3.3汽轮机的调节方式及调节级变工况

1、3.3 3.3 配汽方式及其配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响对定压运行机组变工况的影响汽轮机的汽轮机的内功率内功率为为当初参数不变或变化不大时，汽轮机的内当初参数不变或变化不大时，汽轮机的内功率就取决于进汽量功率就取决于进汽量 的大小。的大小。因此，对汽轮机的功率进行调节，主要是因此，对汽轮机的功率进行调节，主要是对进汽量对进汽量 进行调节。进行调节。常用的配汽方式有常用的配汽方式有：节流配汽、喷嘴配汽节流配汽、喷嘴配汽、旁通配汽、变压配汽。旁通配汽、变压配汽。00DBhDPiti0D0D一、节流配汽一、节流配汽1 1、节流调节：、节流调节：这种调节方式就是用一个或几这种调节方式就是用一

2、个或几个调节阀对进入汽轮机的全部进汽量个调节阀对进入汽轮机的全部进汽量 进行调进行调节，然后流向第一级喷嘴。节，然后流向第一级喷嘴。 进入汽轮机的全部进汽量都受到节流作用。进入汽轮机的全部进汽量都受到节流作用。当机组功率变化时，流量和焓降都要变化。当机组功率变化时，流量和焓降都要变化。0D2 2、节流调节的热力过程曲线、节流调节的热力过程曲线特点：特点：各级通流面积不变，变工况时各各级通流面积不变，变工况时各级级前压力与流量成正比，级级前压力与流量成正比，htht几乎不变，几乎不变，、x x1 1、i i基本不变（凝汽式汽轮机），基本不变（凝汽式汽轮机），但整机效率降低。但整机效率降低。缺点：

3、缺点：低负荷节流损失大，理想焓降减低负荷节流损失大，理想焓降减小很多。小很多。3 3、节流调节的效率、节流调节的效率 蒸汽经节流之后，蒸汽焓值不变，压力降蒸汽经节流之后，蒸汽焓值不变，压力降低（低（ 降到降到 ），节流后的内效率为：），节流后的内效率为：式中，式中， 通流部分的相对内效率；通流部分的相对内效率； 调节阀的节流效率，其大小调节阀的节流效率，其大小与通流部分结构无关，它是蒸汽初终参数和流量与通流部分结构无关，它是蒸汽初终参数和流量的函数。的函数。0p 0pthimactmactmactmacimactmaciihhhhhh ith节流效率曲线节流效率曲线同一背压下同一背压下，流，流

4、量比设计值小得量比设计值小得越多，调节汽门越多，调节汽门中的节流越大，中的节流越大，节流效率越低。节流效率越低。同一流量下同一流量下，背，背压越高，节流效压越高，节流效率越低，率越低，优点：优点：无调节级，结构简单，成本低；流量无调节级，结构简单，成本低；流量变化时，各级温度变化小，负荷适应性较好；变化时，各级温度变化小，负荷适应性较好； 应用：应用：滑压运行滑压运行承担基本负荷，还可用于调峰；承担基本负荷，还可用于调峰；定压运行定压运行承担基本负荷。承担基本负荷。旁通调节旁通调节1 1、旁通调节有、旁通调节有外旁通调节外旁通调节和和内旁通调节内旁通调节外旁通调节外旁通调节内旁通调节内旁通调节

5、2 2、旁通调节的工作原理：、旁通调节的工作原理：（1 1）当经济功率时，调节阀）当经济功率时，调节阀2 2全开，旁通全开，旁通阀阀3 3、4 4关闭。相当于节流调节；关闭。相当于节流调节；（2 2）当过负荷时，调节阀）当过负荷时，调节阀2 2全开，旁通阀全开，旁通阀部分开启。由于后几级有较大的通流面积，可部分开启。由于后几级有较大的通流面积，可以多进汽、多作功；以多进汽、多作功；（3 3）过负荷时，通过旁通阀部分的蒸汽有）过负荷时，通过旁通阀部分的蒸汽有节流损失，旁通阀不能全开，效率有所降低；节流损失，旁通阀不能全开，效率有所降低；（4 4）当开旁通阀时，旁通室压力升高，旁）当开旁通阀时，旁

