哈尔滨电力职业技术学院

第三章汽轮机的变工况教学目标：

①会利用流量网图计算变工况

②知道不同调节方式对变工况的影响

③能回答蒸汽参数变化对汽轮机工作的影响

重点：

①喷管、级、级组的变工况规律

②利用流量网图计算变工况③不同调节方式对汽轮机变工况的影响

④蒸汽参数变化对汽轮机工作的影响

第三章汽轮机的变工况第三章汽轮机的变工况本节内容：第一节喷管的变工况第二节级与级组的变工况第三节汽轮机的调节方式及调节级变工况第四节参数变化对汽轮机工作安全性的影响3.1喷管的变工况研究变工况的目的，在于分析汽轮机变工况下的热力过程，了解其效率的变化及主要零部件的受力情况，以保证在变工况下安全、经济地运行分析喷管变工况的目的是分析喷管前后的蒸汽压力与喷管流量的关系引言：3.1喷管的变工况基本概念：运行时各种参数都保持设计值,即汽轮机在设计条件下的工况变工况：与设计条件不相符的工况经济功率：汽轮机在设计条件下所发出的功率额定功率：汽轮机长期运行所能连续发出的最大功率不同工况下热力过程，蒸汽流量、蒸汽参数的变化，不同调节方式对汽轮机工作的影响，保证机组安全、经济运行研究目的：设计工况：3.1喷管的变工况一、渐缩喷管渐缩喷管变工况（1）当即压力比时，如图左侧abc曲线所示，流量如图中d点所示（2）当

