汽轮机毕业设计

1、摘 要本设计是根据汽轮机的热力性能试验的数据而进行的初步核算的初步设计。本设计遵循汽轮机热力性能试验的原则，对试验数据进行简单的核查，力求清楚明了，简单精确。本设计主要是从工程应用方面阐明了汽轮机热力性能试验技术的原理和方法，对国际上通用的各类汽轮机热力性能试验规程或标准及技术的要求进行简单的说明，提出了对热力性能试验关键技术点和遇到的各种问题解决方法。关键词：汽轮机热力性能试验 热耗率 第一类修正 不确定度目 录摘要Abstract第1章 绪论- 1 -1.1 概述- 1 -1.2 汽轮机热力性能试验的定义和目的- 1 -1.3 汽轮机热力性能试验的现状与发展- 2 -第2章 热力性能试验方

2、法- 3 -2.1 试验标准和规程- 3 -2.2 测量方法- 3 -压力测量- 3 -温度测量- 4 -流量测量- 4 -电功率测量- 4 -2.3 全面性热力性能试验- 5 -试验的策划- 5 -试验实施- 5 -第3章 试验结果的计算和修正- 8 -3.1 概述- 8 -3.2 热耗率- 8 -3.3 焓降效率- 9 -低压加热器系统计算- 10 -排入凝汽器蒸汽焓的计算- 12 -3.4 第一类修正- 13 -第一类修正- 13 -第一类修正计算- 13 -3.5 第二类修正- 14 -第4章 试验结果的不确定度- 16 -4.1 概述- 16 -4.2 测量不确定度的评价原则- 16

3、 -4.3 不确定度数值分析计算方法- 17 -确定每一测量参数的测量不确定度- 17 -确定用来计算试验结果的各种计算变量的不确定度- 18 -第5章 300MW机组热力性能试验计算- 20 -5.1 实验概述- 20 -试验机组的技术规范- 20 -试验说明- 20 -试验测量仪表说明- 20 -5.2 试验运行工况下性能计算- 21 -计算用试验数据见附录（表5-1）- 21 -试验数据计算- 21 -5.3 试验结果修正到设计运行状态- 28 -第一类修正（系统修正）- 28 -第二类修正（参数修正）- 29 -5.4 试验结果不确定度的评价- 30 -主凝结水流量的不确定度- 30

4、-电功率的不确定度- 32 -试验结果（热耗）总不确定度的确定- 32 -总 结- 33 -致 谢- 34 -参考文献- 35 -附录：表5-1计算用实验数据表5-3计算数据汇总表第1章 绪论1.1 概述汽轮机是通过蒸汽在叶栅通道内膨胀做功，将热能转变为机械能的一种旋转式原动机。根据热力学原理，提高能量的转换效率，始终是汽轮机设计和制造的技术研究的目标。汽轮机的发展说明，用单纯的理论和计算方法来提高计算汽轮机的性能是不可能的。理论研究和试验研究是密不可分的、相辅相成的。汽轮机试验就是来解决汽轮机设计、制造、调试、运行、维护等的一种试验研究手段。汽轮机热力性能试验的研究对象就是汽轮机的热力性能，

5、包括热耗率、热效率、功率等。热力性能试验研究是通过试验的方法对汽轮机组的热力性能进行研究和分析。同时热力性能试验对汽轮机的设计和制造技术的发展和进步、汽轮机组的运行优化、状态监测及评估、技术改造、经济性和安全性评价等方面起到重要的作用。汽轮机热力性能试验对准确掌握汽轮机热力特性，促进汽轮机技术的发展具有重要的作用。只要认真研究和解决汽轮机热力性能试验出现的各种问题，才能提高试验的精确度，促进热力性能试验技术的发展。1.2 汽轮机热力性能试验的定义和目的汽轮机的热力特性是指反映汽轮机在特定的热力循环系统中能耗水平，以及附属设备系统完善程度的一系列热力学指标。汽轮机组是有许多附属设备及系统组成的有

6、机整体，其热力特性取决于热力循环系统中各主、辅设备及系统热力特性的综合。这些主辅设备及系统包括：配汽机构、通流部分、回热系统、凝汽器、各类泵等热力循环设备及系统。汽轮机在特定的热力循环中的热力特性是通过一系列热力学状态参数和指标表述的，如：压力、温度、焓、流量、功率、内功率、热耗率、煤耗等。因此，试验也要求规定一些特殊的试验工况条件，如：负荷、参数变化、系统隔离、试验持续时间、测量系统安装与运行等。试验目的和范围不同，这些工况要求也不同，即使是对在线优化试验，也要求试验参数变化控制在一定的范围内。 热力性能试验是以工程热力学、工程流体力学、热工测量等工程科学及误差理论等为理论基础。因此，它的试

7、验、测量计算、分析的方法必须遵循热力学、流体学、误差分析的基本原理。就是说，无论是试验的设计、测量系统的设计和布置、测量仪表的选择和安装，还是试验结果的计算、修正和试验不确定度分析，都不能偏离这些学科的基本原理。在汽轮机热力性能试验的定义明确后，再来谈谈试验的目的与范围。热力性能试验的目的，归纳起来有以下几个方面：(1)获取设计或保证条件下的汽轮机组热力性能指标，以鉴定或考核新投产整套汽轮机组设备是否达到设计或保证条件下的保证值。(2)获取更新或改造主要设备后的汽轮机热力性能指标，以鉴定或考核这些设备是否达到设计或保证条件下的保证值。(3)获取汽轮机维修、维护前后，或改造前后的热经济性指标，以

