汽机课件：热应力、热膨胀、变工况

1、第二十二章：汽轮机热膨胀和热第二十二章：汽轮机热膨胀和热应力应力第二十三章：汽轮机变工况运行第二十三章：汽轮机变工况运行 万年磊万年磊 汽轮机热应力、热膨胀、热变汽轮机热应力、热膨胀、热变形形 汽轮机在启动、停机或负荷变化的过程中，由于各各部件的结构和所处的工作环境不同部件的结构和所处的工作环境不同，蒸汽对其加热的温度变化也不尽一样，而引起各部件沿厚度、长度等，各方向上产生的温度差温度差（如汽缸法兰、螺栓和转子等）、热膨胀热膨胀和热变形热变形。危害：当热变形和热应力超出允许范围时，将导致部件产生永久变形，造成动静部分摩擦而引起机组损坏。本章重点分析汽轮机运行状态下，各部件由于温度变化引起的热膨

2、胀、热变形和热应力对汽轮机产生安全运行的影响。一、汽轮机启停和工况变化时的传热现象 n1 1、凝结放热：、凝结放热：n当蒸汽与低于蒸汽饱和温度的金属表面接触时，在金当蒸汽与低于蒸汽饱和温度的金属表面接触时，在金属壁表面发生蒸汽凝结现象，蒸汽放出气化潜热，蒸属壁表面发生蒸汽凝结现象，蒸汽放出气化潜热，蒸汽凝结放热在金属表面形成水膜汽凝结放热在金属表面形成水膜膜状凝结膜状凝结汽汽缸内壁缸内壁，其放热系数达，其放热系数达465217445w/m2k465217445w/m2k，如果蒸汽，如果蒸汽在壁面上凝结，形不成水膜则这种凝结在壁面上凝结，形不成水膜则这种凝结珠状凝珠状凝结结转子转子，珠状凝结的放

3、热系数是膜状凝结的，珠状凝结的放热系数是膜状凝结的15201520倍。倍。n汽轮机冷态启动，从开始冲转汽轮机冷态启动，从开始冲转23min23min内，剧烈的换热内，剧烈的换热使汽缸表面很快上升到蒸汽的饱和温度，尤其是转子使汽缸表面很快上升到蒸汽的饱和温度，尤其是转子表面上升更快。表面上升更快。2、对流放热 n汽轮机部件的最大允许温差，由机组结构、汽缸转子的热应力、热变形以及转子与汽缸的胀差决定的。n汽轮机启停和工况变化由于高、中压缸进汽区温度较高，热交换剧烈，因而汽缸转子内形成的温差也大，因此监视好这些部件温差不超允许值，其它部件的温差就不超允许值。当蒸汽的温升率一定时，随着启动时间的增长及

4、蒸汽参数的提高，蒸汽对金属单位时间的放热量并不相等，在金属部件内部引起的温差也不是定值。当调节级的蒸汽温度升到满负荷所对应的蒸汽温度时，蒸汽温度不再变化，此时金属部件内部温差达到最大值，在温升率变化曲线上的这一点为准稳态点准稳态点，准稳态附近的区域为准稳态区准稳态区。经过一段时间热量从内壁传到外壁，不考虑外壁的散热损失，内外壁温度相同，汽轮机进入稳定状态。n在汽轮机启停和变工况运行时，在金属部件内引起的温差不仅与蒸汽的温升率有关还与蒸汽温度的变化量有关，温差随蒸汽的温升率增大而增加温差随蒸汽的温升率增大而增加，随蒸汽温度变化量的增加而增大。n机组启动时暖机，有效的减少了金属部件内引起的温差，所

