33汽轮机的调节方式及调节级变工况解读课件

§3.3配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响§3.31汽轮机的内功率为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的大小。因此，对汽轮机的功率进行调节，主要是对进汽量进行调节。常用的配汽方式有：节流配汽、喷嘴配汽、旁通配汽、变压配汽。汽轮机的内功率为2一、节流配汽1、节流调节：这种调节方式就是用一个或几个调节阀对进入汽轮机的全部进汽量进行调节，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。当机组功率变化时，流量和焓降都要变化。一、节流配汽32、节流调节的热力过程曲线2、节流调节的热力过程曲线4特点：各级通流面积不变，变工况时各级级前压力与流量成正比，δht几乎不变，Ω、x1、ηi基本不变（凝汽式汽轮机），但整机效率降低。缺点：低负荷节流损失大，理想焓降减小很多。特点：各级通流面积不变，变工况时各级级前压力与流量成正比，δ53、节流调节的效率蒸汽经节流之后，蒸汽焓值不变，压力降低（降到），节流后的内效率为：式中，——通流部分的相对内效率；——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的函数。3、节流调节的效率6节流效率曲线同一背压下，流量比设计值小得越多，调节汽门中的节流越大，节流效率越低。同一流量下，背压越高，节流效率越低，节流效率曲线同一背压下，流量比设计值小得越多，调节汽门中的节7优点：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；应用：滑压运行——承担基本负荷，还可用于调峰；定压运行——承担基本负荷。优点：无调节级，结构简单，成本低；流量变化时，各级温度变化小8★旁通调节1、旁通调节有外旁通调节和内旁通调节外旁通调节内旁通调节★旁通调节外旁通调节内旁通调节92、旁通调节的工作原理：（1）当经济功率时，调节阀2全开，旁通阀3、4关闭。相当于节流调节；（2）当过负荷时，调节阀2全开，旁通阀部分开启。由于后几级有较大的通流面积，可以多进汽、多作功；2、旁通调节的工作原理：10（3）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；（4）当开旁通阀时，旁通室压力升高，旁通级焓降减小，速度比增大，功率减小，效率降低。（3）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113、旁通调节汽轮机的变工况曲线压力与流量的关系。OA为调节阀后（第一级前）的压力随流量的变化情况。全开时，流量为，压力为；OB为旁通室的压力变化情况。当流量为，压力为；过负荷时，流量增加，压力升高。3、旁通调节汽轮机的变工况曲线压力与流量的关系。12图b为流量的变化曲线：当流量从0-时，流量为oa，在时达a；过负荷时，旁通级流量呈双曲线减少。图b为流量的变化曲线：134、旁通调节的热力过程曲线当旁通阀投入后，其热力过程曲线如图所示：其中，为通过调节阀进入旁通级的流量，过程线为01线，终焓为，有效焓降为；为通过旁通阀进入旁通室的流量，压力为，终焓为，而混合后的焓值为。4、旁通调节的热力过程曲线14注意：（1）不能太小，因旁通阀开启后，压力升高，温度升高。为了冷却旁通级，必需有一定流量通过旁通级组，以带走热量；（2）旁通调节不能独立使用，只能联合使用。注意：（1）不能太小，因旁通阀开启后，压力升高155、内旁通这种调节方式和喷嘴调节联合使用。需要过负荷时，打开内旁通阀，使调节级后的蒸汽进入某中间作功。5、内旁通16二、喷嘴调节全开自动主汽门二、喷嘴调节全开自动主汽门17第一级为调节级，调节级分为几个喷嘴组(3～6)，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主汽门，依次开启和关闭调节阀以调节汽轮机的进汽量。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,效率较高。第一级为调节级，调节级分为几个喷嘴组(3～6)，一个调节汽门18喷嘴调节的特点：优点：定压运行时，喷嘴配汽比节流配汽节流损失小，效率较高。

