汽輪機(jī)變工況

1、第三章 第三章 汽輪機(jī)的變工況chapter 3 The changing condition of Steam turbine設(shè)計(jì)工況：運(yùn)行時(shí)各種參數(shù)都保持設(shè)計(jì)值。變工況：偏離設(shè)計(jì)值的工況。經(jīng)濟(jì)功率：汽輪機(jī)在設(shè)計(jì)條件下所發(fā)出的功率。額定功率：汽輪機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行所能連續(xù)發(fā)出的最大功率。研究目的：不同工況下熱力過程，蒸汽流量、蒸汽參數(shù)的變化，不同調(diào)節(jié)方式對(duì)汽輪機(jī)工作的影響；保證機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。第一節(jié) 噴嘴的變工況The changing condition of a nozzle分析：噴嘴前后參數(shù)與流量之間的變化關(guān)系一、漸縮噴嘴的變工況The changing condition of a co

2、ntracting nozzle試驗(yàn)：調(diào)整噴嘴前后閥門，改變初壓和背壓，測(cè)取流量的變化。（一） （一） 初壓P*0不變而背壓P1變化（1） （1） n=1，P1= P*0，G=0，a-b，d（2） （2） 0ncr ，G G cr，a-b1-c1，1 （3） （3） n=cr，G=G cr ，a-b2-c2，e （4） （4） 1dncr，G=G cr ，a-b3-c3，3 （5） （5） n=1d，G=G cr ，a-c4，4 （6） （6） n1d ，G=G cr ，a-c4-c5，5 列橢圓方程：（二） （二） 流量網(wǎng)圖改變p*0可得出一系列曲線，即流量網(wǎng)圖橫坐標(biāo)：1= p1/p*0m；

3、縱坐標(biāo)：m=G/G 0m；參變量：0= p*01 /p*0mp*0m 、G*0m：分別為初壓最大值和與之相應(yīng)的臨界流量的最大值。例1：已知：p0 =9MPa ，p01 =7.2MPa， p1 =6.3MPa， p11 =4.5MPa 求：流量的變化。解：取=9Mpa 原工況：0= p0 /p0m =1，1=p1 /p0m=0.7 查出：m =G/G0m=0.94 新工況：01= p01 /p0m =0.8，11=p11 /p0m=0.5 查出：m1 =0.78 則：例2：已知：p0 =1MPa ，p01 =0.9MPa， p1 =0.7 MPa， p11 =0.8Mpa，t0 =320 ，t0

4、1 =305求：流量的變化。解：原工況： 新工況： 則二、縮放噴嘴的變工況The changing condition of a contracting-expanding nozzle設(shè)計(jì)背壓p1a：噴嘴喉部保持臨界狀態(tài)的最高背壓。設(shè)計(jì)背壓pca：保持蒸汽在斜切部分不膨脹的最低背壓。極限背壓：在斜切部分膨脹達(dá)到極限。當(dāng)p1ap1pca時(shí)， 出現(xiàn)突擊壓縮（正沖波），使p1pcr第二節(jié) 級(jí)與級(jí)組的變工況The changing condition of a stage and stage group一、變工況下級(jí)前后參數(shù)與流量的關(guān)系The relationship with the frontb

5、ack parameter of a stage when the condition is changed（一） （一） 級(jí)在臨界工況下工作1、 1、 工況變動(dòng)前后噴嘴均處于臨界狀態(tài)2、 2、 工況變動(dòng)前后動(dòng)葉均處于臨界狀態(tài)（1） （1） 與噴嘴一樣：（2） （2） 列動(dòng)葉進(jìn)口和進(jìn)口滯止截面的連續(xù)方程（3） （3） 動(dòng)葉進(jìn)出口速度可寫成結(jié)論：級(jí)在臨界狀態(tài)下工作，不論臨界狀態(tài)發(fā)生在噴嘴或動(dòng)葉，通過該幾的流量均與級(jí)前壓力成正比，而與級(jí)后壓力無關(guān)。（二） （二） 級(jí)在亞臨界工況下工作（三） （三） 一種工況處于臨界狀態(tài)，另一種工況處于亞臨界狀態(tài)若變動(dòng)前為臨界工況，變動(dòng)后為亞臨界工況，則可用臨界工況

