口凝汽式汽轮机的功率之所以受到限制，主要是由于最末一级动叶既长又大，离心力太大，而叶片材料强度是有限的，这就限制了末级叶片的高度和末级的平均直径，从而使末级动叶的通汽容积流量受到限制。如亚临界一次中间再热凝汽式汽轮机的末级比容要比新汽比容增大1000多倍，这就是末级通汽面积大大增加，因此末级的动叶片必然既长又大。
回热抽汽凝汽式汽轮机组的发电极限功率为：
g m ri t c el H m G p ηηηΔ=??max max （2-21）
式中 —通过汽轮机末级的最大流量。
max ?c G 由于回热抽汽、端轴封漏汽和厂用抽汽都不通过末级，所以在同一下，回热抽汽式汽轮机的功率将比纯凝汽式的大，是增大的倍数，对于中小型机组=1.1～1.2，哈尔滨汽轮机厂制造的600MW 汽轮机组=1.362。
max ?c G m m m 式（2-21）中汽轮机的理想焓降取决于蒸汽的初终参数，在常见的初终参数下，～，它的变化范围不大，而效率乘积t H Δ1000=Δt H kg kJ /1500g m ri ηηη变化更小，接近于常数。所以汽轮机所能发出的最大功率主要取决于通过汽轮机末级的蒸汽流量。可用下式表示：
max ?c G max ?c G 222
222max sin 1sin 1απβπc l d v w l d v G b b b b c ==
? （2-22） 将经高比b b l d /=θ和60/b d n u π=代入上式得： θπα22222max
sin 3600v n c u G c =? （2-23） 式中，取，为增大极限功率，可增大排汽速度，但余速损失亦随之增加，使机组
效率降低。末级动叶余速损失一般在21～25范围内，不能太大。因此末级动叶余速一般在205～300范围内，不会更大。哈尔滨汽轮机厂制造的600MW 汽轮机的末级余速损失为30.6，末级动叶余速=247。末级出口比容决定于末级排汽压力，降低凝汽器真空可使减小，增大，极限功率增大，但降低真空将使全机循环效率降低。由此可见，影响的主要因素是末级轴向排汽面积0290≈αkg kJ /2c s m /kg kJ /2c s m /2v 2v max ?c G max ?c G b b l d π，然而末级叶高和平均直径的增大将使动叶离心力增大，受到叶片材料强度的限制。
b l b d
从国产300MW （双排汽）、600MW （四排汽）与进口360MW （双排汽）亚临界一次中间再热汽轮机了解到，汽轮机极限功率可达150～180MW 。从1980年前苏联制造的目前世界上最大的五缸六排汽口1200MW 单轴超临界汽轮机来看，该机组单排汽口极限功率达200MW ，该级具有钛合金的1200mm 高的末级叶片。
（二）提高单机功率的途径
从上面可知，提高单机极限功率的途径主要应从增大末级叶片轴向面积b b l d π上考虑。 采用高强度、低密度材料，可使末级叶高大大增加，从而提高极限功率。例如，钛基合金的密度只有不锈钢的57%。
增加单机功率的最有效措施是增加汽轮机的排汽口，即进行分流。采用双排汽口可使单级功率比单排汽口的增大一倍，采用四排汽口可增至四倍。这是目前国内外大型机组普遍采用的方法。
采用低转速，如转速降低一半，由式2-21和2-23得，极限功率将增大四倍。对电站用的直接带动发电机的大型汽轮机，由于发电频率不能改变，而发电机的电极数只能成双的增减，所以转速只能降低一半。降低转速虽可使极限功率增大，但级的直径和速比不变时，级的理想焓降与转速的平方成正比，故每级焓降将减少1/4，全机级数和钢材耗量都将大为增加。若保持各级的焓降不变，则级的直径将增大一倍，也将使汽轮机尺寸和钢材耗量大大增加。一般说来，汽轮机的总质量与转速的三次方成反比，因此总是避免采用降低转速的措施。在轻水堆核电站中，由于只能生产压力较低的饱和蒸汽或微过热蒸汽，全机的理想焓降很小，为了增加功率，流量必然很大。为了解决末级叶片设计的困难，大部分轻水堆核电站采用半转速。
第三节 多级汽轮机的轴向推力
蒸汽在轴流式多级汽轮机的通流部分膨胀作功时，除了对转子作用一个轮周力对外作功之外，还作用一个使转子由高压端向低压端移动的轴向力，这个力称为轴向推力。
一、多级汽轮机的轴向推力
图2-8所示为多级冲动式汽轮机中任一个中间级，级前蒸汽压力为，动叶前压力为，动叶后压力为，叶轮前的压力为，则作用于这个级上的轴向推力由以下几个力组成。
0p 1p 2p d p F ()sin sin (122111p l d c c G F b b z 1．作用在动叶片上的轴向推力
1z 动叶片上的轴向推力由动叶两侧的蒸汽压力差和汽流的轴向动量变化所产生，即
)2p ?=α?α+π （2-24）
2211sin sin 在冲动级中，汽流的轴向分速度通常变化不大，即ααc c ≈，故可略去上式中的第一项。当级内反动度或焓降不大时，压力反动度2
021p p p p p ??=Ωm Ω与焓降反动度
m Ω＞相差不大，而且一般情况下p Ω。所以为了计
算方便和安全起见，一般用)2(0p p m ?Ω代替
，因此，上式变为：
)(21p p ?)(20p p l d m b b ?1F Z Ω≈π （2-25）
对于部分进汽的冲动级，其轴向推力
)(201p p l d e F m b b z ?Ω=π。若是双列速度级，则
两列动叶上的轴向推力应分别计算，之后相加。
２．作用在叶轮轮面上的轴向推力
2z F
[][]2222122)(4)(4
p d l d p d l d F b b d b b z ?????=ππ (2-26) 当叶轮两侧轮毂直径相等，即d d d ==21时，则 [])()(42222p p d l d F d b b z ???=π
（2-27）
可见，作用在叶轮轮面上的轴向推力也与该级前后的压力差和反动度成正比变化。由于叶轮面积
较大，所以即使叶轮前后压差不大，也会引起很大
的轴向推力。故为了减小这个轴向推力，常在叶轮上开设平衡孔，以减小叶轮两侧的压差。由于调节级叶轮前、后汽室相通，可以认为轮面两侧蒸汽的压力相等，所以可以不计算轮面上的轴向推力。对于部分进汽的级，由于不进汽的动叶片上所受到的压力差也为，因此，在的计算式中应增加2p p d ?2z F )()1(2p p l d e d b b ??π一项。对于反动式汽轮机，动叶设置在轮毂上，故只计算轮毂上的轴向推力。
图2-8 冲动级结构简图 3．作用在轮毂上或转子凸肩上的轴向推力
3z F x Z p d d F )(421223?=π
（2-28）
式中、—对应计算面上的内径和外径；
1d 2d —对应计算面上的静压力。
