汽轮机的变工况特性(20141013).pptVIP

1 汽轮机原理PrincipleofSteamTurbine 重庆大学本科课程 2014 10 授课教师 陈艳容 2 第五章汽轮机的变工况特性 第一节变工况下级的压力与流量的关系第二节变工况下级的比焓降和反动度的变化规律第三节配汽方式和调节级的变工况特性第四节凝汽式汽轮机的工况图第五节蒸汽初终参数变化对汽轮机工作的影响第六节汽轮机变工况热力核算 3 1 什么是工况 设计工况 变动工况 设计工况 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 也称为经济工况 变动工况 外界负荷 蒸汽参数及转速等运行参数发生变动 偏离设计值的工况 第五章汽轮机的变工况特性 2 研究变动工况的目的了解汽轮机在不同工况下的效率变化不同调节方式对汽轮机工作的影响了解汽轮机在不同工况下受力情况 从而保证机组在变工况下安全 经济运行 4 3 引起工况变化的原因 第五章汽轮机的变工况特性 4 研究方法 a 蒸汽初 终参数变化b 通流部分工作状态变化c 转速 进汽调节方式d 回热系统运行方式发生变化 外扰 a 一次调频的要求b 二次调频的要求 内扰 第一类负荷变化引起的频率偏差而产生的负荷调节过程 该负荷变化具有变化周期短 变动幅度很小的特点 是一种随机负荷波动 第二类负荷变化引起的频率偏差而产生的负荷调节过程 该负荷变化具有负荷变化慢 幅度大的特点 具有一定的可预测性 在选定参考工况 如设计工况或最大工况下 以喷嘴及动叶非设计工况的运行特性和小参数变化简化分析为基础 分析估算流量与热力参数相对于参考工况的变化 5 一 渐缩喷嘴的流量变化 第一节变工况下级的压力与流量的关系 6 1 分析 对于式 5 1 第一节变工况下级的压力与流量的关系 B A 7 图5 1渐缩喷嘴流量与出口压力的关系曲线 2 当初压不变 对于任意一背压 通过渐缩喷嘴的流量为 3 将BC段流量曲线近似为椭圆1 4线段 第一节变工况下级的压力与流量的关系 彭台门系数的近似计算公式 比较简单 8 第一节变工况下级的压力与流量的关系 一 渐缩喷嘴压力与流量的关系 分析 9 第一节变工况下级的压力与流量的关系 一 渐缩喷嘴压力与流量的关系 2 当喷嘴前后参数同时变化时 压力流量关系式 分析 1 前后两种工况都为亚临界 1 1 1 通过喷嘴的流量和喷嘴前 后的参数变化都有关系 2 前后两种工况都为临界 1 1 通过喷嘴的流量只和喷嘴前的参数变化有关系 忽略温度的变化 10 图5 2减缩喷嘴的流量压力曲线 前面所讲流量曲线ABC 每一工况对应一根曲线 不方便 为了扩大适应性 改用压力比 流量比作为坐标 作出流量曲线 3 流量压力曲线 则流量比为 根据前面所讲椭圆方程 根据上式作图 5 2 的流量压力曲线 图中 三个中只要已知其中的二个 则可以求得第三个 第一节变工况下级的压力与流量的关系 对于一种工况采用一根相应的流量曲线与之对应 11 第一节变工况下级的压力与流量的关系 一 渐缩喷嘴压力与流量的关系 例 已知 p0 1MPa p01 0 9MPa p1 0 7MPa p11 0 8Mpa t0 320 t01 305 求流量的变化 12 第一节变工况下级的压力与流量的关系 一 渐缩喷嘴压力与流量的关系 例 用解析法求一例中流量的变化 13 第一节变工况下级的压力与流量的关系 二 级的变工况 一 级前的压力 流量关系1 级在临界工况下工作 因此可得出结论 只要级在临界状态下工作 不论临界状态发生在喷嘴还是动叶中 通过该级的流量均与级前压力成正比 而与级后压力无关 14 第一节变工况下级的压力与流量的关系 二 级的变工况 一 级前的压力 流量关系2 级在亚临界工况下工作 结论 当级内流动未达到临界状态时 通过该级的流量不仅与级前压力有关 而且与级后压力也有关 忽略温度的变化 设计工况为亚临界工况的流量方程 变工况为亚临界工况的流量方程 可得变工况前后级的流量变化关系 15 第一节变工况下级的压力与流量的关系 二 级的变工况 一 级前的压力 