汽轮机变工况

1、汽轮机变工况设计工况：设计工况：汽轮机在设计参数（进行汽轮机热力设计时确定的各参数）下运行为设计工况，也称经济工况（在此工况下运行效率最高）。（汽轮机汽轮机的热的热力设计：力设计：给定初终参数、功率和转速的条件下，计算和确定蒸汽流量、级数、各级尺寸、蒸汽参数、反动度、功率和效率等，进而得出各级和全机的热力过程线等。）唯一。变工况：变工况：汽轮机在偏离设计参数的条件下运行的工况。本章任务：本章任务：研究汽轮机在偏离（流量、进汽温度、压力、转速、排汽压力等）设计(off-designoff-design)工况下各级流量与热力参数（主要是蒸汽压力）的相对变化关系，以及反动度、内功率、效率和轴向推力等

2、的变化，分析计算这些参数变化对机组安全性、经济性的影响。研究等转速的情况。研究顺序：研究顺序： 喷嘴（动叶）、级、多级（级组）、整机。 汽轮机内喷嘴有两种型式：渐缩喷嘴和缩放喷嘴。由于两种喷嘴的结构不同，其变工况特性差别很大。第一节第一节 喷嘴的变工况特性喷嘴的变工况特性气体在渐缩喷管中的流动 气体在缩放喷管中的流动第一节第一节 喷嘴的变工况特性喷嘴的变工况特性图3.1.1可见，对缩放喷嘴，喷嘴膨胀度f （f=An/Ac）越大，缩放喷嘴设计压比越小，在实际压比增大时速度系数 降低的越多，即效率下降越多。但渐缩喷嘴在背压高于设计值时不会出现激波，效率仍然较高，只在设计压比小于临界压比时，效率才下

3、降。缩放喷嘴在变工况时，由于背压升高，会在渐扩段某处出现激波，产生损失，效率下降。汽轮机中多采用渐缩喷嘴（一般只在调节级采用缩放喷嘴），本节主要分析本节主要分析渐缩喷嘴的变工况特性。渐缩喷嘴的变工况特性。 对渐缩喷嘴，在定熵指数k和流量系数n都不变的条件下，若喷嘴前滞止参数p00、v00和出口面积An都不变，喷嘴的流量G与背压pc的关系如图所示。 当时，不变，如直线AB所示；当 时，流量沿曲线BC变化。1cpp1cppcGG曲线BC段与椭圆的1/4线段相当近似，若椭圆曲线代替它，误差较小，故可用椭圆方程表示BC段的G-P1关系：图图3.1.2 渐缩喷嘴的流量与背压渐缩喷嘴的流量与背压关系曲线关

4、系曲线第一节第一节 喷嘴的变工况特性喷嘴的变工况特性一、渐缩喷嘴初压不变时背压与流量的关系一、渐缩喷嘴初压不变时背压与流量的关系第一章给出了通过渐缩喷嘴的流量与喷嘴前后参数关系为02100010100021kkkntnnpkGGAppppkv22100111cnncccncppGGpp 的精确计算式： 第一节第一节 喷嘴的变工况特性喷嘴的变工况特性111222112kkkkkntnncntcGGkGGk用椭圆方程计算得的流量比略小于精确值，约千分之几，满足工程要求。压比0.6000.7000.7500.8000.8500.8750.9000.9250.9500.9750.9850.9901.0

5、00误差-0.35-2.26-3.34-4.36-5.96-6.64-7.56-7.99-8.66-9.33-9.60-11.20表表3.1.1 3.1.1 以椭圆公式代替精确公式计算流量比的误差（以椭圆公式代替精确公式计算流量比的误差（）第一节第一节 喷嘴的变工况特性喷嘴的变工况特性二、二、 渐缩喷嘴前后参数都变化时的流量变化渐缩喷嘴前后参数都变化时的流量变化0000000010110100010000000000101001000.6480.648nccnApvGpp vpTGpp vpTApv1. 设计工况与变工况下喷嘴均为临界工况设计工况与变工况下喷嘴均为临界工况 存在三种情况：设计工

6、况与变工况下喷嘴均为临界工况、均为亚临界工况、设计工况为临界变工况为亚临界010100ccGpGp忽略温度的影响，有临界工况：喷嘴出口流速达到或超过临界速度。若设计工况和变工况下，喷嘴内流速均达到或超过临界速度，则此两种工况下的临界流量之比为：滞止参数不易获得 若(1) 喷嘴前压力变动由节流引起( )，(2) 喷嘴前温度不变（如滑压运行），(3) 温度变化很小可以忽略，(4) 近似计算忽略温度变化。（后面凡是变工况时不考虑温度变化都是这四方面的原因，不再重复） 假想由喷嘴入口的滞止状态点到入口实际状态点的等熵过程线是在一个假想喷嘴中完成的，则这个假想喷嘴的出口截面即为实际喷嘴的入口截面 ，其流