8、评价检修或改造前后所取得的经济效益，为今后经济运行提出合理的建议和指出改进方向。(4)获取长期运行后的汽轮机的热经济性指标，以检验设备的性能变化趋势和劣化情况，作为分析和评价设备经济性的依据，并为此制定合理的运行指导。(5)获取不同边界条件下运行的汽轮机组的热力性能数据，寻求汽轮机组的最佳运行条件和方式，优化汽轮机组的运行方式，确定气轮机的最佳运行条件。(6)长期跟踪汽轮机运行，获取随时间变化的机组热力性能数据，总结和建立完善而全面的机组热经济性档案，为专家系统、寿命管理和状态检修建立基础数据库。(7)通过首台汽轮机样机的热力性能试验研究，对制造厂的新产品的经济性和安全性进行评估和分析，提出改

9、进的意见和建议，促进汽轮机新技术的发展。1.3 汽轮机热力性能试验的现状与发展汽轮机组热力性能试验的目的是伴随着汽轮机技术的发展不断发展的，随着测量技术、试验方法、误差理论等科学的快速发展，汽轮机热力性能试验研究领域呈现出许多新的特点和趋势。热力性能试验技术属于传统技术的范畴，技术创新和出现重大突破的机会比信息科学、生命科学等新兴的学科多的多。但是，应该看到，热力性能试验技术与其他学科互相交叉和渗透的趋势越来越明显。ASME PTC6试验规程经历了80多年的发展，通过试验方法的不断改进已经成为体系严密规程合理且精度较高的族标准。目前我国电力行业的试验研究机构主要是侧重于进行新技术应用后的机组性

10、能测试，以及经济性优化试验研究，随着合作研究和合作开发领域的不断扩大，相信不久的将来越来越多的介入新技术的研究和合作开发，新机型的研制、开发和完善过程中去。第2章 热力性能试验方法2.1 试验标准和规程实验标准和规程对汽轮机组热力性能试验十分重要，它提供了开展热力性能试验的策划、准备、实施、报告统一的规则。只有在统一的规则下实施热力性能试验，才能准确的获取汽轮机组的热力性能数据，保证试验结果对精度的要求，反映汽轮机组热力性能的真实状况。国内外主要的汽轮机热力性能试验标准和规程主要分为三类，包括美国ASME PTC6标准和规程族（包括ASME PTC61996、ASME PTC6.11984、A

11、SME PTC 461996 、ASME PTC6等）；欧洲标准和规程，其中，以IEC 953标准和规程族为代表（包括IEC 9531、IEC 9532等）及德国的DIN 1943、英国的BS 752.等；我国的国家标准GB81171987等。我国的国家标准，基本上是参照美国ASME标准族，并考虑到我国的实际情况制定的。ASME PTC61996试验标准和IEC9531试验标准适用于对试验结果精确度要求高的场合。这些试验的目的主要是获取汽轮机组的热耗率、汽耗率，以及煤耗等能耗指标。ASME PTC6.11984试验标准是ASME PTC61976试验标准的简化版，其目的主要是在试验精度和成本之

12、间选择一个合理的结合点，其与ASME PTC61996试验标准的区别是该规程试验是基于直接测量最终给水流量和简化了系统修正方法，使用较多的修正曲线。ASME PTC61996试验标准，是针对联合循环发电场和大多数燃用化石燃料的朗肯循环发电厂提出的一个新的标准。该标准适用于对提供全部发电厂设备的总承包商的验收试验。它是通过测量所有进入发电循环的热量和输出的静电量，及其他的二次输出，计算整个发电厂的热耗率和输出的发电量等性能指标。它是同目前得到迅速发展的各种类型的联合发电工程相适应的。采用该试验标准能避免因各种联合循环共同存在而产生的一些复杂因素造成的计算困难和修正偏差。2.2 测量方法 压力测量

13、常用的测压仪表有弹簧管压力表和压力变送器等。随着测量技术的发展无论是高压或是低压的测量，压力变送器的使用越来越普遍。压力变送器的输出信号为标准420mA，这有利试验数据采集的自动化和减少人为读数减少的误差。试验所使用的压力表计或变送器都经过权威的鉴定机构进行校准，证明是合格的方可使用。压力校验的量程应将试验时的使用范围包括在其中，至少取5个点进行上下行程校验并出具校验报告和试验数据，作为对测量值进行仪表修正的依据。 温度测量汽轮机热力性能试验中都是用接触式测温元件进行测量的，常用的接触式测温元件种类有：热电偶、热电阻和水银温度计。在热力试验中普遍使用K型热电偶和Pt100热电阻。热电偶和热电阻

14、输出的是毫伏电压信号和电阻信号，也可以将之做成温度变送器，将温度转换成标准的420mA电流信号。在使用过程中，测温元件在高温下会引起特性发生变化，导致测量误差变大。因此，试验中所使用的测温元件试验前都应经权威的检定机构进行校准，证明是合格方可使用，必要时，试验后应立即进行复校。校检的温度范围应将试验时的使用范围包括在其中，至少取5个点进行上下行程校验并出具校验报告和试验数据，作为对测量值进行仪表修正的依据。 流量测量(1)主流量测量主流量是汽轮机热力性能计算的基准，是影响整个性能试验精度的关键。在主流量测量中，根据试验要求不同，主流量测量装置可以安装在凝结水管道或高加出口的主给水管道上。在精度

