汽轮机的变工况（汽轮机设备运行课件）

0102变工况相关说明渐缩喷管的变工况01变工况相关说明设计工况汽轮机在设计参数下运行的工况，也称经济工况。在此工况下运行，汽轮机的效率最高，也不存在安全问题。但在实际运行中汽轮机的功率由外界用户决定蒸汽参数会因运行调节等不当而变化、在外界用户的用电量发生变化的瞬间、电网频率变化使得电网中运行的机组转速随之变化。因此很难维持设计工况运行变工况汽轮机在偏离设计参数的条件下运行的工况。在变工况下运行，汽轮机的效率会下降，更严重的还会威胁汽轮机的安全01变工况相关说明我们就需要分析汽轮机变工况下的热力过程，讨论汽轮机负荷（流量）变化、蒸汽参数变化及不同调节方式对汽轮机经济性和安全性的影响。级是汽轮机的基本工作单元，级由喷嘴叶栅和紧跟其后的动叶栅组成，蒸汽在喷嘴叶栅和动叶栅中的流动特性类似。分析汽轮机的变工况特性，需从了解喷嘴的变工况特性开始。因此由于因此01变工况相关说明喷嘴的变工况特性是指通过喷嘴的流量与喷嘴前后压力之间的关系。由于目前汽轮机上使用的大多是渐缩喷嘴所以下面仅讨论渐缩喷嘴的变工况特性02渐缩喷管的变工况ACBGGcrG1pcrp1pb=p0pb渐缩喷嘴流量与背压及喷嘴出口压力的关系曲线pb>pcr，喷嘴流量随喷嘴后压力的减小而增大；pb=pcr，流量达到临界流量；pb＜pcr，流量保持临界流量。（1）渐缩喷嘴的变工况（初压不变，背压改变）02渐缩喷管的变工况对于任何一个给定的初压可得出临界压力比，进而得出任一背压下彭台门系数最终可求得通过喷管的流量G。（1）渐缩喷嘴的变工况（初压不变，背压改变）02渐缩喷管的变工况在汽轮机实际变工况范围内，喷管初压一般也是一个变量。设在保持另一初压下改变背压，则可得到ABC相类似的曲线。（2）渐缩喷嘴的变工况（初压背压改变）渐缩喷嘴流量与出口压力的关系曲线02渐缩喷管的变工况变工况前后喷嘴前初温不变变工况前后均为临界工况根据流量的计算公式若略去温度变化（2）渐缩喷嘴的变工况（初压背压改变）结论：不同工况下的临界流量与喷嘴前的滞止初压成正比。内容小结级组的变工况级组：同工况时，流量相等的相邻各级的组合。如右图所示是由三个单级组成的级组。亚临界级组：级组各级的汽流速度均小于临界速度的级组；临界工况级组：级组内至少有一列叶栅的出口速度达到或超过临界速度；级组示意（1）几个概念级组的变工况（a）斯托多拉阿流量锥（b）不同初压下流量与背压的关系

（2）级组流量的变化规律（图示法）级组的变工况（2）级组流量的变化规律（图示法）（a）斯托多拉阿流量锥（b）不同初压下流量与背压的关系背压不变，则流量与初压的关系为双曲线，如图中CF所示；如果背压低于级组的临界压力，则流量与初压成正比，如图中OA所示。级组的变工况（2）级组流量的变化规律由于不同级数的级组具有不同的临界压力比所以流量锥不具有通用性，因此用解析法分析级组变工况特性级组的变工况在变工况前后，若级组处于临界状态，由流量锥分析可知，则通过级组的流量与级组前压力成正比，即

依次类推可得：通过级组的流量与级组中所有各级的级前压力成正比。（2）级组流量的变化规律（级组处于临界状态）级组的变工况变工况前变工况后同一级组，由于级数不变，则两种工况下得临界压力比相等，且当级数趋于无穷时，级组的临界压力比趋于零弗留格尔公式：当变工况前后级组均未达临界状态时，通过级组的流量与级组前后压力平方差的平方根成正比。（2）级组流量的变化规律（级组处于临界状态）级组的变工况工况变化前后级组均未达到临界状态。在同一工况下，通过级组各级的流量应相等。对于回热抽汽式汽轮机，只要回热系统运行正常，仍可把所有的非调节级取为一个级组。不同工况下，级组各级的通流面积保持不变。只适用于具有无穷多级数的级组，但实际应用时级组中级数不得少于3～4级时。条件（3）弗留格尔公式的应用级组的变工况（3）弗留格尔公式的应用方向推算出不同流量下各级级前压力，求得各级的压差、比焓降，从而确定相应的功率、效率及零部件的受力情况。也可由压力推算出通过级组的流量。监视汽轮机通流部分是否正常。级组的变工况对凝汽式汽轮机，若取级数较多，级组前后压比通常很小经分析推导可得结论：对喷嘴调节的凝汽式汽轮机，除最末一、二级外的非调节级，无论是否处于临界状态，这些级的级前压力均与流量成正比。监视段压力：运行中常利用调节级汽室压力和各抽气口压力来监视汽轮机通流部分的工作情况和了解机组的带负荷情况，并把这些压力称为监视段压力。（3）弗留格尔公式的应用（喷嘴调节凝汽式汽轮机）内容小结010203工况图概述节流调节汽轮机工况图喷嘴调节凝汽式汽轮机工况图01工况图概述汽轮发电机组的功率与汽耗量之间的关系称为汽轮机的汽耗特性，表示这种关系的曲线称为汽轮机的工况图。02节流调节汽轮机工况图