缺点：喷嘴组间存在间壁，使调节级总是部分进汽的，带有部分进汽损失且调节级的余速不能被利用（调节级后为汽室，蒸汽速度为０），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。喷嘴调节的特点：19主要缺点：定压运行时，调节级和各高压级在变工况下温度变化大，热应力较大，负荷适应性差；应用：定压运行、滑压运行——承担基本负荷、调峰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。主要缺点：定压运行时，调节级和各高压级在变工况下温度变化大，20调节级的变工况先假定：（1）调节级的反动度，；各阀无重叠度。调节级的热力过程曲线在一工况下，第一、二阀全开，阀后压力为；第三阀部分开启，阀后压力为(因有节流)调节级的变工况21两全开阀的调节级热力过程曲线如0’2’，理想焓降，有效焓降，终焓为；部分开启阀的调节级热力过程曲线如0”2”，理想焓降，有效焓降为，终焓为。调节级后压力为，混合后的焓值为.两全开阀的调节级热力过程曲线如0’2’，理想焓降22调节级的内效率和流量计算：根据热力过程曲线，有热平衡：

混合后的焓值调节级的内效率和流量计算：231、调节级的内效率：

—分别为第一、二、三阀的流量；G——总流量；、、—分别为两全开阀调节级有效焓降、焓值、内效率；、、—分别为部分开启阀调节级有效焓降、焓值、内效率。1、调节级的内效率：24为了求得调节级在变工况下的内效率，必须先确定各调节阀的流量、阀后压力、调节级后汽室压力。2、调节级后汽室压力的确定：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得：为了求得调节级在变工况下的内效率，必须先确定各调节阀的流量、253、通过调节级任意一喷嘴组的流量：

其中，——流量比；——喷嘴组截面积；、——主汽阀前参数；、——该喷嘴组前参数。3、通过调节级任意一喷嘴组的流量：26上式改写成：

式中，—系数；

—喷嘴组截面积；—系数，。上式对于全开阀、部分开启阀都适用：上式改写成：27三、调节级压力与流量的关系：1.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调节级为例简化假设：(1)调节级后的压力p2∝G(2)(3)四个调节汽门依次开启，没有重叠度；(4)凡全开调节汽门后的喷嘴组前压力均为不变。三、调节级压力与流量的关系：28调节阀后即各喷嘴组前的压力p01、p02是变动的，其值取决于各调节阀的开度大小，喷嘴后压力p1各喷嘴都相同。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超负荷时投入。调节阀后即各喷嘴组前的压力p01、p02是变动的，其值取决2933汽轮机的调节方式及调节级变工况解读课件301、第一阀开启过程：当开度L1=0～1时，（1）阀后压力如曲线0137所示；（2）喷嘴组1的临界压力，曲线0ag；（3）喷嘴组1后的压力，曲线“0-2”；（4）通过喷嘴组1的流量为临界流量，如OI所示，其后IJK为二三四调节汽门开启时，流量的变化。1、第一阀开启过程：当开度L1=0～1时，312、第二阀开启过程：当开度L2=0～1.0时，（1）阀后（喷嘴组前）压力如“2-m-3-7”，因为喷嘴相通。（2）阀2的临界压力：如b-r-c-g所示；（3）喷嘴组2后的压力：如2-r-4所示；其中，点r之前，>,流量为亚临界，点n之后，<，流量为临界。（4）通过喷嘴组的流量：如ILMN所示。2、第二阀开启过程：当开度L2=0～1.0时，323、第三阀开启过程：（1）阀后（喷嘴组前）压力：，如“4-5-7”所示；（2）临界压力为：’d-e-g’线，（整个级从’H’点后，>）；（3）喷嘴组后的压力：>；（4）亚临界流动。3、第三阀开启过程：334，第四阀开启过程：L4=0~1.0时，

