汽轮机原理教案.doc

第一章 汽轮机级的工作原理chapter 1 Working principle of steam turbine stage第一节 概述Introduction一、汽轮机的结构简介Introduction of the construction of steam turbine级：由一列静叶栅和一列动叶栅组成，完成蒸汽的热能转换成转子的机械能的最基本单元。汽轮机：单级：喷嘴 动叶 多级：静子，由汽缸、隔板、静叶、轴承等组成。 转子，由主轴、叶轮、叶片、联轴器、盘车等组成。 辅机如图1-1和1-2所示。二、蒸汽的冲动作用原理和反动作用原理Impulse principle and reaction principle of steam（一） （一） 冲动作用原理冲动力：改变其速度的大小和方向则产生一冲动力或汽流改变流动方向对汽道产生一离心力，此力为冲动力（图1-3）。此力的大小取决于单位时间内通过动叶通道的蒸汽质量及其速度的变化。（二） （二） 反动作用原理反动力：因汽流膨胀产生一相反力（汽体压力变化），如火箭。此力的大小取决于汽体压力的变化。作用在动叶片上的里有：冲动力反动力如图1-4和1-5三、汽轮机级的类型和特点Types and characteristics of steam turbine stages（一） （一） 汽轮机级的反动度1、 1、 定义：蒸汽在动叶栅中膨胀时的理想焓降hb和整个级的理想滞止焓降h*t之比。 增加，则hb增加，蒸汽对动叶的反动力也越大。（图1-6）平均反动度：动叶平均直径截面上的理想焓降。2、 2、 意义：衡量在动叶中膨胀的程度。（二） （二） 汽轮机级的类型轴流式有以下几种：1、 1、 冲动级和发动机和反动级（1） （1） 冲动级纯冲动级：=0 特点：蒸汽只在喷嘴叶栅中膨胀，在动叶栅中不膨胀而只改变其流动方向。 结构：动叶叶型对称弯曲。（图1-7）做功能力大、效率低、不采用。带反动度的冲动级：=0.050.2 特点：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，作功能力比反动级大，效率比纯冲动级高。（2） （2） 反动级 =0.5特点：蒸汽在喷嘴和动叶中的膨胀程度相同。结构：喷嘴和动叶采用的叶型相同。（图1-8）2、 2、 压力级和速度级（1） （1） 压力级：蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程在级内只进行一次的级。（2） （2） 速度级：蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程在级内进行一次以上的级。 如双列速度级。（图1-9）3、 3、 调节级和非调节级（1） （1） 调节级：通流面积能随负荷改变的级，如喷嘴调节的第一级。（2） （2） 非调节级：通流面积能不随负荷改变的级，可以全周进汽，也可以部分进汽。第二节 汽轮机级的工作过程Working process of steam turbine stages一、蒸汽流动的基本方程Basic equations of flowing steam实际工质：有粘性、非连续、非定常。假设：稳定流动；一元流动；绝热流动。（一） （一） 状态方程（理想气体）：过程方程：等熵过程和多变过程（二） （二） 连续方程：（三） （三） 动量方程： 压力与速度相反方向变化（四） （四） 能量方程：二、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程Expanding process of steam passes through the nozzles初始点：0（p0，t0）0*（p*0，t*0）绝热、等熵膨胀：01t实际过程（有损失）：01（一） （一） 喷嘴中汽流速度的计算1、 1、 喷嘴出口的理想速度注意：焓和速度的单位若用初始状态参数计算（无H-S图的情况下用此表达式计算）2、 2、 喷嘴出口的实际速度摩擦阻力使蒸汽出口焓值升高喷嘴速度系数：喷嘴出口实际速度与喷嘴出口的理想速度之比。喷嘴损失：喷嘴能量损失系数：的大小由图1-13查出，L降低，则降低，喷嘴损失增加。为减少喷嘴损失，L12mm。3、 3、 临界速度和临界压比（1） （1） 临界状态：某一截面上汽流速度等于当地音速。