15、要求比较高的试验中，推荐将主流量测量装置安装在进入除氧器的凝结水管道上。主流量测量装置的校准一般在标准试验台上进行，必须对装置进行整体校准。校准时装置的布置以及雷诺数、水温和其他流动条件应尽可能接近试验条件，为此 ，有条件可以采用加热装置对流体进行加热，得到尽可能接近的雷诺数。(2)辅助流量的测量汽轮机热力性能试验中除了主流量外，还有许多辅助流量进行测量。常用的的测量装置有标准孔板、标准喷嘴等。用板孔和喷嘴测量流量时需要知道节流件上游流体的压力、温度和黏度。为了避免温度套管对流量测量产生扰动，可一用下游测得的压力、温度计算流体焓值。对于保温较好的测量管段，节流过程是一个等焓过程，根据上游压力和

16、下游焓值，可以计算出上游其他参数。除了孔板和喷嘴，另外还可以采用超声波流量装置称重法流量测量等方法进行部分辅助流量的测量。 电功率测量发电机功率是汽轮机性能试验中的一个重要参数，发电机电功率测点应尽可能靠近发电机出口。对于自励发电机，电功率测量应在励磁机端子下游。发电机功率可用功率表测量。电功率测量可用试验专用电流、电压互感器，也可利用现场仪用互感器，试验各方应在试验前应就互感器的精度等级以及规定事宜达成协议。除了发电机功率有时需要测量辅机的电功率。辅机电功率可以用上述的发电机功率测量方法进行测量，有时也利用现场的电能表以及秒表，用电能表读数差除以时间间隔来计算辅机功率。在汽轮机性能试验中除了

17、测量压力、温度、流量、电功率等一些主要参数外，还有其他一些参数需要测量，如水位、时间、蒸汽湿度等。各参数测量仪表应在试验前得到试验各方的认可。2.3 全面性热力性能试验汽轮机热力性能试验的范围大到整个汽轮机组，包括了汽轮机本体、回热系统、辅助热力设备；小到单个设备或部件，如高压调门、单个汽缸单个加热器等。根据目的的不同，试验范围也有所不同。在电力行业中常开展三种类型的汽轮机试验，即：性能验收试验、常规性能试验和电厂性能试验。性能验收试验是以获取具有最小不确定度的热力性能指标为目的，其结果常用来与制造厂的性能保证值进行比较。常规性能试验用于获取不需要最小不确定度的热力性能指标为目的的场合，其结果

18、广泛用于对技术改造或运行方式进行指导。电厂性能试验一般使用现场仪表进行，由于试验精度、校验等级决定了它所产生的结果具有较大的不确定度，属一般性能试验。汽轮机组全面性热力性能试验是所有热力学试验中涉及面最广、试验精度要求最高、试验工况要求最严的试验。2.3.1 试验的策划汽轮机组的热力性能实验的策划可划分为：试验谈判和协商阶段、试验的设计阶段、试验的前期准备阶段、试验的实施阶段、试验的总结和收尾阶段。 试验实施(1)试验要求1)焓降试验已经及时完成。2)试验方案及措施已经审批。3)系统和设备检查性试验全部完成并合格。4)全面检查试验系统各阀门、管道泄露情况，包括锅炉的部分阀门。5)按照隔离清单检

19、查与试验有关的阀门状态是否正常。6)按照隔离清单进行系统隔离。7)要求运行人员试验期间维持高低压加热器水位基本不变，并记录水位。汽包凝汽器热井和除氧器水位自动投入。8)要求试验期间机组运行工况基本稳定，机组负荷维持在规定负荷附近，补水率为0%。9)试验参数控制表和试验措施已经分发到运行人员。10)试验基准为阀点基准（所有调节阀全开，开度100%），调整负荷至规定负荷。11)试验开始前应该稳定2h，正式试验试验时间为2h。12)试验期间凝泵应维持正常水位运行，定子冷却水系统不进行补水。13)试验前，试验人员准备好试验器具，准备进行不明泄露量测量（高加保护水、凝泵、凝升泵、疏水泵密封水泄漏）。14

20、)试验各有关方人员到齐并做好试验进行的准备。15)试验记录人员检查测量和数据采集系统、试运行系统超过10min，检查系统。16)试验期间关闭所有锅炉、汽机、发电机的取样门，如果不能关闭必须测量。17)要求运行人员在试验前将汽轮机调门切换为所有调门全开、负荷调整至规定负荷，试验前一次性将水量补足。(2)试验步骤1)由试验总指挥发令，参数稳定期间开始。2)试验开始前1h，对负压变送器进行放气排水。操作完成后恢复变送器的原始状态。3)关闭锅炉定排、连排，切除常用汽，同时停止化学取样。按照系统隔离清单对系统进行隔离。4)关闭高加保护水等可能影响到机组安全的系统，试验期间注意严格监视。5)试验前再次检查