7、量等于实际喷嘴的流量，这个假想喷嘴的出口处于亚临界工况，按亚临界喷嘴流量计算公式分别写出变工况前后这个假想喷嘴的流量计算式，实际喷嘴在变工况前后都是临界工况的流量比还可写为：由此可知，喷嘴临界流量仅正比与初压或滞止初压第一节第一节 喷嘴的变工况特性喷嘴的变工况特性000001 0100p vp vv而第一节第一节 喷嘴的变工况特性喷嘴的变工况特性02100010101010100110210000000002021010001010101000101120200000000021211kkknnckkkcnnnnkkkcckpkAppppkvGGpkAppppkvApppppp vGGpppp

8、pp v因为假想喷嘴中为理想过程，；为假想喷嘴的出口截面积即实际喷嘴的入口截面积100kkP16(1.2.19)1212122210000010010101011210000001000000000010101001010010100001000010100101000010kkkkkkkkkkkkkckkkcccccpTppppGGpTppppppppGpTGpTGpTGpT变工况前后假想喷嘴的压比为，则有：由前面实际喷嘴临界工况变工况前后流量比公式：可知1010010000100000001011kkpppppppp，所以即第一节第一节 喷嘴的变工况特性喷嘴的变工况特性01000100pp

9、pp1010001TTccGpGp01000100TTTT近似认为 ，有忽略温度变化则有：1010ccGpGp第一节第一节 喷嘴的变工况特性喷嘴的变工况特性结论：喷嘴的临界流量正比于初压或滞止初压，反比于喷嘴前热力学温度的平方根或制止热力学温度的平方根。 在电站汽轮机中，只有凝汽式汽轮机的最末一两级和调节级的喷嘴流速可能达到临界速度。对于调节级，不论定压运行还是滑压运行，新蒸汽温度都不变，且调节级喷嘴进口初速为0，有 ，故有 。第一节第一节 喷嘴的变工况特性喷嘴的变工况特性01000100TTTT假设带来误差的讨论： 010TT 01000100TTTT 对于凝汽式汽轮机的最末一两级，它们都处

10、于湿蒸汽区，即前后压力和温度都很低，这种假设造成的误差很小，如流量由设计值增大20%， 误差仅为0.19%。 关于 设计工况与变工况下喷嘴均为亚临界工况设计工况与变工况下喷嘴均为亚临界工况 喷嘴出口流速小于临界流速时，称喷嘴处于亚临界工况。若设计工况与变工况下，喷嘴都是亚临界工况，流量比为：001110 1010 1010000 100 1ccGpTpTGGGpTpT若不考虑温度的变化，则有010 110 11000ppGGpp用临界工况公式算到 处，再用亚临界工况公式由 算到变动后的工况。若相反，则计算方法相反。nncnnc 第一节第一节 喷嘴的变工况特性喷嘴的变工况特性3. 3. 若工况变

11、动前为临界工况，变动后为亚临界工况若工况变动前为临界工况，变动后为亚临界工况4. 4. 渐缩喷嘴初压，背压与流量的关系渐缩喷嘴初压，背压与流量的关系图中AOB区域是临界工况区，临界流量与初压成正比，BOC区域是亚临界工况区，同一初压下流量与背压近似成椭圆曲线关系。若各初压下的临界压力比不变，则各曲线水平段与椭圆段的交点必位于同一直线OB上，因这些交点的横坐标成正比。该图可以很直观的看出不考虑初温变化时的流量与初压、背压的相互关系。 第一节第一节 喷嘴的变工况特性喷嘴的变工况特性图图3.1.3 3.1.3 渐缩喷嘴初压、渐缩喷嘴初压、背压与流量的关系背压与流量的关系若渐缩喷嘴前后的蒸汽参数都变化

12、，仅初温不变或不考虑温度变化的影响，则对与每一个初压都可以画出一条流量与背压关系曲线，示于图3.1.3中。第一节第一节 喷嘴的变工况特性喷嘴的变工况特性图图3.1.2 渐缩喷嘴的流量与背压渐缩喷嘴的流量与背压关系曲线关系曲线 图3.1.2中虚线BO, 虽然对于渐缩喷嘴没有实际意义，但对于缩放喷嘴是有实际意义的。CBO曲线上各点，表示蒸汽初参数、物性和喷嘴出口面积给定时，不同背压时，各缩放喷嘴的设计工况点。 喷嘴入口蒸汽参数不变，背压越低，喷嘴的膨胀度f=An/Ac就会越大，出口截面积An维持不变，喷嘴喉部截面Ac也就越小。当P10时，f， Ac 0，Gc0。渐缩喷嘴流量锥渐缩喷嘴流量锥 第一节