6、公式計(jì)算到n=cr處，再用亞臨界工式由n=cr算到變動(dòng)后的工況。反之則計(jì)算方法相反。二、變工況下級(jí)組前后壓力與流量的關(guān)系the relationship between the frontback parameter and flow of stage group when the conditong is changed級(jí)組：流量相同的若干個(gè)相繼排列的級(jí)組成。（一） （一） 變工況前后級(jí)組內(nèi)各級(jí)均未達(dá)到臨界狀態(tài) 一個(gè)級(jí)組是否處于臨界狀態(tài)，取決于級(jí)組的末級(jí)是否處于臨界狀態(tài)。對(duì)某一級(jí)：對(duì)于凝汽式汽輪機(jī)：pz1p01 ，pz p0 最末一、二級(jí)除外。（二） （二） 變工況前后級(jí)組內(nèi)均達(dá)到臨界狀態(tài)

7、設(shè)末級(jí)達(dá)到臨界狀態(tài)： 結(jié)論：變工況時(shí)，若級(jí)組最后一級(jí)始終處于臨界狀態(tài)，則通過該級(jí)組的流量與級(jí)組中所有各級(jí)的初壓成正比。（三） （三） 弗留格爾公式應(yīng)用條件1、 1、 級(jí)組中各級(jí)流量相同（有回?zé)岢槠部蓱?yīng)用）；2、 2、 級(jí)組中各級(jí)的通流面積變工況前后保持不變（結(jié)垢后需修正）； 3、 3、 級(jí)組中級(jí)數(shù)不少于34級(jí)。（四） （四） 弗留格爾公式的應(yīng)用1、 1、 監(jiān)視汽輪機(jī)通流部分運(yùn)行是否正常；2、 2、 推算不同流量下各級(jí)的級(jí)前壓力。三、變工況時(shí)各級(jí)焓降的變化the variety of each stages enthalpy drop when the condition is changed

8、將蒸汽近似當(dāng)作理想氣體1、 1、 凝汽式汽輪機(jī)中間各級(jí)負(fù)荷偏離設(shè)計(jì)值較大時(shí)，中間各級(jí)焓降也要發(fā)生變化。2、 2、 末級(jí)無論末級(jí)是否達(dá)到臨界狀態(tài)，在不同的流量下，級(jí)前后壓力比pz/pz-1不是常數(shù)，而是隨流量G的變化而變化。3、 3、 調(diào)節(jié)級(jí)調(diào)節(jié)級(jí)后壓力正比于流量G，級(jí)前壓力變化較小4、 4、 背壓機(jī)若末級(jí)均處于臨界，則級(jí)前后壓力與流量成正比，焓降變化規(guī)律同凝汽式一樣。但末級(jí)通常達(dá)不到臨界，背壓較高，不可忽略，此時(shí)：初壓越小，越接近末級(jí)，流量變化對(duì)這些級(jí)焓降的影響越大，因此，當(dāng)級(jí)組的流量變化時(shí)，各級(jí)焓降的變化以末級(jí)為最大。噴嘴調(diào)節(jié)的凝汽式汽輪機(jī)，當(dāng)流量發(fā)生變化時(shí)，焓降的變化主要發(fā)生在調(diào)節(jié)級(jí)和末級(jí)