21、所有测点状态，确认其正常。6)待机组参数稳定后，由试验总指挥发令，试验正式开始，试验人员开始记录数据。7)试验期间，试验人员负责汽包、凝汽器热井、小机凝汽器热井、凝水箱和除氧器水位的测量，并记录试验数据。8)由业主、试验方、制造厂、监督方对于试验原始数据进行确认签字，并各持一份。9)通过初步计算，判定试验是否有效。10)试验结束后，机组恢复为试验前运行状态，恢复补水、定排、连排及厂用汽，化学集中取样架汽水采样投用。11)在第一次试验结束后，通过改变负荷和破坏系统隔离的方法，使机组在新的工况下稳定运行。12)按照以上步骤和要求进行重复试验，直至所有试验工况全部完成。(3)试验安全措施1)试验期间

22、，所有人员必须遵守国家和业主制定的安全规定 ，不的随意操作。2)所有试验人员必须听从试验负责人统一指挥，不得随意改变试验工况。现场如遇事故，试验立即停止，试验人员撤离现场，由运行有关人员按照有关规程进行处理。(4)判定试验是否有效的原则1)在试验各有关方都参与的前提下，对试验的有效性进行初步判定。2)实验实施时间满足8周内进行的条件，或试验因事故超出规程和标准规定时间，但对试验结果进行初步计算分析后，通过与焓降试验的结果比较，可以判定机组未发生严重影响性能的情况，或虽然机组存在热力性能的劣化，但各有关方以就如何处理这种热力性能的劣化对试验结果的影响的方法达成一致意见。3)实验工况参数满足已经由

23、试验各有关方通过协议的方式进行确认的参数控制表的要求。4)试验基准满足规程或协议的要求。5)系统隔离已经严格按照系统隔离清单执行，试验的不明泄漏量满足规程或协议的要求。6)试验数据满足采样频率、试验持续时间等要求。7)试验次数满足规程或协议的要求，有足够多的正式试验和重复性试验满足要求。8)实验项目和内容已经全部完成。9)经试验不确实度评估，判定不确定度已满足规程或协议的要求。此外还有些常规性和特殊类型的热力性能试验。第3章 试验结果的计算和修正3.1 概述以常见的 中间再热凝汽式汽轮机为对象，对其热力性能进行计算，得出的热力性能指标是热耗率和汽轮机的缸效率。由于实际试验时不可能将全部运行工况

24、参数都控制在规定值因此在将试验结果与保证值比较之前，应对试验结果进行修正，实验结果修正到保证工况。这样对于试验的热耗率、缸效率及发电机功率均有修正后的热耗率、缸效率和发电机功率。3.2 热耗率热耗率的基本定义如下： (3-1)这里所说的汽轮机系统是包括回热加热器系统，因此，离开汽轮机系统进入锅炉的给水及冷再热蒸汽所含有的热量必须计算，此外，出汽轮机系统的辅助热量也要包括在内。发电机输出功率应该是指发电机的净输出功率 。对再热回热式汽轮机，热耗率的公式表示为 (3-2)式中：HR热耗率，Kj/kwh；主蒸汽流量，t/h；再热蒸汽流量，t/h；给水流量，t/h；冷再热蒸汽流量，t/h；过热器减温水

25、流量，t/h；再热器减温水流量，t/h；主蒸汽焓，kj/kg；热再热蒸汽焓，kj/kg；给水焓，kj/kg；冷再热蒸汽焓，kj/kg；过热器减温水焓，kj/kg；再热器减温水焓，kj/kg；发电机功率，MW。以上公式着重从气轮机的系统的角度考虑进出热量，即没有计入泄漏流量带出锅炉的热量，也有在式中全部用给水流量或主汽流量的，那样则将泄漏量算在锅炉出口或进口，使系统吸收热量发生变化。汽耗率是汽轮机发电机组的另一重要性能指标。他定义为汽轮机的进汽量与电功率之比值。用符号SR表示，单位是Kg/kw。数学表达为 (3-3) 汽耗率只是用蒸汽的流量来表述汽轮机的性能，忽略了因参数不同而带来的蒸汽品质的差

26、异，因此，汽耗率并不能直观地反映蒸汽所含有的热能在汽轮机中的有效利用程度。对再热式汽轮机，在同样的主蒸汽流量下，因再热蒸汽流量的不同而表现的不同热力性能，也无法由热耗率来表述。但是，对于仅在一个压力和温度条件下进汽，并 在另一个压力下排出全部蒸汽的汽轮机，如背压式汽轮机，汽耗率是可以衡量热量转换程度的指标。3.3 焓降效率大型汽轮机组一般均有高压缸、中压缸和低压缸。各缸的效率反映了汽轮机的本体性能的优劣程度，是表述汽轮机组性能的重要指标。如本章中第一节所述，直接测量汽缸出口的压力和温度参数，根据公式 (3-4)即可求出，高、中压缸的焓降效率。在测出调节阀门后的蒸汽参数后，还能进一步求出汽缸的通

