汽轮机原理(第三章).

1、第三章 汽轮机的变工况 1.1.设计工况（经济工况）设计工况（经济工况）概述概述对应设计参数下的工况。对应设计参数下的工况。2.2.变工况变工况汽轮机偏离设计工况下运行的其他一切工况。汽轮机偏离设计工况下运行的其他一切工况。3.3.研究变工况的目的研究变工况的目的4.4.引起机组变工况运行的因素引起机组变工况运行的因素（1 1）电不能大量储存，外界所需的功率时刻）电不能大量储存，外界所需的功率时刻在变化。在变化。（2 2）锅炉燃烧不稳定，使进入汽轮机的蒸汽参数）锅炉燃烧不稳定，使进入汽轮机的蒸汽参数发生变化。发生变化。（3 3）凝汽设备工况的变化，使得凝汽器压力变化。）凝汽设备工况的变化，使得

2、凝汽器压力变化。（4 4）其他因素的影响。）其他因素的影响。如：电网频率变化，锅炉水质不佳使汽轮机通如：电网频率变化，锅炉水质不佳使汽轮机通流部分面积改变（结垢）等。流部分面积改变（结垢）等。一、渐缩喷嘴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，研究喷嘴变工况，主要是分析喷嘴前后压主要是分析喷嘴前后压力与流量之间的变化关系。力与流量之间的变化关系。喷嘴的这种关系喷嘴的这种关系是以后研究汽轮机级和整个汽轮机变工况特是以后研究汽轮机级和整个汽轮机变工况特性的基础。性的基础。第一节第一节 喷嘴的变工况喷嘴的变工况（1）当）当PPr（ncr）时，随着背压）时，随着背压P的减的减小，

3、如图小，如图31所示，流量所示，流量G沿沿CB线逐渐增加，线逐渐增加，可按下式计算：可按下式计算： 1212*0*0kknknntpkkAG)()(121*012*01*0*0kkknnnppppkkpAG（一）喷嘴初压（一）喷嘴初压P0*不变而背压不变而背压P1变变化时化时图图3 31 1 渐缩喷嘴变工况曲线渐缩喷嘴变工况曲线（2）当）当PPr（ncr）时，流量达到临界值）时，流量达到临界值并保持不变，如图并保持不变，如图3-1中中BA线即线即 实践证明图实践证明图3-1中的中的CB线可用椭圆方程来代替，其计算线可用椭圆方程来代替，其计算结果足够精确。椭圆的一般方程式为结果足够精确。椭圆的一

4、般方程式为 式中式中为椭圆的半长轴；为椭圆的半长轴；b为半短轴。现以横坐标上为半短轴。现以横坐标上P=Pr点点为椭圆的中心，有为椭圆的中心，有x=P-Pr，y=G，=Gr，b=P0*-Pr。将。将这些数值代入上式得这些数值代入上式得 *0*0648. 0pAGGncr12222bxay1)()(2*012crcrcrppppGG令令 则则 或或crGG2*01)(1crcrcrppppGG2)1(1crcrncrGG （）两种工况下，通过喷嘴的流量均为临（）两种工况下，通过喷嘴的流量均为临界流量界流量 *0*0648. 0pAGncr*01*011648. 0pAGncr式中，下标式中，下标“

5、1”为工况变动后的参数（以下为工况变动后的参数（以下均同）。均同）。（二）喷嘴初压（二）喷嘴初压P0*和背压和背压P1同时同时变化变化010001*0*0*01*011TTppppGGcrcr结论：结论：流量变化只与喷嘴前的参数有关，与喷嘴流量变化只与喷嘴前的参数有关，与喷嘴后的参数无关。后的参数无关。若把蒸汽当成理想气体，利用其状态方程若把蒸汽当成理想气体，利用其状态方程P/=RT，则上式可写成，则上式可写成（）两种工况下，通过喷嘴的流量均小于临（）两种工况下，通过喷嘴的流量均小于临界流量界流量*0*0648. 0pAGGncr*01*011111648. 0pAGGncr若忽略温度的变化，

6、则有若忽略温度的变化，则有0011ppGGcrcr结论：结论：流量变化与喷嘴前的滞止压力成正比。流量变化与喷嘴前的滞止压力成正比。*0*0*01*0111ppGG 若把蒸汽当成理想气体，利用其状态方程若把蒸汽当成理想气体，利用其状态方程P/=RT，则上式可写成则上式可写成 *01*0*0*0111TTppGG 在大多数情况下，工况变动不太大时，在大多数情况下，工况变动不太大时，可近似认为喷喷嘴前蒸汽温度不变。于是上可近似认为喷喷嘴前蒸汽温度不变。于是上式可简化为式可简化为 *0*0111ppGG 结论：结论：流量不仅与喷嘴前的参数有关，还与喷嘴后流量不仅与喷嘴前的参数有关，还与喷嘴后的参数有关

7、。（为什么？）的参数有关。（为什么？） （）某一工况下为临界流量，另一工况下小（）某一工况下为临界流量，另一工况下小于临界流量，或变化相反于临界流量，或变化相反0011*01*0*0*0111ppTTppGG例如，变工况前为临界，变工况后为亚临界时，例如，变工况前为临界，变工况后为亚临界时，则则111，所以所以二、渐缩喷嘴的流量网图二、渐缩喷嘴的流量网图 在实际计算中，常采用图解法，并运用在实际计算中，常采用图解法，并运用相对坐标。假定最大初压力相对坐标。假定最大初压力P0*,max为其对应的为其对应的最大临界流量为最大临界流量为G0,max，当喷嘴前后的蒸汽参，当喷嘴前后的蒸汽参数分别为数分