（2） （2） 临界速度ccr：与当地音速相等的汽流速度 由此可知临界速度ccr只与初参数p*0，v*0有关，而与过程是否有损失无关。 （3） 临界压比：cr 对于过热蒸汽K=1.3，则cr =0.546（二） （二） 喷嘴截面积的变化规律由动量方程知：令M=c/a为马赫数喷嘴截面积变化规律（图1-14）：（1） （1） M1时为亚音速流动，dA0，溅缩（2） （2） M1时为超音速流动，dA0，溅扩（3） （3） M=1时，dA=0，喉部（4） （4） M1M1，为缩放（拉法尔）（三） （三） 喷嘴流量的计算1、 1、 喷嘴的理想流量过热蒸汽：饱和蒸汽：临界流量只与初参数有关，当n降低时Gt增加临界流量如图1-152、 2、 流过喷嘴的实际流量流量系数n：实际流量与理想流量之比。在过热区：n=0.97在湿蒸汽区：n=1.02，由于过冷使v1t/v1 13、 3、 彭台门系数通过喷嘴的任一流量与同一初始状态下的临界流量之比。亚临界时1超临界时=1（四） （四） 蒸汽在喷嘴斜切部分的流动1、 1、 蒸汽在喷嘴斜切部分膨胀的条件（1）P1PcrCABCcr PAB=P1汽流在斜切部分不膨胀（2）P1PcrCA=Ccr PAB= Pcr P1A点为扰动源，由Pcr 降到P1，自A点引射一条特性线（膨胀波）PP 产生一汽流偏转角，以满足超音速汽流膨胀所需的扩大通流面积。2、 2、 蒸汽在喷嘴斜切部分的膨胀极限与极限压力膨胀极限：随着背压的降低，当最后一根特性线逐渐向出汽边AC靠近，当背压降低到使最后一根特性线与出口边AC重合时，斜切部分的膨胀能力就用完了。极限压比：膨胀极限时的压比。膨胀不足：在喷嘴之外膨胀。三、蒸汽在动叶栅中的能量转换Energy conversion of the steam passes through the blades动叶片实际是“旋转的喷嘴”将C转换成W，则一切运算规律与蒸汽在喷嘴中的情况一样。 在动叶中，蒸汽的动能转化成转子的机械能，这种转化表现为动叶进出口汽流速度的变化（一） （一） 动叶栅进出口速度三角形1、 1、 进口C1：大小 方向U：大小 方向：轮周方向W1：大小 方向C1、U、W1可构成一封闭的三角形2、 2、 出口U：已知W2：大小 方向C2：大小 方向FC （二） （二） FU蒸汽作用在动叶片上的力和轮周功率 FZ1、 1、 F 蒸汽作用在动叶片上的力研究对象：汽流FF 设在t时间内，有质量m 以速度W1流入动叶汽道，在稳定条件下，同样m以W2流出动叶。则：令G=m/t 为单位时间流过的蒸汽质量。同理，FZ也可求出AZ为轴向投面积总作用力为： 2、 2、 轮周功率定义：单位时间内轮周力在动叶片上所做的功。级的作功能力：1kg蒸汽所做的轮周功物理意义：（G/2）C21：蒸汽带入动叶片的动能； （G/2）C22：蒸汽带出动叶片的动能； （G/2）（221）：蒸汽在动叶片中因理想焓降而造成的实际动能的增加。（三） （三） 动叶栅出口汽流相对速度和绝对速度动叶速度系数：动叶出口实际相对速度与动叶出口理想相对速度之比。动叶损失：动叶能量损失系数：的大小与叶型、叶高、反动度、表面光洁度等有关，通常取0.850.95余速损失：中间级：余速可被下一级利用；孤立级：余速不被下一级利用。用来表示余速利用的程度。四、级的热力过程线Thermodynamic process of stages 级的轮周有效焓降：1kg蒸汽所做的轮周功。 如图1-25 纯冲动级：五、级的轮周效率Wheel efficiency of a stage定义：蒸汽在级内所作的轮周功Wu1与蒸汽在该级中所具有的理想能量E0之比。第三节 第三节 最佳速比The optimum ratio速比：圆周速度与喷嘴出口汽流速度之比。最佳速比：轮周效率最高时的速比。速比是确定轮周效率的重要参数，也是影响级的作功能力的因素，随转速或级焓降的变化，而在较大范围内变化。一、纯冲动级的最佳速比The optimum ratio of a pure impulse stage（一） （一） 余速不被利用纯冲动级：m=0，w1=w2t，1=2，ca=c1t，0=1=0E0=ht=hn、 、解析法结论：影响u的因素有x1 、1、1（1） （1） 当x1 =0时，u=0，叶轮不动，u=0（2） （2） 当x1=cos1时，u= c1 cos1，1=2=900F u=0，u =0（3） （3） 当0x1cos1时，u的函数为连续函数，u0，则有一x1值，使u最大。、 、u1曲线 可直接用u =f（x1）画出。 