第五章1变工况下级压力与流量关系

引言设计工况：汽轮机是按一定的热力参数、转速和功率设计，对应设计参数的工况称为设计工况。（经济工况）变工况：偏离设计工况的运行工况，称为变动工况。外界负荷变化；季节环境变化，如循环水进口温度变化；锅炉运行参数的变化，如主汽温度、压力、再热汽温等波动；汽轮机本体、辅机设备缺陷，如通流部分磨损、结垢、断叶，凝汽器泄漏。研究目的：分析汽轮机在不同工况下的效率，各项热经济指标，各级压力、温度的变化，主要零部件的受力情况等。了解变工况时，汽轮机的各工况参数的变化规律，从而在进行设计时，就预先估计到变工况时，机组的性能变化，使设计的机组不仅在设计工况时，而且在变工况时，都具有良好的性能。特别对调峰运行的机组更重要。本章主要等速汽轮机的变工况。浙江大学热工与动力系统Institute

of

Thermal

Scienceand

PowerSystems§1、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研究喷嘴变工况，主要分析喷嘴前、后压力与流量之间的变化。＝0.546

过热蒸汽＝0.577

饱和蒸汽*

*

*0

0

0p

,T

,

v当初参数为

，出口面积

n

时，通过喷嘴的流量A*0np0v*G

0.648

A

1nncpp*

0n

nc

1

1nc当0

0

0p*,T

*,

v*p1

An浙江大学热工与动力系统Institute

of

Thermal

Scienceand

PowerSystems§1、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βεn原点(εnc

,0)，长轴1，短轴（1－εnc

）椭圆方程：

系数GGc2

1

n nc

1

nc用下标1表示变动工况参数喷嘴前：

0

01

，

0 01

，001p*

p*

T

*

T

*

v*

v*喷嘴后：p1

p11浙江大学热工与动力系统Institute

of

Thermal

Scienceand

PowerSystems§1、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0101v*G1

0.6481

An

0

0

01001p*

v*p*

T

*p*v*p*T

*G

G

1

101

0

1

0100p*p*

p

p

1

01

1

011

1

0

001p*

T

*GGp*T

*1

0100p*pp*p

01

01当变工况和设计工况均为临界工况时，00p*v*G

0.648

An设计工况：变工况：不考虑初温变化不考虑初温变化当喷嘴前、后蒸汽参数同时改变时：p*浙江大学热工与动力系统Institute

of

Thermal

Scienceand

PowerSystems二、级的变工况（一）级前后压力与流量的关系1、级在临界工况下工作定义：级内喷嘴叶栅或动叶栅两者之一的流速达到或超过临界速度（1）级内喷嘴达到临界（变工况前后）0p*p*

010p

0

010

01

c1

01c

0

01

0

01G

p*

T

*Gp*

T

*p

T1p*p*

111ppc

0

0

0

1p

p*

*G

Gp*

p*p

p

p

pc1

01

11

01

11

p

T

不考虑初温变化＝

p（2）级内动叶达到临界（变工况前后）1

111

11

c1

11c

1

11

1

11G

p*

T

*Gp*

T

*p

T

p

T

不考虑初温变化＝若不考虑叶顶漏汽，则动叶流量等于喷嘴流量，不考虑温度变化结论：级变工况前后均为临界时，级的流量与级前的滞止压力成正比，也与级前的实际压力成正比，而与温度的平方根成反比。结论：级变工况前后均为临界时，级的流量与级前的滞止压力成正比，也与级前的实际压力成正比，而与温度的平方根成反比。Institute

of

Thermal

Scienceand

PowerSystems

1mtm1t

1t2t1tn n

1t

v

n n

vvG

A

c1

A

12

1

h*

A2h*

v2t

1

t

nn

v二、级的变工况（一）级前后压力与流量的关系2、级在亚临界工况下工作级内亚临界工况定义：级内喷嘴和动叶出口流速均小于临界速度。喷嘴出口流量：1G

Gc

n

An2t

0p*

p

p

22h*

0.648At

n

v*01

2

c

v*p

p

0

c

t2h*

仍为亚音速）00nmp*v*

p

p

2

vG

0.648A1

1

2

c

2t*p

p

v

0

c

1t令：Gc（表示m

＝0时，通过喷嘴的流量，并假设c

a

设计工况：β浙江大学热工与动力系统Institute

of

Thermal

Scienceand

PowerSystems①一般情况下：②③二、级的变工况（一）级前后压力与流量的关系0101m1p*v*p*2v

p

pG1

0.648An1

1

21

c1

2t1

p

v

01

c1

1t1同理，另一种工况（变工况）：两式相比，并考虑v1t

v1t12

tv

v2

t1

2*0020

010101cc1pp*

v*T

*p*v*T

*p

01

0

p*

p

22*2201212101

c1

21c1ncnc

01pp

p

2

p

p

1

p

p

p④令，

m1

m浙江大学热工与动力系统Institute

of

Thermal

Scienceand

PowerSystems二、级的变工况（一）级前后压力与流量的关系结论：当级内未达到临界时，级内流量不仅与初参数有关，还与级后参数有关。但若简化条件不满足时，计算误差较大。2222

