田松峰汽轮机原理第三章.ppt

1、第三章 汽轮机的变工况特性,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 小容级流量工况与叶片颤震 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,喷嘴的变工况特性,缩放喷嘴背压渐高于设计值时，将先在喷嘴出口处，后在喷嘴渐放段内产生冲波，超音速经过冲波，流速大为降低，损失很大，所以缩放喷嘴处于背压高于设计值的工况下运行效率很低。渐缩喷嘴背压高于设计值时不会出现冲波，速度系数很高，变工况效率仍然较高。 渐缩喷嘴前

2、后参数都变化时的流量变化 设计工况与变工况下喷嘴均为临界工况（喷嘴出口流速达到或超过临界速度时，称喷嘴处于临界工况） 设计工况和变工况下的临界流量之比为 表明在不同工况下的喷嘴的临界流量正比于处压或滞止初压。 设计工况与变工况下喷嘴均为亚临界工况，若不考虑温度变化，则流量比为 渐缩喷嘴初压背压与流量的关系(曲线关系见课本P133).附带说明：图中虚线对渐缩喷嘴不适应，但适用于缩放喷嘴，曲线哟一定的物理意义。滞止初压，滞止初比容于喷嘴面积不变时，设计背压减小会使喷嘴的流量降低。原因是随着设计背压的减小，设计压比减小，缩放喷嘴的膨胀度必然增大，而出口面积已规定不变，故膨胀度增大使缩放喷嘴喉部面积减

3、小，于是缩放喷嘴的流量随临界面积的减小而减小。另从连续性方程Gt=An*Ct/Vt来看，由于超音速区域随压比减小，即随着比焓降增大，比容增大的较大而流速相对增加的较小，因此当设计背压降低时，喷嘴面积不变，流量必定减小。,级与级组的变工况特性,级内压力与流量的关系 级内为临界工况（级内的喷嘴叶栅或动叶栅两者之一的流速达到或超过临界速度，就称该公况为临界工况） 级的工况变化前后喷嘴流速均达到或超过临界值，不论动叶中流速是否达到临界值，此级的流量与滞止初压或初压成正比（不考虑温度的变化） 级的工况变化前后喷嘴流速均未达到临界值而动叶内流速达到或超过临界值时，只要采用动叶的相对热力参数，喷嘴的变工况的

4、结论都可用在动叶上。 级内为亚临界工况（级内喷嘴和动叶出口气流速度均小于临界速度，则称该工况为压临界工况）若不考虑温度的变化，可得两工况下的流量的近似比： 级组压力与流量的关系 工况变化前后级组均为临界工况 在各级通流面积不变的条件下，处于亚临界工况的级组，若级组前后压差由小变大，则各级流量和流速也要增大，这时一般是级组内最后一级最先达到临界速度，这是因为 后面级的比容较大，其平均直径比前面的大，若相邻两级的速比和反动度基本相同，则后一级的比焓降较大，流速也常最大 最后一级的蒸汽绝对温度最低，当地音速最小，,亚临界工况级组中某一级的喷嘴或动叶的气流速度刚升到临界速度时，级组前后的压力比称为级组

5、临界压力比。若不考虑温度变化，设计工况与变工况下的临界流量比为： 工况变化前后均为亚临界工况 弗留格尔公式： ，它是级组在亚临界工况下的级组流量与压力的近似关系式。 由弗留格尔公式可见，级组内级数月多，同一初压下的临界压力相对的越接近零，应用它计算的误差越小，反之误差越大；不论级组内级数多少，在设计工况下应用弗留格尔公式时，各参数相等，因此没有误差，偏离设计工况越近，误差越小，反之误差越大；背压与初压相等，设计流量为零时，应用弗留格尔公式的计算误差为零。 应用弗留格尔公式分析问题解决实际问题。 压力与流量关系式的应用条件 在推导和实验求取压力与流量的关系式时，都规定了工况变动前后通汽面积不变，

6、因此应用这些关系式时，也必须保持设计工况和变工况下通汽面积不变。 级组内各级流量相同是推导和实验求取压力和流量关系式的又一前提。 流过级组内各级的蒸汽应是一股均质汽流，调节级多数情况下流过两股初压不同的汽流，整个调节级不能包括在级组内，其流量也不能单独的用级的压力与流量的关系进行计算，故级常从末级算起，以便把末级参数作为已知量参与运算。,级的比焓降的变化规律 凝汽式汽轮机初压，背压均与流量成正比的非调节级，流量变化时级的理想比焓降基本不变。对凝汽式汽轮机的最末一级，在流量大于最小临界流量，初压正比于流量，但背压不与流量成正比，背压不变，流量增大，理想比焓降增大；反之，流量减小，理想比焓降减小。