27、流效率，从而更准确的反映同缸通流部分的性能。但是，对于有些机组的高压缸，因其各只调节阀门不是同步开启的，面是按一定的重叠度顺序开启。在进行汽缸效率计算时，要特别注意由于缸体造成的阀杆漏汽、轴封漏汽，或缸内漏汽对效率的影响。汽轮机各缸效率常常作为汽轮机热力性能评价的一项重要指标。通常高、中压缸的效率计算可以通过测量高、中压缸进出口的压力、温度等热力参数，并由水蒸气表查出相应的焓熵值，即可计算得出。但由于低压缸排汽处于湿蒸汽区，其压力和温度不再是相互独立的参数，另外还需要蒸汽的干度才能确定低压缸排汽焓。由于目前蒸汽的干度还难以在现场进行精确的测量，低压缸排汽的焓值还无法通过常规方法得到，故低压缸效

28、率也不易求得。 低压加热器系统计算目前，汽轮机排汽焓的计算通常是按照ASME PTC6A一1982推荐的方法，即通过整个机组的质量和能量平衡来确定汽轮机的排汽量和排汽焓(有用能终点焓UEEP)，然后再进行低压缸效率计算。但这种方法需要大量准确的原始数据，通常需按照ASME PTC 6试验规程进行机组的全面性热力试验获取。但是，全面性热力性能试验需安装大量测点，而且需采用大量高精度的测量仪器，如一台300 MW机组的全面性热力性能试验约需布置的测点多达130个；其次，对主蒸汽流量测量的准确度要求较高，如ASME PTC 6试验规程推荐使用ASME PTC6标准的高精度低值喉部取压喷嘴来测量主凝结

29、水流量；另外，在计算中还需进行多次的迭代，有了凝结水流量，从压力最高一级的低压加热器开始，逐级向后计算各个加热器的进汽量。由加热器进水焓、出水焓、进汽焓、疏水焓、一个热平衡方程就能求出进汽流量，但是在额定工况，无法通过测量压力喝温度直接得出抽汽焓，因此第一级低压加热器进汽量就不能求出。这就需要求出每个加热器的抽汽流量，因此它的计算与低压加热器抽汽计算是密不可分的，往往与湿蒸汽抽汽焓的确定同时进行，用迭代完成。以下是最常见的低压加热器系统的计算的通用方法：4号低压加热器进汽量 (3-5)4号低压加热器疏水流量 (3-6)3号低压加热器进汽量 (3-7)3号低压加热器疏水流量 (3-8)2号低压加

30、热器进汽量 (3-9)2号低压加热器疏水流量 (3-10)1号低压加热器进汽量 (3-11)1号低压加热器疏水流量 (3-12)轴封加热器热平衡式 (3-13)轴封加热器疏水流量 (3-14)式中：表示低压加热器疏水流量，t/h；表示低压加热器疏水焓，kj/kg；表示低压加热器进汽流量，t/h；表示低压加热器进汽焓，kj/kg；表示低压加热器出水焓，kj/kg；表示低压加热器进水焓，kj/kg；表示轴封加热器疏水流量，t/h；表示低压加热器疏水焓，kj/kg；表示低压加热器进汽流量，t/h；表示低压加热器进汽焓，kj/kg；表示低压加热器出水焓，kj/kg；表示低压加热器进汽焓，kj/kg；表

31、示凝水流量。对于轴封加热器，其进口是汽气混合物，所测压力是混合压力，计算焓值需要的是蒸汽的分压力。下面介绍几种简化方法：(1)由所测压力和温度直接求焓。由于进口蒸汽中所含空气较少，用混合压力代替蒸汽压力。忽略偏差。由于轴封汽本身对计算结果的影响较小，因焓值导致的微小汽量偏差，是可以接受的。(2)也可不用计算直接测量轴加疏水的流量，得出进汽流量。通过测量进口压力，得到疏水焓，再经过热平衡计算能求出轴加进汽焓。同样，由于对结果影响较小，可用一般的水表测量疏水流量。(3)进入轴加的各股流量可以通过计算、测量或根据设计值分配分别求出，这样就无需对轴加进行计算。我们基于各缸的有效做功概念，从工程实用的角

32、度探讨低压缸效率的改进算法，计算过程较简单，且不需进行繁锁的迭代来计算低压缸排汽焓，计算精度完全能够满足工程要求。通过算例，验证了算法的合理性。该算法可用于汽轮机简化热力试验对低压缸效率的计算和汽轮发电机组的在线实时计算。本算法将各缸的抽汽、门杆漏汽、轴封漏汽等对做功有影响的成分综合考虑，根据高、中、低压缸的理想做功和实际做功，分别计算出各缸的有效做功系数。有效做功系数包含了抽汽、门杆漏汽、轴封漏汽等其它辅助漏汽对功率的影响，从而在功率计算中无需单独考虑抽汽系数或漏汽系数等对功率的影响。根据设计热平衡图，将不同负荷下得出的各缸有效做功系数进行拟合，得到各缸有效做功系数与汽轮机总轴功率的关系公式

33、，在实际变工况计算中，只需根据总轴功率即可得出对应负荷下的各缸有效做功系数，再由功率平衡方程即可计算出排汽焓。3.3.2 排入凝汽器蒸汽焓的计算一般都通过汽轮机能量平衡的迭代方程，通过加热器懂得热平衡计算，求出进入每个加热器的蒸汽流量。排汽焓即有用能终点（UEEP）在所有其他项目已知时，有能量平衡方程可求出进入凝汽器的总能量，再除以排入凝汽器的蒸汽流量，即得UEEP。排汽焓受到从膨胀线上读到的任一使用湿蒸汽的加热器的蒸汽焓值的影响。能量方程： (3-15)式中：汽轮机输入热量；汽轮机抽汽回热系统带走的热量；其他系统和设备带走的热量；进入排汽缸的热量；不同单位之间的转换系数；发电机输出功率；电气