或假设、1、c1、不变，当x1变化对各项损失的影响为：当x1增加，则u增加，w1降低，b降低 u 增加，则c2 降低，当c2降低到最小后，随u的增加， c2增加，则c2 随x 1 的增加而减少，后随x 1的增加而增大。 因此可将上述三项损失系数与的关系画在同一个坐标系中，并以1为基准，逐个叠加，最后得出一曲线。、 、几何法在2=900时，c2最小hc2最小，u最高c1 cos1=2ux1op=u/ c1= （1/2）cos1通常1=10160，则x1op =0.470.49、 、理想速比ca：喷嘴出口理想速度，假想此时整级的理想滞止焓降全部发生在喷嘴中。纯冲动级：m=0，则xa =x1（二） （二） 考虑余速利用纯冲动级：c1 =ca，w2=w1，1 =2经推倒可得出：比较1=0情况，可知余速利用提高了轮周效率；中间级效率曲线在最大值附近变化平稳；余速利用使最佳速比值增大。因余速动能被利用时，c2的大小不再影响u，所以xa对u的影响减弱了。二、反动级的最佳速比The optimum ratio of a reaction stage 反动级：m=0.5，hn=hb=1/2ht ，喷嘴叶栅和动叶叶栅叶型相同 1=2，2=1，=，c1=w2，c2=w11、 1、 若0=1=1 则当u最大值时，分母为最小，则2、 2、 几何法u最高时，2=900则c1 cos1=ux1op=u/ c1= cos13、 3、 利用ca和c1的关系可以求得xa和x1的关系4、 4、 将u- x1的关系画在坐标图上反动级的轮周效率曲线在最大值附近变化比较平稳，变工况性能好；反动级的最佳速比比纯冲动级大，在u相同及在各自的最佳速比下，反动级能有效利用的焓降只是纯冲动级的一半。在各自的最佳速比下反动级的轮周效率高于纯冲动级，这是因蒸汽在反动级中的动叶有膨胀，动叶损失少，另外反动级级间距离小，余速能够被下一级所利用，使级 的效率有所提高。（反动级余速基本上能得到利用）三、复速级（速度级、蔻蒂斯级）的最佳速比The optimum ratio of a curtis stage汽轮机设计时，要保证最佳速比，如纯冲动级x1op=u/ c1= （1/2）cos1=0.5u=nd/60 不能太大，一般为200300m/s一些小容量的汽轮机，要求调节级应承担很大的焓降，因此应从减少hc2着手，由此引出了复速级。（一） （一） 复速级的热力过程（图1-32）喷嘴焓降：第一列动叶焓降：导叶焓降：第二列动叶焓降：喷嘴出口汽流速度：第一列动叶出口汽流速度：导叶出口汽流速度：第二列动叶出口汽流速度：（二） （二） 复速级的速度三角形第一、第二列动叶分别有各自的速度三角形。（三） （三） 复速级的轮周功为两列动叶轮周功之和：（四） （四） 复速级的轮周效率和最佳速比1、 1、 解析法：2、 2、 几何法：对于纯冲动级：m=0，则w1=w2，c2=c1，1=2，w2=w1，1=2， 2=1，1=2因此可将速度三角形画在一边，形成一个大三角形。c1 cos1=4ux1op=u/ c1=（1/4） cos1四、速度级与单列级的比较Comparison between a curtis stage and a single-row stage假设：1、n、d b相同（一） （一） 不同级的作功能力比较反动级焓降比纯冲动级焓降小一倍。复速级焓降是单列纯冲动级级焓降的四倍，是反动级的八倍。即复速级的理想做功能力相当于纯冲动级的四倍，反动级的八倍。（二） （二） 轮周效率的比较在最佳速比时上述级的最高轮周效率，反动级的最高，复速级的最低。只有在中、小型机组上才采用复速级；在x1=0.28之间，复速级的才高于单列级，因此在x10.28时复速级才有被采用的价值。第四节汽轮机的级内损失和级效率The losses and the efficiency of a steam turbine stage一、叶栅的型式及结构尺寸The type and the structure of blades（一） （一） 叶栅的型式静叶栅：静叶动叶栅：动叶环形叶栅：汽轮机采用直列叶栅：渐缩：缩放：n0.3时采用（二） （二） 叶栅的结构尺寸1、 1、 喷嘴叶栅型式的选择根据喷嘴前后压比来确定：n=p1/p*0ncr时采用渐缩喷嘴；0.3ncr时仍采用渐缩喷嘴，利用斜切部分膨胀；n0.3时采用缩放喷嘴。表明叶栅几何特性的主要参数如：dm、l、t、B、b、1、2等均由制造厂确定，这些参数直接影响通流部分效率，这里主要讨论叶栅的高度和通流面积。