6、通室压力升高，旁通级焓降减小，速度比增大，功率减小，效率通级焓降减小，速度比增大，功率减小，效率降低。降低。3 3、旁通调节汽轮机的变、旁通调节汽轮机的变工况曲线压力与流量的关系。工况曲线压力与流量的关系。OAOA为调节阀后（第一级前）为调节阀后（第一级前）的压力随流量的变化情况。的压力随流量的变化情况。全开时，流量为全开时，流量为 ，压力，压力为为 ；OBOB为旁通室的压力变化情为旁通室的压力变化情况。当流量为况。当流量为 ，压力，压力为为 ；过负荷时，流量增加，压过负荷时，流量增加，压力力 升高升高 。0pxp0G0 xp0G图图b b为流量的变化曲线为流量的变化曲线：当流量从当流量从0-

7、 0- 时，时，流量为流量为oaoa，在，在 时达时达a a；过负荷时，旁通级流过负荷时，旁通级流量呈双曲线减少。量呈双曲线减少。0G0G4 4、旁通调节的热力过程曲线、旁通调节的热力过程曲线当旁通阀投入后，其热力过程当旁通阀投入后，其热力过程曲线如图所示：其中，曲线如图所示：其中， 为通过调为通过调节阀进入旁通级的流量，过程线为节阀进入旁通级的流量，过程线为0 10 1 线 ， 终 焓 为线 ， 终 焓 为 ， 有 效 焓 降， 有 效 焓 降为为 ； 为通过旁通为通过旁通阀进入旁通室的流量，压力为阀进入旁通室的流量，压力为 ，终 焓 为终 焓 为 ， 而 混 合 后 的 焓 值， 而 混

8、合 后 的 焓 值为为 。 1D1hxDxp101hhhi0hxh注意：（注意：（1 1） 不能太小，因旁通阀开不能太小，因旁通阀开启后，压力启后，压力 升高，温度升高，温度 升高。为了升高。为了冷却旁通级，必需有一定流量通过旁通级组，冷却旁通级，必需有一定流量通过旁通级组，以带走热量；以带走热量； （2 2）旁通调节不能独立使用，只）旁通调节不能独立使用，只能联合使用。能联合使用。xtxpxD11001011011)(ixixxxhDDhDhDhhDDDhDhDh5 5、内旁通、内旁通 这种调节方式这种调节方式和喷嘴调节联合使用和喷嘴调节联合使用。需要过负荷时，打开内旁通阀，使调节级需要过负

9、荷时，打开内旁通阀，使调节级后的蒸汽进入某中间作功。后的蒸汽进入某中间作功。二、喷嘴调节二、喷嘴调节全开自动主汽门全开自动主汽门第一级为调节级第一级为调节级，调节级分为几个喷嘴组，调节级分为几个喷嘴组(3(36)6)，一个调节汽门控制一个喷嘴组。，一个调节汽门控制一个喷嘴组。当汽轮机负荷变化时，汽流先经过全开的自动当汽轮机负荷变化时，汽流先经过全开的自动主汽门主汽门，依次开启和关闭调节阀依次开启和关闭调节阀以调节汽轮机的以调节汽轮机的进汽量。进汽量。在部分负荷下，只有一个调节阀部分开启，其在部分负荷下，只有一个调节阀部分开启，其它全开阀门节流减到最小它全开阀门节流减到最小, ,效率较高。效率较

10、高。喷嘴调节的特点：喷嘴调节的特点：优点：优点：定压运行时，喷嘴配汽比节流配汽节定压运行时，喷嘴配汽比节流配汽节流损失小，效率较高。流损失小，效率较高。缺点：缺点：喷嘴组间存在间壁，使调节级总是喷嘴组间存在间壁，使调节级总是部部分进汽分进汽的，带有部分进汽损失且调节级的的，带有部分进汽损失且调节级的余速不余速不能被利用能被利用（调节级后为汽室，蒸汽速度为），（调节级后为汽室，蒸汽速度为），因此在额定功率下，喷嘴配汽汽轮机的效率比节因此在额定功率下，喷嘴配汽汽轮机的效率比节流配汽稍低。流配汽稍低。主要缺点：主要缺点：定压运行时，调节级和各高压级在定压运行时，调节级和各高压级在变工况下温度变化大，