5、谓暖机，就是在蒸汽参数不变的情况下，对汽缸、转子进行加热，此时蒸汽传给金属的热量等于金属内部的导热量，使金属内外壁温差减小，暖机结束时，金属部件的温差很小或接近于零，金属部件的温度接近暖机开始的温度。二、热应力： n1、由于温度的变化引起零件的变形热变形，如果热变形受到热变形受到约束约束，则物体内就产生应力，这种应力称为热应力。物体在加热或冷却时，物体内的温度是不均匀的，这时物体虽没有约束，物体各部分的膨胀是不同的，互相间受到约束，将产生热应力，高温区受压缩应力，低温区受拉伸应力。（规律：热压热压冷拉冷拉）n2、汽轮机启停和工况变化时汽缸和转子的热应力：（1） 汽轮机冷态启动时的热应力汽轮机冷

6、态启动时的热应力n汽缸内壁受压应力，外壁受拉应力) n转子外壁受压应力，内壁受拉应力（2） 汽轮机停机过程的热应力汽轮机停机过程的热应力n汽缸内壁受拉应力，外壁受压应力n转子外壁受压应力，外壁受拉应力汽轮机从冷态启动，稳定工况下运行至停机过程中，转子表面的热应力由压缩变化拉伸，中心孔的热应力由拉伸变为压缩。汽缸内外壁变化也是如此，刚好完成一个交变热应力循环。在交变应力的反复作用下，金属表面出现疲劳裂纹，并逐渐扩展，以致断裂，由于汽轮机正常运行时间长，启停时产生的热应力的频率很低，故称这种交变热应力为低周波应力又称低周疲劳，一般机械的交变应力称为高周波应力。 （3）、汽轮机启动时的热应力 在热态

7、启动初期冲转时，调节级的蒸汽温度可能低于该级汽缸和转子的金属温度，转子表面和汽缸内壁为拉伸应力，而转子中心孔和汽缸外壁为压缩应力，随着蒸汽温度的升高，转子表面和外壁由热压应力变为拉伸，进入准稳态，应力达最大值，每一次热态启动转子和汽缸表面的热应力刚好完成一个交变应力循环。 （4）负荷变动的热应力n减负荷时，蒸汽温低于金属温度，转子表面首先冷却，转子表面温度低于中心孔温度，转子表面形成拉伸应力，中心孔形成压应力，汽缸内外壁亦是。升负荷时，蒸汽温度高于转子表面温度，转子表面受压应力，中心孔受拉应力，汽缸内外表面亦是如此，即减负荷又加负荷，则转子表面或中心孔的热应力也完成了一个交变热应力循环，汽缸内

8、外壁也是如此。（5）转子的寿命损耗 汽轮机寿命指的就是转子寿命，一般分为无裂纹寿命和剩余寿命两种。所谓无裂纹寿命是指转子从第一次投运开始，直到应力集中部位产生第一条微裂纹为止所经历的运行时间。根据断裂力学分析，当出现了第一条裂纹时并不意味着转子寿命的终结，还有一定的剩余寿命，而且这一部分寿命在总寿命中占有相当大的比例，只有当裂纹扩展超过临界裂纹时才会出现裂纹失稳扩展造成转子断裂。所以剩余寿命是指从产生第一条微裂纹开始直到裂纹扩展到临界裂纹为止所经历的安全工作时间。无裂纹寿命和剩余寿命之和就是转子的总寿命。n汽轮机启动、停止或甩负荷时，转子表面会由于温度变换而交替出现热压应力和热拉应力。在交变热

9、应力反复作用下，将引起转在交变热应力反复作用下，将引起转子表面出现裂纹，这种现象，称为转子低频率疲劳损伤。子表面出现裂纹，这种现象，称为转子低频率疲劳损伤。3、热冲击： n所谓热冲击，就是蒸汽与汽缸转子等金属部件之间在短时间内有大量的热交换短时间内有大量的热交换，金属部件的温度差直线上升，热应力增大，甚至超过了材料的屈服极限，严重时一次大的热冲击就会造成部件的损坏，汽轮机部件受到热冲击时，取决于蒸汽和部件表面的温差、蒸汽的放热系数，造成热冲击有下列原因：（1） 启动时蒸汽温度与金属温度不匹配： n机组启动时，为了保持汽缸、转子等一定的温升速度，要求蒸汽温度高于金属温度且两者相匹配，一般用高压缸