0

20

m

0c

0,

0,

p

p

p

p0201pG2

p21

0121

0

G

p

p2

2T2221222p01

pp0

p

*

22*0121012102*22*010

20

2.ncncmmncncT

*GT

*2

p

p

p

p/(1

)1

G

11p

p

p

p

/(1

)若，T

不考虑初温变化3、一种工况为临界，另一种为亚临界这种工况一般只发生在调节级、末级中，没有的公式。浙江大学热工与动力系统Institute

of

Thermal

Scienceand

PowerSystems二、级的变工况（二）级组压力与流量的关系gc级组：一些流量相等，每级的通流面积保持不变的相邻级的组合。级组亚临界工况：级组内各级流速均小于临界速度。级组临界工况：级组内至少有一列叶栅（喷嘴或动叶）的出口流速达到临界速度。级组临界压比：亚临界工况级组中某一级（一般最末级）流速刚升到临界速度时，级组前后压比。

级组中某一级刚达到临界时级组的背压

级组初压级组中，级数

z

越多，gc

越小，z

,

0gc1、级组内各级均未达临界状态2、级组内达到临界状态一般最后一级焓降最大，流速最大，蒸汽温度最低，当地音速最小，所以，末级常先达到临界。浙江大学热工与动力系统Institute

of

Thermal

Scienceand

PowerSystems二、级的变工况（二）级组压力与流量的关系1、凝汽式汽轮机非调节级各级组对于凝汽式机组，可将包括末级在内的各级作为一个级组，该级组后压力为汽轮机排汽压力pz，当级数较多时，级组前压力，p0

pz结论：1）凝汽式汽轮机各级（除最后一、二级外），无论是否发生临界，其流量均与级前压力成正比。忽略，应按

公式计算。3）对于回热抽汽，可近似应用这样：

p

2

p2

z

0,

z1

0

p0

p01

010102z1z1p2

p2zpp2ppp2

1

p0101

G1

Gp2

p20z2

p

1

0

p

0

p

2

p22）对于最后几级，由于

p0

,p01

相对较低，

z

,

z1

就不能

p0

p01

公式，误差不大。级组p0

pz浙江大学热工与动力系统Institute

of

Thermal

Scienceand

PowerSystems东方N200N300哈尔滨N300浙江大学热工与动力系统Institute

of

Thermal

Scienceand

PowerSystems二、级的变工况（二）级组压力与流量的关系2、背压式汽轮机非调节级各级组背压式汽轮机的特点，背压（汽轮机排汽压力pz）高于大气压，排汽比容小，末级直径较小，末级焓降较小，流速较低。一般情况下，背压级组末级也处于亚临界工况。所以，只能应用

公式计算（呈双曲线变化）。调节抽汽式汽轮机，其调节抽汽口压力基本保持不变，且大于大气压，所以抽汽口各级都处于亚临界工况，也用

公式计算。热用户pz浙江大学热工与动力系统Institute

of

Thermal

Scienceand

PowerSystems二、级的变工况（三）压力与流量关系式(1、

公式的应用条件（1）在不同工况下，级组中各级通流面积不变如通流部分结垢或磨损等，应进行修正公式)的应用结垢，则同一流量G1下，p01

必然升高；磨损，则同一流量G1下，p01

必然降低。在同一工况中，通过级组的流量相等调节抽汽口（供热、取暖、其他厂用汽等）应作为分级组的界限。23

流过级组的蒸汽流应是均质流不能把调节级取在级组内4严格讲，

公式适用于无穷多级数的级组，但一般多于4～5级，就能得到满意的结果。级组内级数越多，精度越高。01

z10

zG

A

(

p2

p2

)

G

A

p0G1

A1

(

p2

p2

)

G1

A1p01浙江大学热工与动力系统Institute

of

Thermal

Scienceand

PowerSystems二、级的变工况（三）

公式的应用监视汽轮机通流部分运行是否正常。可推算出不同功率（流量）时，各级的压差和比焓降，从而计算出相应的功率、速度比、效率及零部件的受力情况。汽轮机功率突然下降40％，无明显振动，故障汽轮机参数变化表负荷给水流量调节级后压力中间再热后压力高压缸效率中低压缸效率－40％－36％－42％－44％－1.8％－0.4％分析：监视段压力与流量近似成正比，是由于调节级或调节级前故障所致，结果是第一调节汽门阀杆断裂。浙江大学热工与动力系统Institute

of

Thermal

Scienceand

PowerSystems二、级的变工况（三）

公式的应用运行21个月后功率不断下降故障汽轮机参数变化表分析：调节级后压力增加21.2％，既然不是流量增加，就是压力级通流部分堵塞。结果是高压缸通流部分严重结垢。流量功率调节级后压力高压缸效率－17.2％－16.5％＋21.2％－12.2％浙江大学热工与动力系统Institute

of

Thermal

Scienceand

PowerSystems二、级的变工况（三）

公式的应用运行三年，在调节汽门的同一开度下，功率渐渐增加故障汽轮机参数变化表分析：功率增加，流量增加，从调节级后各处压力正比于流量增加来看，压力级各级工作正常，可能原因①调节级喷嘴磨损；②调节级叶片断裂；③调节级喷嘴漏汽。结果：调节级喷嘴磨损严重功率调节级后压力中间再热后压力高压缸效率＋11.1％＋11.0％＋10.2％－1.8％浙江大学热工与动力系统Institute

of

Thermal

Scienceand

PowerSystems浙江大学热工与动力系统Institute

of

Thermal

Scienceand

PowerSystems设计工况：公式结论：若级组在变工况前后均为亚临界时，级组的流量是级组前压力平方与级组后压力平方之差的平方根成正比。0TTp2G

p21

01z1Gp2

p20

z

011、级组内各级均未达临界状态陀拉流量与初压关系曲线00zG变工况：cGp2

p

2p2

p2