汽輪機(jī)原理－第三章

1、第三章 汽輪機(jī)在變工況下的工作 汽輪機(jī)的熱力設(shè)計(jì)就是在已經(jīng)確定初終參數(shù)、功率和轉(zhuǎn)速的條件下，計(jì)算和確定蒸汽流量、級(jí)數(shù)、各級(jí)尺寸、參數(shù)和效率，得出各級(jí)和全機(jī)的熱力過程線等。汽輪機(jī)在設(shè)計(jì)參數(shù)下運(yùn)行稱為汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)工況。由于汽輪機(jī)各級(jí)的主要尺寸基本上是按照設(shè)計(jì)工況的要求確定的，所以一般在設(shè)計(jì)工況下汽輪機(jī)的內(nèi)效率達(dá)最高值，因此設(shè)計(jì)工況也稱為經(jīng)濟(jì)工況。 汽輪機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，因外界負(fù)荷、蒸汽的狀態(tài)參數(shù)、轉(zhuǎn)速以及汽輪機(jī)本身結(jié)構(gòu)的變化等，均會(huì)引起汽輪機(jī)級(jí)內(nèi)各項(xiàng)參數(shù)以及零部件受力情況的變化，進(jìn)而影響其經(jīng)濟(jì)性和安全性。這種偏離設(shè)計(jì)工況的運(yùn)行工況叫做汽輪機(jī)的變工況。研究變工況的目的，在于分析汽輪機(jī)在不同工況下的效率

2、、各項(xiàng)熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以及主要零部件的受力情況。以便設(shè)法保證汽輪機(jī)在這些工況下安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 本章主要討論電廠使用的等轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)在不同工況下穩(wěn)態(tài)的熱力特性，即討論汽輪機(jī)負(fù)荷的變動(dòng)、蒸汽參數(shù)的變化以及不同調(diào)節(jié)方式對(duì)汽輪機(jī)工作的影響。 同研究設(shè)計(jì)工況下的特性一樣，分析汽輪機(jī)的變工況特性也應(yīng)從構(gòu)成汽輪機(jī)級(jí)的基本元件一一噴嘴和動(dòng)葉開始。噴嘴和動(dòng)葉雖然作用不同，但是如果對(duì)動(dòng)葉以相對(duì)運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)進(jìn)行分析，則噴嘴的變工況特性完全適用于動(dòng)葉。 第一節(jié) 漸縮噴嘴的變工況 研究噴嘴的變動(dòng)工況，主要是分析噴嘴前后壓力與流量之間的變化關(guān)系，噴嘴的這種關(guān)系是以后研究汽輪機(jī)級(jí)和整個(gè)汽輪機(jī)變工況特性的基礎(chǔ)。噴嘴又分漸縮噴嘴和縮放

3、噴嘴兩種型式。本節(jié)主要分析漸縮噴嘴的變工況特性。 一、漸縮噴嘴的流量關(guān)系式 本書第一章已指出，對(duì)漸縮噴嘴，在定熵指數(shù)k和流量系數(shù)n都不變的條件下，當(dāng)其初參數(shù)p*0、*0及出口面積An不變時(shí)，通過噴嘴的蒸汽流量G與噴嘴前、后壓力比n的關(guān)系可用流量曲線(如圖3-1中曲線ABC)表示。 當(dāng)nc時(shí)，其流量為 (3-1)當(dāng)nc，時(shí)，其流量為 (3-2)顯然，對(duì)應(yīng)另一組初參數(shù)(p*10、*01)，可得到另一條相似的流量曲線A1B1C1(p*01p*0)，此時(shí)通過該噴嘴的臨界流量亦相應(yīng)地改變?yōu)?由于初參數(shù)不同的同一工質(zhì)具有相同的臨界壓力比，故各條流量曲線的臨界點(diǎn)B、B1均在過原點(diǎn)的輻射線上，如圖3-1所示。

4、 二、彭臺(tái)門系數(shù)定義及近似關(guān)系 彭臺(tái)門根據(jù)計(jì)算指出，曲線BC段與橢圓的1/4線段相當(dāng)近似，若用橢圓弧段代替它，誤差較小，故根據(jù)橢圓方程，曲線段BC可表示為 或 (3-3)式中；是彭臺(tái)門系數(shù)，也稱噴嘴的流量比。式(3-3)便是彭臺(tái)門系數(shù)的近似關(guān)系式，而彭臺(tái)門系數(shù)的精確式則為 (3-4)表3-1列出了用近似式(3-3)代替精確式(3-4)的計(jì)算誤差。這一誤差是由式(3-3)的計(jì)算結(jié)果減去式(3-4)的計(jì)算結(jié)果，再除式(3-4)的計(jì)算結(jié)果而得。比較這些數(shù)據(jù)可見，用式(3-3)計(jì)算所引起的誤差是很小的，可以滿足一般工程計(jì)算的要求。 壓力比n0.6000.7000.8000.9000.9500.9750

5、.9850.9901.000誤差-0.35-2.26-4.36-7.56-8.66-9.33-9.60-11.200(3-5)當(dāng)噴嘴前、后蒸汽參數(shù)同時(shí)改變時(shí)，不論噴嘴是否達(dá)到臨界狀態(tài)，通過噴嘴的流量均可按下式計(jì)算： 式中下標(biāo)1表示工況變動(dòng)后的參數(shù)。 若視蒸汽為理想氣體，并用狀態(tài)方程p=RT，則上式可寫成 (3-6)圖3-1漸縮噴嘴的流量與出口壓力的關(guān)系曲線 若噴嘴前的壓力變動(dòng)是由蒸汽節(jié)流引起的(即p*01/*01=p*0/*0)，或工況變動(dòng)前后T*0未變，或T*0的變化較小而作近似計(jì)算，可忽略，則式(3-6)可簡(jiǎn)化為 (3-7)如果設(shè)計(jì)工況和變動(dòng)工況均為臨界工況，則1=1故有 (3-8)若略去

6、初溫的變化，則有 (3-9)運(yùn)用以上諸式，便可進(jìn)行噴嘴的變工況計(jì)算，即由已知工況確定任意工況的流量或壓力。 四、流量錐概念及流量圖 在實(shí)際計(jì)算中，大都采用圖解法，并運(yùn)用相對(duì)坐標(biāo)。假定最大初壓力為p*0.max，其對(duì)應(yīng)的最大臨界流量為G0.max，當(dāng)噴嘴前后的蒸汽參數(shù)分別為p*0、T*0。和p11時(shí)，則通過噴嘴的蒸汽流量G與最大流量G0.max之比可表示為 如0=p*0/p*0.max,1=p*1/p*0.max之上式可寫成； (3-10)若略去初溫的變化(T*0.maxT*0)，則可得到下列橢圓方程： (3-11)對(duì)漸縮噴嘴，臨界壓力比nc為常數(shù)。方程(3-11)有三個(gè)未知量：max、0、1。

7、其間的關(guān)系可用圖3-2表示，此圖即為漸縮噴嘴的流量錐，它反映了漸縮噴嘴在任意參數(shù)下，壓力比與相對(duì)流量之間的變化關(guān)系。圖中直線Ab的方程為0=1，直線ad和ac的方程均為max=0。 所以，在臨界區(qū)域acd內(nèi)，相對(duì)流量比m不隨壓比變化，僅與初參數(shù)有關(guān)。 圖3-2漸縮噴嘴流量錐 為了便于計(jì)算，將流量錐上的各參數(shù)值投影到垂直于20軸的平面上，則得到如圖3-3所示的漸縮噴嘴流量網(wǎng)圖。利用流量網(wǎng)圖可以很方便地由三個(gè)參數(shù)max、0、1中的任意兩個(gè)確定第三個(gè)參數(shù)。 應(yīng)該注意，上述流量網(wǎng)圖是在假定噴嘴前的溫度保持不變的條件下得到的；如果變工況時(shí)，初溫a6變化不能忽略，則用流量網(wǎng)圖進(jìn)行計(jì)算后應(yīng)該乘以 ，作為溫度

