第三章：变工况运行2014

1、第三章 汽轮机在变工况下的工作第一讲 级与级组的工况变化3.1 喷嘴非设计工况运行特性n基本关系n初参数不变 最大流量不变n初、终参数变化 最大流量改变00max0nGG10010000max0000000.6673/过 热2/10.6356/饱和kknntnnApvGAkpvkApv1100GG00max101001000max 0001001nnGpTpTGpTpTm ax 11100m ax 0nnGGGG3.2.1 级的压力级的压力流量特性流量特性n 临界工况 工况变化前、后喷嘴或动叶均为临界，通过级的流量仅与进口初参数有关。喷嘴临界 变化前后喷嘴均临界，级后压力变化不影响喷嘴流量，仅

2、与喷嘴前参数有关。第一讲 级与级组的工况变化0010 100000 1c rc rGpTGpT动叶临界 变化前后动叶均临界，级后压力变化不影响动叶流量，仅与喷嘴前参数有关。 对动叶对喷嘴n 级的临界公式（结论记）第一讲 级与级组的工况变化00111111100111111crcrGpTpTGpTpT000101111100001111pTGpTGpTpT001010101000001001crcrGpTpTGpTpTn亚临界工况 变化前后喷嘴、动叶均为亚临界（过程不用记） 假想流量 整级膨胀发生在喷嘴中真实流量第一讲 级与级组的工况变化22annttGAh202000.6481cacrncpp

3、pGGAvpp12021121211tttnnttnnttmamtvGAcAhGv 流量、压力关系（结论）(不用记忆)u注意：级临界压比不等于0.546简化模型 比容变化较小、反动度基本不变，并略去小量 第一讲 级与级组的工况变化1112 11 0102 01 10002220121012102 11 02220202012 01 111()()/(1)1()()/(1)1amttttamscscmttscscmttGvvGGvvGppppTvvppppTvv220121012200201ppTGGppTn混合工况 对工况变化前后临界状态发生变化，以临界工况为分界点，作分步计算。n级变工况特性

4、小结 临界亚临界第一讲 级与级组的工况变化001010101000001001crcrGpTpTGpTpT220121012200201ppTGGppT3.2.2 级组的压力级组的压力流量特性流量特性n级组 由前后串联排列、流量相等的若干级组成n临界工况 级组内只要有一列叶栅(喷嘴或动叶)达到临界时，则该级组为临界工况。否则，为亚临界工况。第一讲 级与级组的工况变化nstodola试验 上世纪20年代初，stodola在一台转速为4000rpm、8级反动式汽轮机进行试验，研究非设计工况下流量、功率与初压、背压的对应关系低背压时，机组的流量近似正比于初压，且中间级的级前压力正比例于初压；电功率近

5、似正比于初压；初压不变时高背压变化，流量与背压呈椭圆关系；反之，高背压不变时，则流量与初压呈双曲线关系。第一讲 级与级组的工况变化nstodola试验的数学描述（不用记忆）低背压时，级组的流量正比于初压，即 ； 考虑温度变化的影响，则电功率比例于初压 功率比例于流量，流量比例于 初压第一讲 级与级组的工况变化01100pGGp01010001pTGGpT01100pGGp高背压变化时高背压下初压变化时第一讲 级与级组的工况变化22201110zpGpGKK0220011zTKpp T22201110zpGpKGK第一讲 级与级组的工况变化nFlugel公式级组临界 级组中只要有1个叶栅达到临界

6、。(低压级容易达到临界)临界工况 临界级 前一级为亚临界以此类推，得到11cxcxGpGp1,11122122xxxxccppGGpp1,1111xcxcxxpGpGpp第一讲 级与级组的工况变化级组临界工况 压力、流量特性亚临界工况 基于单级亚临界关系作递推，在各级初温相对变化相等假设下，得1010001ccGpTGpT102201012201zzppTGGppT第一讲 级与级组的工况变化nFlugel公式的应用 使用条件亚临界通流面积不变级组中各级流量相等，且蒸汽充满流道级数足够多(45级以上)22201210121122200202()()/(1)()()/(1)gcrgcrgcrgcr

7、ppppGGpppp第一讲 级与级组的工况变化nFlugel公式的推广应用非调整抽汽回热级组 非调整抽汽级组的抽汽量通常比例于主流流量，即对这2个级组分别用Flugel公式，得121,(1)exGkG Gk G222211112222ACBCACBCpppppppp22111220ACACppGGpp第一讲 级与级组的工况变化通流面积按比例变化 因均匀性结垢使通流面积按比例减小时，按可比的单位面积流量进行计算。0101100001/pTGAGApT0011010pTAApT第一讲 级与级组的工况变化例：某凝汽式汽轮机，额定蒸汽流量为132.6t/h，调节级汽室压力为1.67MPa。当机组流量降