7、 背压式汽轮机的非调节级在忽略温度变化时，由弗留格尔公式可得变工况下理想比焓降与流量的关系曲线（详见课本） 反动度的变化规律，反动度的变化主要是速比变化引起的，也受压比的影响 反动度的变化规律是：级的比焓降增大，即速比减小时，反动度减小，；级的比焓降减小，级速比增大时，反动度增大。设计反动度较小的级，比焓降变化时反动度变化较小；反之，变化较小；反动级的反动度基本不变。 对于凝汽式汽轮机末级，在蒸汽流量不变且动叶出口流速已超过临界速度的条件下，若排汽压力下降，则动叶比焓降增大而喷嘴的滞止理想比焓降不变，这是因为末级动叶前压力与动叶临界流量成正比，流量不变则初压力不变，末级喷嘴前滞止压力与级的临界

8、流量成正比，流量不变则滞止初压不变。即级的理想比焓降增大式反动度增大，对于调节级，当动叶流速超过临界速度时，也是如此。 撞击损失 设计工况下，汽流尽蠕动叶栅的相对运动方向与动叶进口角一致，气流能平滑的进入动叶。级的比焓降改变时，会使汽流进入动叶的相对方向改变，从而使动叶附面层厚度改变，叶型损失增加，这一附加损失称为撞击损失。,配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响,节流配汽 节流配汽汽轮机定压运行的主要缺点是，低负荷时调节汽门中节流损失较大，使扣除进汽机构节流损失后的理想比焓降减小的较多。常用节流效率表示节流损失对汽轮机经济性的影响。与喷嘴配汽相比，其优点是没有调节级，结构简单，制造成本低，定

9、压运行流量变化大，各级温度变化较小，对负荷变化适应性较好。 喷嘴配汽 喷嘴配汽与节流配汽相比，节流损失较小，效率较高，这是喷嘴配汽的主要优点。喷嘴配汽调节级即使各个调节汽门均已全开，仍部分进汽，且调节级的余速不能被利用，而节流配汽初容量小外，第一级就是全周进汽，没有部分进汽损失，而且第一级的余速动能可被第二级利用，因此在额定功率下，喷嘴配汽汽轮机的效率比节流配汽的稍低。 喷嘴配汽的主要缺点是，定压运行时调节级汽室几个高压级在变工况下温度变化都较大，从而引起较大的热应力，这常成为限制这种汽轮机迅速改变负荷的主要因素。 喷嘴配汽汽轮机不论定压运行还是滑压运行，即可承担基本负荷，又可用于调峰。定压运

10、行的背压式和调节抽汽式汽轮机易采用喷嘴配汽方式，以减小节流损失。,调节级的最危险工况 当只有第一调节汽门全开而其他调节汽门关闭时，非但第一级的理想比焓降最大，而且流过第一喷嘴组的流量是第一喷嘴组的最大流量，这股流量集中在第一喷嘴组后的少数动叶上，使每片动叶分摊的蒸汽流量最大。动叶的蒸汽作用力正比于流量和比焓降之积，因此当第一调节汽门全开而其他调节汽门都关闭时，调节级动叶受力最大，是危险工况，调节机动叶强度应以这一功况核算。 轴向推力的变化规律 变工况时全机的轴向推力的变化规律与配汽方式有关。轴向推力过大将使转子轴向位移过大，使转子与静子的轴向位移间隙减小以至消失，使动静之间产生摩擦及损坏。 级

11、的轴向推力大小主要取决于级前后压差与反动度的乘积，因此级的变工况下的轴向推力与设计工况下的轴向推力可用下式来表示：,滑压运行的经济性与安全性,滑压运行的概念 汽轮机滑压运行时，调节汽门全开或开度不变。根据负荷大小调节进入锅炉的燃料量，给水量和空气量，使锅炉出口汽压和流量随负荷升降而升降，但出口气温不变，因此汽轮机的进汽温度维持额定值不变，而进汽压力与流量都随负荷升降而增减，可借以调节汽轮机的功率。 汽轮机的近汽压力随外界负荷增减而上下滑动，故称滑压运行，也称变压运行。 滑压运行分为三种方式： 纯滑压运行方式：纯滑压运行汽轮机不需要调节级，第一级应全周进汽，调节汽门全开，只靠锅炉出口蒸汽压力和流