，过负荷，亚临界流动。4，第四阀开启过程：L4=0~1.0时，34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少。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，调节级焓降达到最大值。调节级的焓降是随工况变动而变化的，35而后随着流量的增加，由于级前压力基本不变，而上升，所以焓降逐渐减少。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，第一喷嘴组的流量最大，动叶受力最大，危险工况。而后随着流量的增加，由于级前压力基本不变，而上升36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的喷嘴组焓降增大，全开阀门所控制的喷嘴组焓降减小。在第一调节阀全开而第二调节阀尚未开启时，①调节级焓降达最大值；②级前后的压差最大，③流过该喷嘴的流量亦最大；④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态。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时的运行工况。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372.调节级的实际压力与流量的关系1)实际上调节级后温度随流量变化而变化。阀点：调节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功较多，故调节后的焓和温度均处于较低点。2)实际上调节级有反动度2.调节级的实际压力与流量的关系383)调节汽门均有重叠度4)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，从而使全开调节汽门后的压力略低于3)调节汽门均有重叠度39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、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3—28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。调节级的效率曲线：40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。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413.喷嘴调节的特点：（1）喷嘴调节的结构较复杂、制造成本高；（2）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，限制了机组的运行可靠性和机动性；（3）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3.喷嘴调节的特点：42四、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，调节级的排汽温度也是变化的。图3.3.8节流——喷嘴混合配汽。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，效率降低。四、配汽方式对定压运行机组变工况的影响：43(a)喷嘴配汽热力过程线，(a)喷嘴配汽热力过程线，44节流配汽热力过程线节流配汽热力过程线45图3-三种配汽方式下高压缸的热力过程线

ABC-喷嘴配汽设计工况，A1B3C3-节流-喷嘴混合配汽的40％设计功率工况；AB4C4-喷嘴配汽的40％设计功率工况，AD-节流配汽设计工况，A2D2-节流配汽的40％设计功率工况图3-三种配汽方式下高压缸的热力过程线46