9、中，而全機(jī)總的理想焓降基本保持不變。在低負(fù)荷時(shí)，中間級(jí)的焓降也會(huì)減少，而最后幾級(jí)減少的最多。四、變工況時(shí)各級(jí)反動(dòng)度的變化the variety of each stages degree of reaction when the condition is changed（一） （一） 動(dòng)葉進(jìn)口處的汽流撞擊損失 汽流打在動(dòng)葉的內(nèi)弧，形成正沖角。正沖角加劇了汽道內(nèi)橫向壓力差，它也是引起端部二次流損失的根源。汽流打在動(dòng)葉的背弧，形成負(fù)沖角。無論正沖角，還是負(fù)沖角，都將產(chǎn)生撞擊損失。為減少撞擊損失，進(jìn)汽邊做成園弧型。汽輪機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)一般采用接近于零或稍偏向于負(fù)值的沖角。（二） （二） 焓降變化時(shí)級(jí)內(nèi)反動(dòng)度

10、的變化若忽略動(dòng)靜間隙中比容的變化及間隙漏汽，則：只有符合此條件，汽流才符合連續(xù)條件。說明流入動(dòng)葉的相對(duì)速度較小，不能使噴嘴中流出是汽流全部進(jìn)入動(dòng)葉內(nèi)，動(dòng)葉對(duì)汽流形成阻塞，動(dòng)葉前壓力增加，動(dòng)葉中焓降增加，因此反動(dòng)度增加。反動(dòng)度原設(shè)計(jì)值越小，則焓降改變引起反動(dòng)度的變化值越大。反動(dòng)式汽輪機(jī)變工況時(shí)反動(dòng)度基本不變，沖動(dòng)級(jí)反動(dòng)度在變工況時(shí)變化較大。（三） （三） 通流面積變化時(shí)級(jí)內(nèi)反動(dòng)度的變化F降低，動(dòng)葉前壓力增加，反動(dòng)度增加；F增加，動(dòng)葉前壓力降低，反動(dòng)度減少。（四） （四） 工況變動(dòng)時(shí)級(jí)內(nèi)反動(dòng)度變化的估算1、 1、 速比變化引起級(jí)內(nèi)反動(dòng)度的變化2、 2、 面積比變化引起的反動(dòng)度的變化3、 3、 壓比

11、變化引起反動(dòng)度的變化第三節(jié) 汽輪機(jī)的功率調(diào)節(jié)方式及調(diào)節(jié)級(jí)變工況the governing way of turbine power and the variable operating mode of control stage 調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的功率調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的流量：節(jié)流、噴嘴、旁通、滑壓一、 一、 節(jié)流調(diào)節(jié)throttling governing特點(diǎn)：所有進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽都經(jīng)過一個(gè)或幾個(gè)同時(shí)啟閉的調(diào)節(jié)閥，然后流向第一級(jí)噴嘴。各級(jí)通流面積不變，變工況時(shí)各級(jí)級(jí)前壓力與流量成正比，ht幾乎不變，、x1、i基本不變（凝汽式汽輪機(jī)），但整機(jī)效率降低。th的大小與通流部分結(jié)構(gòu)無關(guān)，而與蒸汽初終參數(shù)和進(jìn)汽量的

12、大小有關(guān)。背壓機(jī)不宜采用節(jié)流調(diào)節(jié)，一般用在小機(jī)組上及承擔(dān)基本負(fù)荷的機(jī)組。二、 二、 噴嘴調(diào)節(jié)及調(diào)節(jié)級(jí)變工況nozzle governing and the variable operating mode of control stage（一）噴嘴調(diào)節(jié)的工作原理當(dāng)汽輪機(jī)負(fù)荷變化時(shí)，依次開啟和關(guān)閉調(diào)節(jié)閥（310個(gè)調(diào)節(jié)閥），以調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的進(jìn)汽量。在部分負(fù)荷下，只有一個(gè)調(diào)節(jié)閥部分開啟，調(diào)節(jié)級(jí)總是部分進(jìn)汽的。（二）調(diào)節(jié)級(jí)的變工況假設(shè)：（1）=0； （2）調(diào)節(jié)閥全開壓后p0不隨流量的增加而降低； （3）各調(diào)節(jié)閥之間無重疊度； （4）調(diào)節(jié)級(jí)后壓力與蒸汽流量成正比。1、 1、 調(diào)節(jié)級(jí)的內(nèi)效率設(shè)：第一、二閥已全

