《汽轮机原理》第05章01

1、11. 1. 工况工况：设计工况、额定工况、变动工况。：设计工况、额定工况、变动工况。 变动工况：当外界负荷变动、蒸汽参数和转速变动，都变动工况：当外界负荷变动、蒸汽参数和转速变动，都是变动工况。是变动工况。2. 2. 研究变动工况的目的研究变动工况的目的：l了解汽轮机在不同工况下的效率变化，以设法使效率了解汽轮机在不同工况下的效率变化，以设法使效率变化不多。变化不多。l了解汽轮机在不同工况下受力情况，保证机组安全。了解汽轮机在不同工况下受力情况，保证机组安全。2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一、渐缩喷嘴压力与流量的关系 对于喷嘴的变工况，主要是讨论喷嘴前后

2、压力与流量的变化关系。对于喷嘴的变工况，主要是讨论喷嘴前后压力与流量的变化关系。根据第二章式（根据第二章式（2-272-27），通过喷嘴的流量和喷嘴前后压力的变化关系为：），通过喷嘴的流量和喷嘴前后压力的变化关系为：（5-1）*0*0*0*01 011*111*001*010.6480.648nnpGAvpGAvp vGGp v工况变动后，上二式相除得：3如果将过热蒸汽视作理想气体，利用气体状态方程如果将过热蒸汽视作理想气体，利用气体状态方程 ，则上式为，则上式为*01011*001*0111*0pTGGpTpGGp当忽略温度影响、则上升为pvRT（5-2）（5-3）上二式中，上二式中， 为工

3、况变动前通过喷嘴的流量、喷嘴前的为工况变动前通过喷嘴的流量、喷嘴前的蒸汽压力、温度和流量比蒸汽压力、温度和流量比 （彭台门系数）；（彭台门系数）； 为工况变动后通过喷嘴的流量、喷嘴前的为工况变动后通过喷嘴的流量、喷嘴前的蒸汽压力、温度和流量比蒸汽压力、温度和流量比 （彭台门系数）。（彭台门系数）。如果工况变动前后均为临界工况，即如果工况变动前后均为临界工况，即 ，则，则*00GpT、 、*101011GpT、11*1010*001crcrGpTGpT（5-4a）4当不考虑温度影响时，上升为：当不考虑温度影响时，上升为：*101*0crcrGpGp（5-4b）前前2 2式表明：式表明： 当前后两

4、种状态均为非临界工况时，通过喷嘴的流量和喷嘴前后蒸汽压力、当前后两种状态均为非临界工况时，通过喷嘴的流量和喷嘴前后蒸汽压力、温度都有温度都有 关系；关系； 当前后两种状态均为临界工况时，通过喷嘴的流量只和喷嘴前的参数有关。当前后两种状态均为临界工况时，通过喷嘴的流量只和喷嘴前的参数有关。 通过喷嘴的流量曲线：通过喷嘴的流量曲线： 根据第二章有关内容可知，当喷嘴前的参数根据第二章有关内容可知，当喷嘴前的参数（ ）和喷嘴出口面积（）和喷嘴出口面积（ ）一定时，通过通过喷嘴的流量曲线如图）一定时，通过通过喷嘴的流量曲线如图5-15-1中的中的ABCABC所示。当喷嘴前的参数为另一值（所示。当喷嘴前的

5、参数为另一值（ ）时，流量曲线如图）时，流量曲线如图5-15-1中的中的ABCABC所示，如此类推。为了方便常用所示，如此类推。为了方便常用相对坐标相对坐标作图（图作图（图5-25-2）。）。设设在最大临界工况下；喷嘴前最大初压为在最大临界工况下；喷嘴前最大初压为 ，其相应最大临界流量为，其相应最大临界流量为 ；彭；彭台门系数台门系数 定义为任一流量定义为任一流量 G G与最大临界流量之比与最大临界流量之比 ； 定义为喷嘴定义为喷嘴*00pv、nA*0101pv、*0mp*0mGm*0mG05前的压力和喷嘴前最大初压之比，前的压力和喷嘴前最大初压之比， 。 定义为喷嘴后的压力和喷定义为喷嘴后的

6、压力和喷嘴前最大初压之比嘴前最大初压之比， 。图5-1图5-2*0010mpp*110mpp16例题例题1： 假设一渐缩喷嘴前的压力从假设一渐缩喷嘴前的压力从 下降到下降到 ，而，而喷嘴后的压力从喷嘴后的压力从 下降到下降到 ，喷嘴前的，喷嘴前的温度保持不变。求通过喷嘴的流量变化。温度保持不变。求通过喷嘴的流量变化。解解：根据题意取最大压力为 。（1）对原工况）对原工况： 。在流量网中，对应 的曲线，按 查得 ，见图。（2）对于新工况：）对于新工况： ，在流量网中查得对应 的曲线，按 查得 。则可求得流量变化为：即新工况下通过喷嘴的流量为原工况的83%.09pMPa017.2pMPa16.3p

7、MPa114.5pMpa09mpMPa0101001,0.7mmpppp10.70100.94mmGG01110111007.20.8,0.59mmpppp010.8110.51100.78mGG10110000.780.830.94mmmmGGGGGGGGGG78作业与思考题：作业与思考题：1、在设计工况下渐缩喷嘴前的蒸汽压力 =2.16MPa，温度 =350 ，喷 嘴后的压力 =0.589MPa，流量为3kg/s。 若流量保持为临界值，则最大背压（ ）可以为多少？ 若要流量减少为原设计值的1/3，则在初压、初温不变时，背压 应增高 至何值？ 又设背压维持为0.589MPa不变，则初压 应降