2、 2、 渐缩喷嘴叶栅部分进汽度e：进汽部分的弧长zn tn与整个圆周长dn之比。e=1时为全周进汽当汽流在斜切部分膨胀时要计算出汽流偏转角。3、 3、 缩放喷嘴叶栅不仅要计算出出口截面的尺寸，还要计算出喉部的尺寸。因汽流在喉部已达到临界，因此通过喷嘴的流量为临界流量4、 4、 动叶栅汽流在动叶栅中多半是亚临界流动，则动叶出口面积和高度分别为：为使喷嘴出口的蒸汽顺利进入动叶汽道，而不与叶片顶部和根部发生碰撞，引出了盖度的概念。盖度：动叶进口高度与喷嘴出口高度之差。t：顶部盖度r：根部盖度因离心力的作用 tr 凝汽式汽轮机最末几级，lblb，=12150，但不能太大，否则汽流无法充满整个汽道。二、汽轮机的级内损失The losses of a steam turbine stage（一） （一） 叶高损失hl叶栅损失：叶型损失（包括喷嘴损失、动叶损失，由附面层中摩擦损失、附面层脱离引起的涡流损失、尾迹损失、冲波损失组成） 叶端损失 冲波损失其中叶端损失就是叶高损失，当l增加时，二次流在顶部和根部产生的涡流对主流的影响减弱，使叶高损失减少。（l15mm）（二） （二） 扇形损失h平均直径处参数为最佳径高比：=db/ lb 当径高比降低时，扇形损失将增加。12时，采用直叶片8时，采用扭叶片（变截面叶片）（三） （三） 叶轮摩擦损失hf蒸汽之间，蒸汽与叶轮之间都存在摩擦。高压部分v2t小，hf则增加；低压部分v2t大，hf则减少；小汽轮机，D较小，hf则增加；减少叶轮摩擦损失：减少叶轮与隔板之间腔室的容积，即减少叶轮与隔板间的轴向距离，或提高叶轮表面光洁度 反动式汽轮机无叶轮，hf=0（四） （四） 部分进汽损失he（e11、鼓风损失hw 发生在不装喷嘴的弧段上，有停滞的蒸汽。 2、斥汽损失hs 发生在装有喷嘴的进汽弧段内，有停滞蒸汽的动叶转到进汽弧段时，从喷嘴出来的汽流吹这部分蒸汽。 减少部分进汽损失：增加部分进汽度。要选择合适的部分进汽度。（五） （五） 漏汽损失hleak1、隔板漏汽损失hp 减少隔板漏汽损失：加梳齿形汽封以减少汽封间隙和压差；加平衡孔，但要避免扰乱主流。2、叶顶漏汽损失ht减少叶顶漏汽损失：加汽封；减少扭叶片顶部的反动度。（六） （六） 湿汽损失hx原因： 湿蒸汽的存在使作功蒸汽减少；湿蒸汽速度低，由蒸汽带动；cx=（10%13%）c1，x1，打在动叶进口边的背弧上。减少湿汽损失：采用去湿装置（去湿和回热抽汽结合），减少湿蒸汽中的水分。去湿装置可去掉蒸汽中含水分的20%25%； 提高动叶片的抗侵蚀能力； 末级叶片蒸汽湿度小于12%15%三、汽轮机级的相对内效率和内功率The internal efficiency and internal power of a steam turbines stage 级的热力过程线如图1-51（一） （一） 级的相对内效率（级效率）定义：级的有效焓降与级的理想能量之比级的相对内效率是衡量级内能量转换完善程度的最终指标，与所选用的叶型、速比、反动度、叶栅的高度等有密切关系，也与蒸汽的性质、级的结构有关。（二） （二） 级的内功率（有效功率）四、级内损失对最佳速比的影响The influences of stage losses on the optimum ratio 级内损失使级的轮周效率降低，使最佳速比值减少，即相对内效率最高时的最佳速比小于轮周效率最高时的最佳速比。结构对相对内效率也有影响，动静间隙、盖度、叶轮宽度、拉金、平衡孔等。第二章 多级汽轮机chapter2 Multistage steam turbine第一节 第一节 多级汽轮机的工作过程及损失Working processes and losses of a multistage steam turbine流量增加，叶片高度增加，受强度受到限制，则通流面积受到限制。焓降增加，会使ca增加，若保持最佳速比，则u增加。u增加受叶轮、叶片强度的限制。增加汽轮机单机功率的途径，为采用多级汽轮机。一、多级汽轮机的工作过程Working processes of a multistage steam turbine多级冲动式汽轮机：如图2-1多级反动式汽轮机：如图2-2热力过程线：如图2-3Hi =hi，Ht=h t多级汽轮机的优点：1、 1、 整机功率较大；2、效率高（1）每级承担的焓降较小，各级可在最佳速比下工作；（2）各级焓降小，可采用渐缩喷嘴；（3）利用重热现象（回收利用总损失中的一小部分）和余速利用（4）可设计成回热式和中间再热式，以提高汽轮机相对内效率。 （5）各级焓降小，级的平均直径减小，动静叶栅高度科适当增加，减少叶栅的端部损失。二、多级汽轮机的损失Losses of a multistage turbine外部损失：不直接影响蒸汽状态的损失；内部损失：直接影响蒸汽状态的损失；（一） （一） 多级汽轮机的外部损失机械损失（pm） ：机组拖动主油泵、调节系统及克服轴承摩擦所造成的损失。机械效率（m）：m=pe / pipe：有效功率（轴端功率） pi：内功率pm在一定转速下为常数，增加，m增加，因此大功率机组的m高。1、 1、 外部漏汽损失轴封系统：正压轴封 负压轴封（1）齿形汽封的工作原理：漏汽量要减少漏汽量，则应减小漏汽面积、降低流速、但不能随意改变。只有一个办法降低C：将漏汽间隙用齿片分成间隙，即加装汽封，所以应减小齿隙两侧的压差。蒸汽通过汽封是一个节流过程，压力不断降低，将总压差分成份，分配在每一片汽封齿上，使每一汽封片两侧的压差很小，减少了漏汽量。（2）芬诺曲线：漏汽在汽封齿中流动时遵循的c=常数的曲线，反映蒸汽通过汽封齿的热力过程。（二） （二） 多级汽轮机的内部损失1、汽轮机进汽机构的节流损失：与管道的长短、阀门的型线、蒸汽的流速等因素有关。p0=(0.030.05)p02、汽轮机的级内损失3、汽缸导汽管之间的阻力损失：ps=(0.020.03)ps4、排气阻力损失：（由于损失的存在，有时会使末级后压力高于凝汽器内的压力） pc=（0.020.06）pc5、间再热管道的压力损失：pr =（8%12%）pr 汽轮机及其装置的效率和经济指标The efficiency and the economic figure of a steam turbine unit一、汽轮机及其装置的效率The efficiency of a steam turbine unit装置效率：输出能量/输入能量绝对效率：将发电厂热力系统作为研究对象，输入能量为每千克蒸汽在锅炉中的吸热量。相对效率：将汽轮机组为研究对象，输入能量为汽轮机的理想焓降。（一）相对效率1、汽轮机的相对内效率i i=Pi/Pt=Hi/Ht常态值：i=78%90%2、汽轮机的相对有效效率e m=Pe/Pte=Pe/Pt=（Pe/P i）（Pi/P t）=mi 常态值：m=99%3、汽轮发电机机组的相对电效率elg=Pel/Peel=Pel/Pt=（Pel/P e）（Pe/P i）（Pi/P t）=gmig=97%99%Pel=GHtgmi =DHtgmi/3600有回热抽汽时用折合焓降计算（二）绝对效率循环效率：任一绝对效率等于同一相对效率与循环效率的乘积。ai=itae=et=imtael=elt=imgt二、汽轮发电机组的经济指标The economic index of a steam turbine-generator unit（一）汽耗率d（kg/kw.h）汽轮发电机组每发一度电所消耗的蒸汽量。（三） （三） 热耗率q(kJ/kw.h)汽轮发电机组每发一度电所消耗的热量。发电厂热效率：sel=csael cs=0.80.85 考虑管道效率和锅炉效率。通常sel=3035%三、汽轮机的极限功率和提高单机功率的途径The limit power of a steam turbine and the ways of increasing the power of steam turbine （一）汽轮机的极限功率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。el=riaxg接近常数，因此Pel取决于D，而D又取决于末级叶片的尺寸，L受叶片强度的限制，则单排汽口汽轮机功率受到一定的限制。（二）提高单机功率的途径 多缸、多排汽口、双轴、提高初温和初压1、提高新蒸汽参数；2、提高背压；3、采用双层叶片；4、末级叶片采用高强度、低密度的合金材料；5、采用多排汽口，最多有6个排汽口；6、采用低转速，原子能电站用； 7、采用给水回热系统。