x p 4．作用在轴封凸肩上的轴向推力
4z F ∑=Δ=n
i i p z p h d F 14π （2-29）
式中—轴封凸肩的直径，m ；
p d —凸肩的高度，m ；
h —凸肩的数目。
n —任一凸肩两侧的压力差，若Z 个齿隙的压力降相等，则i p Δz
p p p d i ?=
Δ0。
对于齿形轴封，其齿数Z ，则式2-29可写成：
n 2≈)(5.004d p z p p h d F ?=π （2-30）
对于平齿轴封，由于凸肩高度，故0=h 04=z F 。
运用上面的公式，将转子上各侧面的轴向推力计算出来以后，再将它们都叠加起来，就得出整个转子上的轴向推力，即
z F ∑∑∑+++∑=4321z z z z z F F F F F （2-31）
实际上和的值相对于来说是很小的，故也可以不计算。
在多级汽轮机中，总的轴向推力很大。在反动式汽轮机中它可达到2～3MN ；在冲动式汽轮机中也有1MN 。这么大的轴向推力除靠推力轴承承担外，还要考虑整个转子自身的轴向推力平衡问题。
二、多级汽轮机轴向推力的平衡方法
∑3z F ∑4z F z F 轴向推力平衡的目的是减少轴向推力，使其符合推力轴承长期安全的承载能力。常见的平衡措施有以下几种：
1．设置平衡活塞
如图2-9所示，就是将高压轴封套的直径加大。由于平衡活塞上装有齿形轴封，所以使蒸汽压力由活塞高压侧的压力降低到低压侧的。这样，在平衡活塞两侧压差（）的作用下，产生一个方向与轴向推力相
反的力，从而平衡了一部分轴向推力。
x d 1p x p x p p ?1 2．采用具有平衡孔的叶轮
平衡孔用于减少叶轮两侧的压差，以减少转子
的轴向推力，特别是对叶轮两侧压差较大的高压级
叶轮常采用这种方法。例如：N200-12.75／535／535
型汽轮机的2～12级叶轮上均开有5个50φ的平衡
孔；N125-13.24／550／550型汽轮机的高、中压各
级叶轮上均开有7个50φ平衡孔。
3．采用相反流动的布置
如果汽轮机是多缸的，则可适当布置汽缸，使
不同汽缸中的汽流作相反方向流动，这样不同方向
的汽流所引起的轴向推力方向相反，可相互抵消一部分。图2-10中采用了高、中压对头布置和低压缸分流的布置，使高、中压缸和低压缸中汽流所引起
的轴向推力方向相反，从而使轴向推力相互抵消了一部分，但中间再热机组的高、中压缸不能简单地采用这种相对布置方法。因为在工况变动时，由于再热系统中蒸汽容积的惰性很大，中压缸前压力与高压缸前压力不能同步改变，因此在变工况瞬间无法得到平衡抵消作用，可能会给推力轴承造成很大的推力。这时要求高、中压缸自己单独平衡，或者单独采用平衡活塞，或各自采用分流布置。
图2-9 平衡活塞示意图 对于反动式汽轮机，由于其动叶前后压差比冲动式汽轮机大，所以它的轴向推力也比同类型冲动式汽轮机要大得多，为减小其轴向推力，反动式汽轮机毫无例外地采用转鼓和
平衡活塞，活塞直径和前轴封漏汽量也比冲动式汽轮机大。此外，在反动式汽轮机中也应充分利用汽缸或级组对置排列来减少轴向推力。
4．采用推力轴承
轴向推力经上述方法平衡后，剩余的部
分最后由推力轴承来承担。一般要求推力轴
承应承受适当的推力，以保证在各种工况
下，推力方向不变，使机组能稳定地工作而
不发生窜轴现象。为安全起见，核算推力轴
承时，其安全系数n 应大于1.5～1.7。通
常用下列公式计算：
n ∑∑+∑+?=b b A p n 2143)(z z z z F F F F （2-32）
图2-10 高低压缸反向布置示意图 1-高压缸； 2-中压缸； 3-低压缸
式中——推力轴承瓦块承压面上所承受的压力，；
b p MPa ——推力轴承工作瓦块总的承压面积，。
b A 2
m 复习思考题及习题
1．多级汽轮机有何特点？
2．多级汽轮机的余速利用对汽轮机的内效率有何影响，试在s h ?图上画出余速利用时多级汽轮机的热力过程线。
3．多级汽轮机余速利用需满足的条件有哪些？
4．何谓多级汽轮机的重热现象？其对汽轮机的内效率会产生什么影响？
5．多级汽轮机的损失有哪些？如何减小这些损失？
6．何谓自密封轴封系统？
7．在汽轮机装置中，表示能量转换过程不同阶段完善程度的指标有哪些？它们之间有什么样的关系？
8．表示汽轮发电机组的经济性指标有哪些？这些指标如何评价机组运行的经济性？
9．何谓汽轮机的极限功率？提高单机功率的途径有哪些？
10．多级汽轮机的轴向推力是如何产生的？平衡轴向推力的措施有哪些？
11．试求蒸汽初参数为=0p 8.83MPa ，温度=0t 535℃，终参数为 3.04 MPa ，400℃的背压式汽轮机的相对内效率和重热系数=c p =c t ri ηα。
已知调节级汽室压力 5.88 MPa ，调节级内效率0.67，四个压力级具有相同的焓降和内效率。进汽机构和排汽管中的损失可忽略不计。 =2p =s
ri η
第一章绪论 一、单项选择题 1．新蒸汽参数为13.5MPa的汽轮机为（ b ） A．高压汽轮机B．超高压汽轮机 C．亚临界汽轮机D．超临界汽轮机2．型号为N300-16.7/538/538的汽轮机是( B )。 A.一次调整抽汽式汽轮机 B.凝汽式汽轮机 C.背压式汽轮机 D.工业用汽轮机 第一章汽轮机级的工作原理 一、单项选择题 3．在反动级中，下列哪种说法正确?( C ) A.蒸汽在喷嘴中的理想焓降为零 B.蒸汽在动叶中的理想焓降为零 C.蒸汽在喷嘴与动叶中的理想焓降相等 D.蒸汽在喷嘴中的理想焓降小于动叶中的理想焓降 4．下列哪个措施可以减小叶高损失?( A ) A.加长叶片 B.缩短叶片 C.加厚叶片 D.减薄叶片 5．下列哪种措施可以减小级的扇形损失?( C )
A.采用部分进汽 B.采用去湿槽 C.采用扭叶片 D.采用复速级 6．纯冲动级动叶入口压力为P 1，出口压力为P 2 ，则P 1 和P 2 的关系为（ C ） A．P 1
P 2 C．P 1＝P 2 D．P 1 ≥P 2 7．当选定喷嘴和动叶叶型后，影响汽轮机级轮周效率的主要因素( A ) A.余速损失 B.喷嘴能量损失 C.动叶能量损失 D.部分进汽度损失 8．下列哪项损失不属于汽轮机级内损失( A ) A.机械损失 B.鼓风损失 C.叶高损失 D.扇形损失 9．反动级的结构特点是动叶叶型( B )。 A. 与静叶叶型相同 B. 完全对称弯曲 C. 近似对称弯曲 D. 横截面沿汽流方向不发生变化10．当汽轮机的级在( B )情况下工作时，能使余速损失为最小。 A. 最大流量 B. 最佳速度比 C. 部发进汽 D. 全周进汽 1.汽轮机的级是由______组成的。【 C 】