8、修正。另外，在選擇最大初壓力p*0.max時(shí)，應(yīng)使各個(gè)壓力比值(0、1)都小于1或等于1而p*0.max本身是中間參數(shù)，其數(shù)值對(duì)計(jì)算結(jié)果沒有影響。 圖3-3漸縮噴嘴流量網(wǎng)圖 第二節(jié) 級(jí)與級(jí)組的工況變化 本章 第一節(jié) 指出，當(dāng)噴嘴前、后壓比變化時(shí)，流經(jīng)噴嘴的蒸汽流量要相應(yīng)發(fā)生變化。反之，當(dāng)流過噴嘴的蒸汽流量變化時(shí)，噴嘴及動(dòng)葉前后的壓力也要隨之變化，從而引起級(jí)內(nèi)各項(xiàng)損失、反動(dòng)度、級(jí)的功率、效率、軸向推力及其他的特性的變化。研究汽輪機(jī)級(jí)的變工況特性，主要是分析級(jí)中諸參數(shù)隨流量變化而變化的基本規(guī)律。 一、級(jí)前后壓力與流量的關(guān)系 (一)設(shè)計(jì)工況和變動(dòng)工況下級(jí)均為臨界狀態(tài) 級(jí)在臨界工況下工作時(shí)，其噴嘴或動(dòng)

9、葉必定處于臨界狀態(tài)。 1.噴嘴在臨界工況下工作時(shí) 此時(shí)通過該級(jí)的流量只與級(jí)前蒸汽參數(shù)有關(guān)，而與噴嘴后和級(jí)后壓力無關(guān)，根據(jù)式(3-8)有 (3-12)或 (3-13)或 2.動(dòng)葉在臨界工況下工作時(shí) 這種情況與噴嘴變工況特性相同，若忽略溫度的變化，則通過該級(jí)動(dòng)葉的流量，即通過該級(jí)的流量與動(dòng)葉前的滯止壓力成正比 在設(shè)計(jì)工況下，由于 故動(dòng)葉進(jìn)口截面的流量方程為 同理，在變動(dòng)工況下有 上四式中Ab-動(dòng)葉進(jìn)口截面積； 1、11工況變動(dòng)前、后動(dòng)葉前實(shí)際壓力與滯止壓力之比。 故 由于，并近似地認(rèn)為T*1=T*11，則必有 由此可得1=11或，即有 (3-14)式(3-14)說明，當(dāng)動(dòng)葉達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)，通過該級(jí)

10、的流量不僅與動(dòng)葉前的滯止壓力成正比，而且與動(dòng)葉前的實(shí)際壓力成正比。 在做級(jí)的變工況估算時(shí)，通常略去動(dòng)葉頂部的間隙漏汽，這樣兩工況下的流量Gc，Gc1又可用噴嘴的氣動(dòng)參數(shù)表示，即有 上四式中An-噴嘴出口面積； n、n1-工況變動(dòng)前后噴嘴壓比； 1-噴嘴流量系數(shù)。 若近似認(rèn)為T*0=T*01并代人式(3-13)則得 從而得到n1=n，即，因此 (3-15)若c0變化不大，則 (3-16)式(3-15)和式(3-16)說明，如果動(dòng)葉在各種工況下均達(dá)臨界狀態(tài)，則通過該級(jí)的流量與級(jí)前壓力成正比?？梢姡灰?jí)在臨界狀態(tài)下工作，不論臨界狀態(tài)是發(fā)生在噴嘴中還是發(fā)生在動(dòng)葉中，其流量均與級(jí)前壓力成正比，而與級(jí)后

11、壓力無關(guān)。 (二)設(shè)計(jì)工況和變動(dòng)工況下，級(jí)均為亞臨界狀態(tài) 在此條件下，汽輪機(jī)任意一級(jí)噴嘴出口截面的連續(xù)方程式為 (3-16-1)或 (3-17)方括號(hào)內(nèi)的部分表示級(jí)的反動(dòng)度等于零(p11=p2)時(shí)，通過該噴嘴的流量，用G表示。流量G也可以根據(jù)式(3-3)、(3-5)表示為(假定初速為零)： 于是式(3-17)可以寫成 (3-18)同理，對(duì)于另外一種工況，可以得到類似的公式 (3-19)試驗(yàn)證明，在亞臨界工況下，近似認(rèn)為(1t1/2t1)=(1t/2t)是相當(dāng)精確的；此外，假設(shè)=0，(p201-p221)遠(yuǎn)大于(p01-p21)2。則以上兩式相比并簡(jiǎn)化的到汽輪機(jī)某級(jí)在變工況前后均處于亞臨界狀態(tài)時(shí)

12、，流量與蒸汽參數(shù)之間的關(guān)系式： (3-20)或 (3-21)式(3-20)和式(3-21)說明，當(dāng)級(jí)內(nèi)未達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)，通過級(jí)的流量不僅與初參數(shù)有關(guān)，而且與級(jí)后參數(shù)有關(guān)。 需要指出，雖然式(3-20)是在級(jí)前汽流初速為零的條件下推導(dǎo)出來的，并且作了若干簡(jiǎn)化，但是，計(jì)算表明，運(yùn)用該式所得的結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)基本相符。這是因?yàn)槭?3-20)所略去的各部分，相互之間有補(bǔ)償作用。但若以上簡(jiǎn)化條件不滿足時(shí)，運(yùn)用式(3-20)進(jìn)行變工況計(jì)算，則誤差較大。 二、級(jí)組壓力與流量的關(guān)系 級(jí)組是一些流量相等，通流面積不隨工況而變(或變化程度相同)的依次串聯(lián)排列的若干級(jí)的組合。當(dāng)級(jí)組內(nèi)各級(jí)的汽流速度均小于臨界速度時(shí)，稱

13、級(jí)組為亞臨界工況；當(dāng)級(jí)組內(nèi)至少有一列葉柵(如某一級(jí)的噴嘴或動(dòng)葉)的出口流速達(dá)到或超過臨界速度時(shí)，稱級(jí)組為臨界工況。討論級(jí)組的變工況主要是研究級(jí)組前后蒸汽參數(shù)與流量之間的變化關(guān)系。 (一)工況變化前后級(jí)組均為臨界工況 在各級(jí)通流面積不變的條件下，處于亞臨界工況的級(jí)組，若級(jí)組前后壓差由小變大，則各級(jí)流量和流速也要增大，這時(shí)一般是級(jí)組內(nèi)最后一級(jí)最先達(dá)到臨界速度，因?yàn)楹竺娴募?jí)的比容較大，其平均直徑往往比前面的級(jí)要大，若相鄰兩級(jí)的速比和反動(dòng)度基本相同，則后一級(jí)的比焓降較大，也就是最后一級(jí)的比焓降往往最大，流速也常最大；然而，最后一級(jí)的蒸汽絕對(duì)溫度最低，當(dāng)?shù)匾羲僮钚。虼俗詈笠患?jí)常最先達(dá)到臨界速度。 亞臨

14、界工況級(jí)組中某一級(jí)(一般是最末級(jí))的噴嘴或動(dòng)葉的汽流速度剛升到臨界速度時(shí)，級(jí)組前后的壓力比稱為級(jí)組臨界壓力比，以gc表示，級(jí)組背壓pg稱為級(jí)組在初壓p0下的級(jí)組臨界壓力，以pgc表示，這時(shí)的流量為級(jí)組的臨界流量，仍以Gc表示。 圖3-4所示為通流面積不變的汽輪機(jī)級(jí)組。若級(jí)組內(nèi)第三級(jí)在變工況前后均在臨界工況下工作，并忽略溫度變化，即T0/T01T2/T21T4/T41，則 因第三級(jí)前的汽流未達(dá)到臨界，故對(duì)第二級(jí)可寫出下式： 圖3-4汽輪機(jī)級(jí)組示意圖 由于通過各級(jí)的流量相等，從而有 由此得 即第二級(jí)前壓力也與流量成正比。同理，可得到該級(jí)組前的壓力與流量成正比的關(guān)系式： (3-22)所以，級(jí)組中若某

15、一級(jí)始終在臨界狀態(tài)下工作，則這一級(jí)前的所有各級(jí)中流量均與級(jí)組前壓力成正比。若考慮溫度變化，還與級(jí)組前的熱力學(xué)溫度的平方根成反比，上式改寫為 (3-23)(二)工況變化前后級(jí)組均為亞臨界工況 (3-20)知級(jí)組內(nèi)任一級(jí)(第i級(jí))流量與級(jí)前后參數(shù)間的關(guān)系為 即 假設(shè)級(jí)組內(nèi)共有z級(jí)，可列出從i=l到i=z的各個(gè)類似的方程式 對(duì)于同一級(jí)組，(G1/G)1=(G1/G)2=(G1/G)z=G1/G。實(shí)驗(yàn)證明，工況變動(dòng)時(shí)，級(jí)組內(nèi)各級(jí)級(jí)前的熱力學(xué)溫度比值的變化幾乎相同。因而可以用級(jí)組前的溫度比值表示，即。此外應(yīng)注意，某一級(jí)前的壓力就是其前一級(jí)的級(jí)后壓力，即(p2)1=(p0)2，(p2)2=(p0)3。于是

