汽轮机第三章.ppt

1、第三章：汽轮机变工况特性， 第1节喷嘴变工况特性第2节级和级组变工况特性第3节蒸汽分配方式及其对定压运行机组变工况的影响第4节滑压运行的经济性和安全性第5节小流量工况和叶片震颤第6节变工况下汽轮机的热力计算第7节初末参数变化对汽轮机运行的影响第8节汽轮机工况图和热电联产汽轮机，当结垢喷嘴的背压高于设计值时，脉冲波将首先在喷嘴出口产生，然后在喷嘴的逐渐排放段产生。 超音速通过脉冲波，流速大大降低，损失很大。因此，当背压高于设计值时，结垢喷嘴的运行效率非常低。当锥形喷嘴的背压高于设计值时，不会出现喘振，速度系数高，非设计效率仍然很高。当锥形喷嘴前后的参数发生变化时，流量也会发生变化；设计和可变条件

2、都是临界条件(当喷嘴出口速度达到或超过临界速度时，喷嘴称为临界条件)；设计条件和可变条件之间的临界流量比表明，不同条件下喷嘴的临界流量与局部压力或滞止初始压力成正比。设计条件和可变条件下的喷嘴是亚临界条件。如果不考虑温度变化，初始背压和喷嘴流量之间的关系会减小(曲线关系见教科书P133)。注：图中虚线不适用于锥形喷嘴，但适用于缩放喷嘴。这条曲线有一定的物理意义。当死初始压力和死初始比容不变时，设计背压的降低会降低喷嘴的流量。原因是，随着设计背压和设计压力比的降低，结垢喷嘴的膨胀程度将不可避免地增加，而出口面积是固定的，因此结垢喷嘴的喉部面积将随着膨胀程度的增加而减小，因此结垢喷嘴的流量将随着临

3、界面积的减小而减小。此外，根据连续性方程Gt=An*Ct/Vt，由于在超音速区，比值随压力而减小，也就是说，随着比焓降的增加，比容大大增加，而流量增加相对较小，因此当设计背压减小时，喷嘴面积不变，流量必须减小。级和级组的变工况特性，级内压力与流量的关系；在级内工况变化前后，喷嘴流量达到或超过临界值(如果级内喷嘴叶栅或动叶栅的流量达到或超过临界速度，称为临界状态)，无论动叶内流量是否达到临界值。该阶段的流量与滞止初始压力或初始压力成正比(与温度变化无关)。当喷嘴流量在工况变化前后没有达到临界值，转子内流量达到或超过临界值时，只要采用转子的相关热力学参数，喷嘴可变工况的结论就可以在转子上使用。级中

4、的亚临界工况(如果级中喷嘴和转子出口处的气流速度小于临界速度，这种工况称为压力临界工况)。如果不考虑温度变化，可以得到两种工况下流量的近似比值：工况变化前后，级组压力与流量的关系为临界工况，在各级流量面积不变的情况下，级组处于亚临界工况。如果级组前后的压差由小变大，各级的流量和流量也会增加。此时，通常是级组中的最后一级先达到临界速度。这是因为后一级的比容较大，其平均直径大于前一级。如果两个adja的速度比和反应度从弗洛伊格公式可以看出，级数越多，在相同初始压力下临界压力越接近零，用它计算的误差越小，误差越大；无论类组中的级数如何，当在设计条件下应用Fleuger公式时，所有参数都是相等的，因此

5、没有误差。偏离设计条件越近，误差越小，误差越大；当背压等于初始压力，设计流量为零时，弗洛伊格公式的计算误差为零。应用Frolger公式分析问题和解决实际问题。压力与流量关系的应用条件规定，在推导和实验计算压力与流量关系时，蒸汽通过面积在工况变化前后不变。因此，当应用这些关系时，有必要在设计和非设计条件下保持蒸汽通过面积不变。在一个级别组中，所有级别的相同流量是推导和实验获得压力和流量之间关系的另一个先决条件。流过级组中每一级的蒸汽应该是均匀的蒸汽流。在大多数情况下，调节级流经两个初始压力不同的蒸汽流。整个调节级不能包含在级组中，其流量不能根据压力和流量的关系单独计算。因此，该阶段通常从最后一个