第一章600WM汽轮机低压缸及发电机结构简介 一、汽轮机热力系统得工作原理 1、汽水流程: 再热后得蒸汽从机组两侧得两个中压再热主汽调节联合阀及四根中压导汽管从中部进入分流得中压缸,经过正反各9 级反动式压力级后,从中压缸上部四角得4 个排汽口排出,合并成两根连通管,分别进入Ⅰ号、Ⅱ号2个低压缸。低压缸为双分流结构,蒸汽从中部流入,经过正反向各7 级反动式压力级后,从2个排汽口向下排入凝汽器。排入凝汽器得乏汽在凝汽器内凝结成凝结水,由凝结水泵升压后经化学精处理装置、汽封冷却器、四台低压加热器,最后进入除氧器,除氧水由给水泵升压后经三台高压加热器进入锅炉省煤器,构成热力循环。 二、汽轮机本体缸体得常规设计 低压汽缸为三层缸结构,能够节省优质钢材,缩短启动时间。汽机各转子均为无中心孔转子,采用刚性联接,,提高了转子得寿命及启动速度。#1 低压转子得前轴承采用两瓦块可倾瓦轴承,这种轴承不仅有良好得自位性能,而且能承受较大得载荷,运行稳定。低压转子得另外三个轴承为圆筒轴承,能承受更大得负荷。 三、岱海电厂得设备配置及选型 汽轮机有两个双流得低压缸;通流级数为28级。低压汽缸为三层缸结构,能够节省优质钢材,缩短启动时间。汽机各转子均为无中心孔转子,采用刚性联接,提高了转子得寿命及启动速度。低压缸设有四个径向支持轴承。#1 低压缸得前轴承采用两瓦块可倾瓦轴承,这种轴承不仅有良好得自位性能,而且能承受较大得载荷,运行稳定。低压转子得另外三个轴承为圆筒轴承,能承受更大得负荷。 汽轮机低压缸有4级抽汽,分别用于向4 台低压加热器提供加热汽源。N600-16、7/538/538汽轮机采用一次中间再热,其优点就是提
第二章 多级汽轮机 第一节 多级汽轮机的工作特点 为了满足电力生产日益增长的需要，世界各国都在生产大功率、高效率的汽轮发电机组。要想增大汽轮机的功率，则应增加汽轮机的理想焓降和蒸汽流量。若仍设计成单级汽轮机，则理想焓降增加，将使喷嘴出口速度相应增大，为了保持汽轮机级在最佳速比范围内工作，就必须相应地增加级的圆周速度，而增大圆周速度要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；增加级的蒸汽流量，则要增加级通流面积，即增大级的平均直径或叶片高度，同样将受到材料强度的限制。那么提高汽轮机蒸汽初参数和降低背压，既能提高机组循环热效率，又能增大汽轮机功率，但焓降的增加不能仅靠单级来完成，否则，喷嘴出口速度将非常大，为保证级在最佳速比附近工作，又将会出现材料强度所不允许的、极大的圆周速度。因此要增大汽轮机功率、又要保证高效率唯一的途径，就是采用多级汽轮机，其中每一级只利用总焓降的一小部分。 多级汽轮机是由按工作压力高低顺序排列的若干级组成的，常见的多级汽轮机有两种，即多级冲动式汽轮机和多级反动式汽轮机。 图1-8（见文后插页）是东方汽轮机厂生产的300MW 冲动式多级汽轮机的纵剖面图。由图可见，该机组高压缸内有10级（1个单列冲动级作调节级，其余9个为压力级）；中压缸内有6级；低压缸内为对称分流，布置有6×2个压力级。从结构上说，该机组共有28级，但由于蒸汽在低压缸内为对称分流，两部分的工作情况相同，故从热力过程的特点上说，该机组共有22级。 图1-9（见文后插页）为哈尔滨汽轮机厂制造的亚临界600MW 反动式汽轮机纵剖面图。它由1个单列调节级、10个高压反动级、2×9个中压反动级和2×2×7个低压反动级组成，因此从结构上说它有57级，而从热力过程上看，它有27级。 蒸汽进入汽轮机后依次通过各级膨胀作功，压力逐级降低，比体积则不断增大，尤其当压力较低而又进入饱和区后，比体积增加得更快。因此，为了使逐级增大的体积流量顺利通过各级，各级通流面积必须相应逐级扩大，形成向低压部分逐渐扩张的通流部分。 蒸汽在多级汽轮机中膨胀作功过程可以用s h ?图上的热力过程线表示，如图2-1所示。0点是第一级喷嘴前的蒸汽状态点，根据第一级的各项级内损失，可定出第一级的排汽状态点2点(1点是第一级喷嘴后的状态点)，将0′′点与2点之间用一条光滑曲线连起，则得出了第一级的热力过程线。而第二级的进汽状态点又是第一级的排汽状态点，同样可绘出第二级的热力过程线；以此类推，可绘出以后各级的热力过程线。把各级的过程线顺次连接起来就是整个汽轮机的热力过程线。图中为汽轮机的排汽压力，也称为汽轮机的背压，为汽轮机的理想焓降，为汽轮机的有效焓降，从图中可看出，汽轮机的有效焓降等于各级有效焓降之和，即c p t H Δi H Δi H Δi h Δi i h H ΣΔ=Δ。整个汽轮机的内功率等于各级内功率之和。汽轮机的相对内效率为：
《汽轮机原理》 目录 第一章汽轮机级的工作原理 第二章多级汽轮机 第三章汽轮机在变动工况下的工作 第四章汽轮机的凝汽设备 第五章汽轮机零件强度与振动 第六章汽轮机调节 模拟试题一 模拟试题二 参考答案
第一章汽轮机级的工作原理 一、单项选择题 1.汽轮机的级是由______组成的。【 C 】 A. 隔板+喷嘴 B. 汽缸+转子 C. 喷嘴+动叶 D. 主轴+叶轮 2.当喷嘴的压力比εn大于临界压力比εcr时，则喷嘴的出口蒸汽流速C1 【 A 】 A. C 1
第一章 级的工作原理 补1. 已知某喷嘴前的蒸汽参数为p 0=，t 0=500℃，c 0=80m/s ，求：初态滞止状态下的音速和其在喷嘴中达临界时的临界速度c cr 。 解: 由p 0=，t 0=500℃查得: h 0=; s 0= 0002 1 c h h h ?+ =*=+= 查得0*点参数为p 0*=；v 0*= ∴音速a 0*=*0*0 v kp = (或a 0*=*0kRT = ; 或a 0*=* 0)1(h k *-= c cr = * 0*1 2a K += 12题. 假定过热蒸汽作等熵流动,在喷嘴某一截面上汽流速度c=650m/s ，该截面上的音速a=500m/s ，求喷嘴中汽流的临界速度 c cr 为多少。 解: 2 222) 1(212112121cr cr cr cr cr cr c k k c v p k k c h c h -+=+-=+=+ Θ )2 1 1(1)1(222c k a k k c cr +-+-= ∴=522 23题. 汽轮机某级蒸汽压力p 0=，初温t 0=435℃，该级反动度Ωm =，级后压力p 2=，该级采用减缩喷嘴，出口截面积A n =52cm 2，计算： ⑴通过喷嘴的蒸汽流量 ⑵若级后蒸汽压力降为p 21=，反动度降为Ωm =，则通过喷嘴的流量又是多少 答:1): kg/s; 2):s 34题. 国产某机组在设计工况下其末级动叶（渐缩）前的蒸汽