10、调节级处的金属温度与蒸汽温度来衡量，为了防止机组启动时的热冲击，避免凝结放热和对流放热系数过大，采用低温微过热蒸汽冲车，延长暖机时间（2） 极热态启动时的热冲击n调节级处金属温度在400450时的启动为极热态启动，极热态启动冲车参数低于金属温度，汽缸内壁和转子表面受拉伸应力，裂纹由拉伸应力所致，所以尽量减少极热态启机。（3）甩负荷时的热冲击n机组甩负荷越大，甩负荷后引起的热应力也越大。n机组甩掉全部负荷所产生的热应力比甩掉部分负荷产生的热应力小，这是因为甩去部分负荷，还要带少量负荷，大量低温湿蒸汽冷却汽缸、转子造成的，当甩掉全部负荷后，虽然流过汽轮机通流部分的蒸汽温度下降很多，但空负荷流量也很

11、小，对转子、汽缸等金属部件的冷却也很小。但长时间空负荷运行，将产生很大的热应力，因此应尽量避免汽轮机甩负荷后只带厂用电运行和空负荷状态长时间运行。n负荷突然增加在转子上产生的热应力比负荷突然降低时所引起的热应力大的多，这是因为负荷突然增加，蒸汽温度也突然升高，蒸汽与金属间的温差也增大，随着蒸汽参数的提高，蒸汽对金属的放热系数也增大，短时间内蒸汽与金属间有大量的热交换，热冲击十分强烈，突然减负荷时，流过通流部分的蒸汽参数下降，蒸汽与金属间的放热系数减小，虽然汽温下降也有热冲击，但不如负荷突增时强烈，汽轮机冷态启动规程规定不允许负荷增加过快。（4）汽缸和转子最大热应力的部位和时间n汽轮机进入准稳态

12、区域时，热应力达到最大值。汽轮机进入准稳态区域时，热应力达到最大值。n最大热应力部位通常是高压缸调节级处最大热应力部位通常是高压缸调节级处，再热机组中压缸进汽区、高压转子在调节级前后的调节级前后的汽封处汽封处、中压转子的前汽封处，原因：这些部件的工作温度高，启停和工况变化时，温度变化大，温差也大，热应力也最大，此外当构件的结构有突变，如叶轮根部、轴肩处过渡圆角、结构有突变，如叶轮根部、轴肩处过渡圆角、轴封槽处有热应力集中现象轴封槽处有热应力集中现象，使得上述部位的热应力比光表面大24倍。（5） 工作应力与热应力叠加n汽轮机启停和工况变化时，汽缸和转子要承受热应力热应力，同时也要承受工作应力工作

13、应力，汽缸汽缸的工作应力主要是承受蒸汽的压力压力作用，转转子子主要的工作应力是承受离心力离心力的作用。这两种作用力分别在汽缸和转子上产生拉伸应力，汽缸和转子实际上承受的应力是工作应力和热应力的叠加。机组启动和加负荷过程中，转子表面产生压应力，中心孔则是热转子表面产生压应力，中心孔则是热拉应力和离心力的叠加拉应力和离心力的叠加，因此在机组启动和加负荷过程中应限制转子表面与中心孔的温差，已达到限制中心孔热应力的目的。机组停机和减负荷过程，转子表面承受热拉应力和离心拉应力的叠加作用，中心孔承受压缩应力，此外由于应力集中部位如叶轮根部、轴封槽处的热应力比转子表面大得多，在停机和减负荷过程中，要限制转子

14、表面的热应力，停机时蒸汽温度下降速度要小于启动时得温升速度。（6） 螺栓的热应力n机组启动时，由于汽缸法兰的温度高于螺栓的温度，在螺栓上引起附加热应力。汽轮机安装和检修后，为防止法拦结合面漏汽，将螺栓拧紧，在螺栓上产生很大的拉伸预应力。n在运行中，由于螺栓的材料蠕变松弛现象，使螺栓塑性变形，预紧拉伸应力将会减少，新安装机组和大修机组在最初的几次启动，应特别注意控制螺栓和法兰的温度，使温差控制在规定范围内。 三、汽轮机热膨胀（一）、汽缸和转子热膨胀n（1）、汽缸热膨胀nLcy=acytcyLcynLcy气缸的轴向膨胀值，mm；nacy汽缸金属材料的线胀系数，1/；ntcy汽缸的平均温升，；nLc