11、热应力较大，负荷适应变工况下温度变化大，热应力较大，负荷适应性差；性差；应用：应用：定压运行、滑压运行定压运行、滑压运行承担基本负荷、承担基本负荷、调峰调峰 定压运行的背压式和调节抽汽式汽轮机宜定压运行的背压式和调节抽汽式汽轮机宜采用喷嘴配汽，减少节流损失。采用喷嘴配汽，减少节流损失。调节级的变工况调节级的变工况先假定：（先假定：（1 1）调节级的反动）调节级的反动度度 ， ；各阀无重叠度。各阀无重叠度。调节级的热力过程曲线调节级的热力过程曲线在一工况下，第一、二阀全在一工况下，第一、二阀全开，阀后压力为开，阀后压力为 ；第三阀部分开启，阀后压力第三阀部分开启，阀后压力为为 ( (因有节流因有

12、节流) )0m00pp000ppp0p2111pp 两全开阀的调节级热力过程曲线如两全开阀的调节级热力过程曲线如0202，理想，理想焓降焓降 ，有效焓降，有效焓降 ，终焓，终焓为为 ； 部分开启阀的调节级热力部分开启阀的调节级热力过程曲线如过程曲线如0”2”0”2”，理想焓，理想焓降降 ，有效焓降为，有效焓降为 ，终焓为终焓为 。 调节级后压力为调节级后压力为 ，混，混合后的焓值为合后的焓值为 . .ttthhh2hthih 2h2hiihh2P 2h调节级的内效率和流量计算调节级的内效率和流量计算：根据热力过程曲线，有热平衡：根据热力过程曲线，有热平衡： 混合后的焓值混合后的焓值2222)(

13、)(GhhGGGhGhGG)()(1)(00222iihhGhhGGGGhGhGGhiihGGhGGGh01 1、调节级的内效率：、调节级的内效率： 分别为第一、二、三阀的流量；分别为第一、二、三阀的流量；GG总流量；总流量； 、 、 分别为两全开阀调节级有效焓降、分别为两全开阀调节级有效焓降、焓值、内效率；焓值、内效率； 、 、 分别为部分开启阀调节级有效焓降、分别为部分开启阀调节级有效焓降、焓值、内效率。焓值、内效率。iititittiiGGGGGhhGGhhGGGhhhhh20GGG,ihihiihihi为了求得调节级在变工况下的内效率，必须为了求得调节级在变工况下的内效率，必须先确定各

14、调节阀的先确定各调节阀的流量流量、阀后压力阀后压力、调节级后汽调节级后汽室压力室压力。2 2、调节级后汽室压力、调节级后汽室压力 的确定：的确定：对于凝汽式汽轮机来说，调节级后汽室压力对于凝汽式汽轮机来说，调节级后汽室压力就是第一压力级级前压力，可用弗留格尔公式求就是第一压力级级前压力，可用弗留格尔公式求得：得： GGpp12212P3 3、通过调节级任意一喷嘴组的流量：、通过调节级任意一喷嘴组的流量： 其中，其中， 流量比；流量比； 喷嘴组截面积；喷嘴组截面积； 、 主汽阀前参数；主汽阀前参数； 、 该喷嘴组前参数。该喷嘴组前参数。0001001648. 0648. 0ppApAGiniii