16、，將上面z個(gè)式子的左右分別相加可得 式中：p0、pz和p01、pz1依次為流量G和G1下該級(jí)組前后的壓力。整理上式可得 (3-24)若溫度變化影響忽略，則 (3-25)式(3-24)和式(3-25)稱為弗留格爾公式。此式為多級(jí)汽輪機(jī)變工況計(jì)算的最常用、最基本公式。利用該式計(jì)算時(shí)，在一個(gè)級(jí)組內(nèi)可以取不同的級(jí)數(shù)，只要該級(jí)組內(nèi)無調(diào)節(jié)抽汽口便可。 對(duì)于凝汽式汽輪機(jī)，若所取級(jí)組的級(jí)數(shù)較多時(shí)，則(pz/p0)2和(pz1/p01)2通常很小，故式(3-24)和式(3-25)可近似簡(jiǎn)化為 (3-26)或 (3-27)即凝汽式汽輪機(jī)各級(jí)(最后一、二級(jí)除外)級(jí)前壓力與流量成正比。圖3-5為哈汽廠600MW反動(dòng)式

17、汽輪機(jī)級(jí)內(nèi)壓力與流量的關(guān)系曲線。由圖可見，壓力與流量的關(guān)系式可用許多通過原點(diǎn)的相應(yīng)直線表示。證明了公式(3-27)的正確性。 斯托陀拉在弗留格爾之前進(jìn)行了汽輪機(jī)蒸汽流量與級(jí)組前后壓力關(guān)系的著名實(shí)驗(yàn)。而弗留格爾是在斯托陀拉實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上利用數(shù)學(xué)導(dǎo)出上述公式。但是該公式對(duì)余速利用系數(shù)、損失、效率和比容等影響噴嘴、動(dòng)葉出口連續(xù)方程計(jì)算結(jié)果的許多變化因數(shù)不可能全都體現(xiàn)，因此弗留格爾公式只是一個(gè)近似公式。 三、壓力與流量關(guān)系式的應(yīng)用 (一)應(yīng)用條件 (1)在弗留格爾公式推導(dǎo)和斯托陀拉實(shí)驗(yàn)求取壓力與流量的關(guān)系式時(shí)，都規(guī)定了工況變動(dòng)前后通汽面積不變，因此應(yīng)用這些關(guān)系式時(shí)，也必須保持設(shè)計(jì)工況和變工況下通汽面

18、積不變。若因結(jié)垢或腐蝕等使變工況下通汽面積有了改變，則應(yīng)進(jìn)行修正，即 圖3-5哈爾濱汽輪機(jī)廠600MW反動(dòng)式凝汽式汽輪機(jī)非調(diào)節(jié)級(jí)級(jí)組p0-G關(guān)系曲線 (3-28)(3-29)式中：a為變工況下與設(shè)計(jì)工況下的通汽面積之比。由上兩式可見，若級(jí)組通流部分結(jié)垢(a1)，則同一G1下，p01必然降低。 對(duì)于調(diào)節(jié)級(jí)，只有當(dāng)?shù)谝徽{(diào)節(jié)汽門開大或關(guān)小而其他調(diào)節(jié)汽門均關(guān)閉時(shí)，通汽面積才不變，才可把調(diào)節(jié)級(jí)包括在級(jí)組內(nèi)。若調(diào)節(jié)級(jí)在變工況過程中多開了或關(guān)閉了一個(gè)調(diào)節(jié)汽門，則改變了通汽面積，就不能包括在級(jí)組內(nèi)，也不能對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)單獨(dú)應(yīng)用流量與壓力的關(guān)系式進(jìn)行計(jì)算。 (2)級(jí)組內(nèi)各級(jí)流量相同 是弗留格爾公式推導(dǎo)和斯托陀拉實(shí)驗(yàn)求

19、取壓力與流量關(guān)系式的又一個(gè)前提。電站汽輪機(jī)一般都有回?zé)岢槠責(zé)岢槠谇昂蠹?jí)的流量不同，嚴(yán)格地說不能把回?zé)岢槠谇昂蟮募?jí)放在同一級(jí)組內(nèi)。但若回?zé)岢槠还┘訜岜緳C(jī)凝結(jié)水用，雖各段回?zé)岢槠坎慌c總流量成正比，可是大多與總流量G同方向增減，因此仍可近似地把回?zé)岢槠谇昂蟮募?jí)放在同一級(jí)組內(nèi)來應(yīng)用壓力與流量關(guān)系式，誤差不會(huì)太大。圖3-5給出了具有八段回?zé)岢槠啓C(jī)，當(dāng)各個(gè)加熱器都投運(yùn)時(shí)，各抽汽口的壓力與總流量的關(guān)系。 由圖可見，把回?zé)岢槠谇昂蟾骷?jí)劃在一個(gè)級(jí)組內(nèi)，仍可應(yīng)用級(jí)組p0-G關(guān)系式進(jìn)行近似計(jì)算、分析或估算。對(duì)于有大量抽汽供取暖、動(dòng)力或其他廠用抽汽的回?zé)岢槠趦蓚?cè)，及調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)的供熱抽汽口兩

20、側(cè)，都必須分作兩個(gè)級(jí)組。 (3)流過級(jí)組內(nèi)各級(jí)的蒸汽應(yīng)是一股均質(zhì)流。然而對(duì)于調(diào)節(jié)級(jí)，多數(shù)工況下是流過兩股初壓不同的汽流，級(jí)前壓力既不能采用較高的初壓，也不能采用較低的初壓，所以這種工況下，整個(gè)調(diào)節(jié)級(jí)不能包括在級(jí)組內(nèi)，其流量也不能單獨(dú)地用級(jí)的壓力與流量的關(guān)系式進(jìn)行計(jì)算。但調(diào)節(jié)級(jí)的某個(gè)噴嘴組及其后動(dòng)葉可以看成級(jí)，其壓力或流量計(jì)算可應(yīng)用級(jí)的壓力與流量關(guān)系式。 由于許多工況下調(diào)節(jié)級(jí)都不能包括在級(jí)組之內(nèi)，常使汽輪機(jī)的初參數(shù)不能作為巳知量參與運(yùn)算，故級(jí)組常從未級(jí)算起，以便把排汽參數(shù)作為巳知量參與運(yùn)算。 (4)嚴(yán)格地講，弗留格爾公式適合具有無窮多級(jí)數(shù)的級(jí)組，但一般只要級(jí)數(shù)多于45級(jí)就可以得到滿意的結(jié)果。如果

21、只做粗略地估算甚至可運(yùn)用于一個(gè)級(jí)。此時(shí)需注意，盡管弗留格爾公式與計(jì)算單級(jí)變工況的公式(3-20)形式相同，但兩者是有區(qū)別的。 (二)在工程中的應(yīng)用 弗留格爾公式不僅形式簡(jiǎn)單，而且使用方便，在汽輪機(jī)運(yùn)行中可以用來： (1)監(jiān)視汽輪機(jī)通流部分運(yùn)行是否正常。在已知汽輪機(jī)功率或流量的條件下，根據(jù)弗留格爾公式的計(jì)算結(jié)果監(jiān)視某些級(jí)組(監(jiān)視段)前的壓力，借此判斷該級(jí)組是否損壞或結(jié)垢等異?，F(xiàn)象。 (2)可以推算出不同流量(功率)時(shí)各級(jí)的壓差和比焓降，從而計(jì)算出相應(yīng)的功率、效率及零部件的受力情況。也可以由壓力推算出通過各級(jí)的流量。 實(shí)際運(yùn)行故障分析舉例： 1)某臺(tái)一次再熱超高壓凝汽式汽輪機(jī)的功率突然下降40，此