15、y汽缸轴向长度，mm。n由于汽缸法兰的厚度和宽度较汽缸壁厚度大得多，所以汽缸的热膨胀汽缸的热膨胀值主要取决于法兰各段的平均温升值主要取决于法兰各段的平均温升。n汽缸金属温度的轴向分布是作为汽轮机启动、停机或负荷变动时控制其操作速度的重要依据。调节级处汽缸或法兰的金属温度是汽轮机运行中的重要监视点，根据其变化，控制汽缸与转子的相对胀差在允许范围内，防止汽轮机内部动静部分发生碰磨而引起机组振动。（二）、转子热膨胀n汽轮机转子的热膨胀原理与气缸相同，其膨胀量Lr0可用下式近似计算nLr0=ar0tr0Lr0n式中ntr0转子的平均温升，；nar0转子金属材料的线胀系数，1/；nLr0转子长度，mm。

16、（三）、汽缸与转子相对膨胀n1、相对胀差产生的原因？n转子质量仅是汽缸的1/4-1/3，转子与蒸汽的接触面积大约是汽缸的5倍左右，两者的制造材质也不相同，因而汽轮机在启动、停机或负荷变动时，转子的温度变化比汽缸快转子的温度变化比汽缸快。汽缸的温度变化滞后于转子，使转子的热膨胀（或收缩）比汽缸快。n2、正胀差：转子轴向膨胀大于汽缸值，称为正胀差。n3、负胀差：转子轴向膨胀小于汽缸值，成为负胀差n4、控制相对胀差的方法？n（1）、控制机组负荷和主蒸汽温度的变化速度在规定范围内变化，保持转子和汽缸缓慢受热或冷却。n(2)、合理地使用汽缸法兰螺栓加热装置。n（3）、利用轴封供汽控制胀差。冷态启动，为了

17、不使胀差正值过大，应选择温度较低的汽源，并尽量缩短向轴封送汽时间；热态启动时，应合理使用高温汽源。n汽封供汽对转子伸长值的影响主要是由供汽温度和供汽时间决定的决定的，供汽温度越高、时间越长，对胀差的影响越大。冷态启动时，为了不是胀差正值过大，应选择温度较低的汽源，并尽量缩短冲转前向轴封送汽时间；热态启动时，应合理使用高温气源，防止向轴封供汽后胀差出现负值；停止过程中，如出现负胀差过大，可向汽封送入高温汽源加热转子汽封段，控制转子收缩。n（4）、利用改变凝汽器真空控制胀差。n汽轮机的相对胀差，受低压排汽室温度变化影响比较明感。在转子膨胀不变的情况下，排汽温度升高或降低，都能使低压气缸与转子的相对

18、膨胀发生明显的变化。改变排汽温度的手段，一般都采用对排气缸喷水或改变凝汽器真空的办法来实现。n（5）、控制转子相对伸长突变。n一般汽轮机在打闸停机降速的过程中，在短时间内转子的相对伸长量变化较大，这主要是由于转子受离心力的作用，使其长度和粗细发生变化。（泊松效应）四、 汽轮机热变形n（一）、热变形规律：热凸冷凹热凸冷凹温度高的一侧向上凸出，温度低的一侧向内凹进。n（二）、汽轮机汽缸热变形n1、上下缸温差过大的危害径向间隙、轴向间隙变小，发生摩擦。n2、引起上下缸温差的原因？n（1）、下汽缸的质量和散热面积都大于上汽缸，而且下汽缸还布置有回热抽汽管道和轴封的送排汽管道，所以在同样条件，下汽缸加热