8、别为P0*、T0*和和P1时，则通过喷嘴的蒸汽时，则通过喷嘴的蒸汽流量流量G与最大流量与最大流量G0,max之比可表示为：之比可表示为：2*0*max, 0*max, 0*0max, 0max, 0)1(1crcrncrcrmTTppGGGGGG如果令如果令 ，则上式可写成：，则上式可写成： 令令 故有故有*max, 0*00pp*0*max, 020020)1(TTcrcrnm1*max, 01*max, 0*0*010ppppppn*0*max, 020120)1(TTcrcrm 若略去初温变化（若略去初温变化（T0*,maxT0*），则有），则有 对渐缩喷嘴，临界压力比对渐缩喷嘴，临界压

9、力比cr为常数。上面为常数。上面的方程有三个未知量：的方程有三个未知量：m、0、1。其间的。其间的关系可用图关系可用图32表示，此图即为渐缩喷嘴的表示，此图即为渐缩喷嘴的流量锥（也即斯托多拉流量锥）。流量锥（也即斯托多拉流量锥）。20120)1(crcrm1)()(2020001mcrcr6426426421图图3 32 2 渐缩喷嘴流量锥渐缩喷嘴流量锥 横坐标为喷嘴后压力的相对值；横坐标为喷嘴后压力的相对值； 纵坐标为流量的相对值；纵坐标为流量的相对值； 0为喷嘴前压力的相对值。为喷嘴前压力的相对值。 *max, 011ppmax, 0GGm*max, 0*00pp 该图反映了渐缩喷嘴在任意

10、参数下，该图反映了渐缩喷嘴在任意参数下，压力比与相对流量之间的变化关系。压力比与相对流量之间的变化关系。 图中直线的图中直线的ab方程为方程为 0=1 直线直线ad和和ac的方程均为的方程均为 m=0 所以在临界区域所以在临界区域acd内，相对流量不随内，相对流量不随喷嘴后压力变化，仅与初参数有关。喷嘴后压力变化，仅与初参数有关。 为了便于计算，将流量锥上的各参数值为了便于计算，将流量锥上的各参数值投影到垂直于轴的平面上，则得到如图投影到垂直于轴的平面上，则得到如图3-3所示的渐缩喷嘴流量网图。利用流量网图所示的渐缩喷嘴流量网图。利用流量网图可以很方便地由三个参数中的任意两个确可以很方便地由三

11、个参数中的任意两个确定第三个参数。定第三个参数。 图图3 33 3 渐缩喷嘴流量网图渐缩喷嘴流量网图（一）设计工况和变动工况下级为临界状态（一）设计工况和变动工况下级为临界状态 级在临界工况下工作时，其喷嘴或级在临界工况下工作时，其喷嘴或动叶必定处于临界状态，也就是说，变动叶必定处于临界状态，也就是说，变况前后，若喷嘴或动叶在临界状态，则况前后，若喷嘴或动叶在临界状态，则说级处临界状态。说级处临界状态。一、级前后压力与流量的关系一、级前后压力与流量的关系第二节第二节 级和级组压力与流量的关系级和级组压力与流量的关系1喷嘴在临界工况下工作时喷嘴在临界工况下工作时 此时通过该级的流量只与级前蒸汽参

12、数此时通过该级的流量只与级前蒸汽参数有关，而与喷嘴后和级后压力无关，根据前有关，而与喷嘴后和级后压力无关，根据前面所述内容，当忽略温度变化时面所述内容，当忽略温度变化时*0*011ppGGcrcr2动叶在临界工况下工作时动叶在临界工况下工作时 这种情况与喷嘴变工况特性相同，若忽略温这种情况与喷嘴变工况特性相同，若忽略温度的变化，则通过该级动叶的流量，即通过该级度的变化，则通过该级动叶的流量，即通过该级的流量与动叶前的滞止压力成正比的流量与动叶前的滞止压力成正比 还可导出还可导出 *1*111ppGGcrcr111*1*111ppppGGcrcr 上式说明，当动叶达到临界状态时，上式说明，当动叶

13、达到临界状态时，通过该级的流量不仅与动叶前的滞止压力通过该级的流量不仅与动叶前的滞止压力成正比，而且与动叶前的实际压力成正比。成正比，而且与动叶前的实际压力成正比。 在作级的变工况估算时，通常略去动在作级的变工况估算时，通常略去动叶顶部的间隙漏汽，这样两工况下的流量叶顶部的间隙漏汽，这样两工况下的流量Gcr、Gcr1又可用喷嘴的汽流参数表示，即又可用喷嘴的汽流参数表示，即有有)(11212*0*0kknknnncrRTkkpAG)(1121121*01*011kknknnncrRTkkpAG*01ppn*01111ppn式中式中 An-喷嘴出口截面积；喷嘴出口截面积； n1、n-工况变动前、后

14、喷嘴压比。工况变动前、后喷嘴压比。 若近似认为若近似认为T0*=T01*，则得，则得 故有故有 111121121*0*011ppppGGkknknkknkncrcrkknknkknknnnpppp1211211*01*0111/由此可得n1=n或 ，因此 *01*0111pppp*0*01111pppp*0*011111ppppGGcrcr 若若c0变化不大时，可得变化不大时，可得 ，故有，故有 结论结论：上式说明，如果动叶在各种工况下均达到临界状态，则通过该级的流量与级前压力成正比。可见，只要级在临界状态下工作，不论临界是发生在喷嘴中还是发生在动叶中，其流量均与级前压力成正比，而与级后压力

15、无关。001*0*01pppp001*0*011ppppGGcrcr（二）设计工况和变动工况下，级（二）设计工况和变动工况下，级均为亚临界状态均为亚临界状态 在此条件下，汽轮机任意一级喷嘴出口在此条件下，汽轮机任意一级喷嘴出口截面的连续方程式为截面的连续方程式为 G=nAnCtt 或或 mttttnnhAG12212 方括号内的部分表示级的反动度等于零方括号内的部分表示级的反动度等于零（P1=P2）时，通过该喷嘴的流量，用）时，通过该喷嘴的流量，用G表表示，示，G流量也可以表示为（假定初速度为零）流量也可以表示为（假定初速度为零） 于是上式可以写成于是上式可以写成 20200)(1648. 0

