第三章：變工況運行2014

1、第三章 汽輪機在變工況下的工作第一講 級與級組的工況變化3.1 噴嘴非設(shè)計工況運行特性n基本關(guān)系n初參數(shù)不變 最大流量不變n初、終參數(shù)變化 最大流量改變00max0nGG10010000max0000000.6673/過 熱2/10.6356/飽和kknntnnApvGAkpvkApv1100GG00max101001000max 0001001nnGpTpTGpTpTm ax 11100m ax 0nnGGGG3.2.1 級的壓力級的壓力流量特性流量特性n 臨界工況 工況變化前、后噴嘴或動葉均為臨界，通過級的流量僅與進口初參數(shù)有關(guān)。噴嘴臨界 變化前后噴嘴均臨界，級后壓力變化不影響噴嘴流量，僅

2、與噴嘴前參數(shù)有關(guān)。第一講 級與級組的工況變化0010 100000 1c rc rGpTGpT動葉臨界 變化前后動葉均臨界，級后壓力變化不影響動葉流量，僅與噴嘴前參數(shù)有關(guān)。 對動葉對噴嘴n 級的臨界公式（結(jié)論記）第一講 級與級組的工況變化00111111100111111crcrGpTpTGpTpT000101111100001111pTGpTGpTpT001010101000001001crcrGpTpTGpTpTn亞臨界工況 變化前后噴嘴、動葉均為亞臨界（過程不用記） 假想流量 整級膨脹發(fā)生在噴嘴中真實流量第一講 級與級組的工況變化22annttGAh202000.6481cacrncpp

3、pGGAvpp12021121211tttnnttnnttmamtvGAcAhGv 流量、壓力關(guān)系（結(jié)論）(不用記憶)u注意：級臨界壓比不等于0.546簡化模型 比容變化較小、反動度基本不變，并略去小量 第一講 級與級組的工況變化1112 11 0102 01 10002220121012102 11 02220202012 01 111()()/(1)1()()/(1)1amttttamscscmttscscmttGvvGGvvGppppTvvppppTvv220121012200201ppTGGppTn混合工況 對工況變化前后臨界狀態(tài)發(fā)生變化，以臨界工況為分界點，作分步計算。n級變工況特性

4、小結(jié) 臨界亞臨界第一講 級與級組的工況變化001010101000001001crcrGpTpTGpTpT220121012200201ppTGGppT3.2.2 級組的壓力級組的壓力流量特性流量特性n級組 由前后串聯(lián)排列、流量相等的若干級組成n臨界工況 級組內(nèi)只要有一列葉柵(噴嘴或動葉)達到臨界時，則該級組為臨界工況。否則，為亞臨界工況。第一講 級與級組的工況變化nstodola試驗 上世紀20年代初，stodola在一臺轉(zhuǎn)速為4000rpm、8級反動式汽輪機進行試驗，研究非設(shè)計工況下流量、功率與初壓、背壓的對應(yīng)關(guān)系低背壓時，機組的流量近似正比于初壓，且中間級的級前壓力正比例于初壓；電功率近

5、似正比于初壓；初壓不變時高背壓變化，流量與背壓呈橢圓關(guān)系；反之，高背壓不變時，則流量與初壓呈雙曲線關(guān)系。第一講 級與級組的工況變化nstodola試驗的數(shù)學(xué)描述（不用記憶）低背壓時，級組的流量正比于初壓，即 ； 考慮溫度變化的影響，則電功率比例于初壓 功率比例于流量，流量比例于 初壓第一講 級與級組的工況變化01100pGGp01010001pTGGpT01100pGGp高背壓變化時高背壓下初壓變化時第一講 級與級組的工況變化22201110zpGpGKK0220011zTKpp T22201110zpGpKGK第一講 級與級組的工況變化nFlugel公式級組臨界 級組中只要有1個葉柵達到臨界