19、慢而散热快。n（2）、蒸汽在上汽缸内的凝结水和湿蒸汽都流至下汽缸，干蒸汽或过热蒸汽则升至上汽缸，使下汽缸的受热条件恶化。n（3）、下汽缸的保温工艺不良，致使保温材料与下汽缸脱离，使冷空气直接冷却下汽缸。n（4）、汽轮机启动时汽缸疏水排出不畅；停机后有蒸汽从抽汽管道返回汽缸内。n（5）、调节汽阀开启的顺序不当。n上下汽缸的最大温差通常出现在高压缸的调节级附近，此处的径向动静间隙一般上下汽缸的最大温差通常出现在高压缸的调节级附近，此处的径向动静间隙一般为为0.4-0.7mm0.4-0.7mm.n（三）、汽缸法兰内、外壁温差和汽缸内外壁温差引起的热变形（三）、汽缸法兰内、外壁温差和汽缸内外壁温差引起

20、的热变形n汽轮机启动时：n1、法兰在水平方向的变形：汽缸中部截面变为立椭圆；汽缸前后端部截面变为扁椭圆；n2、法兰在垂直方向的变形：汽缸中部出现内张口；汽缸前后端部外张口。n（四）、转子热弯曲（四）、转子热弯曲n汽轮机转子的热弯曲一般有弹性弯曲和塑性弯曲。转子热弯曲的最大部位一般发生在调节级。n1、弹性弯曲-由于转子径向存有温差引起的，当温差消失转子弯曲自动恢复。n2、塑性弯曲：一般是由弹性弯曲的转子，在高速运转的情况下局部发生碰磨产生过烧引起的，是一种永久性弯曲，尽管影响弯曲的因素消失，再也不会自动恢复。n3、引起热弯曲的原因？n（1）停机后转子在静止状态，由于上下汽缸存在温差，使转子在径向

21、产生温差；n（2）停机后转子静止，回热抽汽管或轴封供汽管有蒸汽漏入汽缸内；n（3）在启动或停机过程中，由于轴封供汽、法兰螺栓加热装置等，操作控制不当；n（4）停机后对转子盘车操作不当；n（5）机组运行或热态启动，由于主蒸汽温度突然下降过快或汽缸进水；n（6）机组运行中发生强烈振动，引起动静部分发生摩擦，汽轮机转子局部发生过烧。二十三章：汽轮机变工况运行二十三章：汽轮机变工况运行 汽轮机在设计工况下运行，不仅效率高而且安全可靠。但在实际运行中，由于各种原因不能始终保持在设计工况下运行，这种与设计条件不符的运行方式，称为汽轮机的变工况。汽轮机在偏离设计工况下运行，不仅效率低，而且也导致叶片、隔板、

22、推力轴承等各部件受力情况的变化，降低了机组安全、经济性。n设计工况：运行时各种参数都保持设计值。n变工况：偏离设计值的工况。第一节第一节 喷嘴的变工况喷嘴的变工况分析：喷嘴前后参数与流量之间的分析：喷嘴前后参数与流量之间的变化关系变化关系一、渐缩喷嘴的变工况一、渐缩喷嘴的变工况n一）初压p0*不变而背压p1变化n列椭圆方程n例1：试计算p0 =1.2MPa不变 ，当喷嘴后压力p1 =0.9MPa、 0.72MPa时， 求通过喷嘴的流量。 n已知：蒸汽初温度t0=280，喷嘴最小截面积Amin=30c,l临界流量qmk =4.56kg/s0*01*01*011*0*0222648. 01111T

23、TppGGvpAGGGGGGncrcrcrncrcrcrcrnn解：当当p1=0.9Mpa时，压力比时，压力比1=0.9mpa/1.2mpa=0.75n彭台门系数彭台门系数=1 = = n =0.982n则则qm1= 1* qmk=0.982*4.56=4.06752（kg/s）n同理我们可以计算出同理我们可以计算出当当p1=0.72Mpa时的流量时的流量qm22c*oc1pppp1）（2ccn11）（二）初终压力改变时流经喷嘴流量的变化n例2：设渐缩喷嘴前的压力从p0 =1MPa 降到p01 =0.9MPa（略去初速），而喷嘴后压力从 p1 =0.7 MPa升高到p11 =0.8Mpa，喷嘴