第二节 第二节 多级汽轮机的轴向推力The axial of steam turbine of a multistages一、多级汽轮机的轴向推力The axial thrust of a multistage turbine1、作用在动叶上的FZ12、作用在叶轮面上的FZ23、作用在轮毂上或转子凸肩上的FZ34、作用在轴封凸肩上的FZ4单级所受的轴向推力：Fi= FZ1+ FZ2 FZ3+ FZ4汽轮机所受的总轴向推力FZ=FZi二、多级汽轮机的轴向推力的平衡方法The balance method of the axial thrust of a multistage steam turbine1、加装平衡活塞（常用于反动时汽轮机）；2、叶轮上开平衡孔；3、汽缸的反向布置和汽缸内的分流；4、加装推力轴承。第三章 第三章 汽轮机的变工况chapter 3 The changing condition of Steam turbine设计工况：运行时各种参数都保持设计值。变工况：偏离设计值的工况。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。研究目的：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。第一节 喷嘴的变工况The changing condition of a nozzle分析：喷嘴前后参数与流量之间的变化关系一、渐缩喷嘴的变工况The changing condition of a contracting nozzle试验：调整喷嘴前后阀门，改变初压和背压，测取流量的变化。（一） （一） 初压P*0不变而背压P1变化（1） （1） n=1，P1= P*0，G=0，a-b，d（2） （2） 0ncr ，G G cr，a-b1-c1，1 （3） （3） n=cr，G=G cr ，a-b2-c2，e （4） （4） 1dncr，G=G cr ，a-b3-c3，3 （5） （5） n=1d，G=G cr ，a-c4，4 （6） （6） n1d ，G=G cr ，a-c4-c5，5 列椭圆方程：（二） （二） 流量网图改变p*0可得出一系列曲线，即流量网图横坐标：1= p1/p*0m；纵坐标：m=G/G 0m；参变量：0= p*01 /p*0mp*0m 、G*0m：分别为初压最大值和与之相应的临界流量的最大值。例1：已知：p0 =9MPa ，p01 =7.2MPa， p1 =6.3MPa， p11 =4.5MPa 求：流量的变化。解：取=9Mpa 原工况：0= p0 /p0m =1，1=p1 /p0m=0.7 查出：m =G/G0m=0.94 新工况：01= p01 /p0m =0.8，11=p11 /p0m=0.5 查出：m1 =0.78 则：例2：已知：p0 =1MPa ，p01 =0.9MPa， p1 =0.7 MPa， p11 =0.8Mpa，t0 =320 ，t01 =305求：流量的变化。解：原工况： 新工况： 则二、缩放喷嘴的变工况The changing condition of a contracting-expanding nozzle设计背压p1a：喷嘴喉部保持临界状态的最高背压。设计背压pca：保持蒸汽在斜切部分不膨胀的最低背压。极限背压：在斜切部分膨胀达到极限。当p1ap1pca时， 出现突击压缩（正冲波），使p1pcr第二节 级与级组的变工况The changing condition of a stage and stage group一、变工况下级前后参数与流量的关系The relationship with the frontback parameter of a stage when the condition is changed（一） （一） 级在临界工况下工作1、 1、 工况变动前后喷嘴均处于临界状态2、 2、 工况变动前后动叶均处于临界状态（1） （1） 与喷嘴一样：（2） （2） 列动叶进口和进口滞止截面的连续方程（3） （3） 动叶进出口速度可写成结论：级在临界状态下工作，不论临界状态发生在喷嘴或动叶，通过该几的流量均与级前压力成正比，而与级后压力无关。（二） （二） 级在亚临界工况下工作（三） （三） 一种工况处于临界状态，另一种工况处于亚临界状态若变动前为临界工况，变动后为亚临界工况，则可用临界工况公式计算到n=cr处，再用亚临界工式由n=cr算到变动后的工况。反之则计算方法相反。二、变工况下级组前后压力与流量的关系the relationship between the frontback parameter and flow of stage group when the conditong is changed级组：流量相同的若干个相继排列的级组成。