16、crcrnpppppAGmttcrcrnmttpppppAGG1)(1648. 01212020021 同理，对于另外一种工况，可以得同理，对于另外一种工况，可以得到类似的公式到类似的公式 式中：式中：m1=m+ 112112101121010111)(1648. 0mttcrcrnpppppAG 试验证明，在一般情况下，近似认为试验证明，在一般情况下，近似认为(1t1/2t1)=( 1t /2t)是足够精确的。于是可得是足够精确的。于是可得 010222021212101111)()()()(TTppppppppGGmcrcrcrcr010220222022101221201111)(1)(

17、)(1)(TTppppppppGGmcrcrcrcr 对上式作两点近似假定：对上式作两点近似假定：（1）工况变动时，反动级的反动度基本）工况变动时，反动级的反动度基本不变，冲动级的反动度变化也较小，故可不变，冲动级的反动度变化也较小，故可认为：认为： 0。（2）亚临界级的）亚临界级的p2/p0较大，（较大，（p0-p2）较）较小，对于冲动级，小，对于冲动级， 的的几倍或十几倍，对于反动级倍数更多，故几倍或十几倍，对于反动级倍数更多，故可同时忽略去上式中大根号内分子、分母可同时忽略去上式中大根号内分子、分母的第二项，则上式简化为：的第二项，则上式简化为：2202220)(pppp是（ 或或分析分

18、析：上式表明，当级内未达到临界状态时，通过 级的流量不仅与级前参数有关，而且与级后参数有关。 01022202212011TTppppGG22202212011ppppGG 需要说明，虽然上式是在级前汽流初速为零需要说明，虽然上式是在级前汽流初速为零的条件下推导出来的，并且作了若干简化，但是，的条件下推导出来的，并且作了若干简化，但是，计算表明，运用该式所得的结果与实测数据基本计算表明，运用该式所得的结果与实测数据基本相符。这是因为上式所略去的各部分，相互之间相符。这是因为上式所略去的各部分，相互之间有补偿作用。但若以上简化条件不满足时，运用有补偿作用。但若以上简化条件不满足时，运用上式进行变

19、工况计算，则误差较大。上式进行变工况计算，则误差较大。 （三）一种工况下，级达临界状态，（三）一种工况下，级达临界状态，而在另一种工况下，级未达临界状态而在另一种工况下，级未达临界状态 此时，级的变工况计算比较复杂，无法此时，级的变工况计算比较复杂，无法给出一个流量与蒸汽参数之间的具体关系式。给出一个流量与蒸汽参数之间的具体关系式。在这种情况下，首先必须确定该级发生临界在这种情况下，首先必须确定该级发生临界流量的工况，然后再根据两种工况均低于临流量的工况，然后再根据两种工况均低于临界和均等于临界的两种方法分别进行计算。界和均等于临界的两种方法分别进行计算。这种情况一般只有在凝汽式汽轮机最后一级

20、这种情况一般只有在凝汽式汽轮机最后一级与调节级的变工况，或者当汽轮机通流部分与调节级的变工况，或者当汽轮机通流部分缺少个别级时才会遇到。缺少个别级时才会遇到。二、级组前后压力与流量的关系二、级组前后压力与流量的关系（一）级组及相关概念（一）级组及相关概念1.级组的定义级组的定义 流量相等、通流面积不变的若干个相流量相等、通流面积不变的若干个相邻级的组合。邻级的组合。2.级组的临界压力及临界压力比级组的临界压力及临界压力比（1）级组的临界压力）级组的临界压力 指级组中任一级处于临界状态时级组的指级组中任一级处于临界状态时级组的最高背压。最高背压。（2）级组的临界压力比）级组的临界压力比0ppzc

21、rcrg分析：级组中的级数越多，其临界压力比越分析：级组中的级数越多，其临界压力比越 小。小。1.变工况前后级组均为临界状态变工况前后级组均为临界状态 若级组中某一级始终处于临界状态，一若级组中某一级始终处于临界状态，一般情况下是末级首先达到临界状态。因为最般情况下是末级首先达到临界状态。因为最后一级的焓降最大，出口汽流速度亦最大，后一级的焓降最大，出口汽流速度亦最大，而当地音速最小。如图而当地音速最小。如图3-4所示中的第三级。所示中的第三级。其余各级均处于亚临界状态。此时最后一级，其余各级均处于亚临界状态。此时最后一级，则则 4411ppGG图图3 34 4 汽轮机级组示意图汽轮机级组示意

22、图（二）级组前、后压力与流量的关系（二）级组前、后压力与流量的关系对于第二级，由式则有对于第二级，由式则有 由上两式可得由上两式可得 或或 即即 24222412211ppppGG24222412212441)(pppppp2212422241pppp221441pppp由此得由此得用类似的方法可以证明用类似的方法可以证明因此可得因此可得结论结论：若级组中某一级变工况前后均处于临若级组中某一级变工况前后均处于临界状态下工作，则通过级组的流量与该级界状态下工作，则通过级组的流量与该级组中各级前压力成正比。组中各级前压力成正比。2214411ppppGG0012211ppppGG.44122100

23、11ppppppGG由级组流量网图由级组流量网图3-5可知可知 或或 1)()(200020crgcrgzm202202020)()1 (11)1(crgzcrgcrgcrgcrgzm2.变工况前、后级组均未达临界状态变工况前、后级组均未达临界状态图图3 35 5 级组流量网图级组流量网图210112120111)()1 (11crgzcrgcrgm同理，在变工况下有同理，在变工况下有变工况前后，级组流量的变化变工况前后，级组流量的变化20220210112120110011)()1 ()()1 (crgzcrgcrgzcrgmmmmGGGGGG或或 若级组中级数无限大，若级组中级数无限大，c