22、時(shí)機(jī)組無明顯振動(dòng)，機(jī)組參數(shù)變化如表3-2所示，負(fù)號(hào)表示降低。功率降低后，一些參數(shù)又基本穩(wěn)定不變，各監(jiān)視段壓力近似成比例降低。 分析原因：調(diào)節(jié)級(jí)后壓力和中間再熱后壓力降低，表明蒸汽流量變小，這由給水流量也相應(yīng)變小而證實(shí)。由于各監(jiān)視段壓力與流量近似成正比，故可以認(rèn)為各非調(diào)節(jié)級(jí)的工作是正常的，流量的突降是調(diào)節(jié)級(jí)或調(diào)節(jié)級(jí)之前的通流部分故障所致。 表3-2故障汽輪機(jī)參數(shù)變化表(一) 負(fù)荷給水流量調(diào)節(jié)級(jí)后壓力中間再熱后壓力中低壓缸效率高壓缸效率-40-36-42-441.80.4由于通流部分故障并未引起機(jī)組振動(dòng)情況的改變，因而可以認(rèn)為流量突降不是轉(zhuǎn)動(dòng)部分的機(jī)械損壞所致，調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴、動(dòng)葉損壞常使流量增大；調(diào)

23、節(jié)級(jí)葉片斷落可能使非調(diào)節(jié)級(jí)第一級(jí)噴嘴堵塞而使調(diào)節(jié)級(jí)后壓力升高。但上述情況均與事實(shí)相反，因此不大可能是調(diào)節(jié)級(jí)的損壞。 調(diào)節(jié)汽門閥桿斷裂將使汽門一直處于關(guān)閉或近于關(guān)閉的位置。為了判斷故障，移動(dòng)油動(dòng)機(jī)。提起閥桿，在第一調(diào)節(jié)汽門應(yīng)該開大的范圍內(nèi)，發(fā)現(xiàn)流量并不增大，表明這一閥門動(dòng)作失靈。 停機(jī)檢查，結(jié)果是第一調(diào)節(jié)汽門閥桿斷裂。 2)一超高壓汽輪機(jī)在運(yùn)行21個(gè)月后發(fā)現(xiàn)功率不斷下降，已持續(xù)了一兩個(gè)月。分析每天數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)功率是以不變的速率下降的，而不是突降的。與21個(gè)月前的運(yùn)行數(shù)據(jù)相比，變化情況如表3-3所示。 表3-3故障汽輪機(jī)參數(shù)變化表(二) 流量功率調(diào)節(jié)級(jí)后壓力高壓缸效率-17.2-16.5-21.2-

24、12.2分析原因：調(diào)節(jié)級(jí)后壓力增加21.2，既然不是由于流量增加，那就只能是由于非調(diào)節(jié)級(jí)通流部分堵塞，由于這種堵塞是穩(wěn)定增加的，故不是機(jī)械損壞所致，極大的可能是通流部分結(jié)垢所致。又因?yàn)楦邏焊仔蚀鬄榻档?，故可能是高壓缸結(jié)垢。 開缸檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高壓缸通流部分嚴(yán)重結(jié)垢，垢的成分中不少是銅。 3)某機(jī)三年運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，在調(diào)節(jié)汽門的同一開度下，功率是漸漸增加的，三年前后的同一調(diào)節(jié)汽門開度下的運(yùn)行數(shù)據(jù)之差如表3-4所示。在發(fā)現(xiàn)上述問題后，曾進(jìn)行試驗(yàn)，證明在各個(gè)調(diào)節(jié)汽門的不同開度下，功率都變大。 表3-4故障汽輪機(jī)參數(shù)變化表(三) 功率調(diào)節(jié)級(jí)后壓力中間再熱后壓力高壓缸效率+11.0+11.0+10.2-

25、1.8分析原因：功率增加，流量必然增加。從調(diào)節(jié)級(jí)后各處壓力基本上正比于流量增加來看，調(diào)節(jié)級(jí)以后各級(jí)的工作是正常的，那么功率變大就可能是調(diào)節(jié)級(jí)或調(diào)節(jié)級(jí)之前通流面積增大所致。各個(gè)調(diào)節(jié)汽門開度下功率(蒸汽流量)都變大，估計(jì)不應(yīng)是調(diào)節(jié)汽門的問題，因?yàn)椴豢赡軒讉€(gè)調(diào)節(jié)汽門都同時(shí)發(fā)生問題。較大可能是調(diào)節(jié)級(jí)通流面積變大。這就有三種可能；調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴腐蝕；調(diào)節(jié)級(jí)葉片損壞；調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴弧段漏汽。若是后兩種情況則高壓缸效率要大大降低。但并未大大降低，故多半是調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴腐蝕。 開缸檢查，結(jié)果是第一、二、三噴嘴組的噴嘴出口邊腐蝕嚴(yán)重，調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉腐蝕較輕。 第三節(jié) 汽輪機(jī)的配汽方式和調(diào)節(jié)級(jí)的變工況汽輪機(jī)通流部分是按經(jīng)濟(jì)功率設(shè)

26、計(jì)的。運(yùn)行中，外界負(fù)荷不斷改變，為了保證機(jī)組出力與用戶所需要的功率相適應(yīng)，必須利用配汽機(jī)構(gòu)來改變汽輪機(jī)組的出力。從汽輪機(jī)功率方程式 (3-30)可以看出，為了調(diào)節(jié)出力，可以調(diào)節(jié)進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽量D0，也可以調(diào)節(jié)蒸汽在汽輪機(jī)中的做功能力htmac(實(shí)際上，對(duì)一個(gè)量進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，另一個(gè)量也會(huì)跟著改變，只是改變的程度不同而已)。不同的配汽方式可以實(shí)現(xiàn)D0和htmac的改變。目前常用的配汽方式有：噴嘴配汽與節(jié)流配汽兩種。旁通配汽主要用在船、艦汽輪機(jī)上，故本教材中將不予討論。 一、噴嘴調(diào)節(jié)和調(diào)節(jié)級(jí)的變工況 (一)噴嘴配汽 噴嘴配汽如圖3-6所示，汽輪機(jī)第一級(jí)是調(diào)節(jié)級(jí)，調(diào)節(jié)級(jí)分為幾個(gè)噴嘴組，蒸汽經(jīng)過全開自動(dòng)

27、主汽門1后，再經(jīng)過依次開啟的幾個(gè)調(diào)節(jié)汽門2，通向調(diào)節(jié)級(jí)。通常一個(gè)調(diào)節(jié)汽門控制一個(gè)噴嘴組，噴嘴組一般有36組。當(dāng)負(fù)荷很小時(shí)，只有一個(gè)調(diào)節(jié)汽門開啟，也就是只有第一噴嘴組進(jìn)汽，部分進(jìn)汽度最?。回?fù)荷增大而第一調(diào)節(jié)汽門接近全開時(shí)，打開第二調(diào)節(jié)汽門，第二噴嘴組才進(jìn)汽，部分進(jìn)汽度增大；依次類推。因此，只有部分開啟的那個(gè)調(diào)節(jié)汽門中的蒸汽節(jié)流較大，而其余全開汽門中的蒸汽節(jié)流巳減到最小，故在部分負(fù)荷時(shí)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性較好，是噴嘴配汽的主要特點(diǎn)。 圖3-6噴嘴配汽汽輪機(jī)示意圖 (a)全機(jī)示意圖，(b)調(diào)節(jié)級(jí)示意圖 1-自動(dòng)主汽門，2-調(diào)節(jié)汽門，3-噴嘴組間壁 圖3-7調(diào)節(jié)級(jí)的熱力過程線 由于各噴嘴組間有間壁(或距離)3

28、，如圖3-6(b)所示，因此，即使各調(diào)節(jié)汽門均已全開，調(diào)節(jié)級(jí)仍是部分進(jìn)汽，也就是說在最大功率下調(diào)節(jié)級(jí)仍有部分進(jìn)汽損失，而且調(diào)節(jié)級(jí)的直徑比第一非調(diào)節(jié)級(jí)大，調(diào)節(jié)級(jí)的余速不能被利用，設(shè)調(diào)節(jié)級(jí)為四個(gè)噴嘴組，圖3-7所示是第、調(diào)節(jié)汽門全開，第調(diào)節(jié)汽門部分開啟，第調(diào)節(jié)汽門關(guān)閉時(shí)的調(diào)節(jié)級(jí)熱力過程線。初壓為p0的新蒸汽流經(jīng)自動(dòng)主汽門和兩個(gè)全開門后，壓力降到p0，調(diào)節(jié)級(jí)后壓力為p2，第、兩噴嘴組和動(dòng)葉的理想比焓降相等，即htI=htII=ht，有效比焓降也相等，即hiI=hiII，動(dòng)葉后比焓為hi；流經(jīng)部分開啟的第調(diào)節(jié)汽門的蒸汽，其節(jié)流較大，第噴嘴組前壓力降為p0，理想比焓降較小，為htII有效比焓降為hiII