12、量的改变来调节机组负荷，由于锅炉存在热惯性，符合调节存在滞后现象。 节流滑压运行：节流滑压运行也不需要调节级，第一集全周进汽，节流调节汽门预先关小，进行滑压运行，这种调节方式的缺点是节流调节汽门中有节流损失。 负荷滑压运行方式，这是一种定压与滑压相结合的一种运行方式，是目前调峰机组最常用的一种方式，它使机组在所有变负荷区域内都有较高的经济性。 机组滑压运行的经济性 滑压运行机组与定压运行机组在同一流量下，中低压缸的热力过程线都一样，经济性只比较高压缸的热经济性即可。滑压运行机组高压缸在部分负荷时的相对内效率高于定压运行机组，这是因为滑压运行时主蒸汽温度不变，虽然主蒸汽质量流量和压力都随负荷减小

13、而减小，但各种负荷下新政汽容积流量基本不变。容积流量不变使各级喷嘴，动叶出口的流速不变，比焓降和内效率都不变,而喷嘴配汽定压运行机组在部分负荷下调节级效率下降较多，节流配汽定压运行机组在部分负荷下节流损失较大。 滑压运行机组在部分负荷下的锅炉给水压力降低，用变速给水泵课降低给水泵耗功，这是一个不小的数值，因此低负荷时给水泵耗功的减小将给滑压运行机组的热经济性带来明显益处。 滑压运行机组的安全性与灵活性 定压运行喷嘴配汽汽轮机调峰时，若迅速改变负荷或夜间停机和启动，特别是调节级引起较大的温度变化或热应力，这是限制该机组调峰灵活性的主要障碍，也是影响机组的安全可靠运行的关键问题。定压运行节流配汽时

14、，高压缸各级温度变化虽不大，但节流损失较大，热经济性较低，只有滑压运行最适宜于调峰。 滑压运行机组负荷变化时高压缸各级温度几乎不变，热应力和热变形很小，这就大大增强了机组调峰的灵活性和安全性。滑压运行机组在负荷降低时，能保持中间再热温度稳定，喷嘴配汽定压运行机组负荷下降时，因高压缸排汽温度下降，中压缸进汽温度有所下降，这不仅影响效率，而且引起热应力和热变形。滑压运行机组高压缸排汽温度稳定，中压缸进汽温度叶稳定。由此可见，滑压运行机组的安全性和灵活性都高于定压运行。 初终参数对汽轮机的影响 初温不变，初压升高过多，使主蒸汽管道，主汽门，调节汽门，导管等承压部件内部应力增加，若调节汽门开度不变，初

15、压增加，致使新汽比容减小，蒸汽流量增加，零件受力增大，各级叶片的受力正比于流量而增大，特别是末级的危险性最大，因为流量增大时末级比焓降增大的很多，而叶片的受力正比于流量何必焓降之积，故对应力水平已很高的末级叶片的运行安全性可能带来危险。,汽轮机的工况图与热电联产,热电联产：热电联合能量生产，它是将燃料的化学能转换为高品位的热能用以发电，同时将以在供热或汽轮机中做部分功后的地位能对外供热，从而提高热效率。 汽轮发电机组的功率与汽耗量见的关系曲线称为汽轮发电机组的工况图，也成汽耗线。 节流配汽凝汽式汽轮机工况图，其汽耗特性方程为： 汽轮机的空载汽耗，即汽轮发电机组保持空转时，为克服机械损失所消耗的蒸汽量。 汽耗微耗率，表示每增加单位功率所需要增加的汽耗量。 喷嘴配汽凝汽式汽轮机工况图（见P200) 背压式汽轮机 （背压式汽轮机加热级数示意图） 凝汽式汽轮机的排汽热量式冷源损失，数量很大，若能把排汽压力提高，八排汽热量加以利用，或从汽轮机中抽出做过部分功的蒸汽来供热，就可大大提高蒸汽动力装置的热效率。这种既发电又供热的汽轮机称为热电式汽轮机或称供热式汽轮机。主要有背压式，调节抽汽式与调节抽汽背压式。,初温不变，初压降低一般不会带来危险。 。蒸汽初温和再热温度对安全性影响。（P