8、为90t/h时，试问此时调节级汽室的压力为多少？又，压力级结垢通流面积减少5%后，蒸汽量90t/h下调节级汽室压力是多少？分析思路 将通流部分分为调节级和其后的压力级；凝汽式意味着背压远低于初压。第一讲 级与级组的工况变化解：(1) 对压力级，不计背压和温度变化的影响。有(2)结垢后通流面积减少5，则0101101090,1.133132.61.67ppGpMpaGp010111010/901,1.193/132.60.951.67ppGApMpaGAp第一讲 级与级组的工况变化级数增、减时流量和压力关系 实际应用中，因某种需要拆除某个级，此时要求分析拆除后对一些级的强度的影响。对这类综合应用

9、问题，分析的原则是合理划分级组，从结构没有改变的级组开始计算。第一讲 级与级组的工况变化例：某凝汽式汽轮机共有10级，第6级因故障被迫拆除。试问拆除后若流量仍为设计值，则调节级汽室的压力变化多少？哪个级所受影响最大？级次调节2345678910级后压力1.176MPa0.862MPa0.612MPa0.426MPa0.282MPa0.179MPa0.104MPa62.2kPa32.3kPa4.9kPa第一讲 级与级组的工况变化分析：将结构不变的级分为一组。解：本例分为3个级组，第I级组是调节级到第5级，第II级为第6级，第III级组为第710级。 (1) 拆除第6级后，流量不变，故第III级组

10、前的压力不会变化。第I级组后压力由原0.282MPa变为0.179MPa， 由级组压力、流量特性关系求调节级后压力变化010122226012222050.1791,1.15561.1760.282ppppMPapp第一讲 级与级组的工况变化(2) 显然，在拆除第6级后，对调节级汽室的影响较小，受影响最大者为第5级，因为 即第5级的压差由0.144MPa上升到0.18559MPa，约增大28.9%。离第6级越远，所受影响就越小。412222641412222450.1791,0.364590.4260.282ppppMPapp第二讲 汽轮机的配汽方式和调节级的变工况3.3 功率调节的配汽方式及

11、其运行特性n汽轮机配汽 改变汽轮机的改变进汽量和焓降来改变功率输出。n主要方式 节流配汽、喷嘴配汽、滑压配汽和补汽(旁通)配汽。3.3.1 节流配汽 n原理 利用调节汽阀节流降压改变进汽量和焓降。n特点 通流部分结构不变和效率及热状态基本不变，机构简单，节流损失大，效率低。第二讲 汽轮机的配汽方式和调节级的变工况3.3.2 喷嘴配汽喷嘴配汽n原理 多个调节汽门顺序开启改变进汽量，仅有一个调门节流提高效率。n特点 设有部分进汽调节级，多个调门，部分节流理想焓降基本不变，效率高，调节级后温度变化大。第二讲 汽轮机的配汽方式和调节级的变工况第二讲 汽轮机的配汽方式和调节级的变工况第二讲 汽轮机的配汽

12、方式和调节级的变工况第二讲 汽轮机的配汽方式和调节级的变工况n阀点时的热力过程分析阀点 调节汽门顺序开启过程中，调门全开、没有节流损失对应的点。I阀点，II阀点方法 通流部分分为调节级和非调级组两部分，且假设调节级的反动度为零。注意：调节级后压力是分析、计算的关键点 ! 阀点时的热力过程线第二讲 汽轮机的配汽方式和调节级的变工况10111110111TGpGpTIII阀点II阀点IV阀点随流量减小，调节级后温度降低、效率下降例：某设有4个调节级喷嘴组的凝汽式汽轮机，主蒸汽 ，喷嘴组的喷嘴数依次为4、4、6、8设计工况下4个调门全开，额定流量 ， 此时调节级后压力为10.0MPa。试求I、II、

13、III阀点对应的流量。设调节级的反动度为零。解析：各阀点通过调节级的流量一定是最大流量与流量比系数的乘积。第二讲 汽轮机的配汽方式和调节级的变工况0016.67,550pMPa tC300 /Gt h第二讲 汽轮机的配汽方式和调节级的变工况解：(1)由压比 计算=10/16.67=0.59988=0.99293 (2)最大流量max0/ =302.14t/hGG (3)III阀点时最大流量14max22302.14192.27 /IIIGt h (4)II阀点时最大流量8max22302.14109.87 /IIGt h (5)I阀点时最大流量4max22302.1454.93 /IGt hn