流量关系3 一种工况在临界状态 另一种状态在亚临界状态 该情况一般只发生在凝汽式汽轮机最后一级和调节级中 无法给出级的流量与蒸汽参数之间的具体关系式 对于该情况就需要对变工况进行详细的核算 16 第一节变工况下级的压力与流量的关系 二 级的变工况 二 级组前后压力 流量关系 级组 由流量相同的若干连续排列的级所组成 可以是汽轮机中的某几个流量相同的连续级 也可以是整个汽轮机 END13 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 级组前后有压力测点 中间一般不装 级组前后的压力测点称为监视压力 第二抽汽口 调节级 第一抽汽口 17 第一节变工况下级的压力与流量的关系 二 级的变工况 二 级组前后压力 流量关系 1 级组内各级均未达到临界状态 是否处于临界状态的判据 末级的状态 当末级处于临界状态时 机组就处于临界状态 否则处于亚临界状态 5 10a 和 5 10b 称为弗留格尔公式 END13 由级的压力流量关系式 书5 8a 推导可得级组内各级均未达到临界状态时 变工况前后级组的前后的蒸汽参数与流量变化关系式 18 弗留格尔公式 它表明 当工况变化前后级组均未达到临界状态时 级组的流量与级组前后压力平方差的平方根成正比 第一节变工况下级的压力与流量的关系 二 级的变工况 二 级组前后压力 流量关系 1 级组内各级均未达到临界状态 19 第一节变工况下级的压力与流量的关系 二 级的变工况 二 级组前后压力 流量关系 1 级组内各级均未达到临界状态 2 弗留格尔公式分析 对于凝汽式汽轮机 如果机组的级数足够多 末级的压力相对与初始压力而言很小 则公式可简化为 可见 除了最后一 二级以外 凝汽式汽轮机各级级组前压力与流量成正比关系 20 去掉第一压力级 将剩余压力级取成一个级组 与上同理可得 依次类推 凝汽式汽轮机高 中压各级 均有 凝汽式汽轮机高 中压各级级前压力与流量成正比 对于凝汽式汽轮机 如果机组的级数足够多 末级的压力相对与初始压力而言很小 则公式可简化为 第一节变工况下级的压力与流量的关系 21 除了最后一 二级以外 凝汽式汽轮机各级级组前压力与流量成正比关系 因此流量压力曲线为直线关系 第一节变工况下级的压力与流量的关系 22 第一节变工况下级的压力与流量的关系 二 级组前后压力 流量关系 2 级组内达到临界状态 2 弗留格尔公式分析 先忽略温度变化 可见 在工况发生变动时 如果级组的最后一级始终在临界状态下工作 则通过该机组的流量与级组中所有各级的初压成正比 汽轮机的各压力级的比焓降是从高压向低压逐级增加 因此如果级组内达到临界状态 首先是末级达到临界状态 假设第III级达到临界状态 则 第II级达到未临界状态 则 同一级组内各级流量相等 即 23 第一节变工况下级的压力与流量的关系 三 弗留格尔公式的应用 1 应用条件 对于调节级 只有当第一调节汽门开大或关小而其他调节汽门均关闭时 通汽面积才不变 才可把调节级包括在级组内 若调节级在变工况过程中多开了或关闭了一个调节汽门 则改变了通汽面积 就不能包括在级组内 也不能对调节级单独应用级的流量与压力的关系式进行计算 24 第一节变工况下级的压力与流量的关系 三 弗留格尔公式的应用 1 应用条件 2 通过同一级组各级的流量应相同 对于凝汽式机组 各级回热抽汽是按一定比例 与总进汽量之间存在着正比关系 可不考虑其影响 而把除调节级之外的所有压力级看成一个级组 3 适用于 无穷多级 的级组 但一般来说 只要级数多于4 5级 计算结果就能满足工程精度的需要 25 第一节变工况下级的压力与流量的关系 二 级的变工况 三 弗留格尔公式的应用 2 应用场合 进行变工况计算 监视汽轮机通流部分运行是否正常 根据压力流量关系判断机组是否因结垢或腐蚀发生改变 3 推算不同功率时各级的压差和焓降 分析效率和受力情况等 26 第一节变工况下级的压力与流量的关系 二 级的变工况 2 应用场合 监视汽轮机通流部分运行是否正常 根据压力流量关系判断机组是否因结垢或腐蚀发生改变 