汽轮机在变工况下的工作

汽轮机在变工况下的工作级组变工况机组变工况调节级变工况蒸汽参数变化的变工况第一种情况，无穷级数的级组中各级变工部前后均处于亚临界时的流量比为弗留格尔公式，如下亚临界变工况的流量与级组前后压力平方差的开方成正比。若级组中级数足够多，即p11》pz1，p1》pz，则第二种情况，变工况前后级组中的末级均达到临界状态（思考：为何通常是末级首先达临界？）例如级组由三级组成,如图示P0P1P2P3P4P5P6GⅠⅢⅡ对第二级有：总结：可近似地认为，通过级组的流量和级组中每一个级的级前初压都成正比！同理有：（二）机组压力与流量公式的应用条件

1、通过同一级组中各级的流量相等；

2、不同工况级组中各级的通流截面保持不变；

3、通过各级的汽流是一股均质流；

4、级组的级数越多,佛留格尔公式计算结果越精确。变工况规律总结：对于采用喷嘴调节的凝汽式汽轮机，当工况变化，进汽量发生改变时，整机焓降基本不变，中间级的焓降基本不变，当进汽量增大时，调节级焓降减小，反动度增大；末级焓降增大，反动度减小。中间级焓降不变,反动度也不变,因此速比也不变,则效率不变。流量增大时，调节级焓降减小，反动度增大，速比增大，效率降低。末级焓降增大，反动度减小，速比减小，效率降低。变工况时轴向推力的变化情况可简单地认为，整机轴向推力大约和机组的功率成正比。需要注意一些特殊工况时轴向推力异常增大的情形，如：水冲击；叶片结垢等。变工况知识的应用实例监视段压力：调节级汽室压力和各段抽汽压力的统称。(1)监视汽轮机通流部分运行是否正常。在已知汽轮机功率或流量的条件下，根据弗留格尔公式的计算结果监视某些级组(监视段)前的压力，借此判断该级组是否损坏或结垢等异常现象。(2)可以推算出不同流量(功率)时各级的压差和比焓降，从而计算出相应的功率、效率及零部件的受力情况。也可以由压力推算出通过各级的流量。实际运行故障分析举例：某台一次再热超高压凝汽式汽轮机的功率突然下降40％，此时机组无明显振动，机组参数变化如表3-2所示，负号表示降低。功率降低后，一些参数又基本稳定不变，各监视段压力近似成比例降低。分析原因：调节级后压力和中间再热后压力降低，表明蒸汽流量变小，这由给水流量也相应变小而证实。由于各监视段压力与流量近似成正比，故可以认为各非调节级的工作是正常的，流量的突降是调节级或调节级之前的通流部分故障所致。

。负荷给水流量调节级后压力中间再热后压力中低压缸效率高压缸效率-40％-36％-42％-44％1.8％0.4％由于通流部分故障并未引起机组振动情况的改变，因而可以认为流量突降不是转动部分的机械损坏所致，调节级喷嘴、动叶损坏常使流量增大；调节级叶片断落可能使非调节级第一级喷嘴堵塞而使调节级后压力升高。但上述情况均与事实相反，因此不大可能是调节级的损坏。调节汽门阀杆断裂将使汽门一直处于关闭或近于关闭的位置。为了判断故障，移动油动机。提起阀杆，在第一调节汽门应该开大的范围内，发现流量并不增大，表明这一阀门动作失灵。

停机检查，结果是第一调节汽门阀杆断裂一超高压汽轮机在运行21个月后发现功率不断下降，已持续了一两个月。分析每天数据，发现功率是以不变的速率下降的，而不是突降的。与21个月前的运行数据相比，变化如下。

流量功率调节级后压力高压缸效率-17.2％-16.5％+21.2％-12.2％

分析原因：调节级后压力增加21.2％，既然不是由于流量增加，那就只能是由于非调节级通流部分堵塞，由于这种堵塞是稳定增加的，故不是机械损坏所致，极大的可能是通流部分结垢所致。又因为高压缸效率大为降低，故可能是高压缸结垢。

开缸检查，结果发现高压缸通流部分严重结垢，垢的成分中不少是铜。某机三年运行数据表明，在调节汽门的同一开度下，功率是渐渐增加的，三年前后的同一调节汽门开度下的运行数据之差如表3-4所示。在发现上述问题后，曾进行试验，证明在各个调节汽门的不同开度下，功率都变大。

功率调节级后压力中间再热后压力高压缸效率+11.0％+11.0％+10.2％-1.8％分析原因：功率增加，流量必然增加。从调节级后各处压力基本上正比于流量增加来看，调节级以后各级的工作是正常的，那么功率变大就可能是调节级或调节级之前通流面积增大所致。各个调节汽门开度下功率(蒸汽流量)都变大，估计不应是调节汽门的问题，因为不可能几个调节汽门都同时发生问题。较大可能是调节级通流面积变大。这就有三种可能；①调节级喷嘴腐蚀；②调节级叶片损坏；③调节级喷嘴弧段漏汽。若是后两种情况则高压缸效率要大大降低。但并未大大降低，故多半是调节级喷嘴腐蚀。

