喷嘴的变工况特性级与级组的变工况特性市公开课一等奖省赛课获奖课件

涡轮机械原理

第三章汽轮机变工况特征

§1~§2胡长兴E-mail:huchx@联络电话嘴的变工况特性级与级组的变工况特性第1页第三章汽轮机变工况特征

引言§1喷嘴变工况特征

一、渐缩喷嘴初压不变时背压与流量关系

二、渐缩喷嘴前后参数都改变时流量改变§2级与级组变工况特征

一、级内压力与流量关系

二、级组压力与流量关系

三、各级组p0-G曲线

四、压力与流量关系式应用

五、级比焓降和反动度改变规律

六、撞击损失

七、各级p0、Δht、Ωm、χa、ηi、Pi改变规律练习

喷嘴的变工况特性级与级组的变工况特性第2页第三章汽轮机变工况特征

引言

汽轮机运行工况:

1、设计工况（经济工况）：

汽轮机是按一定热力参数、转速和功率设计，对应设计参数工况称为设计工况。

2、变工况：

偏离设计工况运行工况，称为变开工况。

原因：

1)外界负荷改变；

2)季节环境改变，如循环水进口温度改变；

3)锅炉运行参数改变，如主汽温度、压力、再热汽温等波动；

4)汽轮机本体、辅机设备缺点，如通流部分磨损、结垢、断叶，凝

汽器泄漏。

喷嘴的变工况特性级与级组的变工况特性第3页第五章汽轮机变工况特征

引言研究变开工况目标：

1)分析汽轮机在不一样工况下效率，各项热经济指标，各级压力、温度改变，主要零部件受力情况等。

2)了解变工况时，汽轮机各工况参数改变规律，从而在进行设计时，就预先预计到变工况时机组性能改变，使设计机组不但在设计工况时，而且在变工况时，都含有良好性能。

尤其对调峰运行机组更主要。

本章主要讨论等速汽轮机变工况。喷嘴的变工况特性级与级组的变工况特性第4页§1、喷嘴变工况特征

一、渐缩喷嘴初压不变时背压与流量关系研究喷嘴变工况，主要分析喷嘴前、后压力与流量之间改变。0.546过热蒸汽0.577饱和蒸汽当讨论汽轮机变工况特征级变工况特征喷嘴变工况特征当初参数为P0*

,T0*,ν0*，出口面积An时，经过喷嘴流量？喷嘴的变工况特性级与级组的变工况特性第5页§1、喷嘴变工况特征

一、渐缩喷嘴初压不变时背压与流量关系彭台门系数βεn原点(εnc,0)，长轴1，短轴（1－εnc）椭圆方程：变开工况参数用下标1表示喷嘴前：，，喷嘴后：变工况：喷嘴的变工况特性级与级组的变工况特性第6页§1、喷嘴变工况特征

二、渐缩喷嘴前后参数都改变时流量改变当变工况和设计工况均为临界工况时，设计工况：变工况：不考虑初温改变不考虑初温改变当喷嘴前、后蒸汽参数同时改变时：流量与喷嘴前、后参数相关流量只与喷嘴前参数相关喷嘴的变工况特性级与级组的变工况特性第7页§2级与级组变工况特征

一、级内压力与流量关系1）若不考虑叶顶漏汽，则动叶流量等于喷嘴流量，不考虑温度改变结论：级变工况前后均为临界时，级流量与级前滞止压力成正比，与级后压力无关。定义：级内喷嘴叶栅或动叶栅二者之一流速到达或超出临界速度1、级内为临界工况考虑温度改变喷嘴的变工况特性级与级组的变工况特性第8页2、级在亚临界工况下工作级内亚临界工况定义：级内喷嘴和动叶出口流速均小于临界速度。经过喷嘴流量为（设计工况）同理，另一个工况（变工况）：§2级与级组变工况特征