27 第一节变工况下级的压力与流量的关系 二 级的变工况 2 应用场合 监视汽轮机通流部分运行是否正常 根据压力流量关系判断机组是否因结垢或腐蚀发生改变 28 第一节变工况下级的压力与流量的关系 总结 变工况前后的压力 流量关系 1 级在临界工况下工作 结论 只要级在临界状态下工作 不论临界状态发生在喷嘴还是动叶中 通过该级的流量均与级前压力成正比 而与级后压力无关 2 级在亚临界工况下工作 结论 当级内流动未达到临界状态时 通过该级的流量不仅与级前压力有关 而且与级后压力也有关 忽略温度的变化 29 第一节变工况下级的压力与流量的关系 3 级组内达到临界状态 结论 在工况发生变动时 如果级组的最后一级始终在临界状态下工作 则通过该机组的流量与级组中所有各级的初压成正比 总结 变工况前后的压力 流量关系 4 级组内未达到临界状态 结论 当工况变化前后级组均未达到临界状态时 级组的流量与级组前后压力平方差的平方根成正比 弗留格尔公式 结论 除了最后一 二级以外 凝汽式汽轮机各级级组前压力与流量成正比关系 5 凝汽式汽轮机 30 思考题 在设计工况下汽轮机的流量 132 6t h 调节级汽室压力 1 67MPa 当流量变为 90t h 试问调节级汽室压力应为多少 若压力级结垢使通流面积减少5 则调节级汽室压力又为多少 第二节变工况下级的比焓降和反动度的变化规律 31 第一节变工况下级的压力与流量的关系 二 级的变工况 思考题 在设计工况下汽轮机的流量 132 6t h 调节级汽室压力 1 67MPa 当流量变为 90t h 试问调节级汽室压力应为多少 若压力级结垢使通流面积减少5 则调节级汽室压力又为多少 32 第二节变工况下级的比焓降和反动度的变化规律 一 工况变动时各级比焓降的变化规律 根据第二章的讨论 级的理想焓降可近似写成 所以 33 一 凝汽式汽轮机各中间级比焓降的变化规律当工况变动时 通过级的流量与级前压力成正比 即 所以 第二节变工况下级的比焓降和反动度的变化规律 而级的内功率为 这就说明 在计算汽轮机各中间级的变动工况时 不需要逐级进行详细计算 只需求得各级前的压力 然后将热力过程曲线平移即可 而调节级和末级的变动工况 则要进行详细计算 上式表明 当工况变动时 凝汽式汽轮机各中间级前后压力比不变 级的理想焓降不变 因此级的速度比不变 另外工况变动时 级的各项损失变化不大 因此级效率也不变 一 工况变动时各级比焓降的变化规律 B近似常数 因此工况变动时 凝气式汽轮机各中间级的内功率与流量成正比 34 二 背压式汽轮机中间级的变工况 第二节变工况下级的比焓降和反动度的变化规律 2 但是 背压式汽轮机的末级一般不会达临界 其压力与流量的关系应按弗留格尔公式进行计算 一 工况变动时各级比焓降的变化规律 1 如果背压式汽轮机最后一级达临界 则各级前的压力与流量成正比 其焓降 效率 反动度 功率的变化规律和凝汽式汽轮机各中间级一样 或 35 上式中 分别为某中间级前后压力和整机背压 对上式的两边同除以 第二节变工况下级的比焓降和反动度的变化规律 5 17a 和 5 17B 表明 当背压不变时 背压式汽轮机各级前压力与流量的关系按双曲线规律变化 5 18 表明 离末级越远 越近于直线 如下图所示 双曲线标准方程 3 背压式汽轮机 其压力与流量的关系 36 从图上分析 1 当背压不变时 背压式汽轮机各级前压力与流量的关系按双曲线规律变化 2 对于背压式汽轮机的前几级 当工况偏离设计值不远时 级前压力与流量的关系近于直线 离末级越远 越近于直线 第二节变工况下级的比焓降和反动度的变化规律 3 背压式汽轮机 其压力与流量的关系 37 4 背压式汽轮机 各级焓降与流量的关系 第二节变工况下级的比焓降和反动度的变化规律 2 当流量在设计值附近变化时 可认为各中间级焓降不变 或变化很小 3 当流量变化较大时 各级焓降都要变化 并且最后一 二级变化最大 38 第二节变工况下级的比焓降和反动度的变化规律 一 工况变动时各级比焓降的变化规律 设计工况下的理想比焓降可表示为 