8、低到何数值（假定初温不 变）才能使流量为原设计值的4/7？2、工况变动前，渐缩喷嘴的初压 =8.83MPa，初温 = 500 ，背压 = 4 .9MPa ，工况变动后，初压降为 =7.06MPa，背压降为 =4.413MPa。试用分析法和查流量网图解法确定工况变动前后通过喷嘴的流量比系数（温度变化忽略）。0p0tC01pmax1)(p11p01p0p0tC01p01p11p9二、级的变动工况二、级的变动工况（一）级前后压力与流量的关系（一）级前后压力与流量的关系1. 1. 级在临界工况下工作级在临界工况下工作v对于喷嘴在临界下工作对于喷嘴在临界下工作：这时，流量均为临界流量，与背压无关，只与级

9、前：这时，流量均为临界流量，与背压无关，只与级前参数有关。参数有关。 或者，或者，*1010*001crcrGpTGpT*101*0crcrGpGp（5-5）（5-5a）10 对于动叶在临界下工作：对于动叶在临界下工作： 式（式（5-5a5-5a）对动叶同样适用，即有，流量）对动叶同样适用，即有，流量G G和动叶前的滞止压力成正比，和动叶前的滞止压力成正比，则则 *101*0crcrGpGp（5-5b）上式表明，在各种工况下，动叶内流动均达临上式表明，在各种工况下，动叶内流动均达临界时，通过该级的流量与级前压力比成正比，界时，通过该级的流量与级前压力比成正比，与级后压力无关。与级后压力无关。1

10、12. 2. 级均在亚临界工况下工作时级均在亚临界工况下工作时 根据连续性方程，经过一系列推导，可得出级均在亚临界工况下根据连续性方程，经过一系列推导，可得出级均在亚临界工况下工作时级的流量与压力的关系：工作时级的流量与压力的关系： （5-8）当忽略温度影响时，有当忽略温度影响时，有 （58a）22012101220201ppTGGppT22012112202ppGGpp 在一种情况下，级处于临界状态，而另一种情况下，级处于亚临界状态在一种情况下，级处于临界状态，而另一种情况下，级处于亚临界状态 这种情况一般只发生在汽轮机最后一级和调节级，这时只能进行这种情况一般只发生在汽轮机最后一级和调节级

11、，这时只能进行即的详细核算。即的详细核算。121. 1. 级组中各级均未达临界工况级组中各级均未达临界工况： 级组为流量相同的若干连续几级组成，根据第二节式（级组为流量相同的若干连续几级组成，根据第二节式（5858），级组），级组 中中每一级每一级均有均有 同样的关系存在。将其同样的关系存在。将其改写改写成成01022202212011TTppppGGiiiippppTTGG221201222000121设级内有设级内有Z Z级，则级，则第一级： 1221201122201001211ppppTTGG13第二级第二级：2221201222202001221ppppTTGG第第Z级级：各级相加得

12、各级相加得：这里，这里，有有 为常数，而温度比可看作不变为常数，而温度比可看作不变，这样一来，有，这样一来，有同理可得同理可得zzzzppppTTGG221201222000121zi 1iziiiippppTTGG2212011222000121GG1izipp22201izipp221201121201zpp=220zpp =所以所以经改写得经改写得：2222201100110zzTGppppGT14当忽当忽略温度影响略温度影响时，为时，为 ： （5-10b5-10b）上式称为上式称为弗留格尔公式弗留格尔公式。* * * 对于凝汽式汽轮机来说，对于凝汽式汽轮机来说，可把调节级之外的所有级看

13、成一个级组，这样，可把调节级之外的所有级看成一个级组，这样，级组前后压力（级组前后压力（ 、 ）相差很大，则）相差很大，则 （5-11）（5-10a）0pzp220111220zzppGGpp220110122001zzppTGGppT220110112200zzpppGGppp15 级组均达临界状态级组均达临界状态 在进行汽轮机热力设计时，各级焓降是逐级增加的，如果级组达临界在进行汽轮机热力设计时，各级焓降是逐级增加的，如果级组达临界状态，首先在末级达临界流动。如图状态，首先在末级达临界流动。如图5-45-4所示由所示由3 3级组成的级组，假定第三级级组成的级组，假定第三级达临界。根据前面的

14、讨论，则通过第三级的流量与级前压力的关系为达临界。根据前面的讨论，则通过第三级的流量与级前压力的关系为而其余的级未达临界，则倒数第二级而其余的级未达临界，则倒数第二级的流量与级前压力的关系为：的流量与级前压力的关系为：但通过同一机组的流量相同，即但通过同一机组的流量相同，即最后可求得通过级组的流量与级前压力的关系为最后可求得通过级组的流量与级前压力的关系为图5-41414GpGp221214122224GppGpp1412142GppGpp0110pGGp（5-12a）16由此得出结论由此得出结论：在工况发生变动时，如果机组最后一级发生临界流动，则通：在工况发生变动时，如果机组最后一级发生临界