29、，動(dòng)葉后比焓較高，為h2。由于調(diào)節(jié)級(jí)后的環(huán)形空間是相通的，級(jí)后壓力p2相同，故兩股初壓不同的汽流在調(diào)節(jié)級(jí)中同樣膨脹到p2，在調(diào)節(jié)級(jí)汽室中混合后，流人第一壓力級(jí)。為使這兩股汽流混合均勻，調(diào)節(jié)級(jí)汽室容積較大，且調(diào)節(jié)級(jí)直徑大于非調(diào)節(jié)級(jí)第一級(jí)直徑。不利用余速，以免汽流在未混合之前進(jìn)入第一壓力級(jí)，使得進(jìn)汽不均勻而效率下降。 兩股汽流混合后的比焓，可用下面式子求得 (3-31)那么，調(diào)節(jié)級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率i為 (3-32)上三式中GI，GII，GIII，-第I、II、III噴嘴組中的流量； Ii，Iii-全開與部分開啟調(diào)節(jié)汽門后噴嘴組和動(dòng)葉的相對(duì)內(nèi)效率。為了簡(jiǎn)化，圖中常用點(diǎn)劃線0B表示調(diào)節(jié)級(jí)熱力過程。 (二)

30、調(diào)節(jié)級(jí)壓力與流量的關(guān)系 在噴嘴配汽的汽輪機(jī)中，調(diào)節(jié)級(jí)是特殊級(jí)，它的變工況與中間級(jí)和末級(jí)都不同，需要專門介紹。 1.簡(jiǎn)化的調(diào)節(jié)級(jí)壓力與流量的關(guān)系 以凝汽式汽輪機(jī)中具有四組漸縮噴嘴的單列動(dòng)葉調(diào)節(jié)級(jí)為例。為了突出調(diào)節(jié)級(jí)主要的變工況特點(diǎn)，可作以下簡(jiǎn)化假定： 1)忽略調(diào)節(jié)級(jí)后溫度變化的影響，調(diào)節(jié)級(jí)后壓力p2正比于全機(jī)流量； 2)各種工況下級(jí)的反動(dòng)度都保持為零，p11=p21； 3)四個(gè)調(diào)節(jié)汽門依次開啟，沒有重疊度； 4)凡全開調(diào)節(jié)汽門后的噴嘴組前壓力均為p0不變。 圖3-8(a)是上述假定條件下調(diào)節(jié)級(jí)具有四個(gè)噴嘴組的p-G1曲線。設(shè)計(jì)工況下，前三個(gè)調(diào)節(jié)汽門全開，第調(diào)節(jié)汽門關(guān)閉，流量為G。最大流量下，四個(gè)

31、調(diào)節(jié)汽門全開，流量為1.2G。圖3-8(b)是各噴嘴組蒸汽流量與總流量的關(guān)系曲線，由于縱橫坐標(biāo)都是流量G1，故OQ線必然是45角斜線。 調(diào)節(jié)級(jí)汽室壓力p21變化線，以圖3-8(a)中的輻射線0S表示，凝汽式汽輪機(jī)以全部非調(diào)節(jié)級(jí)為一級(jí)組，忽略調(diào)節(jié)級(jí)后溫度變化，有G1/G=p21/p2，故p21與流量G1成正比。已設(shè)調(diào)節(jié)級(jí)的反動(dòng)度始終為零，則p11/p21，故直線0S也代表p11。第I調(diào)節(jié)汽門開始開啟到全開之后，第I噴嘴組前壓力p0的變化由折線017表示，在第I調(diào)節(jié)汽門開始開啟到全開的過程中，調(diào)節(jié)級(jí)只有第I噴嘴組通汽，通汽面積不變，故可把調(diào)節(jié)級(jí)和所有非調(diào)節(jié)級(jí)看成一個(gè)級(jí)組。因此第I噴嘴組前壓力p11

32、I與G1成正比，如輻射線01所示。點(diǎn)1表示第I調(diào)節(jié)汽門全開，p0I達(dá)p0最大值。直線137表示第、III、調(diào)節(jié)汽門依次開啟時(shí)，第I噴嘴組前壓力p0I=p0不變。虛線0ag是折線017的臨界壓力pcI變化線，pcI=0p0I。02H段(表示的p21，也是p11)低于虛線0aH(表示pcI)，故第I噴嘴組流過的是臨界流量，如圖(b)中的折線0IJ所示，其中01段表示第I調(diào)節(jié)汽門逐漸開大時(shí)，臨界流量正比于p0I增大；IJ段表示pcI=p0不變時(shí)，臨界流量也不變。圖(a)中HS段表示的p21、(即p11)大于虛線Hg表示的臨界壓力，表明第I噴嘴組處于亞臨界工況，p0I又不變，故第I噴嘴組的流量隨背壓p

33、21升高而按橢圓曲線下降，如圖(b)中JK段所示。 第調(diào)節(jié)汽門開啟過程中和全開后，第噴嘴組前壓力p0II的變化以曲線2m37表示，p0II的臨界壓力pcII以虛線bcg表示。第調(diào)節(jié)汽門開啟之前，第噴嘴組前汽室，經(jīng)噴嘴、動(dòng)葉與級(jí)后汽室相通，故第組噴嘴前的壓力也是p21。以2r段表示的調(diào)節(jié)級(jí)后壓力p21,(即p11)大于虛線br表示的pcII，故第噴嘴組及其動(dòng)葉所組成的級(jí)為亞臨界工況，級(jí)的p0I-G1關(guān)系由式(3-20)計(jì)算，現(xiàn)p21稍有增大，故曲線2m是近似雙曲線。以r4段表示的p21(即p11)小于以虛線rc表示的pcII，所以這一段內(nèi)第噴嘴組是臨界工況，以m3表示的p0II與第噴嘴組的蒸汽流

34、量成正比，故m3是過點(diǎn)8的輻射線上的一段。直線37表示第調(diào)節(jié)汽門已全開，在第、調(diào)節(jié)汽門開啟時(shí)，p0II=p0不變。圖(b)中的斜線IL表示第調(diào)節(jié)汽門不斷開大，第噴嘴組中流量不斷增加。直線LM表示第調(diào)節(jié)汽門全開后。p0II=p0不變，第噴嘴組中臨界流量也保持不變。兩橢圓曲線MN與JK的差值表示第噴嘴組的背壓HS段高于臨界壓力，且p0II=p0不變，流量隨背壓升高而按橢圓曲線規(guī)律減小。 第調(diào)節(jié)汽門開啟時(shí)和全開后，第噴嘴組前壓力p0II的變化如曲線457所示，虛線deg表示曲線457的臨界壓力pcII，以46S段表示的p21(即p11)始終大于pcII，故第噴嘴組中流量始終小于臨界流量。圖(b)中斜

35、線LU表示第汽門開大，流量增大。兩橢圓曲線UV與MN之差表示第調(diào)節(jié)汽門全開后p0III不變，p11升高，第噴嘴組中流量按橢圓曲線規(guī)律下降。 圖3-8簡(jiǎn)化的調(diào)節(jié)級(jí)的壓力與流量關(guān)系 (a)各噴嘴組壓力與流量的關(guān)系，(b)各噴嘴組流量與總流量的關(guān)系 第噴嘴組前壓力p0以曲線67表示，pc以虛線fg表示，圖(b)中的斜線U0表示第調(diào)節(jié)汽門開大，流量增大。 若四個(gè)噴嘴組的噴嘴型線和尺寸都相同，則當(dāng)四個(gè)調(diào)節(jié)汽門都全開，各噴嘴組前后壓力都相同時(shí)，各噴嘴組的流量必正比于噴嘴出口面積，故圖(b)中的線段AK、KN、NV、VQ之比也就是各噴嘴組出口面積之比。VQ的長(zhǎng)度之所以比圖(a)橫軸末的(1.2G-G)大許多