6、阶段开始计算，以便最后一个阶段的参数可以用作参与操作的已知量。级比焓降的变化规律当凝汽式汽轮机的初始压力和背压与非调节级的流量成正比时，级的理想比焓降基本不变。对于凝汽式汽轮机的末级，当流量大于最小临界流量时，初始压力与流量成正比，但背压与流量不成正比，背压不变，流量增大，理想比焓降增大；相反，随着流量的减小，理想焓降减小。当忽略背压式汽轮机非调节级的温度变化时，理想比焓降与变工况下流量的关系曲线(详见教科书)可用弗洛伊格公式求得。反应程度的变化主要由速比的变化引起，也受压力比的影响。反应度的变化规律如下：该阶段的比焓降增大，即当速比减小时，反应度减小；随着级速比的增大，级的比焓降减小，反应程

7、度增大。对于设计反应度较小的阶段，当比焓降变化时，反应度变化不大；相反，变化很小；反动派的反应程度基本不变。对于凝汽式汽轮机的末级，当蒸汽流量不变且动叶出口速度超过临界速度时，如果排气压力下降，动叶的比焓降将增加，而喷嘴滞止的理想比焓降将保持不变。这是因为末级动叶片前的压力与动叶片的临界流量成正比，末级喷嘴前的初始压力与该级的临界流量成正比，如果流量不变，滞止的初始压力将保持不变。也就是说，当该阶段的理想比焓降增加时，反应程度增加。对于调节级，当动叶片速度超过临界速度时也是如此。在冲击损失设计条件下，蒸汽流爬行叶栅的相对运动方向与动叶进口角一致，气流能够顺利进入动叶。当级的比焓降发生变化时，蒸

8、汽进入转子叶片的相对方向将发生变化，这将改变转子叶片的边界层厚度，增加叶型损失。这种额外的损失称为冲击损失。节流蒸汽分配节流蒸汽分配汽轮机在恒压运行下的主要缺点是调节阀在低负荷时节流损失大，降低了理想的比焓喷嘴蒸汽分配的主要缺点是在恒压运行时，调节级蒸汽室中几个高压级的温度在变工况下变化很大，导致热应力大，这往往成为限制这类汽轮机快速变负荷的主要因素。喷嘴蒸汽分配涡轮机可承受基本负荷，并可用于调峰，无论是恒压运行还是滑压运行。喷嘴蒸汽分配易于用于背压和在恒定压力下运行的调节抽汽式汽轮机，以减少节流损失。当只有第一调节阀完全打开而其他调节阀关闭时，不仅第一级的理想焓降最大，而且通过第一喷嘴组的流

9、量也是第一喷嘴组的最大流量，其集中在第一喷嘴组后面的几个动叶片上，使得每个动叶片共享的蒸汽流量最大。动叶片的蒸汽作用力与流量和比焓降的乘积成正比。因此，当第一个调节阀完全打开而其他调节阀关闭时，调节级的动叶片承受的力最大，这是一种危险的工况，电机叶片的强度应根据这种工况进行计算。轴向推力的变化规律与蒸汽分布方式有关。过大的轴向推力会造成转子轴向位移过大，减小甚至消除转子与定子之间的轴向位移间隙，并造成定子与定子之间的摩擦和损坏。级的轴向推力主要取决于级前后的压差和反作用力度的乘积。因此，变工况下级的轴向推力和设计工况下的轴向推力可用以下公式表示：(1)滑压运行的经济性和安全性；(2)滑压操作的