14、非阀点时的热力过程分析 存在部分节流。解决调门中的蒸汽流量分配和部分开启调门后的压力计算。方法 以阀点流量计算为先导，求出各调门的流量分配用喷嘴或单级压力、流量关系计算部分开启调门后的压力。第二讲 汽轮机的配汽方式和调节级的变工况n非阀点时的热力过程线 介于2个阀点之间，调节级后状态点决定于混合焓 第二讲 汽轮机的配汽方式和调节级的变工况III阀点II阀点IIhIIIhhIIIIIIIIIIIIIIIh Gh GhGGn喷嘴配汽时蒸汽流量与调门后压力第二讲 汽轮机的配汽方式和调节级的变工况1pcp0pIVGIIIGIIGIGpGn调节级后压力与调门流量第二讲 汽轮机的配汽方式和调节级的变工况1

15、pGcpn喷嘴配汽实际压力、流量关系(1) 主蒸汽 流动阻力(2) 调节级后 温度(3) 开启重迭度第二讲 汽轮机的配汽方式和调节级的变工况pG1p0pIVGIIIGIIGIGn喷嘴配汽小结特点 部分进汽调节级，部分节流效率高，调节级焓降随负荷降低而增大，其后温度随负荷则降低优点 部分节流理想焓降基本不变，效率较高缺点 调节级后温度随负荷降低，高压缸的温度变化较大，调节级动叶汽流力大。关键点关键点 调节级后压力为切入点。调节级后压力比例于流量、全开调门对应喷嘴组前的压力等于初参数、反动度为零。第二讲 汽轮机的配汽方式和调节级的变工况3.3.4 补汽配汽补汽配汽n原理 又称旁通配汽，利用中间级较

16、大的通流面积，通过内部或外部旁通阀将蒸汽引入中间级，以增大汽轮机的进汽量和功率输出。n外旁通 旁通蒸汽来自于汽轮机的外部。 n内旁通 旁通蒸汽来自于汽轮机的内部。n分析方法 以旁通阀为分界点 划分级组。第二讲 汽轮机的配汽方式和调节级的变工况例：某背压式供热汽轮机，采用喷嘴、内旁通配汽。调节级设有5个喷嘴组，前4个用于正常工况，第V个用于加强工况，前4个喷嘴组有36只喷嘴，第V个有11只。在调节级后与第5级前设置一内旁通阀，加强工况时开启。初参数为 ，前4个调门全开时最大流量为155t/h，调节级和第4级后的压力分别为 ，第4级后的温度 ； 供热压力为 。试问当汽轮机进汽量为206t/h时流经

17、旁通阀的蒸汽流量。第二讲 汽轮机的配汽方式和调节级的变工况008.8,535pMPa tC146.9,5.05pMPa pMPa4466tC1.27zpMPa解：设不计温度变化影响。将调节级、第5级后和其余级分为3个级组。求在206t/h下第5级前的压力。第二讲 汽轮机的配汽方式和调节级的变工况22141224zzGppGpp416.37pMPa计算调节级后压力 因设计工况调节级为亚临界，加强工况调节级一定为亚临界计算通过中间级组的蒸汽流量 由求得的加强工况下调节级后和第5级前压力，利用亚临界工况级组流量、压力关系求得加强工况下通过2、3、4级组的蒸汽流量为82t/h。计算加强工况下通过旁通阀

18、的流量 旁通阀的流量20682124t/h。第二讲 汽轮机的配汽方式和调节级的变工况2201112201/47/36ppGGpp116.84pMPa3.3.5 3.3.5 不同配汽方式运行特性比较不同配汽方式运行特性比较(1)经济性 喷嘴配汽，滑压配汽，节流配汽(2) 安全性 滑压配汽，节流配汽，喷嘴配汽(3) 负荷响应能力 喷嘴配汽、节流配汽，滑压配汽(4) 特例 基于变速给水泵的滑压配汽，综合经济性有可能优于喷嘴配汽第二讲 汽轮机的配汽方式和调节级的变工况0p0tth0pcp第二讲 汽轮机的配汽方式和调节级的变工况n不同配汽方式的运行特性比较经济性安全性响应能力喷嘴配汽好差好节流配汽差较好好滑压配汽较好好差3.3.6 3.