36、，是因第N噴嘴組所增大的流量，必須彌補(bǔ)第I、噴嘴組在亞臨界工況下由于背壓升高而減少的流量。 現(xiàn)分析調(diào)節(jié)級(jí)理想比焓降的變化規(guī)律。當(dāng)?shù)谡{(diào)節(jié)汽門逐漸關(guān)小時(shí)，隨著流量減小，p21沿線段S6下降，p0I=p0II=p0II=p0不變，故第I、噴嘴組與動(dòng)葉的理想比焓降htI=htII=htIII都增大，只有第噴嘴組與動(dòng)葉的ht減小，一直減到0。同理，第調(diào)節(jié)汽門關(guān)小時(shí)，htI=htII增大，而ht減小，直至減到0。顯然，I、調(diào)節(jié)汽門都關(guān)閉而第I調(diào)節(jié)汽門全開時(shí)，p0I與p21之差最大，htI達(dá)最大值。當(dāng)?shù)贗調(diào)節(jié)汽門關(guān)小時(shí)，p0I與p21都下降，但由圖3-8(a)可見，且第I調(diào)節(jié)汽門中是節(jié)流過程，第I組噴嘴前t

37、01基本不變，因此第I調(diào)節(jié)汽門關(guān)小時(shí)，htI也基本不變。當(dāng)只有第I調(diào)節(jié)汽門全開而其他調(diào)節(jié)汽門關(guān)閉時(shí)，非但htI最大，而且流過第I噴嘴組的流量是p0I=p0。時(shí)的臨界流量，是第I組噴嘴的最大流量，這股流量集中在第I噴嘴組后的少數(shù)動(dòng)葉上，使每片動(dòng)葉分?jǐn)偟恼羝髁孔畲蟆?dòng)葉的蒸汽作用力正比于流量和比焓降之積，因此當(dāng)?shù)贗調(diào)節(jié)汽門全開而其他調(diào)節(jié)汽門都關(guān)閉時(shí)，調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉受力最大，是危險(xiǎn)工況，調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉強(qiáng)度應(yīng)以這一工況核算。2.調(diào)節(jié)級(jí)的實(shí)際壓力與流量的關(guān)系 (1)實(shí)際上調(diào)節(jié)級(jí)后溫度t2隨流量變化而變化，如圖3-9(a)所示，圖中0表示蒸汽流量，圖中三個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)是調(diào)節(jié)汽門依次全開時(shí)節(jié)流損失比較小的工況點(diǎn)，稱之為

38、閥點(diǎn)。由于節(jié)流損失小，在這些工況點(diǎn)的做功較多，故調(diào)節(jié)后的h2和t2均處于較低點(diǎn)。 若以凝汽式汽輪機(jī)的全部非調(diào)節(jié)級(jí)為一級(jí)組，則。當(dāng)G1G時(shí)，T21T2，,使p21比時(shí)的p21大，如曲線cd所示。若G1=0.4G對(duì)剛好第調(diào)節(jié)汽門全關(guān)，第I調(diào)節(jié)汽門全開。則G10.4G時(shí)，htI與t01基本不變，因而由h-s圖可知T2也基本不變，那么p21正比于G1，故ba段是過原點(diǎn)的輻射線中一段。G10.3G時(shí)，屬小流量區(qū)域，無實(shí)際意義。 (2)實(shí)際上調(diào)節(jié)級(jí)有反動(dòng)度，m0，因此p11p2。根據(jù)級(jí)的反動(dòng)度變化規(guī)律，G1ht，而動(dòng)葉一般為亞臨界工況，則m1m，(p11-p21)增大，p11如曲線fk所示。若當(dāng)G1=0.

39、4G時(shí)，m1=0，則p11=p21，如點(diǎn)b所示。當(dāng)G10.4G時(shí)，ht1不變，則m0也不變，p11=p11不變，如圖中輻射線ba所示。 (3)調(diào)節(jié)汽門均有重疊度，故實(shí)際調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴壓力與流量關(guān)系如圖3-10所示。以第I、II兩組噴嘴為例，由于第I調(diào)節(jié)汽門開足之前，第I調(diào)節(jié)汽門已開始開啟，所以第I噴嘴組流量G比總流量略小，表現(xiàn)為圖3-10(b)中G曲線水平段右端向下彎曲。這時(shí)第I噴嘴組為臨界工況，第I噴嘴組前壓力別與流量成正比，現(xiàn)在流量小了一些，故亂也減小了一些，使別線在這一段中變?yōu)閺澢螤睿鐖D3-10(a)所示。 (4)實(shí)際上流量不斷增大時(shí)，自動(dòng)主汽門、調(diào)節(jié)汽門和導(dǎo)管等處的節(jié)流損失增大，從而使

40、全開調(diào)節(jié)汽門后的壓力p01略低于p0，成為一根向右下傾斜的曲線，如圖3-10(a)所示。 p0的臨界壓力線ag，也要隨之向右下傾斜，加上p11壓力線bk也高于輻射線0S所代表的p21線，故點(diǎn)H左移至點(diǎn)H，(對(duì)照?qǐng)D3-8來看)。 圖3-9凝汽式汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)后參數(shù)變化曲線 (a)調(diào)節(jié)級(jí)后溫度t2變化例子 (國(guó)產(chǎn)125MW汽輪機(jī))，(b)調(diào)節(jié)級(jí)的p11、p2變化曲線 圖3-10調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴的實(shí)際壓力與流量關(guān)系 (a)各噴嘴組的p-G1關(guān)系曲線；(b)各噴嘴組流量與總流量的關(guān)系 (三)噴嘴調(diào)節(jié)的優(yōu)缺點(diǎn) 由前面的討論可知，噴嘴調(diào)節(jié)汽輪機(jī)在工況變動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)級(jí)始終為部分進(jìn)汽。因此，調(diào)節(jié)級(jí)存在部分損失。盡管如此

41、，由于在任一工況下，只有通過尚未完全開啟調(diào)節(jié)閥的那部分蒸汽才有節(jié)流作用，所以在部分負(fù)荷時(shí)噴嘴調(diào)節(jié)的效率仍較高。噴嘴調(diào)節(jié)使機(jī)組的高壓部分(尤其是調(diào)節(jié)汽室中)在工況變動(dòng)時(shí)溫度變化較大，從而引起較大的熱應(yīng)力。因此這種機(jī)組在調(diào)節(jié)級(jí)汽室處的汽缸壁可能產(chǎn)生的較大熱應(yīng)力常常成為限制這種機(jī)組迅速改變負(fù)荷的重要因素。 由前面的討論知，調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉最危險(xiǎn)工況不是在最大負(fù)荷，而是在當(dāng)?shù)谝徽{(diào)節(jié)閥剛?cè)_時(shí)的負(fù)荷。 二、節(jié)流配汽 圖3-11節(jié)流配汽汽輪機(jī)的示意圖和熱力過程線 (a)示意圖，(b)熱力過程線節(jié)流 進(jìn)入汽輪機(jī)的所有蒸汽都通過一個(gè)調(diào)節(jié)汽門(在大容量機(jī)組上，為避免這個(gè)汽門尺寸太大，可通過幾個(gè)同時(shí)啟閉的汽門)，然后流

42、進(jìn)汽輪機(jī)，如圖3-11(a)所示。最大負(fù)荷時(shí)，調(diào)節(jié)汽門全開，蒸汽流量最大，全機(jī)扣除進(jìn)汽機(jī)構(gòu)節(jié)流損失后的理想比焓降(htmac)，(見圖3-11，b)最大，故功率最大。 部分負(fù)荷時(shí)，調(diào)節(jié)汽門關(guān)小，因蒸汽流量減小，且蒸汽受到節(jié)流，全機(jī)扣除進(jìn)汽機(jī)構(gòu)節(jié)流損失后的理想比焓降減為(htmac)，故功率減小。圖3-11(b)中p0。表示調(diào)節(jié)汽門全開時(shí)第一級(jí)級(jí)前壓力，p0表示調(diào)節(jié)汽門部分開啟時(shí)第一級(jí)級(jí)前壓力。 配汽汽輪機(jī)定壓運(yùn)行時(shí)的主要缺點(diǎn)是，低負(fù)荷時(shí)調(diào)節(jié)汽門中節(jié)流損失較大，使扣除進(jìn)汽機(jī)構(gòu)節(jié)流損失后的理想比焓降減小得較多。通常用節(jié)流效率th表示節(jié)流損失對(duì)汽輪機(jī)經(jīng)濟(jì)性的影響： (3-33)根據(jù)全機(jī)相對(duì)內(nèi)效率的定