变工况下级的理想比焓降可表示为 对于凝气式汽轮机当工况变动时 通过级的流量与级前压力成正比 即 三 末级比焓降的变化特性 所以 39 三 末级比焓降的变化特性当工况变动时 通过级的流量与级前压力成正比 即 所以 第二节变工况下级的比焓降和反动度的变化规律 分析 一 工况变动时各级比焓降的变化规律 40 三 末级的变工况特性1 在工况变动时 背压不变 级前后压力比 不是常数 所以级的焓降要变化 2 当流量增加时 上升 而不变 则压差增大 末级焓降增加 3 当流量减小时 降低 而不变 则压差减小 末级焓降减小 第二节变工况下级的比焓降和反动度的变化规律 一 工况变动时各级比焓降的变化规律 因此 在工况变动时 末级焓降 效率 反动度 功率都要变化 END14 41 第二节变工况下级的比焓降和反动度的变化规律 一 工况变动时各级比焓降的变化规律 END14 四 调节级的变工况特性1 在工况变动时 汽轮机调节级前的压力几乎不变或变化很小 而其级后压力与流量成正比 2 当流量增加时 调节级后压力上升 而级前压力不变 则压差减小 调节级焓降减少 3 当流量减小时 调节级后压力降低 而级前压力不变 则压差增大 调节级焓降增加 42 设计工况下 汽轮机的效率最高 变动工况效率降低 负荷变化越大 效率降低越多 对于喷嘴调节的凝汽式汽轮机 效率的降低主要发生在调节级和末级 当流量增加时 调节级焓降减小 末级焓降增加 各中间级焓降近乎不变 当流量减小时 调节级焓降增大 末级焓降减小 各中间级焓降近乎不变 背压式汽轮机 调节级和最后的几级的效率都要降低 对于背压式汽轮机 调节级和末级的焓降都要随流量G而变化 节流调节的凝汽式汽轮机 没有调节级 变动工况时其效率的降低主要是由于节流损失的增加和末级效率的降低而引起的 第二节变工况下级的比焓降和反动度的变化规律 一 工况变动时各级比焓降的变化规律 43 背压式汽轮机变工况前后压力和流量的关系 第二节变工况下级的比焓降和反动度的变化规律 一 工况变动时各级比焓降的变化规律 1 如果背压式汽轮机最后一级达临界 则各级前的压力与流量成正比 其焓降 效率 反动度 功率的变化规律和凝汽式汽轮机各中间级一样 2 未达到临界状态 当背压不变时 背压式汽轮机各级前压力与流量的关系按双曲线规律变化 3 对于背压式汽轮机的前几级 当工况偏离设计值不远时 级前压力与流量的关系近于直线 离末级越远 越近于直线 44 二 工况变动时级的反动度的变化 一 动叶进口处的撞击损失在设计工况下 汽流进口角和动叶几何角是相适应的 但是 当工况变动后 级的理想焓降会变化 从而会引起速度变化 则也要变化 的方向角 1也要变化 这样一来 就会引起动叶进口处的撞击损失 从速度三角形上就可以看到其产生撞击损失的情况 第二节变工况下级的比焓降和反动度的变化规律 a 级的比焓降增大时动叶的进出口速度三角形 b 级的比焓降减小时动叶的进出口速度三角形 45 分析 1 当级的焓降增加时 增加 打击背弧 3 冲角 有正冲角和负冲角 不论是打击内弧还是打击背弧 都会引起撞击损失 使效率降低 4 撞击损失的计算 第二节变工况下级的比焓降和反动度的变化规律 b 级的比焓降减小时动叶的进出口速度三角形 a 级的比焓降增大时动叶的进出口速度三角形 46 分析 5 撞击损失的影响因素与冲角的绝对值大小有关 冲角的绝对值越大 叶栅损失越大 与冲角的正负性有关 正冲角引起的撞击损失大于负冲角引起的损失 与叶栅的反动度有关 反动式叶栅的撞击损失小于冲动式叶栅的撞击损失 第二节变工况下级的比焓降和反动度的变化规律 b 级的比焓降减小时动叶的进出口速度三角形 a 级的比焓降增大时动叶的进出口速度三角形 6 为了减少撞击损失 动叶进口边多做成圆头形 47 二 工况变动所引起级内反动度的变化假设在工况变动前后 级都处于亚临界状态 根据气流通道的连续性 可得 1 工况变动后 当级的焓降减小 则喷嘴出口速度减小 级的速度比增加 动叶出口速度增大 蒸汽在动叶中 自动膨胀加速 动叶的焓降增大时 反动度增大 2 工况变动后 当级的焓降增大 则喷嘴出口速度增大 