6、。(低壓級容易達到臨界)臨界工況 臨界級 前一級為亞臨界以此類推，得到11cxcxGpGp1,11122122xxxxccppGGpp1,1111xcxcxxpGpGpp第一講 級與級組的工況變化級組臨界工況 壓力、流量特性亞臨界工況 基于單級亞臨界關(guān)系作遞推，在各級初溫相對變化相等假設(shè)下，得1010001ccGpTGpT102201012201zzppTGGppT第一講 級與級組的工況變化nFlugel公式的應(yīng)用 使用條件亞臨界通流面積不變級組中各級流量相等，且蒸汽充滿流道級數(shù)足夠多(45級以上)22201210121122200202()()/(1)()()/(1)gcrgcrgcrgcr

7、ppppGGpppp第一講 級與級組的工況變化nFlugel公式的推廣應(yīng)用非調(diào)整抽汽回?zé)峒壗M 非調(diào)整抽汽級組的抽汽量通常比例于主流流量，即對這2個級組分別用Flugel公式，得121,(1)exGkG Gk G222211112222ACBCACBCpppppppp22111220ACACppGGpp第一講 級與級組的工況變化通流面積按比例變化 因均勻性結(jié)垢使通流面積按比例減小時，按可比的單位面積流量進行計算。0101100001/pTGAGApT0011010pTAApT第一講 級與級組的工況變化例：某凝汽式汽輪機，額定蒸汽流量為132.6t/h，調(diào)節(jié)級汽室壓力為1.67MPa。當機組流量降

8、為90t/h時，試問此時調(diào)節(jié)級汽室的壓力為多少？又，壓力級結(jié)垢通流面積減少5%后，蒸汽量90t/h下調(diào)節(jié)級汽室壓力是多少？分析思路 將通流部分分為調(diào)節(jié)級和其后的壓力級；凝汽式意味著背壓遠低于初壓。第一講 級與級組的工況變化解：(1) 對壓力級，不計背壓和溫度變化的影響。有(2)結(jié)垢后通流面積減少5，則0101101090,1.133132.61.67ppGpMpaGp010111010/901,1.193/132.60.951.67ppGApMpaGAp第一講 級與級組的工況變化級數(shù)增、減時流量和壓力關(guān)系 實際應(yīng)用中，因某種需要拆除某個級，此時要求分析拆除后對一些級的強度的影響。對這類綜合應(yīng)用

9、問題，分析的原則是合理劃分級組，從結(jié)構(gòu)沒有改變的級組開始計算。第一講 級與級組的工況變化例：某凝汽式汽輪機共有10級，第6級因故障被迫拆除。試問拆除后若流量仍為設(shè)計值，則調(diào)節(jié)級汽室的壓力變化多少？哪個級所受影響最大？級次調(diào)節(jié)2345678910級后壓力1.176MPa0.862MPa0.612MPa0.426MPa0.282MPa0.179MPa0.104MPa62.2kPa32.3kPa4.9kPa第一講 級與級組的工況變化分析：將結(jié)構(gòu)不變的級分為一組。解：本例分為3個級組，第I級組是調(diào)節(jié)級到第5級，第II級為第6級，第III級組為第710級。 (1) 拆除第6級后，流量不變，故第III級組

10、前的壓力不會變化。第I級組后壓力由原0.282MPa變?yōu)?.179MPa， 由級組壓力、流量特性關(guān)系求調(diào)節(jié)級后壓力變化010122226012222050.1791,1.15561.1760.282ppppMPapp第一講 級與級組的工況變化(2) 顯然，在拆除第6級后，對調(diào)節(jié)級汽室的影響較小，受影響最大者為第5級，因為 即第5級的壓差由0.144MPa上升到0.18559MPa，約增大28.9%。離第6級越遠，所受影響就越小。412222641412222450.1791,0.364590.4260.282ppppMPapp第二講 汽輪機的配汽方式和調(diào)節(jié)級的變工況3.3 功率調(diào)節(jié)的配汽方式及

11、其運行特性n汽輪機配汽 改變汽輪機的改變進汽量和焓降來改變功率輸出。n主要方式 節(jié)流配汽、噴嘴配汽、滑壓配汽和補汽(旁通)配汽。3.3.1 節(jié)流配汽 n原理 利用調(diào)節(jié)汽閥節(jié)流降壓改變進汽量和焓降。n特點 通流部分結(jié)構(gòu)不變和效率及熱狀態(tài)基本不變，機構(gòu)簡單，節(jié)流損失大，效率低。第二講 汽輪機的配汽方式和調(diào)節(jié)級的變工況3.3.2 噴嘴配汽噴嘴配汽n原理 多個調(diào)節(jié)汽門順序開啟改變進汽量，僅有一個調(diào)門節(jié)流提高效率。n特點 設(shè)有部分進汽調(diào)節(jié)級，多個調(diào)門，部分節(jié)流理想焓降基本不變，效率高，調(diào)節(jié)級后溫度變化大。第二講 汽輪機的配汽方式和調(diào)節(jié)級的變工況第二講 汽輪機的配汽方式和調(diào)節(jié)級的變工況第二講 汽輪機的配汽