24、rg趋于零，且同一级组趋于零，且同一级组内，内， 级数不变，通流面积不变，则级数不变，通流面积不变，则crg=crg122021121011)()()()(crgzcrgcrgzcrgppppppppGG故式可简化为故式可简化为220212011zzppppGG 上式称为弗留格尔公式，它表明：当上式称为弗留格尔公式，它表明：当变工况前后级组未达临界状态时，级组的变工况前后级组未达临界状态时，级组的流量与级组前后压力平方差的平方根成正流量与级组前后压力平方差的平方根成正比。比。 考虑变工况前后级组前温度变化较考虑变工况前后级组前温度变化较大时，温度修正，即大时，温度修正，即 0102202120

25、11TTppppGGzz 对于凝汽式汽轮机，可将所有的非调节对于凝汽式汽轮机，可将所有的非调节级取作为一个级组，这样利用弗留格尔公式级取作为一个级组，这样利用弗留格尔公式得得001202020112011)(1)(1ppppppppGGzz 结论：结论：凝汽式汽轮机各压力级（除最末一、凝汽式汽轮机各压力级（除最末一、二级），无论是否出现临界状态，其各级前二级），无论是否出现临界状态，其各级前的压力均与流量成正比。如图的压力均与流量成正比。如图36所示。所示。问：为何要除最末一、二级？问：为何要除最末一、二级？图图3 36 6 哈尔滨汽轮机厂哈尔滨汽轮机厂600MW反动式凝汽式汽轮机非调节级级组

26、反动式凝汽式汽轮机非调节级级组p0-G关系曲线关系曲线 （三）弗留格尔公式的应用条件（三）弗留格尔公式的应用条件及应用及应用（1）同一工况下，通过同一级组各级的流）同一工况下，通过同一级组各级的流量应相等。量应相等。 对具有回热抽汽的凝汽式汽轮机，可对具有回热抽汽的凝汽式汽轮机，可不考虑抽汽口的影响，将全部压力级取成不考虑抽汽口的影响，将全部压力级取成一个级组；但对供热机组，抽汽口不应取一个级组；但对供热机组，抽汽口不应取在一个级组内（可将抽汽口前后分别取为在一个级组内（可将抽汽口前后分别取为一个级组）。一个级组）。 1.弗留格尔公式的应用条件弗留格尔公式的应用条件（2）不同工况下，级组中各级

27、的通流面积）不同工况下，级组中各级的通流面积应保持不变。应保持不变。 因为调节级在工况变动时，通流面积常因为调节级在工况变动时，通流面积常发生变化，所以发生变化，所以调节级一般不取在一个级调节级一般不取在一个级组内。组内。 若通流面积变化，应进行修正。若通流面积变化，应进行修正。AAaappaGGppppaGGzz10011220212011面积变化修正系数，式中或（3）级组内级数越多，计算结果准确度越）级组内级数越多，计算结果准确度越高，级组中的级数应不小于高，级组中的级数应不小于34级。级。（4）通过级组中各级的流量应为均质流。）通过级组中各级的流量应为均质流。 而调节级在有调节阀节流时，

28、级后不而调节级在有调节阀节流时，级后不是均质流（而是混合流），所以调节级不是均质流（而是混合流），所以调节级不应取在一个级组内。应取在一个级组内。 2.弗留格尔公式的应用弗留格尔公式的应用（1）用来求取不同流量下各级前的压力，）用来求取不同流量下各级前的压力，各级压差、焓降、反动度、功率、效率，各级压差、焓降、反动度、功率、效率，以及零部件的受力状况。以及零部件的受力状况。 也即进行变工况计算。也即进行变工况计算。（2）监视汽轮机通流部分运行状况是否正）监视汽轮机通流部分运行状况是否正常。常。例：某电厂例：某电厂125MW机组大修前热力试验发机组大修前热力试验发现，调节级后压力在相同流量下较上

29、次大现，调节级后压力在相同流量下较上次大修后上升修后上升18，高压缸效率下降，高压缸效率下降9.2，分析其原因。分析其原因。一、工况变动时各级焓降的变化一、工况变动时各级焓降的变化)(1 1)(1 1102010200kkkktppRTkkppvpkkh第三节第三节 工况变动时各级焓降及反工况变动时各级焓降及反动度的变化动度的变化汽轮机任一级的理想比焓降可近似地表示汽轮机任一级的理想比焓降可近似地表示 上式说明，级的理想比焓降为级前温度及上式说明，级的理想比焓降为级前温度及级前后压力比的函数。如果级前温度在工况级前后压力比的函数。如果级前温度在工况 变动时不变，则级的理想比焓降只取决于级变动时

30、不变，则级的理想比焓降只取决于级前后的压力比。一般情况下，工况变动时汽前后的压力比。一般情况下，工况变动时汽轮机各级级前温度变化不大，可略去不计轮机各级级前温度变化不大，可略去不计（若有调节级，则调节级应除外）。（若有调节级，则调节级应除外）。1凝汽式汽轮机调节级凝汽式汽轮机调节级（一）凝汽式汽轮机（一）凝汽式汽轮机 只讨论全开调节阀后的喷嘴与动叶组成只讨论全开调节阀后的喷嘴与动叶组成的这部分调节级。的这部分调节级。为什么？画出简图说明。为什么？画出简图说明。tthGhG当2凝汽式汽轮机各中间级凝汽式汽轮机各中间级 对于凝汽式汽轮机（除调节级和最末对于凝汽式汽轮机（除调节级和最末级外），无论级

31、组是否处于临界状态，其级外），无论级组是否处于临界状态，其各级级组前压力均与级组的流量成正比，各级级组前压力均与级组的流量成正比， 由此可得由此可得 或或 .4412210011ppppppGG020121pppp.242141ppppkktppRTkkh1020)(11kktppRTkkh10121011)(11而变工况前、后级的理想焓降为而变工况前、后级的理想焓降为tthhTT1001则若 结论：结论：在工况变动时，各中间级的理在工况变动时，各中间级的理想焓降不变。在定转速下，各级圆周速想焓降不变。在定转速下，各级圆周速度不变，速度比不变，因而其级内效率度不变，速度比不变，因而其级内效率也