43、義，可得 (3-34)式中：th指未包括進(jìn)汽機(jī)構(gòu)的通流部分相對(duì)內(nèi)效率：對(duì)再熱機(jī)組htmac、(htmac)、(hImac)均為高中低壓缸比焓降之和。 節(jié)流效率是蒸汽初終參數(shù)和流量的函數(shù)。圖3-12是初壓p0=12.75MPa、初溫t0=565時(shí)，節(jié)流效率th與背壓pg、流量比G1/G的關(guān)系曲線。只要求出G1/G下的p0，若是再熱機(jī)組尚需知道再熱壓力pr1、再熱壓損pr1、再熱溫度tr，就可查水蒸氣圖表求出th。由圖可見，在同一背壓下，蒸汽流量比設(shè)計(jì)值小得越多，調(diào)節(jié)汽門中的節(jié)流越大，節(jié)流效率越低。 圖3-12節(jié)流效率變化曲線 在同一流量下，背壓越高，節(jié)流效率越低。因此，全機(jī)理想比焓降較小的背壓式

44、汽輪機(jī)，不宜采用節(jié)流配汽。背壓很低的凝汽式汽輪機(jī)，即使流量下降較多，節(jié)流效率仍降得很少。與噴嘴配汽相比，節(jié)流配汽的優(yōu)點(diǎn)是：沒有調(diào)節(jié)級(jí)，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，制造成本較低；在工況變動(dòng)時(shí)，各級(jí)比焓降(除最末級(jí))變化不大；其過程線可在h-s圖上水平移動(dòng)，故級(jí)前溫度變化較小，從而減小了熱變形及熱應(yīng)力，提高了機(jī)組運(yùn)行的可靠性和對(duì)負(fù)荷變化的適應(yīng)性。 現(xiàn)代大型節(jié)流配汽汽輪機(jī)若是滑壓運(yùn)行，則既可用于承擔(dān)基本負(fù)荷，也可用于調(diào)峰；若定壓運(yùn)行，則因其部分負(fù)荷下經(jīng)濟(jì)性較差，故節(jié)流調(diào)節(jié)只適用于輔助性的小功率汽輪機(jī)以及擔(dān)負(fù)基本負(fù)荷且設(shè)計(jì)功率等于額定功率的大型電站汽輪機(jī)。 為了綜合節(jié)流調(diào)節(jié)和噴嘴調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，擔(dān)任基本負(fù)荷的機(jī)組往往設(shè)

45、計(jì)成在低負(fù)荷下兩個(gè)調(diào)節(jié)閥同時(shí)動(dòng)作，以擴(kuò)大節(jié)流調(diào)節(jié)控制的部分負(fù)荷范圍，從而也減輕了調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉在第一調(diào)節(jié)閥全開時(shí)所受到的蒸汽彎曲應(yīng)力。 三、配汽方式對(duì)定壓運(yùn)行機(jī)組變工況的影響在定壓運(yùn)行時(shí)，配汽方式對(duì)全機(jī)變工況的影響較大。上述調(diào)節(jié)級(jí)壓力與流量的關(guān)系，就是噴嘴配汽方式對(duì)第一級(jí)(調(diào)節(jié)級(jí))變工況的影響。至于節(jié)流配汽方式，第一級(jí)是非調(diào)節(jié)級(jí)，并未分為幾個(gè)噴嘴組，所以不存在上述情況。 定壓運(yùn)行負(fù)荷變化時(shí)，配汽方式對(duì)全機(jī)熱力過程和各級(jí)溫度變化的影響，也是不相同的。 圖3-13(a)所示是東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的300MW中間再熱汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)在各種負(fù)荷下熱力過程線的變化情況。該機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)共有四個(gè)噴嘴組。設(shè)計(jì)工況下，前三個(gè)噴

46、嘴組的調(diào)節(jié)汽門全開，熱力過程如曲線AB所示，p11=12.27MPa，能發(fā)出300MW電功率。最大功率時(shí)，四個(gè)噴嘴組的調(diào)節(jié)汽門都全開，熱力過程如曲線AB1所示，功率超過300MW。80設(shè)計(jì)功率下，前兩個(gè)噴嘴組的調(diào)節(jié)汽門全開，熱力過程如曲AB2所示，p11=219.82MPa。該機(jī)第I、兩個(gè)調(diào)節(jié)汽門是同時(shí)啟閉的，故在40設(shè)計(jì)功率下，第I、兩個(gè)噴嘴組前的調(diào)節(jié)汽門都部分開啟，全部蒸汽受到節(jié)流，噴嘴組前壓力降為點(diǎn)A1的8.0MPa左右，然后在噴嘴和動(dòng)葉中膨脹到點(diǎn)B3，p=214.91MPa。 由此可見，在不同負(fù)荷下，調(diào)節(jié)級(jí)的比焓降是變化的。而且，從圖中還可看出，調(diào)節(jié)級(jí)的排汽溫度也是變化的。 負(fù)荷變化時(shí)

47、，調(diào)節(jié)級(jí)排汽溫度的變化還將使非調(diào)節(jié)級(jí)各級(jí)溫度都變化，因而引起零部件的熱應(yīng)力和熱變形。如果調(diào)節(jié)級(jí)排汽溫度變化較大，則引起的熱應(yīng)力和熱變形也將較大，影響機(jī)組運(yùn)行的安全性和負(fù)荷調(diào)度的靈活性。 若這臺(tái)汽輪機(jī)第I、兩噴嘴組的調(diào)節(jié)汽門不是同時(shí)啟閉，而是依次啟閉，那么40設(shè)計(jì)功率下，將只有第I噴嘴組的調(diào)節(jié)汽門全開，第噴嘴組的汽門是關(guān)閉的(忽略重疊度)，這時(shí)調(diào)節(jié)級(jí)的熱力過程線將如圖中虛AB4所示，調(diào)節(jié)級(jí)的有效比焓降大增，調(diào)節(jié)級(jí)的排汽溫度更低。這時(shí)，由最大功率降到40設(shè)計(jì)功率，調(diào)節(jié)級(jí)排汽溫度由509降為403左右，變化一百多度，由圖3-14中的虛線B4C4可見，高壓缸各非調(diào)節(jié)級(jí)的溫度都將下降100左右。如果負(fù)荷

48、下降很快，這將引起高壓缸各級(jí)相當(dāng)大的熱應(yīng)力和熱變形。但從熱經(jīng)濟(jì)性角度來說，由于沒有節(jié)流損失，過程線AB4的有效比焓降約比過程線A1B3的大一倍左右。 圖3-13兩種配汽方式下調(diào)節(jié)級(jí)或第一級(jí)的熱力過程線 (a)噴嘴配汽熱力過程線，(b)節(jié)流配汽熱力過程線 AB-設(shè)計(jì)工況，AB1-最大功率工況，AB2-80設(shè)計(jì)功率工況，A1B3-節(jié)流-噴嘴混合配汽的40設(shè)計(jì)功率工況，AB4-純噴嘴配汽的40設(shè)計(jì)功率工況;Ab-設(shè)計(jì)工況，a2b2-80設(shè)計(jì)功率工況；a3b3-40設(shè)計(jì)功率工況 圖3-14三種配汽方式下高壓缸的熱力過程線 ABC-噴嘴配汽設(shè)計(jì)工況，A1B3C3-節(jié)流-噴嘴混合配汽的40設(shè)計(jì)功率工況；A

49、B4C4-噴嘴配汽的40設(shè)計(jì)功率工況，AD-節(jié)流配汽設(shè)計(jì)工況，A2D2-節(jié)流配汽的40設(shè)計(jì)功率工況 現(xiàn)在，這臺(tái)汽輪機(jī)第I、兩噴嘴組的調(diào)節(jié)汽門同時(shí)啟閉，同樣大的負(fù)荷變化下，調(diào)節(jié)級(jí)排汽溫度從509下降到447左右，只下降50左右，由圖3-14中的過程B3CJ可見，高壓缸各級(jí)溫度的變化也就減小了一半左右，可避免零部件過大的熱應(yīng)力和熱變形，但在熱經(jīng)濟(jì)性上，節(jié)流損失增大，這是犧牲一些效率來換取運(yùn)行的安全性與負(fù)荷調(diào)度的靈活性，以便于適應(yīng)調(diào)峰的需要。這種配汽方式，對(duì)于第I、兩噴嘴組來說是節(jié)流配汽，對(duì)、噴嘴組來說是噴嘴配汽，故稱為節(jié)流-噴嘴混合配汽方式。 在小型汽輪機(jī)上，新汽溫度和壓力都較低，零部件尺寸較小，