一、级内压力与流量关系喷嘴的变工况特性级与级组的变工况特性第9页①普通情况下：②

③

④令，将前两式相比，并考虑2、级在亚临界工况下工作则

§2级与级组变工况特征

一、级内压力与流量关系喷嘴的变工况特性级与级组的变工况特性第10页结论：当级内未到达临界时，级内流量不但与初参数相关，还与级后参数相关。若，不考虑初温改变3、一个工况为临界，另一个为亚临界这种工况普通只发生在调整级、末级中，没有统一公式。

2、级在亚临界工况下工作§2级与级组变工况特征

一、级内压力与流量关系喷嘴的变工况特性级与级组的变工况特性第11页级组：一些流量相等，每级通流面积保持不变相邻级组合。级组亚临界工况：级组内各级流速均小于临界速度。级组临界工况：级组内最少有一列叶栅（喷嘴或动叶）出口流

速到达临界速度。级组临界压比：亚临界工况级组中某一级（普通最末级）流速刚

升到临界速度时，级组前后压比。级组中某一级刚到达临界时级组背压级组初压普通最终一级焓降最大，流速最大，蒸汽温度最低，当地音速最小，所以，末级常先到达临界。§2级与级组变工况特征

二、级组压力与流量关系喷嘴的变工况特性级与级组的变工况特性第12页比如：级组中含有三级，末级到达临界，其余各级亚临界。最终一级（临界）倒数第二级（亚临界）结论：若级组中某一级一直处于临界状态，则级组流量与该级组全部各级级前压力成正比。不考虑温度改变即：p0p2p4p6=pg1、工况改变前后级组均为临界状态

考虑流量相等，且§2级与级组变工况特征

二、级组压力与流量关系喷嘴的变工况特性级与级组的变工况特性第13页弗留格尔公式：级组内级数越多，弗留格尔公式误差越小。结论：若级组在变工况前后均为亚临界时，级组流量是级组前压力平方与级组后压力平方之差平方根成正比。2、工况改变前后级组均为亚临界状态

变工况：设计工况：§2级与级组变工况特征

二、级组压力与流量关系喷嘴的变工况特性级与级组的变工况特性第14页对于凝汽式机组，当级数较多时，级组前压力，这么：结论：1）凝汽式汽轮机各级（除最终一、二级外），不论是否发生临界，其流量均与级前压力成正比。2）对于最终几级，因为相对较低，就不能忽略，应按弗留格尔公式计算。3）对于回热抽汽，可近似应用弗留格尔公式，误差不大。

级组p0pz§2级与级组变工况特征

四、压力与流量关系(弗留格尔公式)应用喷嘴的变工况特性级与级组的变工况特性第15页结垢，则同一流量G1下，必定升高；磨损，则同一流量G1下，必定降低。

1、弗留格尔公式应用条件，需满足：（1）在不一样工况下，级组中各级通流面积不变

如通流部分结垢或磨损等，应进行修正（2）在同一工况中，经过级组流量相等

调整抽汽口（供热、取暖、其它厂用汽等）应作为分级组界限。（3）流过级组蒸汽流应是均质流

不能把调整级取在级组内（4）严格讲，弗留格尔公式适合用于无穷多级数级组，但普通多于4～5级，就能得到满意结果。级组内级数越多，精度越高。§2级与级组变工况特征

四、压力与流量关系(弗留格尔公式)应用喷嘴的变工况特性级与级组的变工况特性第16页监视汽轮机通流部分运行是否正常。

如：在已知功率（流量）情况下，依据各级（级组）前压力与流量关系，判断级组通流面积是否结垢或腐蚀而发生改变。可推算出不一样功率（流量）时，各级压差和比焓降，从而计算出对应功率、速度比、效率及零部件受力情况。

弗留格尔公式形式简单，使用方便，除用作级组变工况计算外，还可用来分析级组运行问题。§2级与级组变工况特征

四、压力与流量关系(弗留格尔公式)应用喷嘴的变工况特性级与级组的变工况特性第17页汽轮机工况改变时，会引发级比焓降改变普通级前温度改变不大，级理想焓降主要取决于级前后压力比（p2/p0）。