13、開，第三閥部分開啟則進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽分兩股，一股通過全開的閥門，過程線為02 ；另一股通過部分開啟的調(diào)節(jié)閥，過程線為02 。這兩股蒸汽都膨脹到壓力p2，并在級(jí)后的汽室中混合，然后再一起流入第一非調(diào)節(jié)級(jí)。為使這兩股汽流混合均勻，調(diào)節(jié)級(jí)后的汽室容積較大，混合后的焓值為h 2。2、 2、 調(diào)節(jié)級(jí)前后壓力與流量的關(guān)系（1） （1） 解析法 對(duì)于凝汽式汽輪機(jī)，調(diào)節(jié)級(jí)后的壓力p2D，即 （2） （2） 幾何做圖法調(diào)節(jié)閥后即各噴嘴組前的壓力p01 、p02是變動(dòng)的，其值取決于各調(diào)節(jié)閥的開度大小，噴嘴后壓力p1各噴嘴都相同。各調(diào)節(jié)閥全開時(shí)所能通過的最大流量，彼此不一定相等，最后一個(gè)開啟的調(diào)節(jié)閥通常在超負(fù)荷時(shí)投

14、入。調(diào)節(jié)級(jí)的焓降是隨工況變動(dòng)而變化的，當(dāng)流量增加時(shí)，調(diào)節(jié)級(jí)的焓降先增大而后減少。在第一個(gè)調(diào)節(jié)閥全開而第二個(gè)調(diào)節(jié)閥未開時(shí)， p2/p0達(dá)到最小，而級(jí)前溫度上升到最高值，調(diào)節(jié)級(jí)焓降達(dá)到最大值。而后隨著流量的增加，由于級(jí)前壓力p0基本不變，而p2上升，所以焓降逐漸減少。最危險(xiǎn)的工況不是在汽輪機(jī)的最大工況。3、調(diào)節(jié)級(jí)效率曲線 為一有明顯波折的曲線，因調(diào)節(jié)閥全開時(shí)，節(jié)流損失小，效率較高；調(diào)節(jié)閥部分開啟時(shí)，汽流受到較大的節(jié)流，效率將下降。效率最高點(diǎn)為設(shè)計(jì)工況。三、 三、 滑壓調(diào)節(jié)the variable pressure governing滑壓調(diào)節(jié)：汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥保持全開或基本全開狀態(tài)，通過鍋爐調(diào)整新蒸汽壓

15、力（初溫不變），達(dá)到改變蒸汽流量使其適應(yīng)汽輪機(jī)不同負(fù)荷的要求。定壓調(diào)節(jié)：保持汽輪機(jī)主汽閥前蒸汽參數(shù)不變，通過改變調(diào)節(jié)汽閥的開度來改變進(jìn)汽流量。（一）滑壓調(diào)節(jié)的特點(diǎn)1、提高了機(jī)組運(yùn)行的可靠性和機(jī)動(dòng)性蒸汽壓力低，溫度基本不變，變工況時(shí)各部件金屬溫度變化小，熱應(yīng)力、熱變形小。2、提高了機(jī)組在部分負(fù)荷下運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性 調(diào)節(jié)閥全開，節(jié)流損失小，提高了高壓缸的內(nèi)效率。滑壓與定壓對(duì)中、低壓缸工作不產(chǎn)生影響。低負(fù)荷時(shí)，蒸汽壓力低： 循環(huán)效率下降，熱耗率下降； 給水壓力降低，給水泵耗功減少； 再熱蒸汽溫度升高，循環(huán)效率提高。因此，在較高負(fù)荷時(shí)，采用滑壓調(diào)節(jié)不經(jīng)濟(jì)，只有當(dāng)負(fù)荷減少到一定的數(shù)值時(shí)，節(jié)流損失較大，才有利