级的速度比减小 为满足连续性方程 则动叶出口速度减小 动叶的焓降减少时 反动度减小 3 反动度的变化与原设计值大小有关 原设计值大 变化就小 相反 原设计值小 变化就大 第二节变工况下级的比焓降和反动度的变化规律 表明 流量保持连续条件下 工况变动时 喷嘴出口气流速度C1及动叶出口气流速度w2前后之比是不变的 即c1与w2同比例变化 1 工况变动后 当级的焓降减小 则喷嘴出口速度减小 级的速度比增加 动叶出口速度增大 蒸汽在动叶中 自动膨胀加速 动叶的焓降增大时 反动度增大 2 工况变动后 当级的焓降增大 则喷嘴出口速度增大 级的速度比减小 为满足连续性方程 则动叶出口速度减小 动叶的焓降减少时 反动度减小 3 反动度的变化与原设计值大小有关 原设计值大 变化就小 相反 原设计值小 变化就大 48 第二节变工况下级的比焓降和反动度的变化规律 49 第二节变工况下级的比焓降和反动度的变化规律 50 第二节变工况下级的比焓降和反动度的变化规律 b 级的比焓降减小时动叶的进出口速度三角形 a 级的比焓降增大时动叶的进出口速度三角形 51 第二节变工况下级的比焓降和反动度的变化规律 52 二 工况变动时级的反动度的变化结论 第二节变工况下级的比焓降和反动度的变化规律 1 工况变动后 当级的焓降减小 反动度增大 当级的焓降增大 反动度减小 2 设计工况反动度较小的级 焓降变化时 反动度变化大 设计工况反动度较大的级 焓降变化时 反动度变化小 3 反动级变工况时 反动度基本不变 53 二 工况变动时级的反动度的变化 三 反动度变化的计算由于级的焓降变化引起反动度变化 当在 0 1 0 2 范围内变化时 可用下式计算 第二节变工况下级的比焓降和反动度的变化规律 54 三 级的经济性和安全性 第二节变工况下级的比焓降和反动度的变化规律 设计工况效率最高 负荷变化越大 效率越低 喷嘴调节的凝汽式汽轮机 中间级的效率基本不变 调节级和末级效率降低 流量减小时 调节级的级前压力仍为新汽压力 而级后压力降低 级前后压力差增大 调节级动静叶片所受力的汽流力增大 相反 当流量增大时 末级级前压力升高 末级级后压力受凝汽器控制而基本不变 所以级前后压差增大 末级动静叶片所受力的汽流力增大 所以在工况变动时 必须对调节级和末级动静叶片所受的汽流力进行认真核算 以保证机组的安全性 55 滑参数运行 汽轮机的功率调节由改变进口参数 即改变整机的理想焓降 Ht来适应工况的变化 对于燃煤电厂 蒸汽参数的改变可由锅炉和整个热力系统根据变工况要求协调控制 运行时 汽轮机的各调节阀门可同步保持全开或较大开度 以减少阀门节流损失 缺点 锅炉热惯性大 导致滑参数运行对变工况响应速度较慢 一 滑参数运行与定参数运行 汽轮机的功率 改变汽轮机功率的方法 改变机组流量G 改变整机理想焓降 Ht 定参数运行 滑参数运行 第三节配汽方式和调节级的变工况特性 56 定参数运行 汽轮机的进口蒸汽参数保持不变 通过改变进口蒸汽流量G来实现汽轮机功率调节 由于汽轮机调节阀门的动态响应较快 可快速实现变工况调节 缺点 有较大的节流损失 二 功率调节方式配汽机构 汽轮机中用于控制进汽量的调节机构 一般由多个可控制的调节阀门组成 每个阀门控制一组喷嘴 一般可分为节流配汽 节流调节 和喷嘴配汽 喷嘴调节 两种配汽 调节 方式 现代汽轮机既可按照节流调节运行也可以按照喷嘴调节运行 在运行中两种方式可以方便切换 为适应喷嘴调节 大部分汽轮机都设计有调节级 第三节配汽方式和调节级的变工况特性 57 二 功率调节方式 一 节流调节全部蒸汽通过同步启闭的调节阀 全周进汽进入喷嘴叶栅 汽轮机在额定功率下 节流调节阀全开 无节流损失 级组的理想焓降为 当低于额定功率时 节流调节阀部分开启 全部流量都受到节流作用 级组的理想焓降变为 第三节配汽方式和调节级的变工况特性 图5 12节流调节汽轮机 图5 13节流调节汽轮机的热力过程线 58 蒸汽经节流之后的内效率为 5 23 式中 通流部分的相对内效率 调节阀的节流效率 为部分开启和全开时理想焓降之比 图5 