13、第一节 喷嘴的变工况特性喷嘴的变工况特性作业： 习题集第90页，第155题。155. 渐缩喷嘴在设计工况下，喷嘴前的蒸汽压力p0=2.16MPa，温度t0=350，喷嘴后的压力p1=0.589MPa，流量为3kg/s。如蒸汽流量保持为临界值，则最大背压(p1)max可以为多少？若流量减少为原设计值的1/3，则在初温、初压不变时，背压应为多少？若背压维持0.589MPa不变，则初压p0应为多少，才能使流量变为原设计值的4/7？ 第一节第一节 喷嘴的变工况特性喷嘴的变工况特性上节课回顾（1）缩放喷嘴的变工况性能较差，只要偏离设计工况，效率就下降；渐缩喷嘴只有在压比小于临界压比试，效率才下降。（2）

14、渐缩喷嘴变工况前后均为临界时，喷嘴流量与喷嘴前蒸汽（滞止）压力成正比，与喷嘴前（滞止）热力学温度的平方根成反比。（3）渐缩喷嘴变工况前后均为亚临界时，喷嘴流量与喷嘴前蒸汽（滞止）压力与该工况下彭台门系数的乘积成正比，与喷嘴前（滞止）热力学温度的平方根成反比。 。一、一、 级内压力与流量的关系级内压力与流量的关系级内为临界工况级内为临界工况 级的临界工况：级内的喷嘴叶栅或动叶栅两者之一的流速达到或超过临界速度，称该工况为级的临界工况。级的喷嘴或者动叶的汽流速度刚达到临界速度时，级前后的压力比称为级临界压力比。第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性分两种情况讨论: 级内为临界工况、

15、级内为亚临界工况分两种情况讨论：喷嘴为临界和动叶为临界。第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性1.1 1.1 喷嘴为临界喷嘴为临界00101001000001001ccGpTpTGpTpT忽略温度的影响有：010101000ccGppGpp无论动叶是否为临界，均有如下关系即，通过级的流量，与滞止初压或初压成正比，与滞止初温或初温的平方根成反比。1.2 1.2 动叶为临界动叶为临界 如级变工况前后喷嘴均为亚临界，动叶均为临界，则仿照喷嘴的变工况公式，以动叶的相对热力参数带入，得到变工况前后动叶临界流量的比值：略去温度影响，得00111111100111111ccGpTpTGpTp

16、T011111011ccGppGpp第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性动叶前参数不易获得第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性 由于叶顶漏汽不大，可认为喷嘴流量等于动叶流量。这时喷嘴在设计工况和变工况下的连续方程之比为（设计工况和变工况下，喷嘴均为亚临界工况，故蒸汽在喷嘴斜切部分不发生膨胀，喷嘴出口面积An不变 ）：设计工况：变工况：两式相比有第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性等于流过动叶的流量之比 对于实际汽轮机，动叶为临界而喷嘴为亚临界的情况，仅出现在汽轮机的末两级，此处蒸汽温度已经很低，且工况变化时，蒸汽温度变化较小，可以认为（流量

17、增大20%，误差为0.24%）：111010TTTTkknknkknknccTTppGG/1/2/11/2100100000011111111/1/2/11/2100100000011TTppTTppGGkknknkknkncc上式变为，111/1/2/11/2100001ppppkknknkknkn第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性120111101101210kkknnnkkknnnpppp1nn1110000100111001pppppppp于是有上式的解为：也就是，带入到动叶临界流量的比表达式，并近似认为01000100111/TTTTTT第二节第二节 级与级组的变

18、工况特性级与级组的变工况特性01000100100000011TTppTTppGGcc有，即，通过级的流量，与滞止初压或初压成正比，与滞止初温或初温的平方根成反比。忽略温度的影响有：010101000ccGppGpp结论结论：由以上分析可知，如果变工况前后级均为临由以上分析可知，如果变工况前后级均为临界工况，无论是喷嘴或动叶为临界，通过级的流量，界工况，无论是喷嘴或动叶为临界，通过级的流量，与滞止初压或初压成正比，与滞止初温或初温的平与滞止初压或初压成正比，与滞止初温或初温的平方根成反比。方根成反比。第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性 级内喷嘴和动叶出口的流速均小于临界速度

19、，则该级为亚临界工况。11tnntGvA c 级内为亚临界工况级内为亚临界工况喷嘴出口的连续性方程为设代入连续性方程得，则有00c12 1tmtch 221121tnntmttvGAhvv 上式中括号内部分为假想级的理想比焓降全部发生在喷嘴内时的假想流量，用G表示， 为由级的入口状态等比熵膨胀2tv到P2的假想出口比容。G第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性c202000.6481cncpppAvppGG设全部焓降都发生在喷嘴中时，喷嘴为亚临界，则全级肯定为亚临界。通过喷嘴的假想流量为设计工况下，通过喷嘴流量为变工况下，通过喷嘴流量为111122101121010111164

