汽輪機(jī)在變工況下的工作課件

第三章汽輪機(jī)在變工況下的工作1第三章汽輪機(jī)在變工況下的工作1第一節(jié)漸縮噴嘴的變工況

第二節(jié)級與級組的變工況

第三節(jié)配汽方式和調(diào)節(jié)級變工況

第四節(jié)焓降、反動(dòng)度的變化

第五節(jié)軸向推力的變化

第六節(jié)凝汽式汽輪機(jī)的工況圖

第七節(jié)初終參數(shù)對功率的影響22第一節(jié)漸縮噴嘴的變工況

第二節(jié)級與級組的變工況

第一節(jié)漸縮噴嘴的變工況漸縮噴嘴的流量：彭臺門系數(shù)的近似公式：33第一節(jié)漸縮噴嘴的變工況漸縮噴嘴的流量：彭臺門系數(shù)的近似公噴嘴前后參數(shù)變化以后：若參數(shù)變化前后都是臨界流動(dòng)：又若初溫不變：44噴嘴前后參數(shù)變化以后：若參數(shù)變化前后都是臨界流動(dòng)：又若初溫不噴嘴流量的圖形表達(dá)（Stodola，1924）55噴嘴流量的圖形表達(dá)（Stodola，1924）55第二節(jié)級、級組的變工況一、級前后壓力與流量的關(guān)系1、兩種工況均為臨界流動(dòng)對于噴嘴，若不考慮初溫變化，則流量與初壓成正比。對于動(dòng)葉，若不考慮初溫變化，則流量與動(dòng)葉前滯止壓力成正比。66第二節(jié)級、級組的變工況一、級前后壓力與流量的關(guān)系動(dòng)葉流量與葉前壓力有什么關(guān)系？77動(dòng)葉流量與葉前壓力有什么關(guān)系？77所以，動(dòng)葉出現(xiàn)臨界流動(dòng)時(shí)，流量與p1成正比。這時(shí)，流量與級前壓力p0有什么關(guān)系？對噴嘴流量作類似的推導(dǎo)：88所以，動(dòng)葉出現(xiàn)臨界流動(dòng)時(shí)，流量與p1成正比。88結(jié)論：不論臨界流動(dòng)發(fā)生在噴嘴還是動(dòng)葉，流量都與級前壓力成正比。2、兩種工況均為亞臨界流動(dòng)定義假想流量Ga，可寫為：99結(jié)論：定義假想流量Ga，可寫為：99則兩個(gè)工況的流量比為：經(jīng)過簡化：為方便起見，*常略去。1010則兩個(gè)工況的流量比為：經(jīng)過簡化：為方便起見，*常略去。101二、級組壓力與流量關(guān)系級組：由前后串聯(lián)、流量相等的若干級組成。級組臨界工況：級組中的某級達(dá)到臨界。級組亞臨界工況：級組中的所有級未達(dá)到臨界。1、級組兩個(gè)工況均為臨界對于級組中臨界流動(dòng)的第x個(gè)級：對于亞臨界流動(dòng)的第x－1個(gè)級：1111二、級組壓力與流量關(guān)系對于亞臨界流動(dòng)的第x－1個(gè)級：1111如此，所有級的流量與級前壓力成正比?？紤]初溫有：2、級組兩個(gè)工況均為亞臨界對每個(gè)級寫出亞臨界時(shí)壓力、流量關(guān)系迭代相加，有：1212如此，所有級的流量與級前壓力成正比?？紤]初溫有：121213131313上面的結(jié)論稱：弗留格爾公式（Flugel，1931）三、弗留格爾公式的應(yīng)用1、應(yīng)用條件1）通流面積固定2）各級流量相同3）均質(zhì)流4）級組>4~5時(shí)精度高1414上面的結(jié)論稱：弗留格爾公式（Flugel，1931）三、2、應(yīng)用1）用于中間有比例抽汽量的多個(gè)級組15152、應(yīng)用15152）求通流面積變化級組通流部分均勻結(jié)垢，當(dāng)流量不變時(shí)，必須使初壓力升高，由壓力變化確定通流面積的變化：在通流部分面積按比例變化時(shí)，將流量公式折算為單位面積流量進(jìn)行計(jì)算。16162）求通流面積變化在通流部分面積按比例變化時(shí)，將流量公式折算例：汽輪機(jī)設(shè)計(jì)工況下蒸汽流量為132.6t/h，調(diào)節(jié)級汽室壓力為1.67MPa。當(dāng)機(jī)組流量降為90t/h時(shí)，調(diào)節(jié)級汽室壓力為多少？又壓力級結(jié)垢后使通流面積減少5%，則在90t/h工況下調(diào)節(jié)級汽室壓力是多少？1717例：汽輪機(jī)設(shè)計(jì)工況下蒸汽流量為132.6t/h，調(diào)節(jié)級汽室壓3）級數(shù)增、減情況下流量和壓力關(guān)系例：凝汽式汽輪機(jī)共有10級，第6級因故障被迫拆除。試問拆除第6級后若流量仍為設(shè)計(jì)值，則調(diào)節(jié)級后壓力變化多少？哪個(gè)級所受影響最大？下列級后壓力：調(diào)節(jié)23456789101.176MPa0.862MPa0.612MPa0.426MPa0.282MPa0.179MPa0.104MPa0.0622MPa0.0323MPa0.0049MPa第6級拆除后，第7級前壓力不變。分析調(diào)節(jié)級后第2級到第5級構(gòu)成的級組：18183）級數(shù)增、減情況下流量和壓力關(guān)系調(diào)節(jié)23456789101分析第5級前后壓差的變化：調(diào)節(jié)級后壓力變化幅度很小問：級后壓力降低，調(diào)節(jié)級應(yīng)如何保持流量不變？1919分析第5級前后壓差的變化：調(diào)節(jié)級后壓力變化幅度很小問：級后壓第三節(jié)配汽方式和調(diào)節(jié)級變工況一、噴嘴調(diào)節(jié)和調(diào)節(jié)級變工況1、噴嘴配汽2020第三節(jié)配汽方式和調(diào)節(jié)級變工況一、噴嘴調(diào)節(jié)和調(diào)節(jié)級變工況22121212122222222調(diào)節(jié)級的熱力過程線調(diào)節(jié)級汽室參數(shù)調(diào)節(jié)級的相對內(nèi)效率2、調(diào)節(jié)級壓力與流量的關(guān)系簡化假定：1）級后壓力正比于流量2）級的反動(dòng)度為03）調(diào)節(jié)汽門順序開啟，無重疊度4）全開調(diào)門后壓力不變2323調(diào)節(jié)級的熱力過程線2323壓力隨流量（綜合開度）的變化2424壓力隨流量（綜合開度）的變化2424流量隨綜合開度的變化2525流量隨綜合開度的變化2525調(diào)節(jié)級焓降的變化調(diào)節(jié)級的危險(xiǎn)工況實(shí)際的調(diào)節(jié)級1）調(diào)節(jié)級后溫度閥點(diǎn)與t2，t2變小，p2？2）調(diào)節(jié)級反動(dòng)度