13节流调节汽轮机的热力过程线 图5 12节流调节汽轮机 第三节配汽方式和调节级的变工况特性 59 节流效率曲线 节流效率和流量G的关系曲线 节流效率与蒸汽参数和流量有关 而与汽轮机的通流部分的结构无关 同一背压下 汽轮机的负荷越低 节流效率就越低 负荷相同时 汽轮机背压越高 其节流效率越低 凝汽式汽轮机采用节流调节时 在较大负荷变化范围内 其节流效率下降不大 背压式汽轮机由于其背压较大 在变工况时 其节流效率变化较大 所以不宜采用节流调节 由于全部进汽受到节流作用 节流损失大 经济性差 故节流调节一般用在带基本负荷的大型汽轮机机组 第三节配汽方式和调节级的变工况特性 60 节流调节总结 第三节配汽方式和调节级的变工况特性 节流调节无调节级 结构简单 制造成本低 工况变动时 各级的温度变化小 提高机组运行可靠性和适应性 应用 在部分负荷下 由于节流损失 经济性差 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 61 三 喷嘴调节这是一种应用最多的调节方式 中小型机组的进汽机构中 通常配有一个主汽阀并在其后配备4 8个调节阀 大型汽轮机则分别在机组高压缸两侧各对称布置一个主汽阀和2 3个调节阀 每一个调节阀控制一组喷嘴组 在这种调节方式中 机组运行时 只有一组喷嘴的蒸汽受到节流作用 节流损失小 第四调节阀一般是在过负荷时 或者在初参数降低而要求发额定负荷时 才使用 第三节配汽方式和调节级的变工况特性 1 2 3 4 62 第三节配汽方式和调节级的变工况特性 1 2 3 4 1号调节阀 2号调节阀 4号调节阀 3号调节阀 1 2号调节阀全开 四 调节级的变工况 先假定 调节级的反动度 则 各阀无重叠度 调节级前压力保持不变 级后压力与蒸汽流量成正比 3号调节阀部分开 4号调节阀全关 63 在某一工况下 第一 二阀全开 阀后压力为 第三节配汽方式和调节级的变工况特性 四 调节级的变工况 先假定 调节级的反动度 则 各阀无重叠度 调节级前压力保持不变 级后压力与蒸汽流量成正比 一 调节级的热力过程曲线 1 两全开阀的调节级热力过程曲线如0 2 理想焓降 有效焓降 终焓为 2 部分开启阀的调节级热力过程曲线如0 2 理想焓降 有效焓降 终焓为 3 调节级后压力为 混合后的焓值为 64 二 调节级的内效率和流量计算 根据热力过程曲线 有 热平衡 第三节配汽方式和调节级的变工况特性 要求得调节级在变工况下的内效率 必须先确定各调节阀的流量 阀后压力 调节级后汽室压力 混合后的焓值 65 2 调节级后汽室压力的确定 对于凝汽式汽轮机来说 调节级后汽室压力就是第一压力级级前压力 可用弗留格尔公式求得 3 通过调节级任意一喷嘴组的流量 其中 流量比 减缩喷嘴 喷嘴组截面积 主汽阀前参数 该喷嘴组前参数 缩放喷嘴 第三节配汽方式和调节级的变工况特性 66 三 调节级的压力 流量曲线 D P曲线 第三节配汽方式和调节级的变工况特性 图为调节级的压力 流量曲线 D P曲线 假设调节级的反动度 m 0 则p1 p2 对于凝汽机来说 调节级后的压力p2 p1 与流量成正比 为线OE所示 流量为图b所示 各级喷嘴组前压力与流量关系曲线 各级喷嘴组流量与总流量关系曲线 67 三 调节级的压力 流量曲线 D P曲线 第三节配汽方式和调节级的变工况特性 图为调节级的压力 流量曲线 D P曲线 假设调节级的反动度 m 0 则p1 p2 对于凝汽机来说 调节级后的压力p2 p1 与流量成正比 为线OE所示 流量为图b所示 各级喷嘴组前压力与流量关系曲线 各级喷嘴组流量与总流量关系曲线 68 各级喷嘴组前压力与流量关系曲线 各级喷嘴组流量与总流量关系曲线 1 第一阀开启过程 当开度L1 0 1时 1 阀后 喷嘴组1前 压力 0 1 0 如曲线0 3所示 阀门全开后 阀后压力保持不变 曲线3 6 2 喷嘴组1的临界压力 曲线0 a d 3 喷嘴组1后的压力 曲线0 2 E k点前 临界 k点后亚临界 4 通过喷嘴组1的流量 如图 先是AB 其后为BC 