20、8. 0mttccnvvppppvpAGmttccnvvppppvpAG11648. 01220200第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性两式相比，经化简可得（P136）22201210121012220102021111ncncmmncncppppTGGTpppp该式用于级亚临界变工况计算，是较为准确的。在不进行精确计算，用于级的变工况估算时，该式显得较繁琐。如对级的变工况进行估算，可以对该式进行简化。为简化该式两点近似假定：（1）工况变化时，级的反动度不变。工况变动时，反动级的反动度基本不变；当速比变化不大时，冲动级的反动度变化也很小。（2）级处于亚临界工况时，压降较小，

21、p p2 2/p/p0 0较大，（p p0 0-p-p2 2) )较小，（p p0 02 2-p-p2 22 2) ) (p(p0 0-p-p2 2) )2 2。上式可以简化为22012101220201ppTGGppT略去温度的影响，有22012112202ppGGpp第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性在得到上述关系式时，由于进行了一些假定，因此利用它们计算得到是近似值，但误差不大。如，对BP-25型背压式汽轮机进行全机变工况计算表明，在流量比设计值小于30% 时，计算误差为3.14% ；偏离设计值越近，误差越小。结论结论：如果变工况前后级均为亚临界工况，通过级如果变工况

22、前后级均为亚临界工况，通过级的流量，与初压和背压平方差的平方根成正比，与的流量，与初压和背压平方差的平方根成正比，与初温的平方根成反比。初温的平方根成反比。第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性二、级组压力与流量的关系二、级组压力与流量的关系级组：流量相等而依次串联排列的若干级称为一个级组。 当级组内各级均为亚临界工况时，称级组为亚临界工况；当级组内至少有一列叶栅(如某一级的喷嘴或动叶)的出口流速达到或超过临界速度时，称级组为临界工况。 同样也分别对级组为临界与亚临界两种工况进行讨论。 工况变化前后级组均为临界工况工况变化前后级组均为临界工况 在各级通流面积不变的条件下，处于亚

23、临界工况的级组，若级组前后压差由小变大，则各级流量和流速也要增大，随着压差的增大，一般是级组内最后一级最先达到临界工况，这是因为：a）后面级的蒸汽比容较大，其平均直径比前面的级要大，若相邻两级的速比和反动度基本相同，则后一级的比焓降较大，也就是最后一级的比焓降最大，流速也最大。第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性亚临界工况级组中某一级（一般是最末级）的喷嘴或动叶的汽流速度刚升到临界速度时，级组前后的压力比称为级组临界压力比。b) 最后一级的蒸汽绝对温度最低，当地音速最小。第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性设变工况前后末级为临界，其余级为亚临界。111zzz

24、zccTTppGG对于本级组的末级有对于除末级外的其余级有01022202212011 ,22212221 ,121 ,21 ,112212121 ,11TTppppTTppppTTppppGGZZzzzzzzzzzzcc 认为：0101 , 221 , 111TTTTTTTTZZzzZZ 第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性2220221201212221 ,121 ,22212121 ,111ppppppppppppppGGzzzzzzzzzzcc 2220221201212221 ,121 ,22212121 ,12121ppppppppppppppGGzzzzzzzz

25、zzcc 有：有根据分式运算原则有2020122202122221222120121 ,121 ,22121 ,12121ppppppppppppppppGGzzzzzzzzzzcc 第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性0011ppGGcc0100011TTppGGcc可得通过机组流量与级组前压力关系如考虑温度变化的影响，有将级组的第二级到末级的所有级视为一个级组，有11111111TTppGGcc第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性将级组的第三级到末级的所有级视为一个级组，有以此类推，有2122211TTppGGcc111 , 1111 , 1212221

26、1111110100011ZZzzzzzzccTTppTTppTTppTTppTTppGG 结论结论：如果变工况前后级组均为临界工况，通过级如果变工况前后级组均为临界工况，通过级组的流量，与级组内各级前压力正比，与级前初温组的流量，与级组内各级前压力正比，与级前初温的平方根成反比。的平方根成反比。第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性 斯托陀拉(stodola)实验得到了一个级数为8级的级组蒸汽流量与初压背压的关系曲线（a)，该级组的临界压比为gc=0.08。当级组级数为无穷多时，级组的临界压比为0，图（b）所示。机组流量与压力的关系曲线（a）机组临界压力pgc0 （b）机组临

27、界压力pgc=0 工况变化前后级组均为亚临界工况工况变化前后级组均为亚临界工况第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性 图（b）曲线的圆弧部分近似为椭圆曲线，对设计工况和变工况分别有20220pppGGgc2012120111pppGGgc0100011TTppGGcc设计工况变工况两式相比，并注意若不考虑温度的变化，有第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性 上两式是级组在亚临界工况下的级组流量与级组前后蒸汽参数之间的关系式，称为弗留格尔（Flgel）公式。有010220212011TTppppGGgg220212011ggppppGG 弗留格尔公式是在假设级组临