（一） （一） 变工况前后级组内各级均未达到临界状态 一个级组是否处于临界状态，取决于级组的末级是否处于临界状态。对某一级：对于凝汽式汽轮机：pz1p01 ，pz p0 最末一、二级除外。（二） （二） 变工况前后级组内均达到临界状态 设末级达到临界状态： 结论：变工况时，若级组最后一级始终处于临界状态，则通过该级组的流量与级组中所有各级的初压成正比。（三） （三） 弗留格尔公式应用条件1、 1、 级组中各级流量相同（有回热抽汽也可应用）；2、 2、 级组中各级的通流面积变工况前后保持不变（结垢后需修正）； 3、 3、 级组中级数不少于34级。（四） （四） 弗留格尔公式的应用1、 1、 监视汽轮机通流部分运行是否正常；2、 2、 推算不同流量下各级的级前压力。三、变工况时各级焓降的变化the variety of each stages enthalpy drop when the condition is changed将蒸汽近似当作理想气体1、 1、 凝汽式汽轮机中间各级负荷偏离设计值较大时，中间各级焓降也要发生变化。2、 2、 末级无论末级是否达到临界状态，在不同的流量下，级前后压力比pz/pz-1不是常数，而是随流量G的变化而变化。3、 3、 调节级调节级后压力正比于流量G，级前压力变化较小4、 4、 背压机若末级均处于临界，则级前后压力与流量成正比，焓降变化规律同凝汽式一样。但末级通常达不到临界，背压较高，不可忽略，此时：初压越小，越接近末级，流量变化对这些级焓降的影响越大，因此，当级组的流量变化时，各级焓降的变化以末级为最大。喷嘴调节的凝汽式汽轮机，当流量发生变化时，焓降的变化主要发生在调节级和末级中，而全机总的理想焓降基本保持不变。在低负荷时，中间级的焓降也会减少，而最后几级减少的最多。四、变工况时各级反动度的变化the variety of each stages degree of reaction when the condition is changed（一） （一） 动叶进口处的汽流撞击损失 汽流打在动叶的内弧，形成正冲角。正冲角加剧了汽道内横向压力差，它也是引起端部二次流损失的根源。汽流打在动叶的背弧，形成负冲角。无论正冲角，还是负冲角，都将产生撞击损失。为减少撞击损失，进汽边做成园弧型。汽轮机设计时一般采用接近于零或稍偏向于负值的冲角。（二） （二） 焓降变化时级内反动度的变化若忽略动静间隙中比容的变化及间隙漏汽，则：只有符合此条件，汽流才符合连续条件。说明流入动叶的相对速度较小，不能使喷嘴中流出是汽流全部进入动叶内，动叶对汽流形成阻塞，动叶前压力增加，动叶中焓降增加，因此反动度增加。反动度原设计值越小，则焓降改变引起反动度的变化值越大。反动式汽轮机变工况时反动度基本不变，冲动级反动度在变工况时变化较大。（三） （三） 通流面积变化时级内反动度的变化F降低，动叶前压力增加，反动度增加；F增加，动叶前压力降低，反动度减少。（四） （四） 工况变动时级内反动度变化的估算1、 1、 速比变化引起级内反动度的变化2、 2、 面积比变化引起的反动度的变化3、 3、 压比变化引起反动度的变化第三节 汽轮机的功率调节方式及调节级变工况the governing way of turbine power and the variable operating mode of control stage 调节汽轮机的功率调节汽轮机的流量：节流、喷嘴、旁通、滑压一、 一、 节流调节throttling governing特点：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，然后流向第一级喷嘴。各级通流面积不变，变工况时各级级前压力与流量成正比，ht几乎不变，、x1、i基本不变（凝汽式汽轮机），但整机效率降低。th的大小与通流部分结构无关，而与蒸汽初终参数和进汽量的大小有关。背压机不宜采用节流调节，一般用在小机组上及承担基本负荷的机组。二、 二、 喷嘴调节及调节级变工况nozzle governing and the variable operating mode of control stage（一）喷嘴调节的工作原理当汽轮机负荷变化时，依次开启和关闭调节阀（310个调节阀），以调节汽轮机的进汽量。在部分负荷下，只有一个调节阀部分开启，调节级总是部分进汽的。