五、汽轮机轴向推力的变化规律（一）蒸汽流量变化对轴向推力的影响1、节流配汽凝汽式汽轮机

一般可近似认为，凝汽式汽轮机总的轴向推力与流量成正比变化，且最大负荷时轴向推力达最大值。五、汽轮机轴向推力的变化规律（一）蒸汽流量变化对轴向推力的472、喷嘴配汽凝汽式汽轮机非调节级与节流配汽相同调节级：轴向推力变化复杂图3.3.10最大轴向推力任在最大负荷处。2、喷嘴配汽凝汽式汽轮机483、背压式汽轮机非调节级的压力与流量不成正比。故轴向推力不与流量成正比，变化复杂。通过实测了解到，最大轴向推力在某一中间负荷处，而不在最大负荷处。3、背压式汽轮机49（二）几种特殊工况的变化对轴向推力的影响1．新蒸汽温度降低此时全机理想焓降减少，导致各级焓降减少，从而引起反动度增加，因此轴向推力增加。2．水冲击3．负荷突增4．甩负荷5．叶片结垢（二）几种特殊工况的变化对轴向推力的影响50§3.3配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响§3.351汽轮机的内功率为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的大小。因此，对汽轮机的功率进行调节，主要是对进汽量进行调节。常用的配汽方式有：节流配汽、喷嘴配汽、旁通配汽、变压配汽。汽轮机的内功率为52一、节流配汽1、节流调节：这种调节方式就是用一个或几个调节阀对进入汽轮机的全部进汽量进行调节，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。当机组功率变化时，流量和焓降都要变化。一、节流配汽532、节流调节的热力过程曲线2、节流调节的热力过程曲线54特点：各级通流面积不变，变工况时各级级前压力与流量成正比，δht几乎不变，Ω、x1、ηi基本不变（凝汽式汽轮机），但整机效率降低。缺点：低负荷节流损失大，理想焓降减小很多。特点：各级通流面积不变，变工况时各级级前压力与流量成正比，δ553、节流调节的效率蒸汽经节流之后，蒸汽焓值不变，压力降低（降到），节流后的内效率为：式中，——通流部分的相对内效率；——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的函数。3、节流调节的效率56节流效率曲线同一背压下，流量比设计值小得越多，调节汽门中的节流越大，节流效率越低。同一流量下，背压越高，节流效率越低，节流效率曲线同一背压下，流量比设计值小得越多，调节汽门中的节57优点：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；应用：滑压运行——承担基本负荷，还可用于调峰；定压运行——承担基本负荷。优点：无调节级，结构简单，成本低；流量变化时，各级温度变化小58★旁通调节1、旁通调节有外旁通调节和内旁通调节外旁通调节内旁通调节★旁通调节外旁通调节内旁通调节592、旁通调节的工作原理：（1）当经济功率时，调节阀2全开，旁通阀3、4关闭。相当于节流调节；（2）当过负荷时，调节阀2全开，旁通阀部分开启。由于后几级有较大的通流面积，可以多进汽、多作功；2、旁通调节的工作原理：60（3）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；（4）当开旁通阀时，旁通室压力升高，旁通级焓降减小，速度比增大，功率减小，效率降低。（3）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613、旁通调节汽轮机的变工况曲线压力与流量的关系。OA为调节阀后（第一级前）的压力随流量的变化情况。全开时，流量为，压力为；OB为旁通室的压力变化情况。当流量为，压力为；过负荷时，流量增加，压力升高。3、旁通调节汽轮机的变工况曲线压力与流量的关系。62图b为流量的变化曲线：当流量从0-时，流量为oa，在时达a；过负荷时，旁通级流量呈双曲线减少。图b为流量的变化曲线：634、旁通调节的热力过程曲线当旁通阀投入后，其热力过程曲线如图所示：其中，为通过调节阀进入旁通级的流量，过程线为01线，终焓为，有效焓降为；为通过旁通阀进入旁通室的流量，压力为，终焓为，而混合后的焓值为。4、旁通调节的热力过程曲线64注意：（1）不能太小，因旁通阀开启后，压力升高，温度升高。为了冷却旁通级，必需有一定流量通过旁通级组，以带走热量；（2）旁通调节不能独立使用，只能联合使用。注意：（1）不能太小，因旁通阀开启后，压力升高655、内旁通这种调节方式和喷嘴调节联合使用。需要过负荷时，打开内旁通阀，使调节级后的蒸汽进入某中间作功。5、内旁通66二、喷嘴调节全开自动主汽门二、喷嘴调节全开自动主汽门67第一级为调节级，调节级分为几个喷嘴组(3～6)，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主汽门，依次开启和关闭调节阀以调节汽轮机的进汽量。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,效率较高。第一级为调节级，调节级分为几个喷嘴组(3～6)，一个调节汽门68喷嘴调节的特点：优点：定压运行时，喷嘴配汽比节流配汽节流损失小，效率较高。

缺点：喷嘴组间存在间壁，使调节级总是部分进汽的，带有部分进汽损失且调节级的余速不能被利用（调节级后为汽室，蒸汽速度为０），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。喷嘴调节的特点：69主要缺点：定压运行时，调节级和各高压级在变工况下温度变化大，热应力较大，负荷适应性差；应用：定压运行、滑压运行——承担基本负荷、调峰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。主要缺点：定压运行时，调节级和各高压级在变工况下温度变化大，70调节级的变工况先假定：（1）调节级的反动度，；各阀无重叠度。调节级的热力过程曲线在一工况下，第一、二阀全开，阀后压力为；第三阀部分开启，阀后压力为(因有节流)调节级的变工况71两全开阀的调节级热力过程曲线如0’2’，理想焓降，有效焓降，终焓为；部分开启阀的调节级热力过程曲线如0”2”，理想焓降，有效焓降为，终焓为。调节级后压力为，混合后的焓值为.两全开阀的调节级热力过程曲线如0’2’，理想焓降72调节级的内效率和流量计算：根据热力过程曲线，有热平衡：