24、前的温度t0 =320 降低到t01 =305n求：流量的变化。n解：原工况：n 新工况：n则 94. 01546. 02010crcrcrcrpppppp655. 01491. 02101111011crcrcrcrpppppp635. 001000111TTppGG第二节第二节 级与级组的变工况级与级组的变工况n一、变工况下级前后参数与流量的关系n（一） 级在临界工况下工作、 n1、工况变动前后喷嘴均处于临界状态*0*011*0*0*0*011ppGGTTppGGcrcrcrcr或2、 工况变动前后动叶均处于临界状态（1） 与喷嘴一样：*1*111ppGGcrcrn （2） 列动叶进口和进

25、口滞止截面的连续方程n （3）动叶进出口速度可写成n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，通过该级的流量均与级前压力成正比，而与级后压力无关。*0*011*0*0*0*011ppGGTTppGGcrcrcrcr或n（二） 级在亚临界工况下工作n（三） 一种工况处于临界状态，另一种工况处于亚临界状态n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。n 01022202212011TTppppGG二、变工况下级组前后压力与二、变工况下级组前后压力与流量的关系流量的关系n（一） 变工况前后级组

26、内各级均未达到临界状态n 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。n对某一级：此式为弗留格尔公式设上式相加后得：010220212011001001122120122201001212212012220001211221201122201001211TTppppGGTTTTppppTTGGppppTTGGppppTTGGzziziiiizizzZZn对于凝汽式汽轮机：pz1p01 ，pz p0n 最末一、二级除外。n（二） 变工况前后级组内均达到临界状态n 设末级达到临界状态：n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。0100011TTppGGGGp

27、pppppppppGGppGG100122144124222412212144131n（三） 弗留格尔公式应用条件n1、 级组中各级流量相同（有回热抽汽也可应用）；n2、 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）； n3、 级组中级数不少于34级。n（四） 弗留格尔公式的应用n1、 监视汽轮机通流部分运行是否正常。一般利用调节级汽室压力、各抽汽口的压力来监视汽轮机的通流部分运行情况。并把这些压力称为监视段压力。引起通流面积改变的原因：喷嘴或叶片结垢、轴封或叶轮的阻汽片磨损、叶片在运行中脱落、汽缸内侵入杂物等。 2、可推算出不同流量（功率）时，各级的压差和焓降 ， 从而计算出相应的

28、功率、效率以及零部件的受力情况。 第三节 工况变动时各级焓降、反动度的变化n1、将蒸汽近似当作理想气体n2、对于凝汽机组n（1） 凝汽式汽轮机中间各级021020102001111pphppRTkkppvpkkhtkkkkt的大小取决于n负荷偏离设计值较大时，中间各级焓降也要发生变化。n（2）、 末级n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。n（3）、 调节级n调节级后压力正比于流量G，级前压力变化较小n3、对于 背压机n（1）、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。近似不变近似不变，基本不变iit

29、itcuxBGhGPhppppGG112210011n（2）、对背压式汽轮机的前面几级（调节级除外），在工况偏离设计值不大范围内，则级前压力可近似认为与流量成正比关系；n（3）、当流量在设计值附近变化时，可认为各中间级的焓降保持不变或变化很小；n（4）、当流量变化较大时，则前面几级的焓降变化较小，而最后一、二级的焓降变化最大。n4、最末级变工况的焓降变化特性n采用喷嘴调节的凝汽式汽轮机，在流量（负荷）变化时，其焓降变化主要发生在调节级和最末级中。当流量增加时，调节级焓降减少，末级焓降增大，在流量变化不大时，所有中间级的焓降近乎不变，但流量下降较大时，中间级的焓降亦跟随降低。n背压式汽轮机除调节

