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第三章汽轮机的变工况,教学目标：,会利用流量网图计算变工况,知道不同调节方式对变工况的影响,能回答蒸汽参数变化对汽轮机工作的影响,重点：,喷管、级、级组的变工况规律,利用流量网图计算变工况,不同调节方式对汽轮机变工况的影响,蒸汽参数变化对汽轮机工作的影响,第三章汽轮机的变工况,第三章汽轮机的变工况,本节内容：第一节喷管的变工况第二节级与级组的变工况第三节汽轮机的调节方式及调节级变工况第四节参数变化对汽轮机工作安全性的影响,3.1喷管的变工况,研究变工况的目的，在于分析汽轮机变工况下的热力过程，了解其效率的变化及主要零部件的受力情况，以保证在变工况下安全、经济地运行,分析喷管变工况的目的是分析喷管前后的蒸汽压力与喷管流量的关系,引言：,3.1喷管的变工况,基本概念：,运行时各种参数都保持设计值,即汽轮机在设计条件下的工况,变工况：与设计条件不相符的工况,经济功率：汽轮机在设计条件下所发出的功率,额定功率：汽轮机长期运行所能连续发出的最大功率,不同工况下热力过程，蒸汽流量、蒸汽参数的变化，不同调节方式对汽轮机工作的影响，保证机组安全、经济运行,研究目的：,设计工况：,3.1喷管的变工况,一、渐缩喷管,渐缩喷管变工况,（1）当,即压力比,时，,如图左侧abc曲线所示，流量如图中d点所示,（2）当,即,时，,如图中曲线ab1c1所示,（3）当,即压力比,如图中曲线ab2c2所示,（4）当,，即,时，,如图中曲线ab2b3c3所示,3.1喷管的变工况,渐缩喷嘴流量与出口压力的关系曲线,如图中曲线AB1C1所示,故:,称为彭台门系数，这样，通过喷管的任意流量G可表示为：,3.1喷管的变工况,渐缩喷管流量网图,3.1喷管的变工况,当喷管的初终参数都变化时，则在变工况下的流量为：,式中的下标“1”表示变工况后的参数，则：,如近似地将蒸汽视为理想气体，并应有状态方程于pv=RT上式,则得,如果喷管初压变动是由于蒸汽节流而发生的，则因为节流过程中pv为常数，在上述情况中有,于是,则得,3.1喷管的变工况,如果变工况前后均为临界工况，则,故有,当略去初温变化时，则有,上式表明，不同工况下的临界流量与初压成正比,运用以上各式，便可进行喷管的变工况计算，即可由已知的工况确定任意工况下的流量或压力,3.1喷管的变工况,二、缩放喷管的变工况,设计背压p1：保持蒸汽在斜切部分不膨胀的最低背压,特征背压p1a：喷嘴喉部保持临界状态的最高背压,极限背压p1d：在斜切部分膨胀达到极限时对应的压力,速度系数随压力比的变化曲线,3.1喷管的变工况,小结：,熟悉渐缩喷管变工况了解缩放喷管变工况掌握用流量网图计算变工况,3.2级与级组的变工况,一、变工况下级前后参数与流量的关系,研究汽轮机级的变工况特性，主要是分析级中各参数随流量变化而变化的基本规律。,（一）级在临界工况下工作,1、工况变化前后喷管均处于临界状态,此时通过的流量只与喷管前的蒸汽参数有关，而与喷管后和级后压力无关,3.2级与级组的变工况,2、工况变化前后动叶处于临界状态,结论：只要级在临界状态下工作，不论临界状态是发生在喷嘴中还是发生在动叶中，通过该级的流量均与级前压力成正比，而与级后压力无关。,3.2级与级组的变工况,（二）级在亚临界下工作,结论：当级内未达到临界状态时，通过级的流量不仅与级前参数有关，而且还与级后参数有关。,（三）一种工况下级处于临界状态，而在另一种工况下级处于亚临界状态，对于这种情况，无法给出级内流量与蒸汽参数之间的具体关系式,3.2级与级组的变工况,二、变工况下级组前后参数与流量的关系,基本概念：,级组：多级汽轮机中一些流量相等，工况变化时通流面积不变的相邻若干级的组合。级组的临界压力：当级组中任一级处于临界状态时级组的最高背压。级组的临界压力比：级组的临界压力pzcr与级组的初压之比，用zcr表示。其大小与级组中级数的多少有关。,3.2级与级组的变工况,知道变工况下级、级组前后参数与流量的关系熟悉凝汽式汽轮机变工况规律,小结：,3.3汽轮机的调节方式及调节级变工况,汽轮机的功率方程,由上式可知，要改变汽轮机的功率，可改变流量D或焓降Ht,从结构上看汽轮机的调节方式有：喷嘴调节、节流调节,从运行方式上看有：定压调节和滑压调节,一、节流调节,节流调节示意图,1、定义：所有进入汽轮机的蒸汽都经过一个或几个同时启闭的调节阀，然后进入第一级喷嘴。,3.3汽轮机的调节方式及调节级变工况,调节级的热力过程线,2、节流调节的调节过程,节流调节的热力过程线如图所示,结论：节流调节第一级的变工况特性与中间级完全相同。