16、。即當(dāng)循環(huán)效率的降低小于高壓缸內(nèi)效率的提高、給水泵耗功的減少和再熱溫度的升高引起的熱效率提高的三者之和時(shí)，才采用滑壓調(diào)節(jié)。（二）滑壓調(diào)節(jié)的方法1、 1、 純滑壓調(diào)節(jié)鍋爐熱慣性大，反應(yīng)遲緩，適應(yīng)負(fù)荷變化慢。2、 2、 節(jié)流滑壓調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥不開足，留有515%的開度，負(fù)荷降低時(shí)滑壓，負(fù)荷增加時(shí)定壓，待負(fù)荷穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)閥再回原位。3、 3、 復(fù)合滑壓調(diào)節(jié)（定滑定）低負(fù)荷：滑壓調(diào)節(jié)，除12個(gè)調(diào)節(jié)閥全關(guān)，其余全開；高負(fù)荷：定壓，改變通流面積；極低負(fù)荷（20%30額定負(fù)荷）：為保證鍋爐的水循環(huán)工況和燃燒的穩(wěn)定，進(jìn)行較低水平的定壓。300MW機(jī)組：280MW以上，定壓p0=17.4Mpa，t=540；80MW

17、以下，定壓p0=4.9 MPa 600MW機(jī)組：25%30%額定負(fù)荷，定壓；80額定負(fù)荷，定壓。第四節(jié) 凝汽式汽輪機(jī)的工況圖the operating mode drawing of a condensing turbine 汽耗特性：汽輪發(fā)電機(jī)組的功率與汽耗量之間的關(guān)系 汽耗特性方程式：Pel=f（D）工況圖：Pel=f（D）曲線一、 一、 節(jié)流調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的工況圖the operating mode drawing of throttling governing turbine汽輪機(jī)內(nèi)功率為有效功率Pel/g與機(jī)械損失Pm之和，汽輪機(jī)內(nèi)效率為通流部分內(nèi)效率與節(jié)流效率乘積。pm在轉(zhuǎn)速一定時(shí)是常

18、數(shù)，此時(shí)i、th、g變化不大。背壓機(jī)的空載汽耗量大于凝汽式汽輪機(jī)；噴嘴調(diào)節(jié)的空載汽耗量小于節(jié)流調(diào)節(jié)。二、 二、 噴嘴調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的工況圖the operating mode drawing of nozzle governing turbine因調(diào)節(jié)級(jí)內(nèi)效率隨負(fù)荷變化呈波浪線形狀，所以d與el也呈波折狀， D0與Pel的關(guān)系不是一直線。第五節(jié) 蒸汽參數(shù)變化對(duì)汽輪機(jī)工作的影響the influence of variable steam parameters on turbine operating mode流量變化汽輪機(jī)變工況蒸汽初終參數(shù)變化汽輪機(jī)變工況。參數(shù)波動(dòng)在一定范圍內(nèi)允許，只影響機(jī)組的經(jīng)

19、濟(jì)性，但超限則影響安全性。一、 一、 初壓變化對(duì)功率的影響（初溫、背壓不變）the influence of the variable p0 on turbine power（一）經(jīng)濟(jì)上的影響（初壓變化較小）1、 1、 調(diào)節(jié)閥開度不變此時(shí)p 0變化，引起流量變化。 （1）凝汽式汽輪機(jī) （2） （3）p 0變化不大時(shí)， 背壓越高，p 0 對(duì)P 的影響越大。背壓機(jī)功率的變化比凝汽式汽輪機(jī)大。i2、 2、 流量保持不變流量不變，則要改變調(diào)節(jié)閥的開度，可采用噴嘴調(diào)節(jié)和節(jié)流調(diào)節(jié)方法。節(jié)流調(diào)節(jié)：G不變，則第一級(jí)前壓力不變，Ht不變，Pi不變，只是閥門開度改變，節(jié)流損失改變。噴嘴調(diào)節(jié)：初壓變化，改變最后一個(gè)