即时，如图中曲线ab1c1所示（3）当即压力比如图中曲线ab2c2所示（4）当，即时，如图中曲线ab2b3c3

所示3.1喷管的变工况渐缩喷嘴流量与出口压力的关系曲线如图中曲线AB1C1

所示故:称为彭台门系数，这样，通过喷管的任意流量G可表示为：3.1喷管的变工况渐缩喷管流量网图3.1喷管的变工况当喷管的初终参数都变化时，则在变工况下的流量为：式中的下标“1”表示变工况后的参数，则：如近似地将蒸汽视为理想气体，并应有状态方程于pv=RT上式,则得如果喷管初压变动是由于蒸汽节流而发生的，则因为节流过程中pv为常数，在上述情况中有于是则得3.1喷管的变工况如果变工况前后均为临界工况，则故有当略去初温变化时，则有上式表明，不同工况下的临界流量与初压成正比运用以上各式，便可进行喷管的变工况计算，即可由已知的工况确定任意工况下的流量或压力3.1喷管的变变工况二、缩放放喷管的的变工况况设计背压压p1：保持蒸汽汽在斜切切部分不不膨胀的的最低背背压特征背压压p1a：喷嘴喉部部保持临临界状态的最高高背压极限背压压p1d：在斜切部部分膨胀胀达到极限时对对应的压压力速度系数随压力比的变化曲线3.1喷管的变变工况小结：熟悉渐缩喷管管变工况况了解缩放喷管管变工况况掌握用流量网网图计算算变工况况3.2级与级组组的变工工况一、变工工况下级级前后参参数与流流量的关关系研究汽轮轮机级的的变工况况特性，，主要是分析级中中各参数数随流量量变化而而变化的的基本规规律。（一）级级在临界界工况下下工作1、工况况变化前前后喷管管均处于于临界状状态此时通过过的流量量只与喷喷管前的的蒸汽参参数有关关，而与与喷管后后和级后后压力无无关3.2级与级组组的变工工况2、工况况变化前前后动叶叶处于临临界状态态结论：只要级级在临界界状态下下工作，，不论临临界状态态是发生生在喷嘴嘴中还是是发生在在动叶中中，通过过该级的的流量均均与级前前压力成成正比，，而与级级后压力力无关。。3.2级与级组组的变工工况（二）级级在亚临临界下工工作结论：当级内未未达到临临界状态态时，通通过级的的流量不不仅与级级前参数数有关，，而且还还与级后后参数有有关。（三）一一种工况况下级处处于临界界状态，，而在另另一种工工况下级级处于亚亚临界状状态，对于这这种情况况，无法法给出级级内流量量与蒸汽汽参数之之间的具具体关系系式3.2级与级组组的变工工况二、变工工况下级级组前后后参数与与流量的的关系基本概念念：级组：多级汽轮轮机中一一些流量量相等，，工况变变化时通通流面积积不变的的相邻若若干级的的组合。。级组的临临界压力力：当级组中中任一级级处于临临界状态态时级组组的最高高背压。级组的临临界压力力比：级组的临临界压力力pzcr与级组的的初压之之比，用用zcr表示。其其大小与与级组中中级数的的多少有有关。3.2级与级组组的变工工况知道变工况下下级、级级组前后后参数与与流量的的关系熟悉凝汽式汽汽轮机变变工况规规律小结：3.3汽轮机的的调节方方式及调调节级变变工况汽轮机的的功率方方程由上式可可知，要要改变汽汽轮机的的功率，，可改变变流量D或焓降Ht●从结构上上看汽轮机的调节方式式有：喷嘴调节节、节流流调节●从运行方式式上看有：定定压调节节和滑压调节节一、节流流调节节流调节节示意图图1、定义：所有进进入汽轮轮机的蒸蒸汽都经经过一个个或几个个同时启启闭的调调节阀，，然后进进入第一一级喷嘴嘴。3.3汽轮机的的调节方方式及调调节级变变工况调节级的的热力过过程线2、节流调节节的调节节过程节流调节节的热力力过程线线如图所所示结论：节流调节节第一级级的变工工况特性与中间间级完全全相同。。3.3汽轮机的的调节方方式及调调节级变变工况3、节流后后汽轮机机的相对对内效率率节流效率率曲线th－节流效效率节流效效率的大小小取决决于流流量和和蒸汽汽参数数3.3汽轮机机的调调节方方式及及调节节级变变工况况4、节流流调节节的特点（1））节流流调节节的结结构较较简单单、制制造成成本低低；（2））工况况变动动时，，各级级焓降降(除除最末末级外外)变变化不不大，，故各各级前前的温温度变变化很很小，，从而而减小小了由由温度度变化化而引引起的的热变变形与与热应应力，，提高高了机机组的的运行行可靠靠性和和机动动性；；（3））在部部分负负荷下下由于于节流流损失失，机机组经经济性性下降降。5、节流流调节节的应用节流调调节一一般用用在小小机组组以及及承担担基本本负荷荷的大大型机机组上上。3.3汽轮机机的调调节方方式及及调节节级变变工况况二、喷喷嘴调调节及及调节节级变变工况况●喷嘴调调节：：将汽汽轮机机的第第一级级喷嘴嘴分成成若干干组，，每组组各有有一个个调节节阀控控制，，当汽汽轮机机的负负荷改改变时时，依依次开开启或或关闭闭各调调节阀阀，以以调节节汽轮轮机的的进汽汽。基本概概念：：喷管调调节结结构示示意图图1—主汽阀阀；2—进汽室室；3—喷管组组3.3汽轮机机的调调节方方式及及调节节级变变工况况●调节级级：采采用喷喷嘴调调节的的汽轮轮机第第一级级，其其通流流面积积随负负荷的的改变变而改改变，，故称称该级级为调调节级级。