,3.3汽轮机的调节方式及调节级变工况,3、节流后汽轮机的相对内效率,节流效率曲线,th节流效率,节流效率的大小取决于流量和蒸汽参数,3.3汽轮机的调节方式及调节级变工况,4、节流调节的特点,（1）节流调节的结构较简单、制造成本低；（2）工况变动时，各级焓降(除最末级外)变化不大，故各级前的温度变化很小，从而减小了由温度变化而引起的热变形与热应力，提高了机组的运行可靠性和机动性；（3）在部分负荷下由于节流损失，机组经济性下降。,5、节流调节的应用节流调节一般用在小机组以及承担基本负荷的大型机组上。,3.3汽轮机的调节方式及调节级变工况,二、喷嘴调节及调节级变工况,喷嘴调节：将汽轮机的第一级喷嘴分成若干组，每组各有一个调节阀控制，当汽轮机的负荷改变时，依次开启或关闭各调节阀，以调节汽轮机的进汽。,基本概念：,喷管调节结构示意图1主汽阀；2进汽室；3喷管组,3.3汽轮机的调节方式及调节级变工况,调节级：采用喷嘴调节的汽轮机第一级，其通流面积随负荷的改变而改变，故称该级为调节级。该级后的汽室常称为调节级汽室。,为了研究调节级，做以下假设：,调节级的反动度m=0，且工况变动时反动度保持不变，因此p1=p2；,全开阀后的压力不随流量的增加而降低；,各调节气阀的开启和关闭完全没有重叠度，即前一个阀完全开启后，后一个才开启；,调节级后的蒸汽压力p2与蒸汽流量成正比，而不受调节级后的温度变化的影响,3.3汽轮机的调节方式及调节级变工况,1、调节级的变工况分析,调节级的变工况曲线（a）各喷管组前压力分布曲线（b）各喷管组流量分布曲线,第一调节阀开启过程中：,阀后压力(即喷嘴前压力)与流量成正比，当阀门全开时，达到最大,焓降的变化：由于压力比保持不变，所以焓降也保持不变。但随着第二、第三调节阀的开启，焓降将逐渐减小。,调节级后压力一直小于临界压力，故通过该组喷嘴的流量为临界流量。,3.3汽轮机的调节方式及调节级变工况,第二调节阀开启过程中：,第二组喷嘴将从非临界状态过渡到临界状态。在喷嘴达临界之前，喷嘴压力比随流量的增加而减小，喷嘴达临界后压力比则保持不变。,第三调节阀开启过程中：,第三组喷嘴中一直达不到临界状态；喷嘴压力比随流量的增大而减小。,第四调节阀开启过程中：,第四调节阀为过负荷阀；第四组喷嘴的变工况特性与第三组喷嘴相同。,3.3汽轮机的调节方式及调节级变工况,调节级焓降是随汽轮机流量的变化而改变的。流量增加时，部分开启阀门所控制的喷嘴组焓降增大，全开阀门所控制的喷嘴组焓降减小。,综上所诉：,在第一调节阀全开而第二调节阀尚未开启时：,调节级焓降达最大值；,级前后的压差最大,流过该喷嘴的流量亦最大,级的部分进汽度则最小，致使调节级叶片处于最大的应力状态。,所以当进行调节级强度核算时，最危险工况不是汽轮机的最大负荷，而是第一调节阀刚全开时的运行工况。,3.3汽轮机的调节方式及调节级变工况,2、调节级的热力过程及效率曲线,调节级的热力过程线,混合后的焓值h2可由热平衡方程求得：,3.3汽轮机的调节方式及调节级变工况,调节级效率曲线,从图中可见，调节级效率曲线具有明显的波折状。这是因为阀全开时，节流损失小，效率较高。在其它工况下，通过部分开启阀的汽流受到较大的节流，使效率下降。,3.3汽轮机的调节方式及调节级变工况,3、喷嘴调节的特点：,（1）喷嘴调节的结构较复杂、制造成本高；（2）工况变动时，调节级汽室温度变化大，从而增加了由温度变化而引起的热变形与热应力，限制了机组的运行可靠性和机动性;（3）在部分负荷下的效率高于节流调节。,4、喷嘴调节的应用：大容量机组和背压机组,3.3汽轮机的调节方式及调节级变工况,小结：,了解节流调节熟悉喷嘴调节及调节级变工况能分析调节级危险工况,3.4蒸汽参数变化对汽轮机工作安全性的影响,汽轮机除流量变化外，当蒸汽初终参数变化运行时，也属于汽轮机变工况运行范围。,一、蒸汽初压p0、再热压力pr变化过大对安全性的影响,1、初温不变，初压p0、再热压力pr升高,初温不变，初压升高过多，将使主蒸汽管道、主汽门、调节汽门、导管及汽缸等承压部件内部应力增大；对末级叶片的运行安全性可能带来危险；初压升高、流量增大还使轴向推力增大。,2、初温不变，初压p0、再热压力pr降低,初温不变，初压降低一般不会带来危险；初压降低时，若所发功率不减小，甚至仍要发出额定功率，必将使全机蒸汽流量超过额定值，这时若各监视段压力超过最大允许值，使轴向推力过大，这是危险的。,3.4蒸汽参数变化对汽轮机工作安全性的影响,二、蒸汽初温t0和再热蒸汽温tr变化过大对安全性的影响,1、p0与pr不变，t0与tr升高,p0与pr不变，t0与tr升高将使锅炉过热器和再热器管壁，新汽和再热蒸汽管道，高中压主汽门和调节汽门，导管及高中压缸部件的温度都升高，影响安全，缩短机组寿命。,2、p0与pr不变，t0与tr降低,新汽温度和再热蒸汽温度降低时，影响安全的关键是下降的速度。,3.4蒸汽参数变化对汽轮机工作安全性的影响,三、真空恶化和排汽温度过高对安全性的影响,（1）真空恶化和排汽温度过高时，对于转子轴承座与低压缸联成一体的机组来说，排汽缸的热膨胀将使轴承座抬起，转子对中性被破坏