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。 
                                     h  s ? 
    蒸汽在多级汽轮机中膨胀作功过程可以用                       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p c  为汽轮机的排汽压力，也称为汽轮机 
的背压，ΔH t     为汽轮机的理想焓降，ΔH i  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 
          ΔH                   Δh   H     Δh    ΣΔ 。整个汽轮机的内功率等于 
              i                  i           i      i 
各级内功率之和。汽轮机的相对内效率为： 
                                      65 
                                ΔH 
                                   i 
                          ηri                    （2-1 ） 
                                ΔH 
                                   t 
    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。                                      图2-1  多级汽轮机的热力过程 
     （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： 
                                         * 
                          Δh  ? Δh ?Δh      ∑ 
                                Δhi      t           c2 
     
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