34、损失；机械损失。把计算出的排入凝汽器的蒸汽焓减去排汽损失，就得到膨胀过程线的终点焓ELEP。该点的焓值应与初试估计的膨胀线终点焓相符，两者的误差应在一定的范围内，否则，应迭代计算，方法如下：如假定的初试ELEP值与计算的ELEP值的误差超限，则以新的ELEP和原来的已知条件形成新的膨胀线，在此线上从新确定湿蒸汽抽汽焓。用该焓值和由他算出的抽汽量带入汽轮机能量平衡方程，直至得出又一ELEP值，这一程序要反复进行下去，直至确定的膨胀线重点焓与本次计算的初试值的 误差在合理的范围以内。3.4 第一类修正在进行热力性能试验时，一般情况下不可能所有的工况参数和条件都满足规定要求，这些工况参数和条件的偏差

35、必然会对试验的结果产生影响。因此，在将试验结果与保证值进行比较之前，必须对其进行修正，消除偏差产生的影响。要修正的试验结果包括：热耗率、发电机功率、主蒸汽流量、汽轮机缸效率等。 第一类修正第一类修正又称系统修正，主要是对影响给水加热系统的变量进行修正，以消除试验循环与规定循环的偏差产生的影响。还包括对发电机运行参数的修正。第一类修正包括以下变量的修正：(1)给水加热器的端差。(2)抽汽管道的压降和散热损失。(3)系统给水量的变化。(4)给水经过凝结水泵和给水泵的焓升。(5)凝汽器中凝结水的过冷度。(6)补充水流量。(7)锅炉减温水流量。(8)功率因数。(9)电压。(10)发电机氢压。(11)转

36、速。(1) (11)项主要是修正发电机的效率，在工程应用中，也可以直接用额定效率来代替各单项修正。第一类修正计算的主要原则是以气轮机调节阀开度不变（保持试验值）为基础，保持汽轮机（相对回热系统）的试验性能不变，即计算中汽轮机内效率 不变，以及影响它的各参数不变。 第一类修正计算做第一类修正时，汽轮机的自身特性如高压缸、中压缸、低压缸内效率，轴封漏汽量、级的通流能力、做功的能力保持不变。修正计算按以下步骤进行。(1)由试验循环下的各级抽汽量，算出各抽汽口的级后流量与抽汽压力的比值。(2)计算规定循环的各级抽汽量。计算时遵循以下规定条件：1)主蒸汽流量取为试验主蒸汽流量。2)给水流量等于主蒸汽流量

37、加上或减去合同中规定的有关气量。3)凝汽器热井、除氧器及系统中其他储水容器中水量无变化，即系统外泄漏量为0。4)减温水为0。5)抽汽管道无散热损失。6)抽汽管道压损取设计值。7)各加热器端差取设计值。8)最低压力加热器的进水温度取试验排汽压力下的饱和温度，减去规定的凝汽器过冷度，再加上规定的凝结水泵温升。9)除了规定循环中的流量外，没有额外的流量流入、流出循环系统。(10)通过水泵的焓升取设计值。在计算中，轴封漏汽、阀杆漏汽及轴封供汽参数保持不变。各加热器进、出水焓，疏水焓由相应的温度决定。(3)计算新的抽汽压力。抽汽参数的确定是一个不段逼近的迭代计算过程。重复迭代停止的条件是全部抽汽压力相邻

38、两次迭代间的误差小于1%或7.0kpa。(4)如果第一次得出的抽汽压力不满足偏差要求，进行第二次近似计算。(5)确定修正后的排汽焓。迭代计算的各级抽汽压力达到要求后，用修正后的抽汽量确定新的汽轮机排汽量。然后根据曲线求出相应的排汽损失。修正后的排汽焓式中：ELEP试验值； Y该点湿度； EL根据修正后的容积流量查图得到的排汽损失。(6)确定修正后的发电机功率。(7)确定修正后的热耗。用修正后的再热汽流量、再热汽焓，给水焓、冷再热汽焓，以及发电机功率，主参数保持不变，算出修正后的热耗。通过以上的各步计算，得到了第一类修正后的所有系统数据。这是将试验循环修正到规定循环后的数据，所有的设备性能、系统

39、条件均达到设计工况，同时保持了汽轮机性能为试验值，在此基础上再进行运行参数的修正，即第二类修正。3.5 第二类修正第二类修正又称系数修正，是对汽轮机性能有重要影响的运行参数的修正。它包括以下内容：(1)汽轮机的主蒸汽压力。(2)汽轮机的主蒸汽温度。(3)再热蒸汽温度。(4)汽轮机排汽压力。(5)再热器压降。这些参数对热耗率和处理影响的修正，一般利用制造厂提供的修正曲线或图表进行。第二类修正是通常由制造厂计算的曲线对影响汽轮机组性能的主要运行参数进行修正。这些参数包括：主蒸汽压力、温度，再热气温度、再热器压降，以及排汽压力。应该强调的是，在查图求再热汽温度和再热器压降的修正系数时，必须用第一类修

