哈爾濱電力職業(yè)技術學院

第三章汽輪機的變工況教學目標：

①會利用流量網(wǎng)圖計算變工況

②知道不同調節(jié)方式對變工況的影響

③能回答蒸汽參數(shù)變化對汽輪機工作的影響

重點：

①噴管、級、級組的變工況規(guī)律

②利用流量網(wǎng)圖計算變工況③不同調節(jié)方式對汽輪機變工況的影響

④蒸汽參數(shù)變化對汽輪機工作的影響

第三章汽輪機的變工況第三章汽輪機的變工況本節(jié)內容：第一節(jié)噴管的變工況第二節(jié)級與級組的變工況第三節(jié)汽輪機的調節(jié)方式及調節(jié)級變工況第四節(jié)參數(shù)變化對汽輪機工作安全性的影響3.1噴管的變工況研究變工況的目的，在于分析汽輪機變工況下的熱力過程，了解其效率的變化及主要零部件的受力情況，以保證在變工況下安全、經(jīng)濟地運行分析噴管變工況的目的是分析噴管前后的蒸汽壓力與噴管流量的關系引言：3.1噴管的變工況基本概念：運行時各種參數(shù)都保持設計值,即汽輪機在設計條件下的工況變工況：與設計條件不相符的工況經(jīng)濟功率：汽輪機在設計條件下所發(fā)出的功率額定功率：汽輪機長期運行所能連續(xù)發(fā)出的最大功率不同工況下熱力過程，蒸汽流量、蒸汽參數(shù)的變化，不同調節(jié)方式對汽輪機工作的影響，保證機組安全、經(jīng)濟運行研究目的：設計工況：3.1噴管的變工況一、漸縮噴管漸縮噴管變工況（1）當即壓力比時，如圖左側abc曲線所示，流量如圖中d點所示（2）當