因为各级在汽轮机所处位置不一样，其比焓降改变规律有所不一样。§2级与级组变工况特征

五、级比焓降和反动度改变规律1、级比焓降改变规律（一）凝汽式汽轮机各中间级比焓降改变规律凝汽式汽轮机压力级（除最终一、二级外），其流量均与级前压力成正比，忽略温度改变。结论：变工况时，凝汽式汽轮机各中间级压比基本不变，各级理想焓降基本不变。？喷嘴的变工况特性级与级组的变工况特性第18页1）背压式汽轮机压力级理想焓降改变规律主要取决流量改变。流量减小，级比焓降减小；反之，增大。2）p0越高，流量改变对焓降影响越小。降低至40%以下，一、二级才急剧下降。背压机组，背压是调整参数，改变范围不大。1、2、3、4、5为级代号

背压式汽轮机在工况变动时各级焓降与流量关系曲线1、级比焓降改变规律（二）背压式汽轮机中间级变工况§2级与级组变工况特征

五、级比焓降和反动度改变规律喷嘴的变工况特性级与级组的变工况特性第19页级反动度速比(定转速汽轮机主要为焓降)面积比f＝An/Ab压比(主要为密度改变)级内漏汽量在变工况前后，级面积比不变，并忽略级内漏汽。2、级反动度改变规律§2级与级组变工况特征

五、级比焓降和反动度改变规律喷嘴的变工况特性级与级组的变工况特性第20页An设计工况，喷嘴出口和动叶进口流量相等。式中：An为喷嘴出口面积，为动叶进口面积。同理：Ab

为动叶出口面积2、级反动度改变规律§2级与级组变工况特征

五、级比焓降和反动度改变规律喷嘴的变工况特性级与级组的变工况特性第21页一样，变工况时（当Δht减小时）：Δht1=

mΔht(m<1)，C11=C1从速度三角形看说明动叶反动度要改变，喷嘴以c11流出汽流来不及以w21速度流出动叶栅，在动叶栅内形成阻塞，造成动叶栅与叶栅轴向间隙中压力升高，即反动度增大。?√当Δht增大时也一样成立。2、级反动度改变规律§2级与级组变工况特征

五、级比焓降和反动度改变规律喷嘴的变工况特性级与级组的变工况特性第22页小结：1）工况改变时，若级焓降减小，反动度增大；若级焓降增大，反动度减小。2）设计工况反动度较小级，焓降改变时，反动度改变较大；设计工况反动度较大级，焓降改变时，反动度改变较小。3）反动级反动度在变工况时，反动度基本不变。2、级反动度改变规律§2级与级组变工况特征

五、级比焓降和反动度改变规律喷嘴的变工况特性级与级组的变工况特性第23页当增大时，C11>C1，u不变，>0，为正冲角。汽流冲击在动叶内弧段定义：冲角(叶型进汽角－汽流进汽角)设计工况时，汽流进汽角与动叶进汽角一致，变工况时，级焓降改变，汽流偏离设计方向，产生冲角。当减小时，C11

<C1，u不变，<0，为负冲角。汽流冲击在动叶背弧段。§2级与级组变工况特征

六、撞击损失喷嘴的变工况特性级与级组的变工况特性第24页试验表明：变工况时产生撞击损失与：①冲角绝对值大小相关。↑，↑②与冲角正、负相关。正冲角撞击损失大于负冲角撞击损失。③与反动度相关。反动式叶型受汽流进口角度影响较小；冲动式叶型受汽流进口角度影响较大。撞击损失近似计算公式为：

当前使用叶型都有反动度，进汽边为圆弧形。这么对汽流冲角敏感性减弱，扩大最正确进汽角范围，在实用变工况范围内，冲角不大，能够不考虑撞击损失。§2级与级组变工况特征

六、撞击损失喷嘴的变工况特性级与级组的变工况特性第25页§2级与级组变工况特征

级经济性和安全性

汽轮机在设计工况下效率最高。偏离设计工况，效率就会降低，偏离越大，降低越多。调峰机组，负荷改变相当大，效率降低尤其大。喷嘴调整凝汽式汽轮机，工况变动流量（功率）改变，焓降改变主要发生在调整级和末级，各中间级焓降近乎不变