40、正后的数据。所有的修正系数将用于先前按规定循环运行时计算的热耗率和功率的数值。对于主蒸汽温度、压力与规定值的偏差， 主蒸汽流量的修正公式为 (3-16)式中：、设计工况时的主蒸汽流量、压力和比容； 、试验时的主蒸汽流量、压力和比容。通过查修正曲线可以查出的为变化的百分数。修正系数为()热耗率或功率的综合修正系数等于各分项修正系数的乘机。最终修正结果为： (3-17) (3-18)从影响的因素看，第一类修正是为了消除给水加热系统和辅机设备对汽轮机热力性能的影响，而第二类修正则是对运行参数的修正。经过上述两类修正后，试验性能就不再受蒸汽参数和系统循环参数的影响，从而使汽轮机的试验性能与规定工况的性

41、能可以在相同的条件基础上进行比较，两者的差别只反映了汽轮机的效率水平。第4章 试验结果的不确定度4.1 概述误差是不可避免性决定了误差与测量始终同时存在，正是误差的不可避免性，导致测量结果的不确定度。从理论和实践上研究测量不确定度，通过对不确定度的分析，认识影响不确定度的因素、表现形式及性质，选用正确的测量方法，设计合理的测量 方案，选择合适的仪表，在测量中采用相应的措施来减少、抵偿甚至消除误差，达到以最经济的投入获得最可靠的测量结果。汽轮机的热力性能指标，如：热耗率、内效率、通流效率等，是通过组织汽轮机热力性能试验，测取各种有关的参数试验值，如压力温度、电流、电压等，经过计算而确定的。由于错

42、综复杂的原因，每个试验测量值都有存在有不确定度，而利用相关测量试验值进行计算所的汽轮机热耗率、汽耗率、内效率、通流效率等试验结果，也必然存在某中程度的不确定度。由于各种原因，如：试验技术条件，或经济性方面的考虑，任何试验都可能存在对标准规定要求的偏差，正式这些偏差对试验结果的不确定度产生了附加的影响，故需要对这些影响进行分析、计算及评价。4.2 测量不确定度的评价原则汽轮机热力性能试验不确定度主要源于计划采用的试验标准规定的试验方法，测量系统及仪表仪器，试验系统范围，试验工况的控制，计算方法等方面。我国是将不确定度分为A类和B类不确定度，A类不确定度用统计的方法评定，使用的条件是取得了一批重复

43、测量数据，即样本，故A类不确定度用样本的标准差和自由度表示。B类不确定度用统计方法以外的方法得到，它没有关于自由度、分布置信概率等统计方法上的信息常用工程经验和分析误差来源的不确定度来评定。(1)A类不确定度评定。先用背塞尔公式求出样本的标准差S，在确定置信系数。对于小样本场合，根据样本数n（或自由度v）和置信概率确定置信系数，则测量结果的不确定度；对于大样本场合，确定正太分布的置信系数Z，则测量结果的不确定度。(2)B类不确定度的确定。由误差来源的不确定度评定；根据仪表的精度登记和量程评定；数字仪表截尾误差产生的不确定度评定；根据规定试验方法的国家标准或类似技术文件中给出的重复性限r或复现性

44、限R进行不确定度评价。测量的不确定度的分析和评价，对于汽轮机热力性能试验的开展十分有用。出于工程实践的可行性和经济性等方面的原因，选用与试验标准规定和要求有偏差的测量仪器设备和方法的情况是经常存在的。所以试验前，试验各有关方应对这些偏差的影响程度进行分析评估，进行不确定度分析评估时，将作如下假定：1)试验目的已明确。2)试验标准已经选定。3)测量系统，测量仪器、仪表已经确定。4)测量仪器、仪表已经校准，对校准偏差的修正已经完成。5)试验有关事项已明确规定，包括工况稳定性判据、参数允许波动范围、试验持续时间、采样频率及数量、不明泄漏量等。6)测量值呈正太分布。7)试验结果总不确定度的置信概率为P

45、=95%。8)不确定度的合成采用几何相加的方法，即方和根合成的方法。4.3 不确定度数值分析计算方法试验结果的不确定度取决于试验数据的不确定度的综合影响，下面介绍如何将各个试验数据的不确定度，合并成试验结果总的不确定度的方法，一般分四步进行。 确定每一测量参数的测量不确定度一般来说一个测量值的不确定度应考虑来自三个方面的不确定度的贡献。(1)源自测量仪器的不确定度。它是测量不确定度的主要来源。如果被测量参数由相同类型和精度等级的数台仪器的测量读数平均值确定的，怎该平均值的不确定度是单台仪器的不确定度除以所使用的相同仪器台数的平方根。 (4-1)式中：M所用仪器的台数；单台仪器的不确定度；仪表造

46、成的测量平均值的不确定度。(2)采样时间不同使被测量参数出现差异造成的不确定度。实验采纳书的变化随时间而异，其幅值的大小及频率取决与被测量参数自身的特性和试验方法。如样本数量大于10个，则用试验标准S表征测量结果的分散性，即 (4-2)所以，因采样时间变化差异导致测量的不确定度可用下式表示 (4-3)v=N-1式中：因采样时间变化造成的读数平均值的不确定度；自由度为v置信概率为95%的t-分布数；v自由度。 (3)采样位置不同 使被测量参数出现差异造成的不确定度。如样本数量大于10个，可以采用上面介绍的方法计算因测量位置不同产生的不确定度。如样本数量小于10个，可以采用样本数值范围R和替代t-