压力p 1=，蒸汽焓值h 1=kg ，动叶出汽角β2=38°，动叶内的焓降为Δh b =kg 。问： ⑴汽流在动叶斜切部分是否膨胀、动叶出口汽流角是多少 ⑵动叶出口的理想相对速度w 2t 是多少 解: 确定初态:由h 1,p 1查图得s 1= 4.23162000 1 211* 1=+ =w h h 由h *1, s 1查图得p 1*=,x 1*= ∴k= ∴临界压力比:5797.0)1 2(1 =+=-k k cr k ε 极限压力比:347.05985.0*5797.0)(sin *1 221===+k k cr d βεε 流动状态判断:由s 1=,h 2t =h 1-Δh b = 查图得p 2= 动叶压力比εb =p 2/p *1= 显然εb ＜ε1d ，即蒸汽在动叶中达极限膨胀，极限背压为p 1d =ε 1d *p 1*= 查焓熵图得：h 2dt =,ρ2dt = 7.511)(22*12=-=∴dt t h h w 查临界压力比处的参数： p 2cr =;h 2cr =ρ2cr = ∴2.371)(22*12=-=cr cr h h w =??=+dt t cr cr w w 2222222sin )sin(ρρβδβ 7102.0)sin(22=+δβ
《多级汽轮机》习题 一、简答题 1．现代汽轮机为何采用多级汽轮机而不采用单级汽轮机？ 多级汽轮机具有效率高、单位功率投资小、自动化水平高等突出优点。 2．为什么采用多级汽轮机能提高效率？ （1）循环热效率提高：多级汽轮机可以采用较高的进汽参数和较低的排汽参数，还可以采用回热循环和再热循环； （2）相对内效率提高： 1）多级汽轮机可以保证各级在最佳速比附近工作； 2）在一定的条件下，多级汽轮机的余速动能可以全部或部分地被下一级利用； 3）多级汽轮机所特有的重热现象也可提高相对内效率。 3．汽封的作用是什么？ 避免或减少动、静部件之间留有的间隙导致的漏汽。 4．轴封的作用是什么？ 阻止汽缸内的蒸汽向外漏泄,低压缸排汽侧轴封是防止外界空气漏入汽缸。 5．轴封系统的作用是什么？ （1）回收利用轴封漏汽，用来加热给水或到低压级作功； （2）防止蒸汽自轴封处漏入大气； （3）冷却轴封，防止高压端轴封处过多的热量传出至主轴承而造成轴承温度过高，影响轴承安全； （4）防止空气漏入汽轮机真空部分。 6．为什么说不宜用汽耗率来评价不同类型机组的经济性？ 汽耗率是指每生产1kW电能所消耗的蒸汽量。如果机组的参数不同，尽管功率和效率相同，其汽耗量也是不同的；供热式机组当抽汽量有差异时更是如此，所以不宜用汽耗率来评价不同类型机组的经济性。 7．目前我国先进机组的汽轮机相对内效率可达多少？ 90% 8．综合表示凝汽式汽轮发电机组经济性的指标中，较完善的是什么？ 热耗率和绝对电效率 9．目前我国火力发电厂先进机组的热效率可达多少？ 40% 10．汽轮机的轴向推力主要由那些力所组成？ 1）蒸汽作用在叶片上的力在轴向的分量； 2）由叶轮前后的压差所引起的作用在叶轮上的轴向力； 3）蒸汽作用在转子凸肩上的轴向力； 4）蒸汽作用在隔板汽封和轴封套筒上的轴向力。 11．平衡汽轮机轴向推力，可采取哪些措施？
汽轮机原理 第一章汽轮机的热力特性思考题答案 1．什么是汽轮机的级？汽轮机的级可分为哪几类？各有何特点？ 解答：一列喷嘴叶栅和其后面相邻的一列动叶栅构成的基本作功单元称为汽轮机的级，它是蒸汽进行能量转换的基本单元。 根据蒸汽在汽轮机内能量转换的特点，可将汽轮机的级分为纯冲动级、反动级、带反动度的冲动级和复速级等几种。 各类级的特点： （1）纯冲动级：蒸汽只在喷嘴叶栅中进行膨胀，而在动叶栅中蒸汽不膨胀。它仅利用冲击力来作功。在这种级中：p1 = p2；Dhb =0；Ωm=0。 （2）反动级：蒸汽的膨胀一半在喷嘴中进行，一半在动叶中进行。它的动叶栅中不仅存在冲击力，蒸汽在动叶中进行膨胀还产生较大的反击力作功。反动级的流动效率高于纯冲动级，但作功能力较小。在这种级中：p1 > p2；Dhn≈Dhb≈0.5Dht；Ωm=0.5。 （3）带反动度的冲动级：蒸汽的膨胀大部分在喷嘴叶栅中进行，只有一小部分在动叶栅中进行。这种级兼有冲动级和反动级的特征，它的流动效率高于纯冲动级，作功能力高于反动级。在这种级中：p1 > p2；Dhn >Dhb >0；Ωm=0.05～0.35。 （4）复速级：复速级有两列动叶，现代的复速级都带有一定的反动度，即蒸汽除了在喷嘴中进行膨胀外，在两列动叶和导叶中也进行适当的膨胀。由于复速级采用了两列动叶栅，其作功能力要比单列冲动级大。 2．什么是冲击原理和反击原理？在什么情况下，动叶栅受反击力作用？ 解答：冲击原理：指当运动的流体受到物体阻碍时，对物体产生的冲击力，推动物体运动的作功原理。流体质量越大、受阻前后的速度矢量变化越大，则冲击力越大，所作的机械功愈大。反击原理：指当原来静止的或运动速度较小的气体，在膨胀加速时所产生的一个与流动方向相反的作用力，称为反击力，推动物体运动的作功原理。流道前后压差越大，膨胀加速越明显，则反击力越大，它所作的机械功愈大。 当动叶流道为渐缩形，且动叶流道前后存在一定的压差时，动叶栅受反击力作用。 3．说明冲击式汽轮机级的工作原理和级内能量转换过程及特点。 解答：蒸汽在汽轮机级内的能量转换过程，是先将蒸汽的热能在其喷嘴叶栅中转换为蒸汽所具有的动能，然后再将蒸汽的动能在动叶栅中转换为轴所输出的机械功。具有一定温度和压力的蒸汽先在固定
绪论 1.确定CB25-8.83/1.47/0.49型号的汽轮机属于下列哪种型式？【 D 】 A. 凝汽式 B. 调整抽汽式 C. 背压式 D. 抽气背压式 2.型号为N300-16.7/538/538的汽轮机是【B 】 A. 一次调整抽汽式汽轮机 B. 凝汽式汽轮机 C. 背压式汽轮机 D. 工业用汽轮机 3.新蒸汽压力为15.69MPa~17.65MPa的汽轮机属于【C 】 A. 高压汽轮机 B. 超高压汽轮机 C. 亚临界汽轮机 D. 超临界汽轮机 4.根据汽轮机的型号CB25-8.83/1.47/0.49可知，该汽轮机主汽压力为8.83 ，1.47表示汽轮机的抽汽压 力。 第一章 1.汽轮机的级是由______组成的。【C 】 A. 隔板+喷嘴 B. 汽缸+转子 C. 喷嘴+动叶 D. 主轴+叶轮 2.当喷嘴的压力比εn大于临界压力比εcr时，则喷嘴的出口蒸汽流速C1【A 】 A. C1