即時，如圖中曲線ab1c1所示（3）當即壓力比如圖中曲線ab2c2所示（4）當，即時，如圖中曲線ab2b3c3

所示3.1噴管的變工況漸縮噴嘴流量與出口壓力的關系曲線如圖中曲線AB1C1

所示故:稱為彭臺門系數(shù)，這樣，通過噴管的任意流量G可表示為：3.1噴管的變工況漸縮噴管流量網(wǎng)圖3.1噴管的變工況當噴管的初終參數(shù)都變化時，則在變工況下的流量為：式中的下標“1”表示變工況后的參數(shù)，則：如近似地將蒸汽視為理想氣體，并應有狀態(tài)方程于pv=RT上式,則得如果噴管初壓變動是由于蒸汽節(jié)流而發(fā)生的，則因為節(jié)流過程中pv為常數(shù)，在上述情況中有于是則得3.1噴管的變工況如果變工況前后均為臨界工況，則故有當略去初溫變化時，則有上式表明，不同工況下的臨界流量與初壓成正比運用以上各式，便可進行噴管的變工況計算，即可由已知的工況確定任意工況下的流量或壓力3.1噴管的變變工況二、縮放放噴管的的變工況況設計背壓壓p1：保持蒸汽汽在斜切切部分不不膨脹的的最低背背壓特征背壓壓p1a：噴嘴喉部部保持臨臨界狀態(tài)的最高高背壓極限背壓壓p1d：在斜切部部分膨脹脹達到極限時對對應的壓壓力速度系數(shù)隨壓力比的變化曲線3.1噴管的變變工況小結：熟悉漸縮噴管管變工況況了解縮放噴管管變工況況掌握用流量網(wǎng)網(wǎng)圖計算算變工況況3.2級與級組組的變工工況一、變工工況下級級前后參參數(shù)與流流量的關關系研究汽輪輪機級的的變工況況特性，，主要是分析級中中各參數(shù)數(shù)隨流量量變化而而變化的的基本規(guī)規(guī)律。（一）級級在臨界界工況下下工作1、工況況變化前前后噴管管均處于于臨界狀狀態(tài)此時通過過的流量量只與噴噴管前的的蒸汽參參數(shù)有關關，而與與噴管后后和級后后壓力無無關3.2級與級組組的變工工況2、工況況變化前前后動葉葉處于臨臨界狀態(tài)態(tài)結論：只要級級在臨界界狀態(tài)下下工作，，不論臨臨界狀態(tài)態(tài)是發(fā)生生在噴嘴嘴中還是是發(fā)生在在動葉中中，通過過該級的的流量均均與級前前壓力成成正比，，而與級級后壓力力無關。。3.2級與級組組的變工工況（二）級級在亞臨臨界下工工作結論：當級內未未達到臨臨界狀態(tài)態(tài)時，通通過級的的流量不不僅與級級前參數(shù)數(shù)有關，，而且還還與級后后參數(shù)有有關。（三）一一種工況況下級處處于臨界界狀態(tài)，，而在另另一種工工況下級級處于亞亞臨界狀狀態(tài)，對于這這種情況況，無法法給出級級內流量量與蒸汽汽參數(shù)之之間的具具體關系系式3.2級與級組組的變工工況二、變工工況下級級組前后后參數(shù)與與流量的的關系基本概念念：級組：多級汽輪輪機中一一些流量量相等，，工況變變化時通通流面積積不變的的相鄰若若干級的的組合。。級組的臨臨界壓力力：當級組中中任一級級處于臨臨界狀態(tài)態(tài)時級組組的最高高背壓。級組的臨臨界壓力力比：級組的臨臨界壓力力pzcr與級組的的初壓之之比，用用zcr表示。其其大小與與級組中中級數(shù)的的多少有有關。3.2級與級組組的變工工況知道變工況下下級、級級組前后后參數(shù)與與流量的的關系熟悉凝汽式汽汽輪機變變工況規(guī)規(guī)律小結：3.3汽輪機的的調節(jié)方方式及調調節(jié)級變變工況汽輪機的的功率方方程由上式可可知，要要改變汽汽輪機的的功率，，可改變變流量D或焓降Ht●從結構上上看汽輪機的調節(jié)方式式有：噴嘴調節(jié)節(jié)、節(jié)流流調節(jié)●從運行方式式上看有：定定壓調節(jié)節(jié)和滑壓調節(jié)節(jié)一、節(jié)流流調節(jié)節(jié)流調節(jié)節(jié)示意圖圖1、定義：所有進進入汽輪輪機的蒸蒸汽都經(jīng)經(jīng)過一個個或幾個個同時啟啟閉的調調節(jié)閥，，然后進進入第一一級噴嘴嘴。