10、概念；(3)当汽轮机在滑动压力下运行时，调节阀的全开或全开不变。根据负荷，调节锅炉的燃料量、给水量和进气量，使锅炉出口的蒸汽压力和流量随负荷升降，但出口温度保持不变，汽轮机的入口蒸汽温度保持不变，入口蒸汽压力和流量随负荷增减，可用于调节汽轮机的功率。汽轮机的近汽压随着外部负荷的增加或减少而上下滑动，因此称为滑压运行和变压运行。滑压运行可分为三种模式：纯滑压运行模式：纯滑压运行汽轮机不需要调节级，第一级应为全进汽，调节阀全开，机组负荷只能通过改变锅炉出口蒸汽压力和流量来调节。由于锅炉的热惯性，有一个滞后现象符合规定。节气门滑动压力操作：节气门滑动压力操作也不需要调节阶段。在第一集中，节气门调节阀

11、提前关闭，以进行滑动压力操作。这种调节模式的缺点是在节流调节阀中存在节流损失。负荷滑压运行方式是恒压和滑压相结合的运行方式，是目前调峰机组最常用的运行方式，这使得机组在所有变负荷区域都具有较高的经济性。机组滑压运行的经济性在相同流量下，中低压缸的热过程线是相同的，其经济性只能与高压缸的热经济性相比较。在部分负荷下，滑压运行机组高压缸的相对内效率高于恒压运行机组，因为滑压运行时主蒸汽温度是恒定的。虽然主蒸汽质量流量和压力随着负荷的降低而降低，但新蒸汽体积流量在各种负荷下基本不变。恒定的体积流量使各级喷嘴和转子叶片的流速保持不变，比焓降和内部效率保持不变。然而，在部分负荷下，喷嘴蒸汽分配和恒压操作

12、单元的调节级的效率下降更多，恒压运行时节流蒸汽分配，高压缸各级温度变化小，但节流损失大，热经济性低。只有滑动压力操作最适合调峰。当机组滑压运行负荷变化时，高压缸各级温度几乎不变，热应力和热变形很小，大大提高了机组调峰的灵活性和安全性。当滑压运行机组负荷降低时，中间再热温度可以保持稳定。当喷嘴配汽恒压运行机组负荷降低时，由于高压缸排汽温度降低，中压缸进汽温度降低，不仅影响效率，还会产生热应力和热变形。滑压运行机组高压缸排气温度和中压缸进口温度叶片稳定。可以看出，滑动压力装置的安全性和灵活性高于恒压装置。初始和最终参数对汽轮机的影响初始温度保持不变，但初始压力上升太多，增加了主蒸汽管、主阀、调节阀

13、和导管等承压部件的内应力。如果调节阀的开度保持不变，初始压力增加，导致新蒸汽的比容降低，蒸汽流量增加，零件应力增加。各级叶片的应力与流量成正比增加，特别是在最后一级，因为当流量增加时，最后一级的比焓降增加很大。汽轮机和热电联产的工作图：热电联产是将燃料的化学能转化为高级热能进行发电，同时在供热或汽轮机中做一部分工作后，可以向外界供热，从而提高热效率。汽轮发电机组功率与蒸汽消耗的关系曲线称为汽轮发电机组工况图，也是蒸汽消耗线。节流配汽凝汽式汽轮机的蒸汽消耗特性方程为：汽轮机的空载蒸汽消耗，即汽轮发电机组保持怠速时为克服机械损失而消耗的蒸汽。蒸汽消耗的微消耗率表示单位功率每增加一次，需要增加的蒸汽消耗量。喷嘴配汽凝汽式汽轮机工作图(见P200)背压式汽轮机(背压式汽轮机供热系列示意图)凝汽式汽轮机余热型冷源损失很大。如果能提高排气压力，利用排气热量，或从汽轮机中抽出部分功的蒸汽供热，可大大提高蒸汽动力装置的热效率。这种发电供热的汽轮机称为热电汽轮机或供热汽轮机。主要有背压式、调节萃取式和调节萃取背压式。初始温度是恒定的，而初始压力的降低一般不会带来危险。蒸汽初始温度和再热温度对安全性的影响。(P191)、背压式汽轮机的排汽全