汽 轮 机 原 理 课程学习辅导材料 2009.2 目 录 第一篇 各章单元复习题 绪论及第一章 汽轮机级的工作原理 2 第二章 多级汽轮机 19 第五章 凝汽设备 26 第七章 汽轮机调节系统 35 第二篇 综合思考题 第一部分 汽轮机的热力特性 46 第二部分 汽轮机的负荷调节 47 第三部分 汽轮机的经济运行 49 第四部分 汽轮机的安全运行 50 第五部分 汽轮机的启动与运行 53 第三篇 各章练习题 第一章 汽轮机级的工作原理 55 第二章 多级汽轮机 58 第三章 汽轮机级在变工况下的工作 60 第五章 汽轮机的凝汽设备 61 第七章 汽轮机调节系统 61 练习题参考答案 62 第一篇 各章单元复习题 长沙理工大学 能源与动力工程学院
绪论及第一章级的工作原理 一、问答题: 1．按工作原理、热力过程特性、蒸汽流动方向、新蒸汽参数等对汽轮机进行分类，汽轮机可分为哪些类型？按新蒸汽参数分类时，相应类型汽轮机的新汽压力等级是什么？2．国产汽轮机型号的表示方法是什么？ 3．根据国产汽轮机型号的表示方法，说明下列汽轮机的型号提供了汽轮机设备的哪些基本特征？ （1）C B25-8.82/0.98/0.118 （2）C C25-8.82/0.98/0.118-1 （3）C B25-8.83/1.47/0.49 （4）N300-16.7/537/537 4．汽轮机中哪些部件是转动的？哪些部件是静止不动的？ 5．汽缸的作用是什么？ 6．简述蒸汽在汽轮机中的能量转换过程？ 7．试绘图说明最简单的发电厂生产过程示意图？ 8．蒸汽对动叶片冲动作用原理的特点是什么？ 9．蒸汽对动叶片反动作用原理的特点是什么？ 10．根据蒸汽在汽轮机内能量转换的特点，如何划分汽轮机级的类型？各种类型级的特点是什么？ 11．什么是动叶的速度三角形？ 12．如何根据喷嘴汽流出汽角计算速度级、纯冲动级与反动级的最佳速比？ 13．汽轮机的调节级为什么要采用部分进汽？如何选择合适的部分进汽度？ 14．试述汽轮机级内有哪些损失？造成这些损失的原因是什么？ 15．如何减小级内漏汽损失？ 16．简述轴向推力的平衡方法。 17．简述汽封的工作原理？ 18．何为汽轮机的进汽机构节流损失和排汽阻力损失？在热力过程线（焓-熵图）上表示出来。 二、名词解释 1．汽轮机的级 2．反动度。 3．滞止参数 4．临界压比 5．轮周效率。 6．级的余速损失 7．最佳速度比。 8．部分进汽度。 9．级的相对内效率 三、单项选择 1．电厂常用汽轮机属于下列那种类型？ A. 离心式 B. 轴流式 C. 辐流式 D. 周流式 2．保证转子相对于静子的正确轴向位臵的是： A. 支持轴承 B. 轴封
汽轮机原理沈士一 作者：沈士一等编 出版社：中国电力出版社 出版时间：1992-6-1 内容简介: 本书对“汽轮机原理”课程的三大部分内容，即汽轮机热力工作原理、汽轮机零件强度和汽轮机调节都作了介绍，主要内容有汽轮机级的工作原理、多级汽轮机、汽轮机变工况特性、凝汽设备、汽轮机零件强度及汽轮机调节。并结合大型汽轮机的运行特点，介绍了有关内容。本书为高等学校热能动力类专业本科“汽轮机原理”课程的基本教材，也可供有关专业的师生与工程技术人员参考。 目录: 前言 绪论 第一章汽轮机级的工作原理 第一节概述 第二节蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程。 第三节级的轮周功率和轮周效率 第四节叶栅的气动特性 第五节级内损失和级的相对内效率 第六节级的热力设计原理 第七节级的热力计算示例 第八节扭叶片级 第二章多级汽轮机 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汽阻力损失 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 第六节单排汽口凝汽式汽轮机的极限功率 第三章汽轮机的变工况特性 第一节喷嘴的变工况特性 第二节级与级组的变工况特性 第三节配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响 第四节滑压运行的经济性与安全性 第五节小容积流量工况与叶片颤振 第六节变工况下汽轮机的热力核算 第七节初终参数变化对汽轮机工作的影响 第八节汽轮机的工况图与热电联产汽轮机 第四章汽轮机的凝汽设备 第一节凝汽设备的工作原理、任务和类型 第二节凝汽器的真空与传热 第三节凝汽器的管束布置与真空除氧 第四节抽气器 第五节凝汽器的变工况
第六节多压式凝汽器 第五章汽轮机零件的强度校核 第一节汽轮机零件强度校核概述 第二节汽轮机叶片静强度计算 第三节汽轮机叶轮静强度概念 第四节汽轮机转子零件材料及静强度条件 第五节汽轮机静子零件的静强度 第六节汽轮机叶片的动强度 第七节叶轮振动 第八节汽轮发电机组的振动 第九节汽轮机主要零件的热应力及汽轮机寿命管理第六章汽轮机调节系统 第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理 第二节液压调节系统 第三节中间再热式汽轮机的调节 第四节调节系统的试验和调整 第五节汽轮机功频电液调节 第六节背压式和抽汽式汽轮机的调节 参考文献
汽轮机-问答题综合
为什么说多级汽轮机的相对内效率较单级汽轮机可得到明显的提高？ ①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，设计在最佳速比附近工作，使级的相对内效率较高；②除级后有抽汽口，或进汽度改变较大等特殊情况外，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，提高了级的相对内效率；③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，叶高损失减小，或使得部分进汽度增大，部分进汽损失减小，这都有利于级效率的提高；④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，使全机相对内效率提高。 简述在汽轮机的级中，蒸汽的热能是如何转化为机械能的。 具有一定压力、温度的蒸汽通过汽轮机的级时，首先在喷管叶栅通道中膨胀加速，将蒸汽的热能转化为高速汽流的动能，然后进入动叶通道，在其中改变方向或者既改变方向同时又膨胀加速，推动叶轮旋转，将高速汽流的动能转变为旋转机械能。 汽轮机主蒸汽温度不变时，主蒸汽压力升高有哪些危害？ 当主蒸汽温度不变，主蒸汽压力升高时，蒸汽的初焓减小；此时进汽流量增加，回热抽汽压力升高，给水温度随之升高，给水在锅炉中的焓升减小，一公斤蒸汽在锅炉内的吸热量减少。此时进汽量虽增大，但由于进汽量的相对变化小于机组功率的相对变化，故热耗率相应减小，经济性提高，反之亦然。 当凝汽器漏入空气后将对汽轮机组运行产生什么影响? ①影响机组运行的经济性：a.使传热恶化，凝汽器压力Pc上升，蒸汽的做功能力↓，使循环效率降低。b.使凝结水过冷度↑，低压抽汽量↑，机组的功率下降。②影响机组运行的安全性：a.使Pc上升，排汽温度↑→机组振动和冷却水管泄漏。b.使过冷度↑→凝结水含氧 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除