15、流动，则通过级组的流量与各级前压力成正比。当需要考虑温度修正时，则过级组的流量与各级前压力成正比。当需要考虑温度修正时，则0101001pTGGpT（5-12b ）（三）弗留格尔公式的应用条件（三）弗留格尔公式的应用条件1. 1. 通过同一级组各级的通过同一级组各级的流量应相同流量应相同； 对于凝汽机组，各级回热抽汽是按一定比例，可不考虑其影响，对于凝汽机组，各级回热抽汽是按一定比例，可不考虑其影响，而把除而把除调节级之外的所有压力级看成一个级组调节级之外的所有压力级看成一个级组。2. 2. 在不同工况下，组各级的在不同工况下，组各级的面积应保持不变面积应保持不变。而调节级是部分进汽，而且进。

16、而调节级是部分进汽，而且进 汽度要发生变化，因此调节级不能同压力级合为一组。假设级组内各级汽度要发生变化，因此调节级不能同压力级合为一组。假设级组内各级通流面积发生了相同程度的变化，则弗留格尔公式须作修正：通流面积发生了相同程度的变化，则弗留格尔公式须作修正：或者2201111220zzppGAGApp11100pAGGpA（5-13a）（5-13b）3. 3. 弗留格尔公式适用于弗留格尔公式适用于“无穷多无穷多”级，一般级，一般4545级以上。级以上。17例题：例题：已知某级组进汽压力已知某级组进汽压力 =4.0MPa=4.0MPa，温度，温度 = 400 = 400 ，级，级组排汽压力组排

17、汽压力 =0.16MPa=0.16MPa，通过级组的流量，通过级组的流量G=48t/hG=48t/h。试求：当。试求：当级组初温和背压不变，而流量减半时级组的初压级组初温和背压不变，而流量减半时级组的初压 。0p0tC01p01p解：解：根据弗留格尔公式：根据弗留格尔公式：将有关数据代人后得：将有关数据代人后得：得流量减半使，级组得初压为：得流量减半使，级组得初压为：答：当级组初温和背压不变而流量减半时，级组初压为答：当级组初温和背压不变而流量减半时，级组初压为1.442MPa1.442MPa220111220zzppGGpp2201221.624484.01.6p 011.442pMpa18

18、作业与思考题：作业与思考题：1、已知某级组进汽压力 =3.0MPa，温度 = 400 ，级组排汽压力 =0.12MPa，通过级组的流量G=36t/h。试求：当级组初温和背压不变，而流量减半时级组的初压 。2、已知某汽轮机级原设计在速度比 =0.495下工作，这时喷嘴中的理想焓降 =83.74kJ/kg，喷嘴出汽角 =14 。当工况改变时，喷嘴中的理想焓降减少一半（转速不变）。试计算当蒸汽进入叶片时，由于相对速度的大小和方向发生变化，因而产生的撞击损失，并计算汽流进入动叶的动能。3、某汽轮机级设计条件下 =0.42，级的理想焓降 =104.67kJ/kg，级别的反动度 =0.05，工况改变后，

19、= 125.6kJ/kg，而圆周速度u 不变。试计算工况改变后的反动度 。1p0tC001p0p11cux nh1aacux thm1th1m19第二节第二节 工况变动时汽轮机各级焓降和反动度的变化工况变动时汽轮机各级焓降和反动度的变化 根据第一章的讨论，根据第一章的讨论，级的理想速度和焓降级的理想速度和焓降可近似写成可近似写成 所以所以kktappvpkkhc1*02*0*0*112211220000011 ()11kkkktppkkhp vRTkpkp（5-0）20上式表明，当工况变动时，凝汽式汽轮机各上式表明，当工况变动时，凝汽式汽轮机各中间级前后压力比不变中间级前后压力比不变。这样，代

20、。这样，代入式（入式（5-05-0）后，）后，级的理想焓降不变级的理想焓降不变。当然，。当然，级的速度比级的速度比和和级效率也不变。级效率也不变。 而级的而级的内功率内功率为：为： （5-155-15）这就说明：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，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。而调节级和末级的变动工况，则要进行详细计算。动工况，则要进行详细计算。（一）（一）凝汽式汽轮机各中间机焓降的变化规律凝汽式汽轮机各中间机焓降的变

21、化规律 根据前面的讨论可知，当工况变动时，通过级的流量与级前压力成根据前面的讨论可知，当工况变动时，通过级的流量与级前压力成正比，即正比，即 所以2210011ppppGG012102ppppitiPG hB G21（二）背压式汽轮机（二）背压式汽轮机1. 1. 如果背压式汽轮机如果背压式汽轮机最后一级达临界最后一级达临界，则各级前的压力与流量成正比。其，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。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. 2. 但是，背压式汽轮机的但是，背压式汽轮机的末级一般不会达临界末级一般不会达临界

22、，其压力与流量的关系应按，其压力与流量的关系应按弗留格尔公式进行计算弗留格尔公式进行计算220111220zzppGGpp(5-16)22上式经变换后为：上式经变换后为： （5-17a)5-17a)同样有：同样有： 上式中，上式中， 、 、 分别为某中间级前后压力和整机背压。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对上式的两边同除以 得得 （5-185-18）上式表明，上式表明，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。规律变化。离末级越远，越近于直线，如图离末级越远，越近于直线，如图5-75-7所示。