3.3汽輪機的的調節(jié)方方式及調調節(jié)級變變工況調節(jié)級的的熱力過過程線2、節(jié)流調節(jié)節(jié)的調節(jié)節(jié)過程節(jié)流調節(jié)節(jié)的熱力力過程線線如圖所所示結論：節(jié)流調節(jié)節(jié)第一級級的變工工況特性與中間間級完全全相同。。3.3汽輪機的的調節(jié)方方式及調調節(jié)級變變工況3、節(jié)流后后汽輪機機的相對對內效率率節(jié)流效率率曲線th－節(jié)流效效率節(jié)流效效率的大小小取決決于流流量和和蒸汽汽參數(shù)數(shù)3.3汽輪機機的調調節(jié)方方式及及調節(jié)節(jié)級變變工況況4、節(jié)流流調節(jié)節(jié)的特點（1））節(jié)流流調節(jié)節(jié)的結結構較較簡單單、制制造成成本低低；（2））工況況變動動時，，各級級焓降降(除除最末末級外外)變變化不不大，，故各各級前前的溫溫度變變化很很小，，從而而減小小了由由溫度度變化化而引引起的的熱變變形與與熱應應力，，提高高了機機組的的運行行可靠靠性和和機動動性；；（3））在部部分負負荷下下由于于節(jié)流流損失失，機機組經(jīng)經(jīng)濟性性下降降。5、節(jié)流流調節(jié)節(jié)的應用節(jié)流調調節(jié)一一般用用在小小機組組以及及承擔擔基本本負荷荷的大大型機機組上上。3.3汽輪機機的調調節(jié)方方式及及調節(jié)節(jié)級變變工況況二、噴噴嘴調調節(jié)及及調節(jié)節(jié)級變變工況況●噴嘴調調節(jié)：：將汽汽輪機機的第第一級級噴嘴嘴分成成若干干組，，每組組各有有一個個調節(jié)節(jié)閥控控制，，當汽汽輪機機的負負荷改改變時時，依依次開開啟或或關閉閉各調調節(jié)閥閥，以以調節(jié)節(jié)汽輪輪機的的進汽汽?；靖鸥拍睿海簢姽苷{調節(jié)結結構示示意圖圖1—主汽閥閥；2—進汽室室；3—噴管組組3.3汽輪機機的調調節(jié)方方式及及調節(jié)節(jié)級變變工況況●調節(jié)級級：采采用噴噴嘴調調節(jié)的的汽輪輪機第第一級級，其其通流流面積積隨負負荷的的改變變而改改變，，故稱稱該級級為調調節(jié)級級。該級后后的汽汽室常常稱為為調節(jié)級級汽室室。為了研研究調調節(jié)級級，做做以下下假設設：①調節(jié)節(jié)級的的反動度度m=0，且工況況變動動時反反動度度保持持不變變，因因此p1=p2；②全開閥閥后的的壓力力不隨隨流量量的增增加而而降低低；③各調調節(jié)氣氣閥的的開啟啟和關關閉完完全沒沒有重重疊度度，即即前一一個閥閥完全全開啟啟后，，后一一個才才開啟啟；④調節(jié)節(jié)級后后的蒸蒸汽壓壓力p2與蒸汽汽流量量成正正比，，而不不受調調節(jié)級級后的的溫度度變化化的影影響3.3汽輪機機的調調節(jié)方方式及及調節(jié)節(jié)級變變工況況1、調調節(jié)級級的變變工況況分析析調節(jié)級級的變變工況況曲線線（a）各噴噴管組組前壓壓力分分布曲曲線（b）各噴噴管組組流量量分布布曲線線①第一一調節(jié)節(jié)閥開開啟過過程中中：●閥后壓壓力(即噴噴嘴前前壓力力)與流量量成正正比，，當閥閥門全全開時時，達達到最最大●焓降的的變化化：由由于壓壓力比比保持持不變變，所以焓焓降也也保持持不變變。但但隨著著第二二、第第三調調節(jié)閥閥的開開啟，，焓降降將逐逐漸減減小。?！裾{節(jié)級級后壓壓力一一直小小于臨臨界壓壓力，，故通過過該組組噴嘴嘴的流流量為為臨界界流量量。3.3汽輪機機的調調節(jié)方方式及及調節(jié)節(jié)級變變工況況②第二二調節(jié)節(jié)閥開開啟過過程中中：●第二組組噴嘴嘴將從從非臨臨界狀狀態(tài)過過渡到到臨界界狀態(tài)態(tài)。在在噴嘴嘴達臨臨界之之前，，噴嘴嘴壓力力比隨隨流量量的增增加而而減小小，噴噴嘴達達臨界界后壓壓力比比則保保持不不變。。