第一章 习 题 一、填空题 1．将相同初参数下通过喷嘴的流量与临界流量之比，定义为（ ）。 2．动叶速度系数除与结构参数有关外，还与运行参数如相对速度和（ ）有关。 3．当余速利用系数μ1增大后，该级的相对内效率将（ ）。 4．纯冲动级的最佳速比为（ ）。 5．当喷嘴的（ ）确定后，通过喷嘴的临界流量只与喷嘴的滞止初参数有关。 6．当喷嘴前后压比（ ）于临界压比时，蒸汽在喷嘴斜切部分不发生膨胀。 7．为了实用上的方便，常用a a c u x = 来代替1 1c u x =，a x 称为（ ）。 8．在级的轮周速度一定的情况下，降低速比x a ，则级的作功能力（ ）。 9．级的轮周有效比焓降与（ ）之比称为级的轮周效率。 10．将蒸汽在动叶内的理想焓降与整个级的滞止理想焓降之比，称为级的（ ）。 11．设计时，为了减少喷嘴损失，应尽量使喷嘴高度大于（ ）。 12．（ ）是表示蒸汽在动叶内膨胀程度大小的指标。 13．喷嘴的临界压比只与蒸汽的（ ）有关，即取决于蒸汽的性质。 14．在汽轮机中，把喷嘴与其后相邻的一列动叶，称为汽轮机的（ ）。 15．（ ）速度系数与反动度m Ω及动叶出口理想速度t w 2有关。 16．当余速利用系数增大后，该级的有效比焓降（ ）。 17．所谓速比，是指（ ）速度与喷嘴出口绝对速度的比值。 18．当蒸汽在喷嘴内为亚临界流动时，其彭台门系数与喷嘴的（ ）及蒸汽的绝热指数有关。 19．反动级的最佳速比是（ ）。 20．当喷嘴出口面积一定时，通过喷嘴的临界流量只与（ ）有关。 21、在其它条件一定的情况下，喷嘴宽度越宽，喷嘴损失（ ）。 22、定转速汽轮机在级的直径一定的情况下，降低速比x a ，则级的作功能力（ ）。 二、选择题 1．当蒸汽在喷嘴斜切部分正好全部膨胀完了，此时对应的喷嘴后压力称为（ ）。
《汽轮机原理》 一、单项选择题 6.在其他条件不变的情况下，余速利用系数增加，级的轮周效率η u【 A 】 A. 增大 B. 降低 C. 不变 D. 无法确定 9.在多级汽轮机中重热系数越大，说明【 A 】 A. 各级的损失越大 B. 机械损失越大 C. 轴封漏汽损失越大 D. 排汽阻力损失越大 1.并列运行的机组，同步器的作用是【 C 】A. 改变机组的转速 B. 改变调节系统油压 C. 改变汽轮机功率 D. 减小机组振动 5．多级汽轮机相对内效率降低的不可能原因是（D）。 A. 余速利用系数降低 B. 级内损失增大 C. 进排汽损失增大 D. 重热系数降低 19. 关于喷嘴临界流量，在喷嘴出口面积一定的情况下，请判断下列说法哪个正确：【C】 A．喷嘴临界流量只与喷嘴初参数有关B．喷嘴临界流量只与喷嘴终参数有关 C．喷嘴临界流量与喷嘴压力比有关 D. 喷嘴临界流量既与喷嘴初参数有关，也与喷嘴终参数有关 13.冲动级动叶入口压力为 P1，出口压力为 P2，则 P1和 P2有______关系。【 B 】 A. P 1＜P2 B. P 1＞P2 C. P 1＝P2 D. P 1= 6.汽轮机的进汽节流损失使得蒸汽入口焓【 C 】A. 增大 B. 减小 C. 保持不变 D. 以上变化都有可能 14. 对于汽轮机的动态特性，下列哪些说法是正确的？【D】 A.转速调节过程中，动态最大转速可以大于危急保安器动作转速 B.调节系统迟缓的存在，使动态超调量减小 C. 速度变动率δ越小，过渡时间越短 D. 机组功率越大，甩负荷后超速的可能性越大 27.在反动级中，下列哪种说法正确【 C 】A. 蒸汽在喷嘴中理想焓降为零 B. 蒸汽在动叶中理想焓降为零 C. 蒸汽在喷嘴与动叶中的理想焓降相等 D. 蒸汽在喷嘴的理想焓降小于动叶的理想焓降 25.在各自最佳速比下，轮周效率最高的级是【 D 】A. 纯冲动级 B. 带反动度的冲动级 C. 复速级 D. 反动级 26.蒸汽在喷嘴斜切部分膨胀的条件是【 A 】A. 喷嘴后压力小于临界压力 B. 喷嘴后压力等于临界压力 C.喷嘴后压力大于临界压力 D. 喷嘴后压力大于喷嘴前压力 12. 下列哪个说法是正确的【C】A.喷嘴流量总是随喷嘴出口速度的增大而增大； B.喷嘴流量不随喷嘴出口速度的增大而增大； C.喷嘴流量可能随喷嘴出口速度的增大而增大，也可能保持不变； D. 以上说法都不对 8. 评价汽轮机热功转换效率的指标为【 C 】A.循环热效率 B. 汽耗率 C. 汽轮机相对内效率 D. 汽轮机绝对内效率 13.在其它条件不变的情况下，冷却水量越大，则【A 】A. 凝汽器的真空度越高 B. 凝汽器的真空度越低 C.机组的效率越高 D. 机组的发电量越多 4. 两台额定功率相同的并网运行机组A, B所带的负荷相同，机组 A 的速度变动率小于机组 B 的速度变动率，当电网周波下降时，两台机组一次调频后所带功率为P A和P B，则【C】
第一章汽轮机级的工作原理 一、选择 1．具有一定压力和温度的蒸汽在喷嘴中膨胀时 A. 压力下降，速度下降 B. 压力上升，速度下降 C. 压力下降，速度上升 D. 压力上升，速度上升 2．汽轮机的级中做功能力最大的级为： A. 纯冲动级 B. 带反动度的冲动级 C. 复速级 D. 反动级 3．反动级动叶入口压力为P1，出口压力为P2，则P1和P2有______关系。 A. P1＜P2 B. P1＞P2 C. P1＝P2 D. P1=0.5P2 4．已知蒸汽在汽轮机某级的滞止理想焓降为40 kJ/kg，该级的反动度为0.187，则喷嘴出口的理想汽流速度为 A. 8 m/s B. 122 m/s C. 161 m/s D. 255 m/s 5．当渐缩喷嘴出口压力p1小于临界压力p cr时，蒸汽在喷嘴斜切部分发生膨胀，下列哪个说法是正确的？ A. 只要降低p1，即可获得更大的超音速汽流 B. 可以获得超音速汽流，但蒸汽在喷嘴中的膨胀是有限的 C. 蒸汽在减缩喷嘴出口的汽流流速等于临界速度C cr D. 蒸汽在减缩喷嘴出口的汽流流速小于临界速度C cr 6．下列哪个说法是正确的 A. 喷嘴流量总是随喷嘴出口速度的增大而增大； B. 喷嘴流量不随喷嘴出口速度的增大而增大； C. 喷嘴流量可能随喷嘴出口速度的增大而增大，也可能保持不变； D. 以上说法都不对 7．关于喷嘴临界流量，在喷嘴出口面积一定的情况下，请判断下列说法哪个正确：A．喷嘴临界流量只与喷嘴初参数有关 B．喷嘴临界流量只与喷嘴终参数有关 C．喷嘴临界流量与喷嘴压力比有关 D. 喷嘴临界流量既与喷嘴初参数有关，也与喷嘴终参数有关 8．蒸汽流动过程中，能够推动叶轮旋转对外做功的有效力是______。 A. 轴向力 B. 径向力 C. 周向力 D. 蒸汽压差