（二）调节级的变工况假设：（1）=0； （2）调节阀全开压后p0不随流量的增加而降低； （3）各调节阀之间无重叠度； （4）调节级后压力与蒸汽流量成正比。1、 1、 调节级的内效率设：第一、二阀已全开，第三阀部分开启则进入汽轮机的蒸汽分两股，一股通过全开的阀门，过程线为02 ；另一股通过部分开启的调节阀，过程线为02 。这两股蒸汽都膨胀到压力p2，并在级后的汽室中混合，然后再一起流入第一非调节级。为使这两股汽流混合均匀，调节级后的汽室容积较大，混合后的焓值为h 2。2、 2、 调节级前后压力与流量的关系（1） （1） 解析法 对于凝汽式汽轮机，调节级后的压力p2D，即 （2） （2） 几何做图法调节阀后即各喷嘴组前的压力p01 、p02是变动的，其值取决于各调节阀的开度大小，喷嘴后压力p1各喷嘴都相同。各调节阀全开时所能通过的最大流量，彼此不一定相等，最后一个开启的调节阀通常在超负荷时投入。调节级的焓降是随工况变动而变化的，当流量增加时，调节级的焓降先增大而后减少。在第一个调节阀全开而第二个调节阀未开时， p2/p0达到最小，而级前温度上升到最高值，调节级焓降达到最大值。而后随着流量的增加，由于级前压力p0基本不变，而p2上升，所以焓降逐渐减少。最危险的工况不是在汽轮机的最大工况。3、调节级效率曲线 为一有明显波折的曲线，因调节阀全开时，节流损失小，效率较高；调节阀部分开启时，汽流受到较大的节流，效率将下降。效率最高点为设计工况。三、 三、 滑压调节the variable pressure governing滑压调节：汽轮机调节阀保持全开或基本全开状态，通过锅炉调整新蒸汽压力（初温不变），达到改变蒸汽流量使其适应汽轮机不同负荷的要求。定压调节：保持汽轮机主汽阀前蒸汽参数不变，通过改变调节汽阀的开度来改变进汽流量。（一）滑压调节的特点1、提高了机组运行的可靠性和机动性蒸汽压力低，温度基本不变，变工况时各部件金属温度变化小，热应力、热变形小。2、提高了机组在部分负荷下运行的经济性 调节阀全开，节流损失小，提高了高压缸的内效率。滑压与定压对中、低压缸工作不产生影响。低负荷时，蒸汽压力低： 循环效率下降，热耗率下降； 给水压力降低，给水泵耗功减少； 再热蒸汽温度升高，循环效率提高。因此，在较高负荷时，采用滑压调节不经济，只有当负荷减少到一定的数值时，节流损失较大，才有利。即当循环效率的降低小于高压缸内效率的提高、给水泵耗功的减少和再热温度的升高引起的热效率提高的三者之和时，才采用滑压调节。（二）滑压调节的方法1、 1、 纯滑压调节锅炉热惯性大，反应迟缓，适应负荷变化慢。2、 2、 节流滑压调节调节阀不开足，留有515%的开度，负荷降低时滑压，负荷增加时定压，待负荷稳定后，调节阀再回原位。3、 3、 复合滑压调节（定滑定）低负荷：滑压调节，除12个调节阀全关，其余全开；高负荷：定压，改变通流面积；极低负荷（20%30额定负荷）：为保证锅炉的水循环工况和燃烧的稳定，进行较低水平的定压。300MW机组：280MW以上，定压p0=17.4Mpa，t=540；80MW以下，定压p0=4.9 MPa 600MW机组：25%30%额定负荷，定压；80额定负荷，定压。第四节 凝汽式汽轮机的工况图the operating mode drawing of a condensing turbine 汽耗特性：汽轮发电机组的功率与汽耗量之间的关系 汽耗特性方程式：Pel=f（D）工况图：Pel=f（D）曲线一、 一、 节流调节汽轮机的工况图the operating mode drawing of throttling governing turbine汽轮机内功率为有效功率Pel/g与机械损失Pm之和，汽轮机内效率为通流部分内效率与节流效率乘积。pm在转速一定时是常数，此时i、th、g变化不大。背压机的空载汽耗量大于凝汽式汽轮机；喷嘴调节的空载汽耗量小于节流调节。二、 二、 喷嘴调节汽轮机的工况图the operating mode drawing of nozzle governing turbine因调节级内效率随负荷变化呈波浪线形状，所以d与el也呈波折状， D0与Pel的关系不是一直线。第五节 蒸汽参数变化对汽轮机工作的影响the influence of variable steam parameters on turbine operating mode流量变化汽轮机变工况蒸汽初终参数变化汽轮机变工况。参数波动在一定范围内允许，只影响机组的经济性