32、不变。所以各中间级的内功率与流量也不变。所以各中间级的内功率与流量成正比，即成正比，即 Pi=Ghtri=BG 式中的式中的B对某一级来说为一常数。对某一级来说为一常数。3凝汽式汽轮机的最末级凝汽式汽轮机的最末级 对于凝汽式汽轮机的最末级，由于其对于凝汽式汽轮机的最末级，由于其背压取决于凝汽器工况和排汽管的压损，背压取决于凝汽器工况和排汽管的压损，不与流量成正比，故其压力比随流量的变不与流量成正比，故其压力比随流量的变化而变化，流量增加时，压比减小，末级化而变化，流量增加时，压比减小，末级焓降增加；反之，流量减小时，焓降亦减焓降增加；反之，流量减小时，焓降亦减小。即小。即tctchppGhpp

33、G00 因此末级的级内效率等要发生变化。因此末级的级内效率等要发生变化。 总之，总之，工况变动时，焓降变化集中工况变动时，焓降变化集中在调节级和最末级，应对这两级进行变在调节级和最末级，应对这两级进行变工况校核。工况校核。（二）背压式汽轮机（二）背压式汽轮机 排汽压力较高，一般情况下，即使排汽压力较高，一般情况下，即使最末级也不会达临界，压力与流量的关最末级也不会达临界，压力与流量的关系符合弗留格尔公式。系符合弗留格尔公式。 背压式汽轮机变工背压式汽轮机变工况时，除最末几级外况时，除最末几级外（23级），其他各级级），其他各级焓降也近似不变，如图焓降也近似不变，如图37所示。故仅需对调所示。故

34、仅需对调节级和最末二、三级进节级和最末二、三级进行变工况校核。行变工况校核。图图3-7 背压式汽轮机变工况时各级焓降与流量的关系曲线背压式汽轮机变工况时各级焓降与流量的关系曲线 二、级内反动度的变化二、级内反动度的变化 汽轮机运行中，负荷（流量）的汽轮机运行中，负荷（流量）的改变或通流面积的变化等将导致级内改变或通流面积的变化等将导致级内反动度的变化。反动度的变化。 动叶进口面积。喷嘴出口面积；式中1111bnbnAAwAcAG1焓降变化焓降变化 时，级内反动度的变化时，级内反动度的变化 根据设计工况喷嘴出口及动叶进根据设计工况喷嘴出口及动叶进口截面处的连续方程口截面处的连续方程 为保证流动的

35、连续性，汽流的速度为保证流动的连续性，汽流的速度比必须满足下列关系：比必须满足下列关系： 常数bnAAcw11 此式说明，级变工况前后流动情况此式说明，级变工况前后流动情况必须满足上式。必须满足上式。 工况变动时，流量的改变使级前后工况变动时，流量的改变使级前后压力比、焓降发生变化，从而引起动叶压力比、焓降发生变化，从而引起动叶速度三角形的变化。速度三角形的变化。 假定变工况后，级的焓降变小假定变工况后，级的焓降变小，如图，如图38（a）所示。喷嘴出口速度由）所示。喷嘴出口速度由c1减小到减小到c11，动叶，动叶进口的相对速度则由进口的相对速度则由w1减小到减小到w11，而且方向发，而且方向发

36、生偏转，汽流以有效分速生偏转，汽流以有效分速w11cos进入动叶。此进入动叶。此时，如果汽流仍满足喷嘴出口和动叶进口截面处时，如果汽流仍满足喷嘴出口和动叶进口截面处的连续方程，应有的连续方程，应有 =常数常数 即即bnAAcw1111cos111111coscwcw图图3-7 ht变化对动叶栅进口速度三角形的影响变化对动叶栅进口速度三角形的影响 (a)级的理想比焓降级的理想比焓降ht减小时；减小时；(b)级的理想比焓降级的理想比焓降ht增大时增大时 但实际上，从上图可以看出速度三但实际上，从上图可以看出速度三角形可明显看出它们之间的关系应是角形可明显看出它们之间的关系应是 上式说明，以速度上式

37、说明，以速度c11流出喷嘴的蒸流出喷嘴的蒸汽不能完全以分速度汽不能完全以分速度w11cos进入动叶，进入动叶，并且使动叶出口速度并且使动叶出口速度w21也偏小。这是不也偏小。这是不可能的，因为汽流总是完全充满喷嘴和可能的，因为汽流总是完全充满喷嘴和动叶槽道并连续不断地流动，为此，蒸动叶槽道并连续不断地流动，为此，蒸汽进入动叶槽道后，必然继续膨胀，获汽进入动叶槽道后，必然继续膨胀，获得加速，因而使级的反动度得加速，因而使级的反动度m增加。增加。111111coscwcw （即喷嘴流出多，动叶进口流进少，（即喷嘴流出多，动叶进口流进少，这必然导致汽流在轴向间隙中产生堆积，这必然导致汽流在轴向间隙中

38、产生堆积，即产生阻塞，其结果是使动叶焓降加大，即产生阻塞，其结果是使动叶焓降加大，即反动度增加，加快流动，自动调整，即反动度增加，加快流动，自动调整，直到满足连续流动方程，直到满足连续流动方程，画出简图说画出简图说明明。）。） 结论：结论：工况变动时，若级的焓降减小，工况变动时，若级的焓降减小，即速度比增大，则级内反动度增加；反即速度比增大，则级内反动度增加；反之，若级的焓降增加，则级内反动度就之，若级的焓降增加，则级内反动度就减小。减小。 说明：说明：（1）焓降变化引起的反动度变化的大小与）焓降变化引起的反动度变化的大小与反动度设计值的大小有关：反动度的设反动度设计值的大小有关：反动度的设计