在k点后为Cg 三 调节级的压力 流量曲线 D P曲线 第三节配汽方式和调节级的变工况特性 69 2 第二阀开启过程 当开度L2 0 1 0时 1 阀后 喷嘴组前 压力 从点2开始 如 2 4 因为喷嘴相通 阀阀门全开后 阀后压力保持不变 曲线4 6 2 阀2的临界压力 如r n b d所示 3 喷嘴组2后的压力 如2 n 7所示 其中 点n之前 流量为亚临界 点n之后 流量为临界 k点之后 亚临界 4 通过喷嘴组的流量 如BB C g 所示 第三节配汽方式和调节级的变工况特性 各级喷嘴组前压力与流量关系曲线 各级喷嘴组流量与总流量关系曲线 三 调节级的压力 流量曲线 D P曲线 70 3 第三阀开启过程 当开度L3 0 1 0时 1 阀后 喷嘴组前 压力 如 7 5 6 所示 2 临界压力为 s c 线 整个级从 k 点后 3 喷嘴组后的压力 4 亚临界流动 第三节配汽方式和调节级的变工况特性 各级喷嘴组前压力与流量关系曲线 各级喷嘴组流量与总流量关系曲线 三 调节级的压力 流量曲线 D P曲线 7 5 6 s c 71 各级喷嘴组前压力与流量关系曲线 4 第四阀开启过程 L4 0 1 0时 过负荷 亚临界流动 5 调节级的焓降变化从图a可见 随着流量增加 压差 是逐渐减少的 焓降也是逐渐减少的 相反 则压差 和焓降逐渐增加 特别是第一调节阀全开而第二阀还未开启之时 焓降最大 压差 最大 是调节级的最危险工况 6 调节级后的变化较大 不能忽略 在计算时应修正 第三节配汽方式和调节级的变工况特性 三 调节级的压力 流量曲线 D P曲线 调节级的最危险工况 8 6 m d 72 7 调节级的效率曲线 在前面的讨论中 就可以求得任意流量下通过各阀的流量 阀后压力 级后压力 各组喷嘴的焓降 这样就可以求得整个调节级的效率 如图所示的效率曲线0 a b c d 曲线呈波折状 原因在于各阀在开启过程中有节流存在 第三节配汽方式和调节级的变工况特性 C点为设计工况 这时三阀全开 效率达到最高 73 喷嘴调节的结构比较复杂 制造成本高 工况变动时 调节汽室的温度变化很大 从而增加了由于温度变化引起的热变形及热应力 限制了机组运行的可靠性及对负荷变化的适应性 应用 在部分负荷下的效率高于节流调节 一般应用于大容量机组 调节抽汽式汽轮机 和背压式机组 喷嘴调节的总结 第三节配汽方式和调节级的变工况特性 74 一 冲动式汽轮机轴向推力的变化级的轴向推力的大小取决于级前后压力差和反动度 因此级的轴向推力的变化可近似表示为 式中 四 工况变动时汽轮机轴向推力的变化 1 凝汽式汽轮机轴向推力的变化 1 对于节流调节凝汽式汽轮机 除了最末一 二级外 各级焓降和反动度近似不变 可导出轴向推力与功率 流量 成正比 但最末一 二级焓降和反动度要变化 但对总推力影响不大 因此 最大轴向推力发生在最大功率时 所以有 第三节配汽方式和调节级的变工况特性 75 2 对于喷嘴调节凝汽式汽轮机 在工况变动时 压力级焓降和反动度近似不变 可导出轴向推力与功率 流量 成正比 而调节级的轴向推力变化复杂 但对总的轴向推力影响不大 因此 最大轴向推力发生在最大功率时 2 背压式汽轮机轴向推力的变化 1 调节级的轴向推力变化与凝汽式汽轮机相同 2 压力级的轴向推力不与流量成正比 最大轴向推力发生在中间负荷 而不一定在最大负荷处 第三节配汽方式和调节级的变工况特性 76 二 反动式汽轮机轴向推力的变化 对于反动式汽轮机 由于设计反动度大 所以即使级内焓降变化很大 但反动度变化却很小 所以轴向推力只与动叶前后压力差成正比 最大轴向推力发生在最大功率时 一般情况下 反动式汽轮机当工况变动时 其轴向推力的变化远远小于纯冲动式汽轮机 三 轴向推力的监督 由于轴向推力难以准确计算 在实际中 通常通过测量推力轴承工作瓦块的温度来间接监督轴向推力的变化 故在汽轮机运行时 推力轴承工作瓦块的温度和轴向位移是重点监视的运行参数之一 第三节配汽方式和调节级的变工况特性 77 汽轮发电机组功率与汽耗量的关系称为汽轮机的汽耗特性 表示这种关系的数学表达式称为汽耗特性方程 