23、所示。2122021201zzpppGGp2122221221zzpppGGp0p2pzp20p(5-17b）2222011220001zzppGpppGp23从图上分析：从图上分析：1 1，对于背压式汽轮机的前几级，对于背压式汽轮机的前几级，当工况偏离设计值不远时，级前当工况偏离设计值不远时，级前压力与流量的关系近于直压力与流量的关系近于直 线；线；2 2，当流量在设计值附件变化时，当流量在设计值附件变化时，可认为各中间级焓降不变，或变可认为各中间级焓降不变，或变化很小；化很小；3 3，当流量变化较大时，各级焓降，当流量变化较大时，各级焓降都要变化，并且最后一、二级变都要变化，并且最后一、二

24、级变化最大。化最大。24（三）末级的变工况特性（三）末级的变工况特性（图（图5-95-9）为背压为常数时，最末级压力与流量的关系。）为背压为常数时，最末级压力与流量的关系。1.1.在工况变动时（背压不变），在工况变动时（背压不变），级前后压力比（级前后压力比（ ）不是常数，所）不是常数，所 以级的焓降要变化。以级的焓降要变化。2.2.当流量增加时，当流量增加时， 上升，而上升，而 不变，则压差不变，则压差 增大，末级焓降增大，末级焓降 增加；增加；3.3.当流量减小时，当流量减小时， 降低，而降低，而 不变，则压差不变，则压差 减小，末级焓降减小，末级焓降 减小。减小。 因此，因此，在工况变动

25、时，末级焓降、效率、反动度、功率都要变化在工况变动时，末级焓降、效率、反动度、功率都要变化。1zzpp1zpzppth1zpzppth25图5-7）图5-9）26* * * 总结总结：1 1）对于喷嘴调节的凝汽式汽轮机，当流量（功率）变化时，其焓降的变）对于喷嘴调节的凝汽式汽轮机，当流量（功率）变化时，其焓降的变化化 ， 主要发生在调节级和末级；主要发生在调节级和末级；2 2）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）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；不变；3 3）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）当流量减小时，调

26、节级焓降增大，末级焓降减小，各中间级焓降近乎不变；不变；4 4）对于背压式汽轮机，调节级和末级的焓降都要随流量）对于背压式汽轮机，调节级和末级的焓降都要随流量G G而变化。而变化。27二、工况变动时级的反动度变化二、工况变动时级的反动度变化（一）动叶进口处的撞击损失（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，在设计工况下，汽流进口角和动叶几何角是相适应的。但是，当工当工况变动后，级的理想焓降况变动后，级的理想焓降 会变化，从而会引起速度会变化，从而会引起速度 变化，则变化，则 也要也要变化，变化， 的方向角的方向角 也要变化也要变化。这样一来，就会引起动叶

27、进口处的撞击损。这样一来，就会引起动叶进口处的撞击损失。从速度三角形（图失。从速度三角形（图5-105-10）上就可以看到其产生撞击损失的情况。）上就可以看到其产生撞击损失的情况。th1c1w11w28分析：分析：1.1.当级的焓降当级的焓降 增加时，增加时， 增加，增加， ， ， ，打击内弧打击内弧；2.2.当级的焓降当级的焓降 减小时，减小时， 减小，减小， ， ，打击背弧打击背弧；3.3.冲角冲角： = - = - 。有正冲角和负冲角，不论是打击内弧还是打击背弧，。有正冲角和负冲角，不论是打击内弧还是打击背弧，都会引起撞击都会引起撞击 损失损失，使效率降低。，使效率降低。4.4.撞击损失

28、的计算撞击损失的计算： （519519）5. 5. 为了减少撞击损失，动叶进口边多做成为了减少撞击损失，动叶进口边多做成圆头形。圆头形。有效分量为有效分量为：th1c11c11w1w1112111)sin(21wh1c1cth11c1c11w1w111111（5-10）11cosw29（二）工况变化时引起级内反动度的变化（二）工况变化时引起级内反动度的变化 假定在工况变化前后，级都处于亚临界状态，不考虑级内漏汽，为了保证假定在工况变化前后，级都处于亚临界状态，不考虑级内漏汽，为了保证连续性，必有：连续性，必有：（5-20）1c2w1c1211121212nbbnAcAwAccwAwcw则有和常

29、数式（式（5-205-20）表明：流量保持连续条件）表明：流量保持连续条件下，工况变动时，喷嘴出口速度下，工况变动时，喷嘴出口速度 及动叶出口速度及动叶出口速度 前后之比不变，前后之比不变，即即 与与 按同一比例变化。按同一比例变化。2w30（1 1）工况变动后，若级的理想焓降减小工况变动后，若级的理想焓降减小，即，即 。因转速不变，。因转速不变，即即u u不变，级的速度比增大。则不变，级的速度比增大。则喷嘴出口速度喷嘴出口速度 由由 减小为减小为 ， 。而而动叶出口速度动叶出口速度由由 减小到减小到 ， 。这样流入动叶通道的有效。这样流入动叶通道的有效分速应是分速应是 。 但分析图但分析图5

30、-10b5-10b可知，若级的理想焓降减小，必定有可知，若级的理想焓降减小，必定有 。这。这时有（时有（ ），不能满足式（），不能满足式（5-205-20）。即）。即动叶出口的流量小于动叶进动叶出口的流量小于动叶进口的流量。即蒸汽在动叶中不连续口的流量。即蒸汽在动叶中不连续。为了满足连续性，蒸汽在动叶通道中一定。为了满足连续性，蒸汽在动叶通道中一定是膨胀加速了，使动叶出口速度是膨胀加速了，使动叶出口速度 增大，满足增大，满足 。蒸汽在动叶通。蒸汽在动叶通道中膨胀加速，说明动叶焓降增加，即道中膨胀加速，说明动叶焓降增加，即反动度增大了反动度增大了 （ ）。）。2w1(1)tthm h m1c11