多级汽轮机的损失 长沙电力职业技术学院动力工程系 热动1229班
多级汽轮机的损失 外部损失：不直接影响蒸汽状态的损失； 分为机械损失和外部漏汽损失。 内部损失：直接影响蒸汽状态的损失； 分为汽轮机进汽机构的节流损失、排 汽管中的压力损失和中间再热管道的 压力损失。
外部损失 机械损失（Δpm）：机组拖动主油泵、调节系统 及克服轴摩擦所造成的损失。 机械效率（ηm）：ηm=pe / pi pe：有效功率（轴端功率） pi：内功率 Δpm在一定转速下为常数，增加，ηm增加，因此大功率机组的ηm高。
外部损失 外部漏汽损失 产生原因： 1.汽轮机的主轴在穿出汽缸两端时，为了防止动静部分的摩擦，总要留有一 定的间隙，又由于气缸内外存在着压差，则必然会是高压有一部分蒸汽向外漏出，这部分蒸汽不作功，因而造成了能量损失。 2.在处于真空状态而低压端会有一部分空气从外向里而破坏真空，增大抽气器的负担。
外部损失 防止漏汽的措施： 1.安装齿形汽封 原理：齿形汽封能够尽量地减少漏汽间隙，并能有效降低漏汽速度。 2安装轴封系统 ①正压轴封：装在汽侧压力高与外界大气压处的汽封 作用：在正常负压下减少汽轮机内高压蒸汽向外的漏汽量 ②负压轴封：装在汽侧压力低于外界大气压处的汽封 作用：防止外界空气漏入汽缸
内部损失 1.汽轮机进汽机构的节流损失 定义：由于节流作用引起的焓降损失称为进汽结构的节流损失。 与管道的长短、阀门的型线、蒸汽的流速等因素有关。 2.排汽管中的压力损失 定义:由于排气管压力损失而引起的汽轮机整机理想焓降的减少。
汽轮机原理-第一章-习题
第一章汽轮机级的工作原理 一、选择 1．具有一定压力和温度的蒸汽在喷嘴中膨胀时 A. 压力下降，速度下降 B. 压力 上升，速度下降 C. 压力下降，速度上升 D. 压力 上升，速度上升 2．汽轮机的级中做功能力最大的级为： A. 纯冲动级 B. 带反动度的冲动级 C. 复速级 D. 反动级3．反动级动叶入口压力为P1，出口压力为P2，则P1和P2有______关系。 A. P1＜P2 B. P1＞P2 C. P1＝P2 D. P1=0.5P2 4．已知蒸汽在汽轮机某级的滞止理想焓降为40 kJ/kg，该级的反动度为0.187，则喷嘴出口的理想汽流速度为 A. 8 m/s B. 122 m/s C. 161 m/s D. 255 m/s
5．当渐缩喷嘴出口压力p1小于临界压力p cr 时，蒸汽在喷嘴斜切部分发生膨胀，下列哪个说法是正确的？ A. 只要降低p1，即可获得更大的超音速汽流 B. 可以获得超音速汽流，但蒸汽在喷嘴中的膨胀是有限的 C. 蒸汽在减缩喷嘴出口的汽流流速等于临界速度C cr D. 蒸汽在减缩喷嘴出口的汽流流速小于临界速度C cr 6．下列哪个说法是正确的 A. 喷嘴流量总是随喷嘴出口速度的增大而增 大； B. 喷嘴流量不随喷嘴出口速度的增大而增 大； C. 喷嘴流量可能随喷嘴出口速度的增大而增 大，也可能保持不变； D. 以上说法都不对 7．关于喷嘴临界流量，在喷嘴出口面积一定的情况下，请判断下列说法哪个正确： A．喷嘴临界流量只与喷嘴初参数有关 B．喷嘴临界流量只与喷嘴终参数有关
C．喷嘴临界流量与喷嘴压力比有关 D. 喷嘴临界流量既与喷嘴初参数有关，也与 喷嘴终参数有关 8．蒸汽流动过程中，能够推动叶轮旋转对外做功的有效力是______。 A. 轴向力 B. 径向力 C. 周向力 D. 蒸汽压差9．在其他条件不变的情况下，余速利用系数增加，级的轮周效率ηu A. 增大 B. 降低 C. 不变 D. 无法确定10．在喷嘴出口汽流角 1和圆周速度u相等时，纯冲动级和反动级在最佳速比下所能承担的焓降之比为 A. 1：2 B. 2：1 C. 1：1 D. 3：1 11．当各种条件相同时，冲动式汽轮机与反动式汽轮机的级数比约为： A. 2 B. 1 C. 1/2 D. 1/3 12．当最小时，级的轮周效率最大。
第一篇汽轮机本体结构及运行 第一章汽轮机本体结构 第一节本体结构概述 我公司300MW机组汽轮机是上海汽轮机有限公司生产的引进型、亚临界、一次中间再热、单轴、双缸双排汽、高、中压合缸、抽汽凝汽式汽轮机。 该汽轮机本体由转动和静止两大部分构成。转动部分包括动叶栅、叶轮、主轴、联轴器及紧固件，静止部分包括汽缸、喷嘴室、隔板套（静叶持环）、汽封、轴承、轴承座、滑销系统机座及有关紧固件。 本机通流部分由高、中、低三部分组成，高压汽缸内有一个部分进汽调节的冲动级和11个反动式压力级，中压汽缸内有9个反动式压力级，低压部分分为两分流式，每一分流由7个反动式压力级组成，全机共35级。高压蒸汽经主汽阀、调节汽阀，然后由高压上缸三个和下缸三个进汽套管连接到高压缸的喷嘴室，蒸汽在高压缸内做完功，通过高压外下缸的一个排汽口流到锅炉再热器，从再热器通过两个再热主汽阀、调节汽阀从中压缸下部进入中压缸的进汽室，蒸汽流经中压叶片，通过连通管到低压缸，再由低压叶片通道的中央，分别流向两端的排汽口。 本机高、中、低压缸均设有抽汽口，共有8级，抽汽口的分布见下表。对本机的各动、静部件，将在本章中分别介绍。 抽汽号级后抽汽抽汽口数抽汽口尺寸（mm）1（高压缸）71φ219×197 2（高压缸）111φ219×207 3（中压缸）161φ327×306 4（中压缸）201φ511×489 5（低压缸）221φ510×490 6（低压缸）241φ510×490 7（低压缸）252φ510×490 8（低压缸）264φ510×490
第二节技术规范及主要性能 一、技术规范 型号：C300-16.67/0.8/538/538 型式：亚临界，一次中间再热，单轴，双缸双排汽，高、中压合缸，抽汽凝汽式 额定功率：300MW 额定转速：3000r/min 额定蒸汽流量：907t/h 主蒸汽额定压力：16.67Mpa 主蒸汽额定温度：538℃ 再热蒸汽额定压力： 3.137Mpa 再热蒸汽额定温度：538℃ 额定排汽压力：0.00539Mpa 额定给水温度：273℃ 额定冷却水温度：20℃ 回热级数：3级高压加热+1级除氧加热+4级低压加热 给水泵驱动方式：小汽轮机驱动 低压末级叶片长：905mm 净热耗率：7892kj/kw.h（额定工况下） 临界转速：高中压转子一阶：1732r/min；二阶：＞4000r/min 低压转子一阶：1583r/min；二阶：＞4000r/min 振动值：工作转速下轴颈振动值≤0.075mm； 过临界时轴颈振动最大允许值0.2mm。 轴振：正常：0.076mm，报警：0.125mm，脱扣：0.25mm。 二、主要性能 1、厂用抽汽量四段为82t/h，五段为35t/h。 2、额定功率工况：汽轮机主汽门前压力、温度、再热汽门前温度和汽机背压均为额定值，回热系统正常投运，补给水率为零，发电机效率为98.7%时，发电机出线端发出额定功率的工况，为本机组的额定功率工况，也是本机组的保证工况。 3、夏季工况：汽轮机背压为0.0118MPa、主汽门、再热汽门前蒸汽参数为额定值，回