50、負(fù)荷變化時(shí)熱應(yīng)力較小，且轉(zhuǎn)子與靜子之間的軸向與徑向間隙較大，對(duì)熱變形的敏感性較小，所以一般不采用這種節(jié)流-噴嘴混合配汽方式。 圖3-13(b)表示上述同一臺(tái)汽輪機(jī)如果改為節(jié)流配汽方式來定壓運(yùn)行，而且第一級(jí)設(shè)計(jì)比焓降與圖3-14(a)的調(diào)節(jié)級(jí)相同的該機(jī)第一級(jí)熱力過程線的變化情況。曲線Ab、a2b2與a3b3分別表示設(shè)計(jì)功率、80設(shè)計(jì)功率與40設(shè)計(jì)功率下的第一級(jí)熱力過程線。因?yàn)榧?jí)前后的壓力都與流量成正比，故第一級(jí)的比焓降不變。由于是節(jié)流過程，所以第一級(jí)前后汽溫都變化不大，負(fù)荷變化時(shí)各級(jí)熱應(yīng)力和熱變形都不大。 圖3-14是同一臺(tái)汽輪機(jī)分別采用噴嘴配汽、節(jié)流配汽或節(jié)流噴嘴混合配汽時(shí)的高壓缸熱力過程線。

51、在設(shè)計(jì)功率下，噴嘴配汽及節(jié)流配汽這兩種配汽方式的高壓缸熱力過程線和效率都差不多。在40設(shè)計(jì)功率下AB4C4的有效比焓降顯然比A2D2的大許多，AB4C4各級(jí)溫度的變化也大許多。 由于這臺(tái)汽輪機(jī)在80設(shè)計(jì)功率以下，第I、噴嘴組的調(diào)節(jié)汽門同時(shí)啟閉，相當(dāng)于節(jié)流配汽，故40設(shè)計(jì)功率下的過程線A1B3C3與節(jié)流配汽的A2D2過程線相差不大。對(duì)于中低壓缸，如果兩種配汽方式下再熱器出口蒸汽溫度相同，那么配汽方式對(duì)中低壓缸沒有影響。但實(shí)際上，由于噴嘴配汽的高壓缸排汽溫度較低，再熱后蒸汽溫度也略低，這就使低壓缸濕汽損失增大，效率略低。 四、滑壓運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與安全性 隨著電網(wǎng)和單機(jī)容量的不斷增大，用電峰谷差越來越

52、大，原采承擔(dān)基本負(fù)荷的大容量機(jī)組(300MW以上機(jī)組)，現(xiàn)在也要承擔(dān)尖峰負(fù)荷進(jìn)行調(diào)峰。因此，汽輪機(jī)運(yùn)行所注意的問題不僅是效率的高低，還應(yīng)使機(jī)組具有足夠的負(fù)荷適應(yīng)能力，。在實(shí)際運(yùn)行中，負(fù)荷適應(yīng)能力與機(jī)組能否安全可靠運(yùn)行有著直接關(guān)系，因而顯得更重要。為了適應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展的要求，高參數(shù)大容量機(jī)組多數(shù)采用滑壓運(yùn)行方式。 大容量汽輪機(jī)調(diào)峰時(shí)，采用滑壓運(yùn)行方式，在安全性和負(fù)荷變化靈活性上，都優(yōu)于定壓運(yùn)行方式，一定條件下的經(jīng)濟(jì)性也優(yōu)于定壓運(yùn)行方式。 (一)滑壓運(yùn)行方式 滑壓運(yùn)行又稱變壓運(yùn)行，是相對(duì)于傳統(tǒng)的定壓運(yùn)行而言的。汽輪機(jī)滑壓運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)汽門全開或開度不變。根據(jù)負(fù)荷大小調(diào)節(jié)進(jìn)入鍋爐的燃料量、給水量和空氣量，

53、使鍋爐出口汽壓和流量隨負(fù)荷升降而升降，但出口汽溫不變，因此汽輪機(jī)的進(jìn)汽溫度t0維持額定值不變，而進(jìn)汽壓力與流量都隨負(fù)荷升降而增減，可借以調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的功率。汽輪機(jī)的進(jìn)汽壓力隨外界負(fù)荷增減而上下滑動(dòng)，故稱滑壓運(yùn)行。 滑壓運(yùn)行方式最早是由聯(lián)邦德國(guó)在50年代開始研究并首先應(yīng)用到機(jī)組上的。60年代以來，美、日、前蘇聯(lián)和歐洲其他各國(guó)也先后應(yīng)用在機(jī)組上。目前國(guó)內(nèi)外新設(shè)計(jì)的300MW以上機(jī)組一般都把滑壓運(yùn)行作為一種推薦運(yùn)行方式滑壓運(yùn)行又可分為三種方式。 1.純滑壓運(yùn)行方式 在整個(gè)負(fù)荷變化范周內(nèi)，所有調(diào)節(jié)閥均處在全開位置，完全靠鍋爐調(diào)節(jié)燃燒改變鍋爐出口蒸汽壓力和流量以適應(yīng)負(fù)荷變化。這種方法操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，具

54、有較高的經(jīng)濟(jì)性。 但是，從汽輪機(jī)負(fù)荷變化信號(hào)輸入鍋爐，到新蒸汽壓力改變有一個(gè)時(shí)滯，即不能對(duì)負(fù)荷變化快速響應(yīng)。對(duì)于中間再熱機(jī)組，由于再熱器和冷段導(dǎo)汽管的熱慣性，負(fù)荷變動(dòng)時(shí)，低壓缸有明顯的功率延滯現(xiàn)象，通常依靠高壓調(diào)速汽門動(dòng)態(tài)過開的方法來補(bǔ)償，但此時(shí)調(diào)速汽門口全開，沒有調(diào)節(jié)手段，故此方法難于適應(yīng)負(fù)荷的頻繁變動(dòng)的工況。另外，調(diào)速汽門長(zhǎng)期處于全開狀態(tài)，易于結(jié)垢卡澀，故需要定期手動(dòng)活動(dòng)調(diào)速汽門。 2.節(jié)流滑壓運(yùn)行方式為了彌補(bǔ)純滑壓運(yùn)行時(shí)負(fù)荷調(diào)整速度慢的缺點(diǎn)，可采用節(jié)流滑壓運(yùn)行方式，即在正常運(yùn)行情況下，汽輪機(jī)調(diào)速汽門不全開。當(dāng)負(fù)荷急劇升高時(shí)，開大節(jié)流調(diào)節(jié)汽門應(yīng)急調(diào)節(jié)；負(fù)荷突降時(shí)，也可關(guān)小調(diào)節(jié)汽門加以調(diào)節(jié)，

55、待鍋爐燃燒狀況跟上后，再將節(jié)流調(diào)節(jié)汽門開度恢復(fù)到原位，這就可避免鍋爐熱慣性對(duì)負(fù)荷迅速變化的限制。顯然，這種運(yùn)行方式由于調(diào)速汽門經(jīng)常處于節(jié)流狀態(tài)，存在一定的節(jié)流損失，降低了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。 3.復(fù)合滑壓運(yùn)行方式汽輪機(jī)采用噴嘴配汽，高負(fù)荷區(qū)域內(nèi)(如8095額定負(fù)荷以上)進(jìn)行定壓運(yùn)行，用啟閉調(diào)節(jié)汽門來調(diào)節(jié)負(fù)荷，汽輪機(jī)組初壓較高，循環(huán)熱效率較高，且負(fù)荷偏離設(shè)計(jì)值不遠(yuǎn)，相對(duì)內(nèi)效率也較高。較低負(fù)荷區(qū)域內(nèi)(如在8095與25，50額定負(fù)荷之間)僅全關(guān)最后一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)調(diào)節(jié)汽門，進(jìn)行滑壓運(yùn)行，這時(shí)沒有部分開啟汽門，節(jié)流損失相對(duì)最小，全機(jī)相對(duì)內(nèi)效率接近設(shè)計(jì)值，負(fù)荷急劇增減時(shí)，可啟閉調(diào)節(jié)汽門進(jìn)行應(yīng)急調(diào)節(jié)。在滑壓運(yùn)行的最低負(fù)荷點(diǎn)之下(如2550額定負(fù)荷之下)又進(jìn)行初壓水平較低的定壓運(yùn)行，以免經(jīng)濟(jì)性降低太多。這是滑壓