31、c111cmc21w212wmw111coswmw111coswmw212(/)wwm21w212(/)wwm1mm 31（2 2）工况变动后，若级的理想焓降增加工况变动后，若级的理想焓降增加，即，即 。则级的速度。则级的速度比减小。其速度三角形如图（比减小。其速度三角形如图（5-10a5-10a）所示。）所示。动叶出口的流量大于动叶进动叶出口的流量大于动叶进口的流量。即蒸汽在动叶中不连续口的流量。即蒸汽在动叶中不连续。为了满足连续性，蒸汽在动叶出口速。为了满足连续性，蒸汽在动叶出口速度度 相应减少，满足相应减少，满足 。蒸汽在动叶出口速度减少，说明动。蒸汽在动叶出口速度减少，说明动叶焓降减小

32、，即叶焓降减小，即反动度减少了反动度减少了 （ ）。）。1. 1. 级的反动度变化规律：级的反动度变化规律： 经过讨论动叶通道的流动情况之后，得出下面的经过讨论动叶通道的流动情况之后，得出下面的结论结论。当级的焓降当级的焓降 减小（速度比减小（速度比 增加）时，则反动度增加）时，则反动度 增大；增大；当级的焓降当级的焓降 增加（速度比增加（速度比 减小）时，则反动度减小）时，则反动度 减小。减小。并且，反动度的变化与原设计值大小有关，原设计值大，变化就小；并且，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。相反，原设计值小，变化就大。1(1)tthm h

33、m21w212(/)wwm1mm th1xmm1xth322. 反动度变化的计算反动度变化的计算 由于级的焓降由于级的焓降 变化引起反动度变化，通常用下式计算：变化引起反动度变化，通常用下式计算：（1 1）当当 在很大范围内变化时，可用下式计算在很大范围内变化时，可用下式计算 （522522）（2 2）当当 在（在（-0.1 0.2-0.1 0.2）范围内变化时，可用下式计算）范围内变化时，可用下式计算 (5-22)thaaxxaaxxaaxx(0.5)1mammaxx20.50.31maamaaxxxx33三、级的经济性和安全性分析三、级的经济性和安全性分析 汽轮机在设计工况下效率最高。偏离

34、了设计工况，效率就会降低。并且，汽轮机在设计工况下效率最高。偏离了设计工况，效率就会降低。并且，负荷变化越大，效率降低越多。所以，调峰机组负荷变化最大，效率降低越负荷变化越大，效率降低越多。所以，调峰机组负荷变化最大，效率降低越多。多。 对于喷嘴调节的汽轮机，在工况变化引起流量变化时，焓降变化主要发对于喷嘴调节的汽轮机，在工况变化引起流量变化时，焓降变化主要发生在调节级和末级，中间级变化不大（几乎不变）。所以中间级的效率也近生在调节级和末级，中间级变化不大（几乎不变）。所以中间级的效率也近乎不变。乎不变。 另一方面，在工况变化引起流量变化时，调节级和末级的受力情况也要另一方面，在工况变化引起流

35、量变化时，调节级和末级的受力情况也要发生变化。发生变化。 当流量减小时当流量减小时，由于调节级前压力不变，而级后压力降低，则级的焓，由于调节级前压力不变，而级后压力降低，则级的焓降增大，级前后压力差增大，调节级静、动叶片所受汽流力增大。降增大，级前后压力差增大，调节级静、动叶片所受汽流力增大。 相反，当流量增加时相反，当流量增加时，由于调节级前压力不变，而级后压力升高，则，由于调节级前压力不变，而级后压力升高，则级的焓降减小，级前后压力差减小，调节级静、动叶片所受汽流力减少。末级的焓降减小，级前后压力差减小，调节级静、动叶片所受汽流力减少。末级受力增加，末级静、动叶片所受汽流力增大。因此，对其

36、强度要进行校核。级受力增加，末级静、动叶片所受汽流力增大。因此，对其强度要进行校核。34作业与思考题：作业与思考题：1 1、在设计工况下汽轮机的流量、在设计工况下汽轮机的流量 =132.6t/h=132.6t/h，调节级汽室压力，调节级汽室压力 =1.67MPa=1.67MPa。当流量变为。当流量变为 = 90t/h= 90t/h，试问调节级汽室压力应为多少？若，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压力级结垢使通流面积减少5%5%，则调节级汽室压力又为多少？，则调节级汽室压力又为多少？2 2、某级组在设计工况下调节级汽室压力、某级组在设计工况下调节级汽室压力 =40MPa=4

37、0MPa，凝汽器压力，凝汽器压力 =0.006MPa =0.006MPa 。当负荷降低到。当负荷降低到76%76%额定负荷时，调节级汽室压力为多少？此时，额定负荷时，调节级汽室压力为多少？此时，凝汽器压力降到凝汽器压力降到 =0.005MPa=0.005MPa。1p0D01D1pcp1cp35第三节第三节 汽轮机的配汽方式和调节级的变动工况汽轮机的配汽方式和调节级的变动工况 一、滑参数运行与额度参数运行一、滑参数运行与额度参数运行 电网的负荷是时刻在变化的，对网内各机组的功率必须随时进行调电网的负荷是时刻在变化的，对网内各机组的功率必须随时进行调节，使之与外界负荷相适应。汽轮发电机组的功率可表