开缸检查，结果是第一、二、三喷嘴组的喷嘴出口边腐蚀严重，调节级动叶腐蚀较轻。

五、汽轮机的配汽方式和调节级的变工况目前常用的定压配汽方式有：喷嘴配汽和节流配汽。（一）喷嘴配汽333322221G工作过程：几个依次启闭的调节阀主要特点：①机组在部分负荷时，效率较高。②机组的高压部分在工况变化时温度变化很大，从而引起较大的热应力。喷嘴调节级压力与流量的关系

分析过程中，为了突出调节级主要变工况特点首先对上页所示的调节级的工作过程作如下假定：1）忽略调节级后温度变化的影响，调节级后压力P2正比于全机流量；2）各种工况下级的反动度都等于零，p11=p21；3）四个调节汽门依次开启，没有重叠度；4）凡全开调节汽门后的喷嘴组前压力均为p0不变。喷嘴组压力分配曲线（158页）喷嘴组流量分配曲线调节剂效率与流量的关系（160页）调节级、系数，焓降反动度、压力反动度和轮轴效率计算（162~163页）调节级最危险工况：第一调节阀刚全开，而其余调节阀还未开启时。原因：此时调节级焓降达到最大值，同时通过第一喷嘴组的流量也达到最大值，调节级动叶受到的应力大大增加，再加上部分进汽造成的激振力，更使调节级动叶的应力急剧上升。解决办法:节流-喷嘴联合配汽（三）节流配汽工作过程：进入汽轮机的所有蒸汽都通过一个或几个同时启闭的调节汽门，然后进入汽轮机。调节汽门控制流量大小。GP0,t0主汽门调节汽门汽轮机hsh0t0p0p”0p’0pc工作特点：1）机组在低负荷时调节汽门中节流损失较大，使扣除进汽机构节流损失后的理想比焓降减小得较多。（节流效率ηth）2）没有调节级，结构比较简单；3）在工况变动时，各级比焓降变化不大，同时级前温度变化也较小。滑压运行的经济性与安全性滑压运行的概念汽轮机滑压运行时，调节汽门全开或开度不变。根据负荷大小调节进入锅炉的燃料量，给水量和空气量，使锅炉出口汽压和流量随负荷升降而升降，但出口汽温不变，因此汽轮机的进汽温度维持额定值不变，而进汽压力与流量都随负荷升降而增减，可借以调节汽轮机的功率。汽轮机的进汽压力随外界负荷增减而上下滑动，故称滑压运行，也称变压运行。滑压运行分为三种方式：纯滑压运行方式：纯滑压运行汽轮机不需要调节级，第一级应全周进汽，调节汽门全开，只靠锅炉出口蒸汽压力和流量的改变来调节机组负荷，由于锅炉存在热惯性，调节存在滞后现象。节流滑压运行：节流滑压运行也不需要调节级，第一集全周进汽，节流调节汽门预先关小，进行滑压运行，这种调节方式的缺点是节流调节汽门中有节流损失。复合滑压运行方式，这是一种定压与滑压相结合的一种运行方式，是目前调峰机组最常用的一种方式，它使机组在所有变负荷区域内都有较高的经济性。即所谓定---滑---定运行方式30%---90%MCR滑压机组滑压运行的经济性滑压运行机组与定压运行机组在同一流量下，中低压缸的热力过程线都一样，经济性只比较高压缸的热经济性即可。滑压运行机组高压缸在部分负荷时的相对内效率高于定压运行机组，这是因为滑压运行时主蒸汽温度不变，虽然主蒸汽质量流量和压力都随负荷减小而减小，但各种负荷下新汽容积流量基本不变。容积流量不变使各级喷嘴，动叶出口的流速不变，比焓降和内效率都不变而喷嘴配汽定压运行机组在部分负荷下调节级效率下降较多，节流配汽定压运行机组在部分负荷下节流损失较大。滑压运行机组在部分负荷下的锅炉给水压力降低，用变速给水泵课降低给水泵耗功，这是一个不小的数值，因此低负荷时给水泵耗功的减小将给滑压运行机组的热经济性带来明显益处。滑压运行机组的安全性与灵活性定压运行喷嘴配汽汽轮机调峰时，若迅速改变负荷或夜间停机和启动，特别是调节级后存在较大的温度变化或热应力，这是限制该机组调峰灵活性的主要障碍，也是影响机组的安全可靠运行的关键问题。定压运行节流配汽时，高压缸各级温度变化虽不大，但节流损失较大，热经济性较低，只有滑压运行最适宜于调峰。滑压运行机组负荷变化时高压缸各级温度几乎不变，热应力和热变形很小，这就大大增强了机组调峰的灵活性和安全性。滑压运行机组在负荷降低时，能保持再热汽温稳定，喷嘴配汽定压运行机组负荷下降时，因高压缸排汽温度下降，中压缸进汽温度有所下降，这不仅影响效率，而且引起热应力和热变形。滑压运行机组高压缸排汽温度稳定，中压缸进汽温度也稳定。由此可见，滑压运行机组的安全性和灵活性都高于定压运行。初终参数对汽轮机的影响

★初温不变，初压升高过多，使主蒸汽管道，主汽门，调节汽门，导管等承压部件内部应力增加，若调节汽门开度不变，初压增加，致使新汽比容减小，蒸汽流量增加，零件受力增大，各级叶片的受力正比于流量而增大，特别是末级的