12、方式和調(diào)節(jié)級的變工況第二講 汽輪機的配汽方式和調(diào)節(jié)級的變工況n閥點時的熱力過程分析閥點 調(diào)節(jié)汽門順序開啟過程中，調(diào)門全開、沒有節(jié)流損失對應(yīng)的點。I閥點，II閥點方法 通流部分分為調(diào)節(jié)級和非調(diào)級組兩部分，且假設(shè)調(diào)節(jié)級的反動度為零。注意：調(diào)節(jié)級后壓力是分析、計算的關(guān)鍵點 ! 閥點時的熱力過程線第二講 汽輪機的配汽方式和調(diào)節(jié)級的變工況10111110111TGpGpTIII閥點II閥點IV閥點隨流量減小，調(diào)節(jié)級后溫度降低、效率下降例：某設(shè)有4個調(diào)節(jié)級噴嘴組的凝汽式汽輪機，主蒸汽 ，噴嘴組的噴嘴數(shù)依次為4、4、6、8設(shè)計工況下4個調(diào)門全開，額定流量 ， 此時調(diào)節(jié)級后壓力為10.0MPa。試求I、II、

13、III閥點對應(yīng)的流量。設(shè)調(diào)節(jié)級的反動度為零。解析：各閥點通過調(diào)節(jié)級的流量一定是最大流量與流量比系數(shù)的乘積。第二講 汽輪機的配汽方式和調(diào)節(jié)級的變工況0016.67,550pMPa tC300 /Gt h第二講 汽輪機的配汽方式和調(diào)節(jié)級的變工況解：(1)由壓比 計算=10/16.67=0.59988=0.99293 (2)最大流量max0/ =302.14t/hGG (3)III閥點時最大流量14max22302.14192.27 /IIIGt h (4)II閥點時最大流量8max22302.14109.87 /IIGt h (5)I閥點時最大流量4max22302.1454.93 /IGt hn

14、非閥點時的熱力過程分析 存在部分節(jié)流。解決調(diào)門中的蒸汽流量分配和部分開啟調(diào)門后的壓力計算。方法 以閥點流量計算為先導(dǎo)，求出各調(diào)門的流量分配用噴嘴或單級壓力、流量關(guān)系計算部分開啟調(diào)門后的壓力。第二講 汽輪機的配汽方式和調(diào)節(jié)級的變工況n非閥點時的熱力過程線 介于2個閥點之間，調(diào)節(jié)級后狀態(tài)點決定于混合焓 第二講 汽輪機的配汽方式和調(diào)節(jié)級的變工況III閥點II閥點IIhIIIhhIIIIIIIIIIIIIIIh Gh GhGGn噴嘴配汽時蒸汽流量與調(diào)門后壓力第二講 汽輪機的配汽方式和調(diào)節(jié)級的變工況1pcp0pIVGIIIGIIGIGpGn調(diào)節(jié)級后壓力與調(diào)門流量第二講 汽輪機的配汽方式和調(diào)節(jié)級的變工況1

15、pGcpn噴嘴配汽實際壓力、流量關(guān)系(1) 主蒸汽 流動阻力(2) 調(diào)節(jié)級后 溫度(3) 開啟重迭度第二講 汽輪機的配汽方式和調(diào)節(jié)級的變工況pG1p0pIVGIIIGIIGIGn噴嘴配汽小結(jié)特點 部分進汽調(diào)節(jié)級，部分節(jié)流效率高，調(diào)節(jié)級焓降隨負荷降低而增大，其后溫度隨負荷則降低優(yōu)點 部分節(jié)流理想焓降基本不變，效率較高缺點 調(diào)節(jié)級后溫度隨負荷降低，高壓缸的溫度變化較大，調(diào)節(jié)級動葉汽流力大。關(guān)鍵點關(guān)鍵點 調(diào)節(jié)級后壓力為切入點。調(diào)節(jié)級后壓力比例于流量、全開調(diào)門對應(yīng)噴嘴組前的壓力等于初參數(shù)、反動度為零。第二講 汽輪機的配汽方式和調(diào)節(jié)級的變工況3.3.4 補汽配汽補汽配汽n原理 又稱旁通配汽，利用中間級較