这种关系曲线称为汽轮机的工况图 一 节流调节凝汽式汽轮机的工况图 1 功率与流量的关系 而汽轮机的功率可分为两部分 1 有效功率 2 克服机械损失耗功 而汽轮机的内效率 等于汽轮机通流部分的内效率 与调节阀节流效率的乘积 当负荷变化不大时 可认为效率 近似不变 另外 当转速一定时 机械损失为常数 则上式可写出 第四节凝汽式汽轮机的工况图 78 式中 汽耗微增率 即每增加单位功率所需增加的汽耗量 空载汽耗量 通常为 0 05 0 1 D0 第四节凝汽式汽轮机的工况图 79 2 工况图图中表示汽轮机D d 与功率 的关系 随着功率 的增加 流量D 相对电效率增加 汽耗率减少 空载汽耗量 不变 D 近似直线 第四节凝汽式汽轮机的工况图 80 二 喷嘴调节凝汽式汽轮机的工况图1 喷嘴调节凝汽式汽轮机的工况图由于喷嘴调节汽轮机的效率曲线呈波折形 所以汽耗率和电效率曲线也呈波折形 汽耗量与功率的关系近似为一直线 ABC 其中B点对应额定负荷 BC为过负荷 喷嘴调节汽轮机D d r el与Pel的关系曲线 喷嘴调节汽轮机的近似汽耗特性曲线 第四节凝汽式汽轮机的工况图 81 2 汽耗特性方程 当功率小于经济功率时 当功率大于经济功率时 式中 过负荷时的汽耗微增率 当大于额定负荷时 下降 第四节凝汽式汽轮机的工况图 二 喷嘴调节凝汽式汽轮机的工况图 82 三 蒸汽量调节方式的比较和选择1 喷嘴调节和节流调节的比较 第四节凝汽式汽轮机的工况图 节流配汽方式在最大工况下具有最好的经济性 但在设计负荷和部分负荷下经济性较差 喷嘴配汽方式在设计功率下的经济性比节流配汽好 在大负荷时经济性下降 83 三 蒸汽量调节方式的比较和选择2 喷嘴调节和调节阀数目的关系 第四节凝汽式汽轮机的工况图 调节阀的数目越多经济性越高 调节阀数目的增加使汽轮机结构复杂 制造成本增加 现代大型汽轮机一般采用4 6个调节阀 84 第五节蒸汽初终参数的波动对经济性的影响 工况变动时 除流量变化之外 汽轮机的初终参数也有变动 当初终参数变化超过一定范围后 不仅影响机组的经济性 对机组的安全也会有影响 一 初温 背压不变 初压变化对功率的影响蒸汽初压的变化 将会引起进汽量 理想焓降和内效率的变化 汽轮机的内功率为 当初压变化不大时 汽轮机的内功率变化为 85 一 当初压变化而调节阀开度不变对上式的各项进行简化 推导可得 上式两边同除以上式得相对值 上式表明 当初温 背压不变时 功率变化量 正比于初压改变量 而背压越高 初压对功率的影响就越大 如图所示 在不同背压下 功率增加与初压的关系 第五节蒸汽初终参数的波动对经济性的影响 86 二 初压 p0 变化 保持流量 D 不变1 对于喷嘴调节汽轮机来说 初压 p0 变化 保持流量 G 不变 则必需改变调节阀的开度 调节级后压力发生变化 则整机的理想焓降发生变化 则功率要改变 这样上式变为 第五节蒸汽初终参数的波动对经济性的影响 2 对于节流调节汽轮机来说 当初压 p0 变化 流量 G 不变 必需改变调节阀的开度 由于第一级前的压力不变 因此 理想焓降不变 初压变化不会引起功率变化 但有节流损失 3 对于中间再热机组 初压 p0 变化只会对高压缸起作用 而高压缸的功率一般只占总功率的1 4 1 3 对功率影响不大 或者 87 三 初压变化对机组安全性的影响 第六节蒸汽初终参数的波动对经济性的影响 初压升高而初温不变时 湿蒸汽区前移 对机组最末几级的工作不利 调节级最危险工况为一阀全开而第二阀未开时 调节级的理想比焓降最大 级前后压差最大 初温不变 初压降低时一般不会带来危险 初压降低而负荷较高时 汽轮机的流量可能超过最大流量 末级叶片所受汽流作用力增大 88 二 初压 背压不变 初温变化对功率的影响初温在一定范围内变化时 要影响功率 初焓变化 也会影响蒸汽在锅炉内的吸热量 一 工质在锅炉中的吸热量保持不变 当初温变化时 理想焓降 初焓和效率都要变化 对上式进行推导得 5 35 汽轮机的功率为 5 34 第五节蒸汽初终参数的波动对经济性的影响 89 结论 当新蒸汽温度变