38、达为：节，使之与外界负荷相适应。汽轮发电机组的功率可表达为： 在工况发生变动时，式中的三个效率变化不大，改变汽轮机的内功率就在工况发生变动时，式中的三个效率变化不大，改变汽轮机的内功率就取决于进汽量取决于进汽量 和整机理想焓降和整机理想焓降 的大小。因此，对汽轮机的功率进行调的大小。因此，对汽轮机的功率进行调节，就是对节，就是对进汽量进汽量或或整机理想焓降整机理想焓降进行调节。改变机组整机理想焓降进行调节。改变机组整机理想焓降 ，可以，可以采用滑参数运行方式。定压调节是改变机组的流量，其常用的调节方式有：采用滑参数运行方式。定压调节是改变机组的流量，其常用的调节方式有：节流调节、旁通调节、喷嘴

39、调节。节流调节、旁通调节、喷嘴调节。 滑参数运行：滑参数运行：就是使机组调节阀全开，根据外界负荷变化来调节新蒸汽压就是使机组调节阀全开，根据外界负荷变化来调节新蒸汽压力（即改变整机理想焓降力（即改变整机理想焓降 ）以改变机组功率，满足外界负荷变化的要求。）以改变机组功率，满足外界负荷变化的要求。 定压调节：定压调节：汽轮机进汽参数保持不变（如额度参数），通过改变汽轮机汽轮机进汽参数保持不变（如额度参数），通过改变汽轮机的进汽量的进汽量 ，以改变机组功率，满足外界负荷变化的要求。，以改变机组功率，满足外界负荷变化的要求。eltrimelPG H GtHtHG36二、功率调节方式二、功率调节方式（

40、一）节流调节（一）节流调节 节流调节节流调节 这种调节方式就是用一个（或两个）调节阀对进入汽轮机的全部进汽量这种调节方式就是用一个（或两个）调节阀对进入汽轮机的全部进汽量 进行调节。当功率增加时，开大调节阀的开度（进行调节。当功率增加时，开大调节阀的开度（L L）。在额定工况下，全开）。在额定工况下，全开（L=1L=1）。当功率减小时，关小调节阀的开度（）。当功率减小时，关小调节阀的开度（L L），进入汽轮机的），进入汽轮机的全部进汽全部进汽量都受到节流作用量都受到节流作用。当机组功率变化时，流量和焓降都要变化。如图。当机组功率变化时，流量和焓降都要变化。如图5-125-12和和我图我图5-1

41、35-13所示。所示。0D37 节流调节的热力过程曲线节流调节的热力过程曲线（图5-13）；38 节流调节的效率节流调节的效率 蒸汽经节流之后，焓值不变压力降低（蒸汽经节流之后，焓值不变压力降低（ 降到降到 ），节流后的内），节流后的内效率为：效率为： (5-23)(5-23)式中，式中， 通流部分的相对内效率；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。调节阀的节流效率，为部分开启和全开时理想焓降之比。节流效率曲线节流效率曲线（图（图5-145-14）（根据曲线分析）（根据曲线分析）0p0prithiitririthtttHHHHHH39（二）（二）喷嘴调节喷嘴

42、调节 这是一种应用最广泛的调节方式。每一个调节阀控制一组喷嘴组。中这是一种应用最广泛的调节方式。每一个调节阀控制一组喷嘴组。中小型机组一般有小型机组一般有4747个调节阀，大型机组一般有个调节阀，大型机组一般有4646个调节阀。个调节阀。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。荷时）才使用。图3_2540三、三、调节级的变工况调节级的变工况先假定：（先假定：（

43、1 1）调节级的反动度）调节级的反动度 = 0= 0，则，则 ；各阀无重叠度。；各阀无重叠度。（一）调节级的热力过程曲线（一）调节级的热力过程曲线（图（图5-15,5-15,图图5-165-16）：）： 在某一工况下，第一、二阀全开，阀后压力为在某一工况下，第一、二阀全开，阀后压力为 = = ； 第三阀部分开启，阀后压力为第三阀部分开启，阀后压力为 ( ， 流量为亚临界，流量为亚临界， 点点n n之后，之后， ）；）；（3 3）喷嘴组后的压力：）喷嘴组后的压力： ；（4 4）亚临界流动。）亚临界流动。4. 4. 第四阀开启过程第四阀开启过程：L4=01.0L4=01.0时，时， ，过负荷，亚临

44、界流动。，过负荷，亚临界流动。0p2pcrpcrp2p11GG475. 调节级的焓降变化：调节级的焓降变化：从图从图327a327a可见，随着流量增加，可见，随着流量增加，压差（压差（ - - ）是逐渐减少的，焓）是逐渐减少的，焓降也是逐渐减少的降也是逐渐减少的。相反，。相反，则压差（则压差（ - - ）和焓降也是逐渐增加的）和焓降也是逐渐增加的。特别。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（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，）最大，是是调节级的最危险工况调节级的最危险工况。6. 6. 调节级后的温度变化较大，不能忽略，在计算时应修正；调

45、节级后的温度变化较大，不能忽略，在计算时应修正；0p2p2p0p0p2p48（四）调节级的效率曲线：（四）调节级的效率曲线：在前面的讨论中，就可以求得在前面的讨论中，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。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。这样就可以求得整个调节级的效率。如图如图518 518 所示的效率曲线所示的效率曲线 0-0-a-b-c-da-b-c-d， 曲线呈波折状曲线呈波折状。原因。原因在于各阀在开启过程中有节流存在。在于各阀在开启过程中有节流存在。49（五）滑压调节（五）滑压调节1. 1.