30、级焓降变化外，最后几级的焓降也发生变化，负荷变化越大，受影响的级数越多。n汽轮机工况变化至偏离设计值运行时，其效率要降低，偏离设计值越大，效率降低越多。n采用喷嘴调节的机组，引起效率降低主要发生在调节级和最末级。n采用节流调节的汽轮机，因为没有调节级，其效率的降低，主要是由于节流损失的增大和最末级效率降低造成的。n5、级焓降变化引起级内工作情况变化n（1）、焓降变化引起动叶进口的撞击损失n撞击损失：汽轮机在设计工况下，喷嘴出口的汽流，能平滑的进入动叶栅。当工况变动引起级的焓降发生变化时，喷嘴出口速度c1将偏离设计值，因而进入动叶栅的相对速度w1的大小和方向也跟随改变（在转速不变时），致使汽流对

31、动叶栅的进汽内弧或背弧产生撞击现象，由此引起的损失称为撞击损失。n（2）、焓降变化引起级内反动度的变化n汽轮机变工况时，如果级的焓降减小，则级的反动度增加；若级的焓降增加，则级的反动度减小。并且，级的焓降变化越大，其反动度也相应变化越大。第四节 调节方式对变工况的影响n汽轮机在运行中，必须设有调节机构，以调节输出功率与外界需要相适应。汽轮机的功率方程为Pel=qmHtrimg /3600，有此式可以看出，调节汽轮机的功率，主要是调节调节汽轮机的进气量qm或改变蒸汽在机内的理想焓降Ht。调节方式，从设备结构上可分为节流调节和喷嘴调节两种（旁通调节现在已不用）；从运行方式上，可分为定压调节和变压调

32、节两种。 一、节流调节n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。n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。nth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。n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。（背压高，理想焓降小，节流损失大，相对内效率显著下降）。：节流效率：通流部分内效率thithitttitiiHHHHHHn节流调节汽轮机的优点：结构简单，制造成本低；由于采用全周进汽，因而对汽缸加热均匀；在负荷变化时级前温度变化较小，对负荷变化

33、的适应性较好等。其缺点是在部分负荷时，节流损失大，经济性较差。因此节流调节的应用受到限制，一般用于如下机组：n（1）、小功率机组，使调节系统简单n（2）、带基本符合的机组，因为这种机组经常在满负荷下运行，调节气门全开，不致引起额外的节流损失，同时也简化了调节系统。n（3）、超高参数机组、为使进汽部分温度均匀，在负荷突变时不致引起过大的热应力和热变形。二、二、 喷嘴调节及调节级变工况喷嘴调节及调节级变工况n（一）喷嘴调节的工作原理n1、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。n2、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。n3、调节级：

34、采用喷嘴调节的汽轮机，第一级蒸汽的通流面积，是随机组负荷的大小而改变，故称为调节级。n（二）调节级的变工况 (调节级前后压力与流量的关系 )n假设：（1）=0；n （2）调节阀全开压后p0不随流量的增加而降低；n （3）各调节阀之间无重叠度；n （4）调节级后压力与蒸汽流量成正比。n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。n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。n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

35、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。（三）、调节级焓降变化n调节级的焓降，是随汽轮机进汽流量改变而变化的。流量增加时，部分开启的调节汽阀所控制的喷嘴组焓降将增大，全部开启的调节汽阀所控制的喷嘴组焓降将减小。在第一调节汽阀全开，而第二调节汽阀尚未开始开启，这时调节级的焓降达最大值。此时，调节级前后压差最大，流过该喷嘴组的流量亦最大，调节级的部分近期不最小，致使调节级叶片所受的应力最大。所以，调节级的危险工况不是在额定功率，而是在在第一调节汽阀全开，而第二调节汽阀尚未启的情况下。n另外，机组在运行重要控制负荷变化速度，避免由于蒸汽流量变化幅度较大，引起调节汽室和高压缸及其零部件，产生过大的热应力和热变形。（四）、调节