39、值越大，则焓降变化引起的反动度变计值越大，则焓降变化引起的反动度变化越小。化越小。（2）必须注意，当动叶出口速度大于临界）必须注意，当动叶出口速度大于临界速度时，焓降变化引起反动度的变化结速度时，焓降变化引起反动度的变化结论相反。论相反。bnathhxhp不变，而如最末级，22通流面积变化时，级内反动度的变化通流面积变化时，级内反动度的变化 级内反动度的实现是通过一定的动、级内反动度的实现是通过一定的动、静叶栅出口面积比来保证的。静叶栅出口面积比来保证的。nbAAf：当面积比nbAAf 因为喷嘴出口面积因为喷嘴出口面积An增大或动叶出口面增大或动叶出口面积积Ab减小，此时喷嘴流出的汽流不能全部

40、通减小，此时喷嘴流出的汽流不能全部通过动叶，为了保证蒸汽流动的连续性，必须增过动叶，为了保证蒸汽流动的连续性，必须增加反动度，使蒸汽在叶片中得到额外的加速。加反动度，使蒸汽在叶片中得到额外的加速。3工况变动时，级内反动度变化估算工况变动时，级内反动度变化估算 （1）焓降变化引起的反动度变）焓降变化引起的反动度变化化 变化。焓降变化引起的速度比反动度变化；因为速度比变化引起的式中axaamxxxx4 . 01当焓降变化不大，即速度比变化不大时 ），有（2 . 01 . 0aaxx（2）通流面积变化引起的反动度变化）通流面积变化引起的反动度变化 动静面积比。工况下的分别为变工况后和设计、动度变化；

41、动静面积变化引起的反式中ffffffff11) 1(7 . 07 . 0说明说明：（1）在运行中，如果级内速度比及在运行中，如果级内速度比及面积比都发生了变化，则级内反动度的变面积比都发生了变化，则级内反动度的变化可以认为是二者变化的代数和，即化可以认为是二者变化的代数和，即m=x+ （2）当动叶出口汽流速度大于临界）当动叶出口汽流速度大于临界速度后，不能再用上述公式。上述公式速度后，不能再用上述公式。上述公式是近似的，而且使用范围受到一定限制。是近似的，而且使用范围受到一定限制。 第四节第四节 汽轮机调节方式和调汽轮机调节方式和调 节级的变动工况节级的变动工况 汽轮机功率方程。或，应改变所以

42、要改变效率和发电机效率。械汽轮机相对内效率、机、汽轮机的进汽量；整机的理想焓降；式中telgmitgmitelHDPDHHDP3600一、节流调节（节流配汽）一、节流调节（节流配汽） 1.定义定义 所有蒸汽都经过一个或几个同时启闭的调节阀，然后流向汽轮机的第一级。 如图39（a）所示。2.热力过程线及节流效率热力过程线及节流效率（1）热力过程线 如图39 （b）所示。图图3-9 节流调节汽轮机的示意图和热力过程线节流调节汽轮机的示意图和热力过程线 (a)示意图，示意图，(b)热力过程线热力过程线。整台汽轮机的理想焓降；机理想焓降和实际焓降调节阀部分开启时汽轮、想焓降和实际焓降；调节阀全开时汽轮

43、机理、时阀后压力；调节阀全开或部分开启、主汽阀前压力； tititHHHHHppp000（2）汽轮机相对内效率）汽轮机相对内效率节流效率。效率；汽轮机通流部分相对内式中 thithitttitiiHHHHHH分析：分析：采用节流调节。所以背压式汽轮机不宜所示。如图，有关与背压）（所示。如图，有关与流量）（关，与节流程度有关。与通流部分完善程度无）（103310321thcthccthththththpppGGG图3-10 节流效率变化曲线 3.特点及适用场合特点及适用场合（1）无调节级，第一级全周进汽。）无调节级，第一级全周进汽。（2）工况变动时，各级温度变化较小，因）工况变动时，各级温度变化

44、较小，因而负荷的适应性较好。而负荷的适应性较好。（3）变工况时，存在节流损失，经济性较）变工况时，存在节流损失，经济性较差。差。（4）适用于小容量机组和带基本负荷的大）适用于小容量机组和带基本负荷的大机组。机组。二、喷嘴调节与调节级的变工况二、喷嘴调节与调节级的变工况（一）喷嘴调节（喷嘴配汽）（一）喷嘴调节（喷嘴配汽）1.定义定义 新蒸汽经过主汽阀后，再经过几新蒸汽经过主汽阀后，再经过几个依次启闭的调节阀流向汽轮机的第个依次启闭的调节阀流向汽轮机的第一级。一级。 如图如图311所示。所示。 图图3-11 喷嘴调节示意图喷嘴调节示意图1主汽阀；主汽阀；2调节汽阀调节汽阀 采用喷嘴调节时，蒸汽经过

45、全开的主汽阀采用喷嘴调节时，蒸汽经过全开的主汽阀1之后经过依次开启的调节阀之后经过依次开启的调节阀2通向汽轮机的第通向汽轮机的第一级，即调节级（图一级，即调节级（图3-11）。调节级都是部分）。调节级都是部分进汽的，由于是部分进汽，所以调节级的喷嘴进汽的，由于是部分进汽，所以调节级的喷嘴不是整圈连续布置，而是分成若干个组。每一不是整圈连续布置，而是分成若干个组。每一个调节阀只控制一组喷嘴。个调节阀只控制一组喷嘴。2 .调节级的热力过程线调节级的热力过程线 调节级的热力过程线如图调节级的热力过程线如图312所示。所示。 图3-12 调节级的热力过程线 3 .工作特点及适用场合工作特点及适用场合（

46、1）各调节阀所能通过的最大流量不一定）各调节阀所能通过的最大流量不一定相等，一般相等，一般1阀、阀、2阀较大，阀较大，3阀开完达额阀开完达额定负荷，定负荷，4阀为过载阀。阀为过载阀。（2）有调节级，部分进汽度）有调节级，部分进汽度e1，且，且e 随随调节阀开启数目变化而变化。调节阀开启数目变化而变化。（3）部分负荷时，比节流调节效率高。）部分负荷时，比节流调节效率高。 为什么？为什么？（4）变工况时，调节级汽室温度变化较大，）变工况时，调节级汽室温度变化较大，负荷适应性较差。负荷适应性较差。 为什么？为什么？（5）适用于各种类型的汽轮机。）适用于各种类型的汽轮机。（二）调节级的变工况（压力与流