46、 电网负荷变化问题：电网负荷变化问题：峰谷差问题；电网调峰：水电，抽水蓄能，火电。峰谷差问题；电网调峰：水电，抽水蓄能，火电。 而火电调峰办法：（而火电调峰办法：（1 1）低负荷运行；（）低负荷运行；（2 2）两班制启停。）两班制启停。2. 2. 滑压运行：滑压运行：对于调峰机组，启停频繁，负荷变化大。为了适应这一特点，通常采用对于调峰机组，启停频繁，负荷变化大。为了适应这一特点，通常采用滑压运行。根据外界负荷变化情况，调整滑压运行。根据外界负荷变化情况，调整燃烧量燃烧量和和给水压力给水压力，使锅炉出，使锅炉出口蒸汽压力变化，而温度不变。汽轮机调节阀全开，没有节流损失。口蒸汽压力变化，而温度不

47、变。汽轮机调节阀全开，没有节流损失。3. 3. 滑压运行的特点：滑压运行的特点：（1 1）提高了部分负荷下的经济性：）提高了部分负荷下的经济性：* * 调节阀全开，无节流损失；调节阀全开，无节流损失；* * 变速给变速给水泵，减少厂用电；水泵，减少厂用电；* * 提高了末级的干度，减少了湿汽损失；提高了末级的干度，减少了湿汽损失；（2 2）提高了机组运行的）提高了机组运行的可靠性可靠性和和负荷的适应性负荷的适应性。504. 4. 滑压运行的方式：滑压运行的方式：（1 1）纯滑压运行：）纯滑压运行：（2 2）节流滑压运行：）节流滑压运行：* * 机组稳定运行时，机组稳定运行时，调节阀有一定余量调

48、节阀有一定余量；* * 降负荷时，采用滑压运行；降负荷时，采用滑压运行；* * 升负荷时，采用定压运行。升负荷时，采用定压运行。（3 3）复合滑压运行：）复合滑压运行：高负荷高负荷时，定压运行；时，定压运行；中间负荷中间负荷时，变压运行；时，变压运行；低负荷低负荷时，定压运行。时，定压运行。51四、工况变动时，轴向推力的变化四、工况变动时，轴向推力的变化（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几前后压力差和反动度。因此级的轴向推力的级的轴向推力的大小取决于几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：变化可近似表示为：式中，式中， 。1. 1. 凝汽式汽轮机轴向推力

49、的变化：凝汽式汽轮机轴向推力的变化：（1 1）对于节流调节凝汽式汽轮机：除了最末一、二级外，各级）对于节流调节凝汽式汽轮机：除了最末一、二级外，各级焓降焓降和和反反动度动度近似近似不变不变，可导出，可导出轴向推力与功率（流量）成正比轴向推力与功率（流量）成正比；但最末一、二；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；生在最大功率时；（2 2）对于喷嘴调节凝汽式汽轮机：在工况变动时，压力级）对于喷嘴调节凝汽式汽轮机：在工况变动时，压力级焓降焓降和和反动度反动度近似近似不变不变，可导出，可

50、导出轴向推力与功率（流量）成正比轴向推力与功率（流量）成正比；而；而调节级的轴向推调节级的轴向推力变化复杂力变化复杂，但对总的轴向推力影响不大。因此，最大轴向推力发生在，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。最大功率时。smsmzzppFF11120ppps522. 2. 背压式汽轮机轴向推力的变化：背压式汽轮机轴向推力的变化：（1 1）调节级的轴向推力变化同上；）调节级的轴向推力变化同上；（2 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。）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。（二）反动式汽轮机轴向推力的变化（二）反动式汽轮机

51、轴向推力的变化：对于反动式汽轮机，由于设计反动度大，因此变化小。轴向推力只与动对于反动式汽轮机，由于设计反动度大，因此变化小。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。叶前后压力差成正比，最大轴向推力发生在最大功率时。（三）轴向推力的监督：（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的油膜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的油膜温度来监督轴向推力的变化。温度来监督轴向推力的变化。53 工况图：汽轮机功率与汽耗量的关系曲线工况图：汽轮机功率与汽耗量的关系曲线汽耗特性。汽耗特性。一、节流配汽凝汽式汽轮机的工况图：一、节流

52、配汽凝汽式汽轮机的工况图：1. 1. 功率与流量的关系功率与流量的关系：而汽轮机的功率可分为两部分：而汽轮机的功率可分为两部分：n（1 1）有效功率）有效功率 ；（；（2 2）克服机械损失）克服机械损失 耗功（耗功（ ）；）；n汽轮机的汽轮机的内效率内效率（ ）等于汽轮机）等于汽轮机通流部分的内效率通流部分的内效率（ ）与调节阀）与调节阀节流效率节流效率的乘积（的乘积（ ）。）。 riri036003600elelmtrimeltrithelPPDPHH （5-28）elelPmPririth 54当负荷变化不大时，可认为效率（当负荷变化不大时，可认为效率（ ）近似不变。另外，当转速）近似不变