15、nii1niA0p0ip0i0上式改写成：上式改写成： 式中，式中， 系数系数 ； 喷嘴组截面积；喷嘴组截面积； 系数，系数， 。 上式对于全开阀、部分开启阀都适用：上式对于全开阀、部分开启阀都适用：1101100648. 0pAppppAGiiinii00648.0pAAniiniAiiipp011iA三、调节级压力与流量的关系：三、调节级压力与流量的关系：1.1.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以凝汽式汽轮机中具有四组渐缩喷嘴的单列动叶以凝汽式汽轮机中具有四组渐缩喷嘴的单列动叶调节级为例调节级为例简化假设简化假设：(1)(1)调节级后的压力调节级后的压力p2Gp2G

16、(2)(2)(3)(3)四个调节汽门依次开启，没有重叠度；四个调节汽门依次开启，没有重叠度；(4)(4)凡全开调节汽门后的喷嘴组前压力均为凡全开调节汽门后的喷嘴组前压力均为 不不变。变。2111, 0ppm则设0p调节阀后即各喷嘴组前的压力调节阀后即各喷嘴组前的压力p p0101 、p p0202是变是变动的，其值取决于各调节阀的动的，其值取决于各调节阀的开度大小开度大小，喷嘴，喷嘴后压力后压力p p1 1各喷嘴都相同。各喷嘴都相同。各调节阀全开时所能通过的最大流量，彼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此不一定相等，最后一个开启的调节阀通常在超负荷时投

17、入。超负荷时投入。1 1、第一阀开启过程：、第一阀开启过程： 当开度当开度L1=0L1=01 1时，时，（1 1）阀后压力）阀后压力 如曲线如曲线01370137所示；所示；（2 2）喷嘴组）喷嘴组1 1的临界压力的临界压力 ，曲线，曲线0ag0ag；（3 3）喷嘴组）喷嘴组1 1后的压力后的压力 ，曲线，曲线“0-2”0-2”；（4 4）通过喷嘴组）通过喷嘴组1 1的流量为的流量为临界流量临界流量，如，如OIOI所示，其所示，其后后IJKIJK为二三四调节汽门开启时，流量的变化。为二三四调节汽门开启时，流量的变化。0ppcc0p1p2 2、第二阀开启过程：、第二阀开启过程： 当开度当开度L2

18、=0L2=01.01.0时，时，（1 1）阀后（喷嘴组前）压力）阀后（喷嘴组前）压力 如如“2-m-3-7”2-m-3-7”，因为喷嘴相通。因为喷嘴相通。（2 2）阀）阀2 2的临界压力：的临界压力： 如如 b-r-c-g b-r-c-g 所示；所示；（3 3）喷嘴组）喷嘴组2 2 后的压力后的压力 ： 如如2-r-42-r-4所示；所示； 其中，点其中，点r r之前，之前， , ,流量为亚临界，流量为亚临界， 点点n n之后，之后， ）；）；（3 3）喷嘴组后的压力：）喷嘴组后的压力： ；（4 4）亚临界流动。）亚临界流动。0p2pcrpcp2p4 4，第四阀开启过程：，第四阀开启过程：L4

19、=01.0L4=01.0时，时， ，过负荷，亚临界流动。，过负荷，亚临界流动。11GG调节级的焓降是随工况变动而变化的，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当流量增加时，调节级的焓降先增大而后减少。少。在第一个调节阀全开而第二个调节阀未开时，在第一个调节阀全开而第二个调节阀未开时， 达到最小，而级前温度上升到最高值，调节级达到最小，而级前温度上升到最高值，调节级焓降达到最大值。焓降达到最大值。021pp而后随着流量的增加，由于级前压力而后随着流量的增加，由于级前压力 基本不基本不变，而变，而 上升，所以焓降逐渐减少。上升，所以焓降逐渐减少。最危险的工况不是在

20、汽轮机的最大负荷。而是第最危险的工况不是在汽轮机的最大负荷。而是第一调节汽门全开，其它调节汽门全闭时，第一喷一调节汽门全开，其它调节汽门全闭时，第一喷嘴组的流量最大，动叶受力最大，嘴组的流量最大，动叶受力最大，危险工况危险工况。0p2pv综上所述，调节级焓降是随汽轮机流量的变化综上所述，调节级焓降是随汽轮机流量的变化而改变的。流量增加时，部分开启阀门所控制而改变的。流量增加时，部分开启阀门所控制的喷嘴组焓降增大，全开阀门所控制的喷嘴组的喷嘴组焓降增大，全开阀门所控制的喷嘴组焓降减小。焓降减小。v在第一调节阀全开而第二调节阀尚未开启时，在第一调节阀全开而第二调节阀尚未开启时，调节级焓降达最大值；