③第三三調節(jié)節(jié)閥開開啟過過程中中：●第三組組噴嘴嘴中一一直達達不到到臨界界狀態(tài)態(tài)；●噴嘴壓壓力比比隨流流量的的增大大而減減小。。④第四四調節(jié)節(jié)閥開開啟過過程中中：●第四調調節(jié)閥閥為過過負荷荷閥；；●第四組組噴嘴嘴的變變工況況特性性與第第三組組噴嘴嘴相同同。3.3汽輪機機的調調節(jié)方方式及及調節(jié)節(jié)級變變工況況●調節(jié)級級焓降降是隨隨汽輪輪機流流量的的變化化而改改變的的。流量增增加時時，部部分開開啟閥閥門所所控制制的噴噴嘴組組焓降降增大大，全開閥閥門所所控制制的噴噴嘴組組焓降降減小小。綜上所所訴：●在第一一調節(jié)節(jié)閥全全開而而第二二調節(jié)節(jié)閥尚尚未開開啟時時：①調節(jié)節(jié)級焓焓降達達最大大值；；②級前前后的的壓差差最大大③流過過該噴噴嘴的的流量量亦最最大④級的的部分分進汽汽度則則最小小，致致使調調節(jié)級級葉片片處于于最大大的應應力狀狀態(tài)。。所以當進行行調節(jié)節(jié)級強強度核核算時時，最危險險工況不不是汽汽輪機機的最最大負負荷，，而是是第一一調節(jié)節(jié)閥剛剛全開開時的的運行行工況況。3.3汽輪機機的調調節(jié)方方式及及調節(jié)節(jié)級變變工況況2、調調節(jié)級級的熱熱力過過程及及效率率曲線線調節(jié)級級的熱熱力過過程線線混合后后的焓焓值h2可由熱熱平衡衡方程程求得得：3.3汽輪機機的調調節(jié)方方式及及調節(jié)節(jié)級變變工況況調節(jié)級級效率率曲線線從圖中中可見見，調調節(jié)級級效率率曲線線具有有明顯顯的波波折狀狀。這這是因因為閥閥全開開時，，節(jié)流損損失小小，效效率較較高。在其其它工工況下下，通通過部部分開開啟閥閥的汽汽流受受到較較大的的節(jié)流流，使使效率下下降。3.3汽輪機機的調調節(jié)方方式及及調節(jié)節(jié)級變變工況況3、噴噴嘴調調節(jié)的的特點：（1））噴嘴嘴調節(jié)節(jié)的結結構較較復雜雜、制制造成成本高高；（2））工況況變動動時，，調節(jié)節(jié)級汽汽室溫溫度變變化大大，從從而增增加了了由溫溫度變變化而而引起起的熱熱變形形與熱熱應力力，限限制了了機組組的運運行可可靠性性和機機動性性;（3））在部部分負負荷下下的效效率高高于節(jié)節(jié)流調調節(jié)。。4、噴嘴嘴調節(jié)節(jié)的應用：大容量量機組組和背背壓機機組3.3汽輪機機的調調節(jié)方方式及及調節(jié)節(jié)級變變工況況小結：：了解節(jié)流調調節(jié)熟悉噴嘴調調節(jié)及及調節(jié)節(jié)級變變工況況能分析析調節(jié)級級危險險工況況3.4蒸汽參參數(shù)變變化對對汽輪輪機工工作安全性性的影影響汽輪機機除流流量變變化外外，當當蒸汽初初終參參數(shù)變變化運行時時，也也屬于于汽輪輪機變工況況運行范范圍。。一、蒸蒸汽初初壓p0、再熱熱壓力力pr變化過過大對對安全全性的的影響響1、初溫不不變，，初壓壓p0、再熱熱壓力力pr升高初溫不不變，，初壓壓升高高過多多，將將使主主蒸汽汽管道道、主主汽門門、調調節(jié)汽汽門、、導管管及汽汽缸等等承壓壓部件件內部部應力力增大大；對對末級級葉片片的運運行安安全性性可能能帶來來危險險；初初壓升升高、、流量量增大大還使使軸向向推力力增大大。2、初溫不變，，初壓p0、再熱壓力力pr降低初溫不變，，初壓降低低一般不會會帶來危險險；初壓降降低時，若若所發(fā)功率率不減小，，甚至仍要要發(fā)出額定定功率，必必將使全機機蒸汽流量量超過額定定值，這時時若各監(jiān)視視段壓力超超過最大允允許值，使使軸向推力力過大，這這是危險的的。3.4蒸汽參數(shù)變變化對汽輪輪機工作安全性的影影響二、蒸汽初初溫t0和再熱蒸汽汽溫tr變化過大對對安全性的的影響1、p0與pr不變，t0與tr升高p0與pr不變，t0與tr升高將使鍋鍋爐過熱器器和再熱器器管壁，新新汽和再熱熱蒸汽管道道，高中壓壓主汽門和和調節(jié)