第二节 进汽阻力损失和排汽阻力损失 2.2.1 进汽阻力损失 蒸汽进入汽轮机的第一级之前必须先经过主汽门，调节汽门和蒸汽室，经过这些机构时将产生压降，其中主汽门和调节汽门的压降最大，若忽略蒸汽通过进汽机构的散热损失，则蒸汽通过进汽机构的过程为一节流过程，即蒸汽通过进汽机构后虽有压力下降，但比焓值不变，由于节流的存在引起的理想比焓降损失，称为进汽阻力损失。 蒸汽通过进汽结构时的节流损失与气流速度、阀门类型、阀芯型线以及汽室形状等因素有关。一般在设计上要求流过主气门，管道等的蒸汽速度小于或等40~60m/s ，蒸汽的进汽压力降落0p ?控制在下式范围之内： 00 00)05.0~03.0(p p p p ='-=? （2.2.1） 为了减小进汽阻力损失，可限制蒸汽流速，但并不能从根本上解决问题。根据连续方程，流速减小势必增大通流面积，这将使气门的尺寸加大，体积庞大，给制造、安装、运行都带来一定的困难。因此，降低进汽阻力损失的主要方法：改善蒸汽在气门中的流动特性。 2. 2.2 排汽阻力损失 进入汽轮机的蒸汽在作完功后，从末级动叶出来经排汽管排出，蒸汽在排汽管中流动时，由于摩擦，涡流，转向等阻力作用而有压力下降，这部分没做功的压将损失，称为汽轮机的排汽阻力损失。
排汽阻力损失c p ?的大小取决于蒸汽在排汽管中的流速、排汽部分的结构形式以及型线的好坏等，一般可用下列公式估算： c ex c p c p 2)100 (λ=? kPa （2.2.2） 式中 λ——排汽管的阻力系数； ex c ——排汽管中气流速度； c p ——排汽管出口压力，对于凝汽式机组为凝汽器候部压力。 排汽管中的汽流速度，对于凝汽式机组s m c ex /200~100≤，对于背压式机组s m c ex /60~40≤。 阻力系数λ的变化范围较大，对于凝汽式机组，凝汽器一般布置在汽轮机的下面，气流在排汽管中的方向要改变90°，损失较大，这时阻力系数1.0~05.0=λ。 一般情况下，汽轮机排汽阻力损失c c p p )06.0~02.0(=?。 对于大功率凝汽式汽轮机，由于末级蒸汽流量c G 较大，也较大，故总的 2c
第一章汽轮机级的工作原理 三、简答题 1．速度比和最佳速比 答：将（级动叶的）圆周速度u与喷嘴出口（蒸汽的）速度c1的比值定义为速度比，轮周效率最大时的速度比称为最佳速度比。 2．假想速比 答：圆周速度u与假想全级滞止理想比焓降都在喷嘴中等比熵膨胀的假想出口速度的比值。 3．汽轮机的级 答：汽轮机的级是汽轮机中由一列静叶栅和一列动叶栅组成的将蒸汽热能转换成机械能的基本工作单元。 4．级的轮周效率 答：1kg蒸汽在轮周上所作的轮周功与整个级所消耗的蒸汽理想能量之比。 5．滞止参数 答：具有一定流动速度的蒸汽，如果假想蒸汽等熵地滞止到速度为零时的状态，该状态为滞止状态，其对应的参数称为滞止参数。 6．临界压比 答：汽流达到音速时的压力与滞止压力之比。 7．级的相对内效率 答：级的相对内效率是指级的有效焓降和级的理想能量之比。
8．喷嘴的极限膨胀压力 答：随着背压降低，参加膨胀的斜切部分扩大，斜切部分达到极限膨胀时喷嘴出口所对应的压力。 9．级的反动度 答：动叶的理想比焓降与级的理想比焓降的比值。表示蒸汽在动叶通道内膨胀程度大小的指标。 10．余速损失 答：汽流离开动叶通道时具有一定的速度，且这个速度对应的动能在该级内不能转换为机械功，这种损失为余速损失。 11．临界流量 答：喷嘴通过的最大流量。 12．漏气损失 答：汽轮机在工作中由于漏气而产生的损失。 13．部分进汽损失 答：由于部分进汽而带来的能量损失。 14．湿气损失 答：饱和蒸汽汽轮机的各级和普通凝汽式汽轮机的最后几级都工作与湿蒸汽区，从而对干蒸汽的工作造成一种能量损失称为湿气损失。 15．盖度 答：指动叶进口高度超过喷嘴出口高度的那部分叶高。 16．级的部分进汽度
课程设计说明书 题目： B100-8.83/1.27多级背压式汽轮机设计
说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。 2015年12月21日
目录 一、课程设计的目的与要求 (1) 二、课程设计题目 (2) 三、课程设计内容 (2) 四、计算汇总列表 (24) 五、汽轮机通流图 (26) 六、课程设计总结 (27) 七、参考文献 (27)
一、课程设计的目的与要求 1．系统地总结、巩固并应用《汽轮机原理》课程中已学过的理论知识，重点掌握汽轮机热力设计的方法、步骤。 2．汽轮机热力设计的任务，一般是按照给定的设计条件,确定流通部分的几何参数，力求获得较高的相对内效率。就汽轮机课程设计而言其任务通常是指各级几何尺寸的确定及级效率和内功率的计算。 3．汽轮机设计的主要内容与设计程序大致包括： (1) 分析并确定汽轮机热力设计的基本参数，如汽轮机容量、进汽参数、转速、排汽压力或循环水温度、回热加热级数及给水温度、供热汽轮机的供汽压力等。 (2) 分析并选择汽轮机的型式、配汽机构型式、通流部分形状及有关参数。 (3) 拟定汽轮机近似热力过程线和原则性热力系统，进行汽耗量与热经济性的初步计算。 (4) 根据汽轮机运行特性、经济要求及结构强度等因素，比较和确定调节级的型式、比焓降、叶型及尺寸等。 (5) 根据流通部分形状和回热抽汽压力要求，确定压力级的级数，并进行各级比焓降分配。 (6) 对各级进行详细的热力计算，求出各级流通部分的几何尺寸、相对内效率和内功率，确定汽轮机的实际热力过程线。 (7) 根据各级热力计算的结果，修正各回热抽汽点压力以符合实际热力过程线的要求。 (8) 根据需要修正热力计算结果。 (9) 绘制流通部分及纵剖面图。 4．通过设计对整个汽轮机的结构作进一步的了解，明确主要部件在整个机组中的作用、位置及相互关系。 5．通过设计了解并掌握我国当前的技术政策和国家标准、设计资料等。 6．所设计的汽轮机应满足以下要求： (1) 运行时具有较高的经济性。 (2) 不同工况下工作时均有高的可靠性。