28、界压比为0时得到的，级组内级数越多，临界压比越接近零。因此，级组的级数越多，计算的误差越小；反之，误差越大。 第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性不论级组内级数多少，在设计工况下应用弗留格尔公式时，各参数相等，因此没有误差。偏离设计工况越近，误差越小；反之，误差越大。 结论：结论：级组为亚临界工况时，初压不变时，流量级组为亚临界工况时，初压不变时，流量与背压为椭圆关系；背压不变时，流量与初压为与背压为椭圆关系；背压不变时，流量与初压为双曲线关系。双曲线关系。上节课回顾上节课回顾(级与级组的变工况特性）级与级组的变工况特性）1. 1. 变工况前后级均为临界工况，通过级的流量，与

29、变工况前后级均为临界工况，通过级的流量，与滞止初压或初压成正比，与滞止初温或初温的平方滞止初压或初压成正比，与滞止初温或初温的平方根成反比。根成反比。2. 变工况前后级均为亚临界工况，通过级的流量与变工况前后级均为亚临界工况，通过级的流量与初压和背压平方差的平方根成正比，与初温的平方初压和背压平方差的平方根成正比，与初温的平方根成反比。根成反比。3. 变工况前后级组均为临界工况，通过级组的流量变工况前后级组均为临界工况，通过级组的流量与级组内各级前压力正比，与级前初温的平方根成与级组内各级前压力正比，与级前初温的平方根成反比。反比。4. 级组为亚临界工况，初压不变时，流量与背压级组为亚临界工况

30、，初压不变时，流量与背压为椭圆关系；背压不变时，流量与初压为双曲线为椭圆关系；背压不变时，流量与初压为双曲线关系。关系。（弗留格尔公式）（弗留格尔公式）第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性三、三、 汽轮机各级组的汽轮机各级组的 p-Gp-G 关系曲线关系曲线1. 1. 凝汽式汽轮机非调节级各级组凝汽式汽轮机非调节级各级组 除很小容量的机组外，凝汽式汽轮机末级在设计工况下一般都处于临界工况。对于凝汽式机组，可以把除调节级外、包括末级在内串联布置的相邻的级看作为一个级组。 由于有回热抽汽，如果将抽汽口包括在级组内，显然级组内个级的流量是不同的。但由于各级回热抽汽量与总进汽量同方向

31、增减，且每段抽汽量相对主流量比较小（近似认为抽汽量与总流量为正比关系） 。因此，把抽汽口前后的级放在一个级组内，基本不影响比例关系。2211122ACACppGGpp 如图所示，为相邻两级组，两级组间有回热抽汽，级组流量与抽汽量之间关系为GGR)1 (11)1 (GGR对两级组分别写出弗留格尔公式GGGGRR1122212121BABAppppGG22212121CBCBRRppppGG2221212221212121BABACBCBRRppppppppGGGG第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性 在实际应用中，往往把从某一抽汽口到末级视为一个级组。这是因为，对实际运行的级组

32、，抽汽口处的蒸汽参数较易获得。 对于末级为临界工况，各级组的流量与各抽汽口的压力成正比，即0100011TTppGG0011ppGG或第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性 对于末级为亚临界的工况，通过级组的流量与级组前后蒸汽参数关系为220212011ggppppGG凝汽式汽轮机非调节级各级组的流量压力关系曲线凝汽式汽轮机非调节级各级组的流量压力关系曲线 凝汽式汽轮机的排汽压力远小于各抽汽口处的压力，因此， p02 pg2 （p012 pg12） （某200MW、300MW机组抽汽口压力与排汽压力关系），上式可以简化为。或010220212011TTppppGGgg0011p

33、pGG0100011TTppGG或结论结论：对于凝汽式汽轮机，包含末级的各级祖，无论末级是：对于凝汽式汽轮机，包含末级的各级祖，无论末级是否为临界工况，通过级组的流量与级组前的压力成正比，与否为临界工况，通过级组的流量与级组前的压力成正比，与级前热力学温度的平方根成反比。级前热力学温度的平方根成反比。无厂用汽无厂用汽负荷较高时，末级为临界，或即使为亚临界，最末段抽汽压力远大于排汽压力，故末段级前压力与流量成正比；负荷很低时，末级为亚临界，抽汽压力也较低，排汽压力不能忽略，流量与抽汽压力为双曲线关系。少量厂用汽少量厂用汽较多厂用汽较多厂用汽有厂用汽有厂用汽 背压式汽轮机的排汽压力高于大气压力，末