混合后的焓值调节级的内效率和流量计算：731、调节级的内效率：

—分别为第一、二、三阀的流量；G——总流量；、、—分别为两全开阀调节级有效焓降、焓值、内效率；、、—分别为部分开启阀调节级有效焓降、焓值、内效率。1、调节级的内效率：74为了求得调节级在变工况下的内效率，必须先确定各调节阀的流量、阀后压力、调节级后汽室压力。2、调节级后汽室压力的确定：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得：为了求得调节级在变工况下的内效率，必须先确定各调节阀的流量、753、通过调节级任意一喷嘴组的流量：

其中，——流量比；——喷嘴组截面积；、——主汽阀前参数；、——该喷嘴组前参数。3、通过调节级任意一喷嘴组的流量：76上式改写成：

式中，—系数；

—喷嘴组截面积；—系数，。上式对于全开阀、部分开启阀都适用：上式改写成：77三、调节级压力与流量的关系：1.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调节级为例简化假设：(1)调节级后的压力p2∝G(2)(3)四个调节汽门依次开启，没有重叠度；(4)凡全开调节汽门后的喷嘴组前压力均为不变。三、调节级压力与流量的关系：78调节阀后即各喷嘴组前的压力p01、p02是变动的，其值取决于各调节阀的开度大小，喷嘴后压力p1各喷嘴都相同。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超负荷时投入。调节阀后即各喷嘴组前的压力p01、p02是变动的，其值取决7933汽轮机的调节方式及调节级变工况解读课件801、第一阀开启过程：当开度L1=0～1时，（1）阀后压力如曲线0137所示；（2）喷嘴组1的临界压力，曲线0ag；（3）喷嘴组1后的压力，曲线“0-2”；（4）通过喷嘴组1的流量为临界流量，如OI所示，其后IJK为二三四调节汽门开启时，流量的变化。1、第一阀开启过程：当开度L1=0～1时，812、第二阀开启过程：当开度L2=0～1.0时，（1）阀后（喷嘴组前）压力如“2-m-3-7”，因为喷嘴相通。（2）阀2的临界压力：如b-r-c-g所示；（3）喷嘴组2后的压力：如2-r-4所示；其中，点r之前，>,流量为亚临界，点n之后，<，流量为临界。（4）通过喷嘴组的流量：如ILMN所示。2、第二阀开启过程：当开度L2=0～1.0时，823、第三阀开启过程：（1）阀后（喷嘴组前）压力：，如“4-5-7”所示；（2）临界压力为：’d-e-g’线，（整个级从’H’点后，>）；（3）喷嘴组后的压力：>；（4）亚临界流动。3、第三阀开启过程：834，第四阀开启过程：L4=0~1.0时，

，过负荷，亚临界流动。4，第四阀开启过程：L4=0~1.0时，84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少。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，调节级焓降达到最大值。调节级的焓降是随工况变动而变化的，85而后随着流量的增加，由于级前压力基本不变，而上升，所以焓降逐渐减少。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，第一喷嘴组的流量最大，动叶受力最大，危险工况。而后随着流量的增加，由于级前压力基本不变，而上升86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的喷嘴组焓降增大，全开阀门所控制的喷嘴组焓降减小。在第一调节阀全开而第二调节阀尚未开启时，①调节级焓降达最大值；②级前后的压差最大，③流过该喷嘴的流量亦最大；④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态。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时的运行工况。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872.调节级的实际压力与流量的关系1)实际上调节级后温度随流量变化而变化。阀点：调节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功较多，故调节后的焓和温度均处于较低点。2)实际上调节级有反动度2.调节级的实际压力与流量的关系883)调节汽门均有重叠度4)实际上流量不断增大时，自动主汽门、调节汽门和