21、调节级焓降达最大值；级前后的压差最大，级前后的压差最大，流过该喷嘴的流量亦最大；流过该喷嘴的流量亦最大；级的部分进汽级的部分进汽度则最小，致使调节级叶片处于最大的应力状度则最小，致使调节级叶片处于最大的应力状态。态。v所以当进行调节级强度核算时，最危险工况不所以当进行调节级强度核算时，最危险工况不是汽轮机的最大负荷，而是第一调节阀刚全开是汽轮机的最大负荷，而是第一调节阀刚全开时的运行工况。时的运行工况。2.2.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)实际上实际上调节级后温度调节级后温度随流量变化而变化。随流量变化而变化。阀点阀点：调节汽门依次全开时节流损失比较小的：调节

22、汽门依次全开时节流损失比较小的工况点。由于节流损失小，在这些工况点后的作工况点。由于节流损失小，在这些工况点后的作功较多，故调节后的焓和温度均处于较低点。功较多，故调节后的焓和温度均处于较低点。2)2)实际上调节级有实际上调节级有反动度反动度3)3)调节汽门均有重叠度调节汽门均有重叠度4)4)实际上流量不断增大时，自动主汽门、实际上流量不断增大时，自动主汽门、调节汽门和导管处的节流损失增大，从而使调节汽门和导管处的节流损失增大，从而使全开调节汽门后的压力全开调节汽门后的压力 略低于略低于01p0p调节级的效率曲线：调节级的效率曲线：在前面的讨论中，就可以求得任意流量下通过各阀的流量、阀后压力、

23、级后压力、各组喷嘴的焓降。这样就可以求得整个调节级的效率。如图328 所示的效率曲线 0-a-b-c-d， 曲线呈波折状。原因在于各阀在开启过程中有节流存在。v从图中可见，调节级效率曲线具有明显的波折状。从图中可见，调节级效率曲线具有明显的波折状。这是因为阀全开时，节流损失小，效率较高。在其这是因为阀全开时，节流损失小，效率较高。在其它工况下，通过部分开启阀的汽流受到较大的节流，它工况下，通过部分开启阀的汽流受到较大的节流，使效率下降。使效率下降。 3.3.喷嘴调节的特点：喷嘴调节的特点：（1 1）喷嘴调节的结构较复杂、制造成本高；）喷嘴调节的结构较复杂、制造成本高；（2 2）工况变动时，调节

24、级汽室温度变化大，）工况变动时，调节级汽室温度变化大，从而增加了由温度变化而引起的热变形与热应力，从而增加了由温度变化而引起的热变形与热应力，限制了机组的运行可靠性和机动性；限制了机组的运行可靠性和机动性；（3 3）在部分负荷下的效率高于节流调节。）在部分负荷下的效率高于节流调节。喷嘴调节的应用：大容量机组和背压机组喷嘴调节的应用：大容量机组和背压机组四、配汽方式对定压运行机组变工况的影响：四、配汽方式对定压运行机组变工况的影响：在不同负荷下，调节级的比焓降是变化的，在不同负荷下，调节级的比焓降是变化的，调节级的排汽温度也是变化的。调节级的排汽温度也是变化的。 图图3.3.8节流节流喷嘴混合配汽。喷嘴混合配汽。实际上，喷嘴配汽的高压缸排汽温度较低，实际上，喷嘴配汽的高压缸排汽温度较低，再热后蒸汽温度也略低，使低压缸湿汽损失增大，再热后蒸汽温度也略低，使低压缸湿汽损失增大，效率降低。效率降低。(a)喷嘴配汽热力过程线，喷嘴配汽热力过程线， 节流配汽热力过程线节流配汽热力过程线 图图3-