34、级在设计工况下一般为亚临界，其非调节级的流量与蒸汽参数关系为第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性2. 2. 背压式汽轮机非调节级各级组背压式汽轮机非调节级各级组调整抽汽汽轮机：其调整抽汽口的压力是基本不变的，调整抽汽汽轮机：其调整抽汽口的压力是基本不变的，且大于大气压，故抽汽口前各级都处于亚临界工况，且大于大气压，故抽汽口前各级都处于亚临界工况，抽汽口前级组流量与级组初压是双曲线关系；抽汽口抽汽口前级组流量与级组初压是双曲线关系；抽汽口后压力与流量，同凝汽式汽轮机。后压力与流量，同凝汽式汽轮机。220212011ggppppGG010220212011TTppppGGgg或结

35、论结论：背压式汽轮机的排汽压力基本不变，因此，：背压式汽轮机的排汽压力基本不变，因此，流量与级组初压为双曲线关系。流量与级组初压为双曲线关系。 弗留格尔公式的应用条件弗留格尔公式的应用条件四、四、 压力与流量关系式的应用压力与流量关系式的应用 如通流部分面积发生变化，则应进行修正。0110pGaGp1AaAb）同一工况下各级的流量相等或成相同的比例，大量抽汽供暖、动力或其他厂用抽汽口两侧，及调整抽汽汽轮机的供热抽汽口两侧，必须分作两个级组。第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性 a变工况下与设计工况下的通流面积之比其中c）通过各级的汽流为一股均质流（调节级不能 包括级组内）第二

36、节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性 用于分析运行问题用于分析运行问题 通常把调节级汽室、各段调整抽汽和非调整抽汽汽室作为压力的监视点，通称为监视段压力。 凝汽式汽轮机的监视段压力与流量成正比，同一流量下，若监视段压力较初投产时的数值高，表明监视点后面级的通流部分可能结垢：当监视段压力增大515以上时，轴向推力将增大到威胁机组安全的程度。v例： 某凝汽式汽轮机设计工况下蒸汽流量为132.6t/h，调节级汽室压力为1.67MPa。当机组流量降为90t/h时，试问此工况下调节级汽室的压力应为多少？又压力级结垢后使通流面积减少5%，则在90t/h工况下调节级汽室压力是多少？010110

37、1090,1.133132.61.67ppGpMpaGp第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性0101110100.95A90,1.193A132.61.67ppGpMpaGp通流部分结垢后面积减少5，则解：对凝汽式汽轮机，略去温度变化的影响，正常情况下，流量与调节级汽室压力成正比有五、五、 级的比焓降和反动度的变化规律级的比焓降和反动度的变化规律 级的比焓降变化规律级的比焓降变化规律级的比焓降由120011kktpkhRTkp第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性由上式可知，如忽略温度的影响，级的比焓降取决于级压比的大小。汽轮机工况变化时，有了级压比的变化规律

38、讨论，也就得到了焓降的变化规律。第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性0112122102001pGpppGpppp 1010tthThT凝汽式汽轮机凝汽式汽轮机中间级(除调节级与末级以外)0101ttTThh 得结论：凝汽式汽轮机中间级,流量变化时级的理想比焓降基本不变。在调节级、中间级、末级的情况不同，分别讨论。 末级最大流量工况。th 流量大于临界流量最小值时，虽p0正比于G，但背压pc不于G成正比，一般pc不变，有流量增大，ht增大；反之，流量减小，ht减小。第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性 流量小于临界流量最小值时，p0与G为双曲线，G下降 时，

39、 ht减得稍慢中间级、末级的最危险工况：c)调节级（第三节讨论） 背压式汽轮机背压式汽轮机 如果背压式汽轮机的最后一级在工况变动前后均达到临界状态，则各压力级级前压力与流量成正比。在此情况下，这些级(除末级外)的比焓降的变化规律，与凝汽式汽轮机的中间级一样。但一般情况下，最后一级也不会达到临界状态。此时，忽略温度变化，由弗留格尔公式可得变工况下理想比焓降与流量的关系曲线 12222211122220111kkggttggpppG GhBhpppG G第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性由图可知：流量变化越大，级的理想比焓降

40、变化也越大。流量变化时，前面级的焓降变化较小；后面级的焓降变化较大。背压式汽轮机非调节级焓降变化规律第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性 根据第一章讨论可知（图1.6.2），对于喷嘴与动叶出口面积比已定的情况下，定转速汽轮机的反动度变化主要是由级的速比变化引起的。而定转速时，只有焓降变化，速比才会变化，因此，定速汽轮机级的反动度变化主要是由级的比焓降变化引起的。 级的反动度的变化规律级的反动度的变化规律 当比焓降ht减小，即速比a增大时，c11c1，由于圆周速度u不变，故111，w1减为w11，动叶进口实际有效相对速度为w11cos(11-1)。111111111coswcw