47、量的关系）（二）调节级的变工况（压力与流量的关系）1 .假定假定（1）m m=0=0，则，则p p2 2=p=p1 1，p p2121=p=p1111。（2）调节阀开启和关闭时无重叠度。）调节阀开启和关闭时无重叠度。（3）不考虑调节级汽室温度变化的影响。）不考虑调节级汽室温度变化的影响。2 .压力与流量关系曲线压力与流量关系曲线 根据上述假设，就可写出调节级变工根据上述假设，就可写出调节级变工况时压力与流量的关系式，据此计算即可况时压力与流量的关系式，据此计算即可给出压力与流量的关系曲线，如图给出压力与流量的关系曲线，如图313所示。所示。 图图3-13 调节级变工况曲线调节级变工况曲线（a）

48、压力分配曲线；（）压力分配曲线；（b）流量分配曲线）流量分配曲线 0S调节级汽室压力变化曲线调节级汽室压力变化曲线0aceg（虚线）第一喷嘴组临界压力变化曲线（虚线）第一喷嘴组临界压力变化曲线brceg（虚线）第二喷嘴组临界压力变化曲线（虚线）第二喷嘴组临界压力变化曲线deg（虚线）第三喷嘴组临界压力变化曲线（虚线）第三喷嘴组临界压力变化曲线fg（虚线）第四喷嘴组临界压力变化曲线（虚线）第四喷嘴组临界压力变化曲线（1）阀开启阀开启压力变化曲线：压力变化曲线：01357流量变化曲线：流量变化曲线：0IJK压力变化曲线：压力变化曲线：2m357（2）阀开启阀开启流量变化曲线：流量变化曲线：ILMN

49、压力变化曲线：压力变化曲线：457（3）阀开启阀开启流量变化曲线：流量变化曲线：LUV压力变化曲线：压力变化曲线：67（4）阀开启阀开启流量变化曲线：流量变化曲线：UQ3 .调节级的危险工况调节级的危险工况 第第调节阀全开、第调节阀全开、第调节阀即将开调节阀即将开启时，为调节级的最危险工况。启时，为调节级的最危险工况。 对照图对照图313作详细说明。作详细说明。4 .调节级实际压力与流量的关系曲线调节级实际压力与流量的关系曲线 实际上，上述三点假设是不存在的，实际上，上述三点假设是不存在的，经修正后，实际压力与流量曲线如图经修正后，实际压力与流量曲线如图314所示。所示。 图图3-14 调节级

50、的实际变工况曲线调节级的实际变工况曲线（a）压力分配曲线；（）压力分配曲线；（b）流量分配曲线）流量分配曲线 三、滑压调节（滑压运行）三、滑压调节（滑压运行） 汽轮机所有的调节阀全开或开度不变，汽轮机所有的调节阀全开或开度不变，调整锅炉燃料量、给水量和空气量，改变调整锅炉燃料量、给水量和空气量，改变汽轮机的进汽流量和压力（蒸汽温度保持汽轮机的进汽流量和压力（蒸汽温度保持不变），以适应外界负荷的变化。不变），以适应外界负荷的变化。 （一）滑压调节的定义（一）滑压调节的定义（二）滑压调节的特点（二）滑压调节的特点 1.提高了机组运行的可靠性提高了机组运行的可靠性 因为各级的温度变工况时近似不变，减

51、少因为各级的温度变工况时近似不变，减少了负荷变化时各零部件的热应力和热变形。了负荷变化时各零部件的热应力和热变形。 2.提高了机组部分负荷下运行的经济性提高了机组部分负荷下运行的经济性（1）无节流损失或节流损失很小。）无节流损失或节流损失很小。（2）变负荷时，各级的速度比、理想焓降近）变负荷时，各级的速度比、理想焓降近似不变似不变,效率高。效率高。3.高负荷区滑压调节不经济高负荷区滑压调节不经济 （4）可配合采用变速给水泵，降低给水泵耗）可配合采用变速给水泵，降低给水泵耗 功。功。（3）可提高再热蒸汽温度，改善循环效率。）可提高再热蒸汽温度，改善循环效率。 因为定压运行时，调节阀开度较大，节因

52、为定压运行时，调节阀开度较大，节流损失较小，滑压运行带来的效果不大，流损失较小，滑压运行带来的效果不大，且初压降低，使锅炉的平均吸热温度降低。且初压降低，使锅炉的平均吸热温度降低。4.适用于单元制的大机组适用于单元制的大机组 为什么？为什么？（三）滑压调节的方式（三）滑压调节的方式（1）纯滑压调节）纯滑压调节整个负荷变化过程中，所有的调节阀全开。整个负荷变化过程中，所有的调节阀全开。优点：如上所述。优点：如上所述。缺点：不能快速适应外界负荷的需要。缺点：不能快速适应外界负荷的需要。 易造成调节阀卡涩。易造成调节阀卡涩。（2）节流滑压调节）节流滑压调节 稳定负荷下，调节阀开度为稳定负荷下，调节阀

53、开度为8595。负荷降低时进行滑压调节，负荷上升时，开负荷降低时进行滑压调节，负荷上升时，开大调节阀进行应急调节。大调节阀进行应急调节。 优点：负荷适应好，且调节阀不易卡涩。优点：负荷适应好，且调节阀不易卡涩。 缺点：部分负荷时，存在一定的节流损失。缺点：部分负荷时，存在一定的节流损失。（3）复合滑压调节）复合滑压调节最常见的是：定最常见的是：定滑滑定的方式定的方式 即高负荷区和低负荷区均采用定压调即高负荷区和低负荷区均采用定压调节，中间负荷区滑压调节。节，中间负荷区滑压调节。为什么？为什么？第五节第五节 凝汽式汽轮机工况图凝汽式汽轮机工况图汽耗特性汽轮发电机组的功率与汽耗量之间汽耗特性汽轮发