53、。另外，当转速一定时，机械损失一定时，机械损失 为常数，则上式可写出：为常数，则上式可写出： （5-29）式中，式中， 汽耗微增率汽耗微增率，即每增加单位功率所需增加的汽耗量；，即每增加单位功率所需增加的汽耗量； 空载汽耗量空载汽耗量， 通常为（通常为（0.050.10.050.1）DoDo。1dnlDrimel、mP01elnlDd PD13600eltrithelPdH 3600mnltrithPDH552. 2. 工况图工况图图图5-215-21表示汽轮机表示汽轮机D D、d d、 与功率（与功率（ ）的关系：随着功率（）的关系：随着功率（ ）的增加，）的增加，流量流量D D、效率、效率

54、 增加，汽耗率增加，汽耗率(d) (d) 减少，空载汽耗量（减少，空载汽耗量（ ）不变。）不变。D D 近似直线。近似直线。elr.elr.elPnlDelPelP56二、喷嘴调节二、喷嘴调节凝汽式汽轮机的凝汽式汽轮机的工况图：工况图：1. 1. 喷嘴调节凝汽式汽轮机的工况图喷嘴调节凝汽式汽轮机的工况图 如图如图5-225-22所示。由于喷嘴调节汽轮所示。由于喷嘴调节汽轮机的效率曲线机的效率曲线呈波折形呈波折形，所以汽耗率和电效率曲线也呈波折形。由于，所以汽耗率和电效率曲线也呈波折形。由于重叠度重叠度的原因，汽耗量与功率的关系近似为一直线（的原因，汽耗量与功率的关系近似为一直线（ABCABC）

55、。其中）。其中B B点对应额定负荷，点对应额定负荷，BCBC为过负荷。为过负荷。图5-23图5-22572. 2. 汽耗特性方程：汽耗特性方程：（1 1）当功率小于经济功率时，）当功率小于经济功率时，（2 2）当功率大于经济功率时，）当功率大于经济功率时，式中，式中， 过负荷时的汽耗微增率。过负荷时的汽耗微增率。当大于额定负荷当大于额定负荷 时，时， 下降，下降， 。1dri1d1d01nlelDDd P（5-30）011()() nleleleleDDd Pd PP（5-31）()eleP58三、蒸汽量调节方式的比较和选择：三、蒸汽量调节方式的比较和选择：1. 1. 调节方式的选择：调节方式

56、的选择：（1 1）承担基本负荷的机组：要求效率高，多采用节流调节）承担基本负荷的机组：要求效率高，多采用节流调节和单列级作调节级的喷嘴调节方式；和单列级作调节级的喷嘴调节方式；（2 2）承担尖峰负荷的机组：要求负荷适应性好，当工况变）承担尖峰负荷的机组：要求负荷适应性好，当工况变动时效率变化不大，常选用双列级作调节级的喷嘴调节方式。动时效率变化不大，常选用双列级作调节级的喷嘴调节方式。（3 3）背压机：采用喷嘴调节方式。）背压机：采用喷嘴调节方式。592. 2. 调节级焓降大小的选用调节级焓降大小的选用：调节级焓降大小对机组经济性影响很大，图调节级焓降大小对机组经济性影响很大，图345345表

57、示功率相同的两台机组，在设计工况下，调节级焓降大小不同，在工况变表示功率相同的两台机组，在设计工况下，调节级焓降大小不同，在工况变 动时，级后压力与流量的关系。其规律：动时，级后压力与流量的关系。其规律： 设计工况下，调节级设计工况下，调节级焓降大焓降大（ ），流量减小时，），流量减小时，焓降变化焓降变化（ ）小；）小； 设计工况下，调节级设计工况下，调节级焓降小焓降小（ ），流量减小时，），流量减小时，焓降变化焓降变化（ ）大；）大；所以：所以：* * 承担基本负荷的机组，运行时，负荷变化不大，则调节级焓降应取小些，承担基本负荷的机组，运行时，负荷变化不大，则调节级焓降应取小些， 以求较高的

58、效率；以求较高的效率；* * 承担尖峰负荷的机组，运行时，负荷变化大，则调节级焓降应取大些（双承担尖峰负荷的机组，运行时，负荷变化大，则调节级焓降应取大些（双 列级），使之在工况变动时，调节级焓降变化不大，效率变化不大。列级），使之在工况变动时，调节级焓降变化不大，效率变化不大。1th1th1th1th60第五节第五节 蒸汽初终参数的变化对汽轮机工作的影响蒸汽初终参数的变化对汽轮机工作的影响 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。数变化超过一

59、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：的内功率为：当初压变化不大时，当初压变化不大时，汽轮机的内功率变化为三部分变化之和汽轮机的内功率变化为三部分变化之和： 3600triiG HP000000360036003600tririttriiHGHG HGPpppppp（A）（B）61（一）（一）当初压变化而调节阀开度不变当初压变化而调节阀开度不变 对式（对式（B

60、B）的各项进行简化、推导可得：）的各项进行简化、推导可得： （5-32）上式两边同除以式（上式两边同除以式（A A）得相对值）得相对值：（5-33）上式表明，上式表明，当初温、背压不变时当初温、背压不变时，功率变功率变化量（化量（ ） 正比于初压改变量正比于初压改变量（ ），），而背压越高，初压对功率的而背压越高，初压对功率的影响就越大影响就越大，即对背压机影响更大。如图，即对背压机影响更大。如图5-265-26所示，在不同背压下，功率增加与初所示，在不同背压下，功率增加与初压的关系。压的关系。0p图5-2610002001kkiitPp vppPHppiP10020000036003600k