16、大的通流面積，通過內(nèi)部或外部旁通閥將蒸汽引入中間級，以增大汽輪機的進汽量和功率輸出。n外旁通 旁通蒸汽來自于汽輪機的外部。 n內(nèi)旁通 旁通蒸汽來自于汽輪機的內(nèi)部。n分析方法 以旁通閥為分界點 劃分級組。第二講 汽輪機的配汽方式和調(diào)節(jié)級的變工況例：某背壓式供熱汽輪機，采用噴嘴、內(nèi)旁通配汽。調(diào)節(jié)級設(shè)有5個噴嘴組，前4個用于正常工況，第V個用于加強工況，前4個噴嘴組有36只噴嘴，第V個有11只。在調(diào)節(jié)級后與第5級前設(shè)置一內(nèi)旁通閥，加強工況時開啟。初參數(shù)為 ，前4個調(diào)門全開時最大流量為155t/h，調(diào)節(jié)級和第4級后的壓力分別為 ，第4級后的溫度 ； 供熱壓力為 。試問當汽輪機進汽量為206t/h時流經(jīng)

17、旁通閥的蒸汽流量。第二講 汽輪機的配汽方式和調(diào)節(jié)級的變工況008.8,535pMPa tC146.9,5.05pMPa pMPa4466tC1.27zpMPa解：設(shè)不計溫度變化影響。將調(diào)節(jié)級、第5級后和其余級分為3個級組。求在206t/h下第5級前的壓力。第二講 汽輪機的配汽方式和調(diào)節(jié)級的變工況22141224zzGppGpp416.37pMPa計算調(diào)節(jié)級后壓力 因設(shè)計工況調(diào)節(jié)級為亞臨界，加強工況調(diào)節(jié)級一定為亞臨界計算通過中間級組的蒸汽流量 由求得的加強工況下調(diào)節(jié)級后和第5級前壓力，利用亞臨界工況級組流量、壓力關(guān)系求得加強工況下通過2、3、4級組的蒸汽流量為82t/h。計算加強工況下通過旁通閥

18、的流量 旁通閥的流量20682124t/h。第二講 汽輪機的配汽方式和調(diào)節(jié)級的變工況2201112201/47/36ppGGpp116.84pMPa3.3.5 3.3.5 不同配汽方式運行特性比較不同配汽方式運行特性比較(1)經(jīng)濟性 噴嘴配汽，滑壓配汽，節(jié)流配汽(2) 安全性 滑壓配汽，節(jié)流配汽，噴嘴配汽(3) 負荷響應(yīng)能力 噴嘴配汽、節(jié)流配汽，滑壓配汽(4) 特例 基于變速給水泵的滑壓配汽，綜合經(jīng)濟性有可能優(yōu)于噴嘴配汽第二講 汽輪機的配汽方式和調(diào)節(jié)級的變工況0p0tth0pcp第二講 汽輪機的配汽方式和調(diào)節(jié)級的變工況n不同配汽方式的運行特性比較經(jīng)濟性安全性響應(yīng)能力噴嘴配汽好差好節(jié)流配汽差較好好滑壓配汽較好好差3.3.6 3.3.6 混合配汽混合配汽n原理 發(fā)揮不同配汽方式安全性、經(jīng)濟性優(yōu)勢，提高機組綜合運行性能n亞臨界機組 高負荷噴嘴配汽，中間負荷滑壓配汽，低負荷節(jié)流配汽n超臨界機組 以修正滑壓配汽為主，或節(jié)流+補汽配汽第二講 汽輪機的配汽方式和調(diào)節(jié)級的變工況n例如 浙江北侖發(fā)電廠#2機（法國ALSTHOM 600MW）的運行方式是：