54、电机组的功率与汽耗量之间 的关系。的关系。工况图汽轮发电机组的功率与汽耗量之间工况图汽轮发电机组的功率与汽耗量之间 的关系曲线。的关系曲线。第六节第六节 变工况时汽轮机轴向推力变工况时汽轮机轴向推力 的变化的变化一、蒸汽流量（或负荷）改变时轴向推力的变化一、蒸汽流量（或负荷）改变时轴向推力的变化 另外，轴向推力的变化规律还与汽轮机的另外，轴向推力的变化规律还与汽轮机的型式和调节方式有关。型式和调节方式有关。 变工况前后轴向推力数值的大小主要取决于变工况前后轴向推力数值的大小主要取决于反动度和级前后的压差，即反动度和级前后的压差，即度。变工况前、后级的反动式中120210111,mmmmzzpp

55、ppFF1.1.凝汽式汽轮机的轴向推力变化凝汽式汽轮机的轴向推力变化（1 1）节流调节）节流调节 工况变动时，除最末一、二级外，各级工况变动时，除最末一、二级外，各级的焓降、反动度不变，流量与各级前的压力的焓降、反动度不变，流量与各级前的压力成正比，即成正比，即GGFFppppppppGGzzmm1120210122100111, 虽然最末一、二级无这种关系，但其轴虽然最末一、二级无这种关系，但其轴向推力所占的比重较小，所以，总轴向推力向推力所占的比重较小，所以，总轴向推力的变化符合上述关系，如下图所示。的变化符合上述关系，如下图所示。 图图3-15 节流调节汽轮机轴向推力变化曲线节流调节汽轮

56、机轴向推力变化曲线 （2）喷嘴调节）喷嘴调节各非调节级各非调节级图图3-16 3-16 喷嘴调节凝汽式汽轮机的轴向推力变化曲线喷嘴调节凝汽式汽轮机的轴向推力变化曲线 1 1非调节级轴向推力与流量的关系，非调节级轴向推力与流量的关系，2-2-全机轴向推力与流量的关系全机轴向推力与流量的关系 符合节流调节规符合节流调节规律，图律，图316中的中的曲线曲线1所示。所示。调节级调节级 图图316中的曲线中的曲线2与与曲线曲线1之间的部分。之间的部分。总的轴向推力总的轴向推力图图316中的曲线中的曲线2所示。所示。结论：凝汽式汽轮机，无论采取何种调节方结论：凝汽式汽轮机，无论采取何种调节方式，其轴向推力

57、是随负荷增大而增大的，式，其轴向推力是随负荷增大而增大的，在最大负荷处达最大值。在最大负荷处达最大值。2.背压式汽轮机的轴向推力变化背压式汽轮机的轴向推力变化 压力与流量的关系符合弗压力与流量的关系符合弗留格留格 尔公式，因而轴向推力尔公式，因而轴向推力也不与流量成正比，其最大也不与流量成正比，其最大轴向推力并非在最大负荷处，轴向推力并非在最大负荷处，而是在中间某一负荷点。而是在中间某一负荷点。 如图如图317所示。所示。 所以，所以，背压式汽轮机运行中，若发现推力背压式汽轮机运行中，若发现推力瓦块温度升高，不能盲目减负荷，否则，有可瓦块温度升高，不能盲目减负荷，否则，有可能使事故扩大。能使事

58、故扩大。 图图3-17 背压式汽轮机推力轴承瓦块温度变化曲线背压式汽轮机推力轴承瓦块温度变化曲线 二、特殊工况下轴向推力的变化二、特殊工况下轴向推力的变化1.新蒸汽温度降低新蒸汽温度降低2.水冲击水冲击ztFhtzsztFpFht, 水冲击汽轮机运行中进水或进饱和蒸汽。水冲击汽轮机运行中进水或进饱和蒸汽。3.负荷突增负荷突增zFG4.甩负荷甩负荷zaFxn5.叶片结垢叶片结垢znbFAAf第七节第七节 初终参数变化对汽轮机工作初终参数变化对汽轮机工作 的影响的影响0t0p一、新蒸汽压力变化对汽轮机的影响（假一、新蒸汽压力变化对汽轮机的影响（假定新蒸汽温度和排汽压力不变）定新蒸汽温度和排汽压力不

59、变）1 对经济性的影响（对汽轮机功率的影响）对经济性的影响（对汽轮机功率的影响） 初参数：新蒸汽压力初参数：新蒸汽压力终参数：排汽压力终参数：排汽压力，新蒸汽温度新蒸汽温度cp 汽轮机内功率为汽轮机内功率为 初压变化将引起进汽量、理想比焓降和内初压变化将引起进汽量、理想比焓降和内效率的变化，因此初压变化引起的功率的变效率的变化，因此初压变化引起的功率的变化，应为三者改变使功率改变的代数和。通化，应为三者改变使功率改变的代数和。通常，当初压变化不大时，相对内效率可认为常，当初压变化不大时，相对内效率可认为不变，即不变，即 。故功率改变值为。故功率改变值为 3600itiHDP0000360036

60、00ppHDppDHPtiiti00pi 对于凝汽式汽轮机（当调节阀开度不变或调对于凝汽式汽轮机（当调节阀开度不变或调节级处临界时）节级处临界时） 或或 以及以及 将上两式的微分代入得将上两式的微分代入得 0011ppDD00pDpD)(1 (1100kkctppRTkkH001010)(1)(11 ppppppkkPPkkckkcii结论：功率的改变量与初压的改变量成正比，与初压的大小成反比。2 2对汽轮机安全性的影响对汽轮机安全性的影响（1 1）新蒸汽压力升高）新蒸汽压力升高使末级湿度增加，工作条件恶化，影响叶使末级湿度增加，工作条件恶化，影响叶片的使用寿命片的使用寿命为什么？为什么？当各