41、c1221111112cosbwhw第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性由右图可知焓降减小动叶栅进口速度三角形的影响焓降减小动叶栅进口速度三角形的影响1w动叶出口相对速度为2122whwb第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性从而喷嘴流出来的汽流不能通畅的流出动叶栅，造成在动叶栅中发生阻塞，使p1增大，反动度增大，来减轻动叶栅汽道的阻塞。212111wwcc若反动度不变，则上述不等式将使反动度不再增大，达到平衡。11112121nbA cA wG当反动度增加到一定程度时，使得同理，如级的比焓降ht增大，即速比a减小时，有111111111coswcwcax21

42、2111wwcc第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性从而，使反动度减小。焓降增大动叶栅进口速度三角形的影响焓降增大动叶栅进口速度三角形的影响使第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性 当面积比f 一定、ht变化使速度a变化时，反动度设计值较小的级，反动度变化较大； 反动度设计值较大的变化小。图1.6.2 原因：设计反动度很小时，动叶出口速度w2主要决定于w1， hb对w2的影响很小，当焓降变化时，只有反动度变化较大，才能w21的变化满足流动连续的要求；设计反动度较大时，动叶出口速度w2主要决定于hb ， 受w1 的影响很小，当焓降变化时，反动度变化较小， w21

43、就能满足流动连续的要求。 对于凝汽式汽轮机末级，已达临界的条件下，若排汽压力pc下降，则hb增大而hn不变，即级的比焓降增大时反动度增大；若pc 上升，同理，级的比焓降减小而反动度减小。对于调节级，当动叶流速超过临界速 度时，也是如此。 级的比焓降增大，即速比减小时，反动度减小；反之亦然。设计反动度较小的级，比焓降变化时，反动度变化较大；反之，变化较小；反动级的反动度基本不变。第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性中间级的反动度的变化规律：若末级未达到临界，反动度的变化规律同一般级。末级的反动度的变化规律：六、撞击损失六、撞击损失 设计工况下，汽流进入动叶栅的相对运动方向角1

44、与动叶几何进汽角1g一致，汽流能平滑的进入动叶。当级的比焓降改变时，如ht 减小，111；ht 增大，1111 时 为正，称为正冲角，汽流冲击内弧；111 时 为负，称为负冲角，汽流冲击背弧。第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性1的变化量以冲角（或撞击角）表示，第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性撞击损失 hb1，按叶栅试验数据计算。12111sin2bhw如缺乏试验数据，可按下是估算上式表示与动叶进口有效相对速度方向相垂直的分量全部损失掉。1w七、各级七、各级 的变化规律的变化规律0tmaiiphxP、 、 、 凝汽式汽轮机凝汽式汽轮机 末级为临界工况（中

45、间级、末级）末级为临界工况（中间级、末级）第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性中间级中间级：流量增加(负荷增加)级前压力忽略温度变化影响各级焓降各级速比级反动度各级效率各级功率与流量成正比增加不变不变不变不变正比增大itihGp第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性流量减小(负荷减小)忽略温度变化影响课下作业，分析压力、焓降、速比、反动度、效率、功率变化末级末级：流量增加(负荷增加)级前压力忽略温度变化影响、级后压力不变级焓降级速比级反动度级效率级功率与流量成正比增加增加减小增加减小增大itihGp第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性末级末级

46、：流量减小(负荷减小)级前压力忽略温度变化影响级后压力不变级焓降级速比级反动度级效率级功率与流量成正比减小减小增大减小 ？减小itihGp第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性 末级为亚临界工况末级为亚临界工况 只有最后两、三级的变化规律与背压式汽轮机非调节级相同，其余工况均与临界工况相同。2. 2.背压式汽轮机非调节级背压式汽轮机非调节级流量增加(负荷增加)级前压力忽略温度变化影响各级焓降各级速比级反动度各级效率各级功率增加增加减小减小减小增大itihGp试分析变工况时凝汽式和背压式汽轮机非调试分析变工况时凝汽式和背压式汽轮机非调节级的变化规律。节级的变化规律。作业与思考作业

47、与思考0tmaiiphxP、第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性第三节第三节 配汽方式及其对定压运行机组配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响变工况的影响(a)示意图(b)热力过程线节流 为了满足电网功率的平衡，需要改变汽轮发电机组的输出功率，一般通过改变汽轮机的进汽量和汽轮机的进汽参数来达到目的。th汽轮机的配汽方式汽轮机的配汽方式改变进汽量的方式称为汽轮机的配汽方式。汽轮机的配汽主要有节流配汽、喷嘴配汽节流配汽、喷嘴配汽和旁通配汽旁通配汽三种方式。第三节第三节 配汽方式及其对定压运行机组配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响变工况的影响采用节流配汽的汽轮机，其全部蒸汽通过