02节流调节汽轮机工况图经简化可得，汽耗特性方程式可写成D=d1Pel+Dnl式中，d1

—汽耗微增率，即每增加单位功率所需增加的汽耗量；Dnl—空载汽耗量,为汽轮机空转时用来克服摩擦阻力、鼓风损失及带动油泵所消耗的蒸汽量。节流调节汽耗量、汽耗率、相对电效率与电功率的关系曲线02节流调节汽轮机工况图

02节流调节汽轮机工况图

节流调节汽耗量、汽耗率、相对电效率与电功率的关系曲线03喷嘴调节凝汽式汽轮机工况图D=d1Pel+DnlD=d1Pel+Dnl+d1，[Pel-(Pel)e]功率小于经济功率功率大于经济功率喷嘴调节汽轮机汽耗量、汽耗率、相对电效率与电功率的关系曲线由图可知：在大于经济功率范围内，因通流部分效率下降，所以d1，>d，因此有一个转折点处的汽耗特性的微增率有两个不同的常数，转折点处的功率即为汽轮机的经济功率。03喷嘴调节凝汽式汽轮机工况图节流调节在最大工况下具有最好的经济性，但在经济功率和部分负荷时由于节流损失，其经济性较差。喷嘴调节在经济功率下经济性比节流调节好，超过经济功率或在部分负荷下经济性虽降低，但下降程度比较缓慢。采用不同调节方式的汽轮机特性曲线汽轮机不同调节方式的经济性比较内容小结010203蒸汽压力变化对安全性的影响蒸汽温度变化对安全性的影响真空恶化对安全性的影响01蒸汽压力变化对安全性的影响A：将使主蒸汽管道、主汽阀、调节阀、导管及汽缸等承压部件内部应力增大B：对通流部分的影响1）若机组发额定功率对节流调节的机组：只需将调节阀稍微关小，以保持进入第一级喷嘴前的蒸汽压力与设计值相等即可，机内工作并无变化。当初压升高后汽轮机带额定负荷时，汽轮机一般是安全的，但初压升高对蒸汽管道和进汽室部分等承压部件的强度不利。（1）初压升高01蒸汽压力变化对安全性的影响3）若调节阀开度不变初压升高，致使新蒸汽流量增大，汽轮机功率增大，各级叶片的受力正比于流量而增大，特别是末级的危险性最大。初压升高，流量增大，还使汽轮机轴向推力增大，造成推力轴承过负荷。（1）初压升高2）第一调节阀刚全开而其它调节阀关闭时，调节级是危险的。01蒸汽压力变化对安全性的影响2）若汽轮机发额定功率：汽轮机的流量增加，且大于额定流量；各非调节级级前压力升高，且使末级比焓降增大，因此各非调节级的动叶片的受力都有所增加，并以末几级增加最多；全机轴向推力增大。（2）初压降低1）若调节阀的开度不变，则不会带来危险。但汽轮机的最大出力将受到限制。02蒸汽温度变化对安全性的影响蒸汽初温、再热汽温升高将使锅炉过热器和再热器管壁、新蒸汽和再热蒸汽管道、高中压主汽阀和调节阀、导管及高中压缸等部件的温度升高。温度越高，钢材蠕变速度越快、蠕变极限越小，将使钢材蠕变的塑性变形过大，从而发生螺栓变长、法兰内张口、预紧力变小等问题，既影响安全，又缩短机组寿命，故不允许蒸汽温度过高。再热汽温升高，可能使末级过负荷。（1）初温升高02蒸汽温度变化对安全性的影响1）若保持流量为额定值其它参数不变的情况下，蒸汽初温降低时，汽轮机的理想比焓降随之减小，则机组的实发功率也成比例地减少，可以允许机组长期运行。（2）初温降低2）若保持机组发额定功率汽轮机流量必然大于额定流量；调节级后压力会有所升高，该级比焓降减小，故对调节级安全性没有影响；对非调节级尤其是末几级，其比焓降和流量同时增大将引起动叶受力增大，应进行变工况和强度校核。各非调节级前后压差增大，汽轮机的轴向推力增大。02蒸汽温度变化对安全性的影响2）若保持机组发额定功率对于非中间再热机组，初温降低会引起低压级湿度的增加，增加低压级的湿汽损失，加剧对低压级动叶的冲蚀作用，直接威胁汽轮机的安全。对于再热机组，当再热汽温降低时，也将使排汽湿度增加。汽温下降速度对安全性也有影响，汽温下降速度小于1℃/min则没有危险。（2）初温降低03真空恶化对安全性的影响对通流部分的影响若保持调节阀开度不变，可以认为蒸汽流量基本不变，主要是理想比焓降减小引起汽轮机功率下降，并且比焓降的减小主要发生在末几级。这对各级的动叶和隔板是安全的。若保持额定功率不变，流量增加，各压力级过负荷，轴向推力增加。阀门开度不变功率不变03真空恶化对安全性的影响其他不利影响会引起排汽部分的法