47、分布数计算。 (4-4)需要说明的是，有些看起来是由安装位置不同造成的差异，实际上由测量仪器本身的不确定度造成的。除非在一个测量位置使用多台仪器进行测量。(4)测量不确定度的合成。一旦确定了源自这三个方面的不确定度贡献，就可以通过合成的方法计算被测参数总的测量不确定度，由下式给出: (4-5) 确定用来计算试验结果的各种计算变量的不确定度性能实验结果的计算公式中，有些计算变量（如：流量、电功率、焓等）是由若干测量参数计算而得到的，它们的不确定度是用方根个的方法和将这些相关测量的不确定度合成确定的。若计算变量R是由k个测量参数.计算得出的，怎该计算变量R的不确定度： (4-6)式中：影响因子，即

48、计算变量R对测量参数变化的敏感性； 测量参数的总不确定定度。(1)确定每个计算变量的不确定度对试验结果的影响。由于汽轮机热力性能固有的特点，使诸如流量和功率等计算变量对试验结果的影响是1：1，也就是说，如果流量和功率等计算变量的不确定度为1%，将导致试验结果1%的不确定度。(2)将各个计算变量的不确定度合成为试验结果总的不确定度与测量参数的不确定度一样，取置信概率为95%时试验结果总的不确定度由下式给出： (4-7)式中：确定试验结果各计算变量的不确定度。本章开始就表明，试验各有关方在试验前应就同标准存在的偏差对试验的不确定度影响达成一致，使用以上方法可以预先确定测量仪器带来的不确定度，但有些

49、情况下，测量位置和采样时间不同对试验结果带来的不确定度仍无法计算，尽管如此，只要按照标准的要求，采用尽可能长的试验时间和尽可能多的样本数量，就可以将它们带来的不确定度减至最小。第5章 300MW机组热力性能试验计算5.1 实验概述现以某厂国产引进型300MW机组的热力性能试验为例，进行实际计算，力求展示一个完整的试验过程，进一步说明所用的计算方法。 试验机组的技术规范型号：N300-16.7/538/538型式：亚临界 一次中间再热 高中压合缸 双缸双排汽 单轴 凝汽式汽轮机组额定功率：300MW额定转速：3000r/min主蒸汽压力（主汽门前）：16.7MPa主蒸汽温度（主汽门前）：538再

50、热蒸汽压力：（中压主汽门前）：3.23Mpa再热蒸汽温度：（中压主汽门前）：538额定蒸汽流量：916.007t/h排汽压力：5.95kPa配汽方式：喷嘴配汽回热系统：三高（高压加热器） 四低（低压加热器） 一除氧器 试验说明根据协议，试验依据ASME PTC6.01996规程进行，以阀点下的热耗值为考核指标，并按ASME PTC6.0方法进行系统的修正和参数修正。汽轮机高、中、低压缸效率作参考。系统的不明泄漏率在0.3%以下试验有效。试验结果按ASME标准进行不确定度的评定。 试验测量仪表说明流量测量：主凝结水流量测量装置布置在除氧器的凝结水管道上，采用按照规程要求制造并在试验前经过校准的喉

51、部取压长颈喷嘴测量。高压门杆漏汽进高排流量、高压轴封漏汽进联箱流量、再热器减温水流量、过热器减温水流量、小机进汽流量均采用标准孔板测量。给水泵密封水进水流量和出水流量用超声波流量计测量。其他门杆、轴封汽量采用按设计比例分配或由热平衡计算得到。压力、差压测量：采用经过校准的Rosemount 3051C型压力变送器（精度为0.075%）测量，其中，汽轮机排汽压力使用网笼式探头测量，并配绝对压力变送器；大汽压力采用DRUCK生产的DPI741型数字式气压测量计测量，精度为0.02%。温度测量：采用精密级铠装热电偶和Pt100热电阻测量。工质温度300以上的采用热电偶，300以下时采用热电阻。热电阻

52、采用四线制接线，热电偶由数据采集仪器自动进行冷端进行补偿。电功率测量：采用PA400型功率分析仪。数据采集系统为高精度分布式小型采集网络。水、水蒸气热力学性质表采用水和水蒸气性质表：IAPWS-IF97计算用水、水蒸气热力学性质表采用水和水蒸气性质表：LAPWSIF97。5.2 试验运行工况下性能计算本节利用示例试验的原始数据，进行完整的热力性能计算。首先，给出计算用试验数据，然后按照实际计算过程进行完整计算，得出试验性能结果。 计算用试验数据见附录（表5-1） 试验数据计算 (1)给水流量计算高压给水系统的计算就是由已知的凝结水流量，通过除氧器、高压加热器系统的热平衡计算得出给水流量，从而得出主蒸汽流量，其实质是解联立方程，如前所述采用迭代解法。先假设给水流量的最大区间范围（对300MW等级机组可假设02000T/H，然后定02000T/H之间一个初值（例如1000T/H）。根据给水流量初值进行高压加热器、除氧器部分热平衡计算，把计算得到的主凝结水流量和试验测量主凝结水流量进行比较，若不满足精度设定，重新迭代计算，若满足精度要求，计算结束。给水流量迭代计算方法如下图5-1所示。 Dmax=D