20、調(diào)節(jié)閥開度。若忽略最后一個(gè)調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失，則 對(duì)于中間再熱機(jī)組，初壓的改變只影響高壓缸的理想焓降，對(duì)汽輪機(jī)的功率的影響較小。（二）安全性的影響（初壓變化較大） 初壓增加：若初溫不變，熱力過程線左移，末級(jí)葉片處蒸汽濕度增加，工作條件惡化。調(diào)節(jié)級(jí)在危險(xiǎn)工況，即第一閥全開，第二閥未開時(shí)，因初壓與流量成正比，使動(dòng)葉片應(yīng)力增加，超過材料許用應(yīng)力，因此初壓增加較多時(shí)，要對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)葉片強(qiáng)度進(jìn)行核算。 初壓降低：若功率保證，則流量要增加，各級(jí)前壓力增加，末級(jí)焓降增加，末級(jí)易過負(fù)荷，軸向推力增加，因此初壓降低較多時(shí)，要限制汽輪機(jī)的出力。二、 二、 初溫變化對(duì)功率的影響（初壓、背壓不變）the influence

21、 of the variable t0 on turbine power初溫變化功率變化蒸汽在鍋爐內(nèi)吸熱量變化初焓變化。假設(shè)：蒸汽在鍋爐中吸收的總熱量不變，則：（一） （一） 經(jīng)濟(jì)性的影響（初溫變化不大）1、2、3、初溫升高3050，相對(duì)內(nèi)效率約升高1%。（二） （二） 安全性的影響（初溫變化較大）初溫增加：金屬材料高溫蠕變?cè)黾樱S用應(yīng)力降低，不允許超過上限值。初溫降低：各級(jí)焓降降低，反動(dòng)度增加，軸向推力增加； 若此時(shí)流量增加，則末幾級(jí)隔板應(yīng)力增加，末級(jí)動(dòng)葉片應(yīng)力增加； 因此，初溫降低時(shí)，要減負(fù)荷，使零件內(nèi)應(yīng)力和軸向推力不超限；或當(dāng)初溫降低的同時(shí)，要使初壓降低，以減少末級(jí)葉片處的濕度。三、 三

22、、 背壓變化對(duì)功率的影響（初壓、初溫不變）the influence of the variable pc on turbine power凝汽設(shè)備變化背壓變化汽輪機(jī)內(nèi)功率變化。變化情況與末級(jí)汽流是否達(dá)到臨界有關(guān)。設(shè)：原工況的末級(jí)出口壓力等于pcr，由連續(xù)方程：（一） （一） 背壓由臨界壓力p2cr升高將引起：1、汽輪機(jī)理想焓降減少； 2、最后級(jí)余速損失的改變； 3、最后幾級(jí)效率的改變； 4、凝結(jié)水溫度升高引起最后一級(jí)回?zé)岢槠康母淖?。背壓改變前：背壓改變后：（二?（二） 背壓由臨界壓力p2cr降低 此時(shí)功率的改變只是由于末級(jí)功率的變化引起的（三） （三） 通用曲線1、汽輪機(jī)的背壓變化時(shí)，單位蒸汽流量的功率變化量與之間的關(guān)系曲線。2、凝汽器真空修正曲線 不同流量下，背壓變化引起功率變化的曲線。 在很大范圍內(nèi)，功率的增加與背壓成直線關(guān)系，而與流量無關(guān)。（圖328）3、背壓對(duì)安全性的影響 背壓升高（真空惡化）： ； 排汽部分法蘭、螺栓應(yīng)力增加，同時(shí)排汽溫度升高，熱膨脹、熱應(yīng)力、熱變形增大，通流間隙降低，轉(zhuǎn)子中心破壞，機(jī)組振動(dòng)加劇，另外凝汽器脹