48、一个或几个同时开启阀门，进入汽轮机的第一级（无调节级），调节汽门后的压力即为汽轮机的进口压力。在部分负荷运行时，阀后压力决定于流量比，进汽温度基本保持不变。一、节流配汽一、节流配汽th负荷小于额定值时，所有蒸汽节流。th 在汽轮机负荷变化不大时，汽轮机的相对内效率基本不变（容积流量基本不变）。节流配汽在部分负荷下效率下降的主要原因是调节汽门的节流损失，并且随负荷下降而损失增大。第三节第三节 配汽方式及其对定压运行机组配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响变工况的影响节流配汽特点：macmacmaciitithimacmacmacttthhhhhh thth i i用节流效率 thth表示节流损

49、失对汽轮机经济性的影响：不包括进汽机构的通流部分相对内效率第三节第三节 配汽方式及其对定压运行机组配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响变工况的影响同样负荷下，背压越高，节流效率越低。（为什么？）提示：与蒸汽性质有关所以，背压式汽轮机一般不用节流配汽。二、二、 喷嘴配汽喷嘴配汽 将汽轮机高压缸的第一级的喷嘴分成多组（46组），每一喷嘴组由1个独立的调节汽门控制。变负荷时，这些调节汽门依次开启或关闭，改变进汽量。这种配汽方式称为喷嘴配汽。(a)全机示意图，(b)调节级示意图 1-1-自动主汽门自动主汽门2-2-调节汽门调节汽门3-3-喷嘴组间壁喷嘴组间壁 第三节第三节 配汽方式及其对定压运行机组

50、配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响变工况的影响第三节第三节 配汽方式及其对定压运行机组配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响变工况的影响为减小喷嘴配汽调节级的漏汽量，调节级采用低反动度(约0.05）的冲动级。部分负荷，根据负荷大小，调门顺序开启，只有通过部分开启的调门有节流损失，而通过全开调门的气流没有节流损失，因此效率高于节流。喷嘴配汽特点：喷嘴配汽特点：部分进汽 e1 ，100负荷效率低于节流配汽。第三节第三节 配汽方式及其对定压运行机组配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响变工况的影响 设调节级为四个喷嘴组，右图所示是第、调节汽门全开，第调节汽门部分开启，第调节汽关闭时的调节级热力过

51、程线。两股汽流混合后的焓值为222000IIIIIIIIIIIIIiIIIiIIIIIIIIIIiiGGhG hhGGGhhGhhGGGGhhhGG第三节第三节 配汽方式及其对定压运行机组配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响变工况的影响02IIIIIIIIIIIIIIiiIIIIIIiiitttGGGGhhhhGGhGhGhGG调节级的相对内效率为：三、调节级压力与流量的关系三、调节级压力与流量的关系 简化的调节级压力与流量的关系简化的调节级压力与流量的关系全开调节汽门后喷嘴组前压力均为P0不变； 1121ppop在上述假定下，可以画出调节级及各喷嘴组的曲线p-G 图。第三节第三节 配汽方式

52、及其对定压运行机组变工况配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响的影响假定：忽略调节级后温度变化的影响；各种工况下级的反动度都保持为零（纯冲动级）；四个调节汽门，依次开启，没有重叠度； P Pc ci i=0.546P=0.546P0 0i iP21G11.0G1.2G0.8G0.4GP0PcPcP0P0PcPcP0P0PP0各喷嘴组压力与流量的关系各喷嘴组压力与流量的关系G11.0G1.2G0.8G0.4G0.4G0.8G1.0G1.2GGGGG各喷嘴组流量与总流量的关系各喷嘴组流量与总流量的关系G1 调节级的实际压力与流量的关系调节级的实际压力与流量的关系 (1) (1)调节级后温度变化的影

53、响调节级后温度变化的影响：实际上调节级后温度t2随流量变化而变化，如图3-9(a)所示，图中D表示蒸汽流量，图中三个转折点是调节汽门依次全开时节流损失比较小的工况点，称之为阀点。由于节流损失小，在这些工况点的做功较多，故调节后的h2和t2均处于较低点。 第三节第三节 配汽方式及其对定压运行机组变工况配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响的影响图图3.9 3.9 调节级后温度变化调节级后温度变化G11.2G0.4GcabdOskfP1.0G0.8G0.2GP11P21图图3.93.9（b)b)调节级的调节级的P P1 1,P,P2 2变化曲线变化曲线(2)考虑反动度的影响：考虑反动度的影响：实际上，m0，p1p2。G1ht，动叶一般为亚临界，则m1m，故(p11-p21)减小，p11如图3-9(b)中的曲线fb所示；若当G1=0.4G时，m1=0，则p11=p21，如点b所示。当G1m，(p11-p21)增大，p11如曲线fk所示。G1pc,此时喷管出口压力p2=pbpc； B：临界工况：pbpc，此时，喷管出口压力p2=pc。 pbpb气体在