该级后后的汽汽室常常称为为调节级级汽室室。为了研研究调调节级级，做做以下下假设设：①调节节级的的反动度度m=0，且工况况变动动时反反动度度保持持不变变，因因此p1=p2；②全开阀阀后的的压力力不随随流量量的增增加而而降低低；③各调调节气气阀的的开启启和关关闭完完全没没有重重叠度度，即即前一一个阀阀完全全开启启后，，后一一个才才开启启；④调节节级后后的蒸蒸汽压压力p2与蒸汽汽流量量成正正比，，而不不受调调节级级后的的温度度变化化的影影响3.3汽轮机机的调调节方方式及及调节节级变变工况况1、调调节级级的变变工况况分析析调节级级的变变工况况曲线线（a）各喷喷管组组前压压力分分布曲曲线（b）各喷喷管组组流量量分布布曲线线①第一一调节节阀开开启过过程中中：●阀后压压力(即喷喷嘴前前压力力)与流量量成正正比，，当阀阀门全全开时时，达达到最最大●焓降的的变化化：由由于压压力比比保持持不变变，所以焓焓降也也保持持不变变。但但随着着第二二、第第三调调节阀阀的开开启，，焓降降将逐逐渐减减小。。●调节级级后压压力一一直小小于临临界压压力，，故通过过该组组喷嘴嘴的流流量为为临界界流量量。3.3汽轮机机的调调节方方式及及调节节级变变工况况②第二二调节节阀开开启过过程中中：●第二组组喷嘴嘴将从从非临临界状状态过过渡到到临界界状态态。在在喷嘴嘴达临临界之之前，，喷嘴嘴压力力比随随流量量的增增加而而减小小，喷喷嘴达达临界界后压压力比比则保保持不不变。。③第三三调节节阀开开启过过程中中：●第三组组喷嘴嘴中一一直达达不到到临界界状态态；●喷嘴压压力比比随流流量的的增大大而减减小。。④第四四调节节阀开开启过过程中中：●第四调调节阀阀为过过负荷荷阀；；●第四组组喷嘴嘴的变变工况况特性性与第第三组组喷嘴嘴相同同。3.3汽轮机机的调调节方方式及及调节节级变变工况况●调节级级焓降降是随随汽轮轮机流流量的的变化化而改改变的的。流量增增加时时，部部分开开启阀阀门所所控制制的喷喷嘴组组焓降降增大大，全开阀阀门所所控制制的喷喷嘴组组焓降降减小小。综上所所诉：●在第一一调节节阀全全开而而第二二调节节阀尚尚未开开启时时：①调节节级焓焓降达达最大大值；；②级前前后的的压差差最大大③流过过该喷喷嘴的的流量量亦最最大④级的的部分分进汽汽度则则最小小，致致使调调节级级叶片片处于于最大大的应应力状状态。。所以当进行行调节节级强强度核核算时时，最危险险工况不不是汽汽轮机机的最最大负负荷，，而是是第一一调节节阀刚刚全开开时的的运行行工况况。3.3汽轮机机的调调节方方式及及调节节级变变工况况2、调调节级级的热热力过过程及及效率率曲线线调节级级的热热力过过程线线混合后后的焓焓值h2可由热热平衡衡方程程求得得：3.3汽轮机机的调调节方方式及及调节节级变变工况况调节级级效率率曲线线从图中中可见见，调调节级级效率率曲线线具有有明显显的波波折状状。这这是因因为阀阀全开开时，，节流损损失小小，效效率较较高。在其其它工工况下下，通通过部部分开开启阀阀的汽汽流受受到较较大的的节流流，使使效率下下降。3.3汽轮机机的调调节方方式及及调节节级变变工况况3、喷喷嘴调调节的的特点：（1））喷嘴嘴调节节的结结构较较复杂杂、制制造成成本高高；（2））工况况变动动时，，调节节级汽汽室温温度变变化大大，从从而增增加了了由温温度变变化而而引起起的热热变形形与热热应力力，限限制了了机组组的运运行可可靠性性和机机动性性;（3））在部部分负负荷下下的效效率高高于节节流调调节。。4、喷嘴嘴调节节的应用：大容量量机组组和背背压机机组3.3汽轮机机的调调节方方式及及调节节级变变工况况小结：：了解节流调调节熟悉喷嘴调调节及及调节节级变变工况况能分析析调节级级危险险工况况3.4蒸汽参参数变变化对对汽轮轮机工工作安全性性的影影响汽轮机机除流流量变变化外外，当当蒸汽初初终参参数变变化运行时时，也也属于于汽轮轮机变工况况运行范范围。。一、蒸蒸汽初初压p0、再热热压力力pr变化过过大对对安全全性的的影响响1、初温不不变，，初压压p0、再热热压力力pr升高初温不不变，，初压压升高高过多多，将将使主主蒸汽汽管道道、主主汽门门、调调节汽汽门、、导管管及汽汽缸等等承压压部件件内部部应力力增大大；对对末级级叶片片的运运行安安全性性可能能带来来危险险；初初压升升高、、流量量增大大还使使轴向向推力力增大大。2、初温不变，，初压p0、再热压力力pr降低初温不变，，初压降低低一般不会会带来危险险；初压降降低时，若若所发功率率不减小，，甚至仍要要发出额定定功率，必必将使全机机蒸汽流量量超过额定定值，这时时若各监视视段压力超超过最大允允许值，使使轴向推力力过大，这这是危险的的。3.4蒸汽参数变变化对汽轮轮机工作安全性的影影响二、蒸汽初初温t0和再热蒸汽汽温tr变化过大对对安全性的的影响1、p0与pr不变，t0与tr升高p0与pr不变，t0与tr升高将使锅锅炉过热器器和再热器器管壁，新新汽和再热热蒸汽管道道，高中压压主汽门和和调节