p1的變化3）調(diào)門的重疊度與閥門的流量特性有關(guān)4）噴嘴組前的壓力2626調(diào)節(jié)級焓降的變化2626實(shí)際調(diào)節(jié)級的壓力與流量（綜合開度）關(guān)系2727實(shí)際調(diào)節(jié)級的壓力與流量（綜合開度）關(guān)系27273、噴嘴調(diào)節(jié)的優(yōu)缺點(diǎn)1）全開調(diào)門后調(diào)節(jié)級的作功量大2）有部分進(jìn)汽損失3）調(diào)節(jié)級汽室溫度變化大4）第1調(diào)門全開時(shí)動(dòng)葉受應(yīng)力大二、節(jié)流配汽1、節(jié)流效率因節(jié)流引起整機(jī)理想焓降減小2、節(jié)流效率與背壓的關(guān)系背壓越低，節(jié)流效率越高3、節(jié)流配汽的特點(diǎn)28283、噴嘴調(diào)節(jié)的優(yōu)缺點(diǎn)2828三、配汽方式的比較常見的配汽方式：噴嘴、節(jié)流、旁通2929三、配汽方式的比較2929常見的汽輪機(jī)運(yùn)行方式：定壓、滑壓定壓運(yùn)行：汽輪機(jī)主汽門前壓力維持不變，此時(shí)汽輪機(jī)采用噴嘴配汽或節(jié)流配汽?；瑝哼\(yùn)行：汽輪機(jī)進(jìn)汽門全開、或部分全開，同時(shí)維持閥位不變，初溫不變（調(diào)節(jié)鍋爐燃燒）。3030常見的汽輪機(jī)運(yùn)行方式：定壓、滑壓3030不同配汽方式的比較從三個(gè)方面比較：經(jīng)濟(jì)性、安全性、負(fù)荷響應(yīng)速度經(jīng)濟(jì)性安全性負(fù)荷響應(yīng)速度噴嘴配汽高負(fù)荷時(shí)較好較差較快節(jié)流配汽低負(fù)荷時(shí)較差較好最快滑壓運(yùn)行低負(fù)荷時(shí)較好較好較慢3131不同配汽方式的比較經(jīng)濟(jì)性安全性負(fù)荷響應(yīng)速度噴嘴配汽高負(fù)荷時(shí)較復(fù)合配汽方式實(shí)際采用噴嘴調(diào)節(jié)時(shí)，常使第1、2個(gè)調(diào)門同步動(dòng)作，第3、4個(gè)調(diào)門順序開啟。3232復(fù)合配汽方式3232隨負(fù)荷上升，采用：定壓——滑壓——定壓低負(fù)荷：采用定壓，鍋爐金屬溫度變化率較小，蒸汽初參數(shù)較高，循環(huán)熱效率較高。中間負(fù)荷：采用滑壓方式，汽機(jī)金屬溫度變化小。高負(fù)荷：采用噴嘴配汽，使汽機(jī)內(nèi)效率提高。例：浙江北侖發(fā)電廠#2機(jī)（法國ALSTHOM600MW機(jī)組）的配汽方式隨負(fù)荷變化：0～50％時(shí)#1、#2、#3閥同步參與調(diào)節(jié)（定壓節(jié)流）；50～94％時(shí)#1、#2、#3閥全開（滑壓運(yùn)行）；94～100％時(shí)#4閥開啟并參與調(diào)節(jié)（定壓噴嘴調(diào)節(jié)）。3333隨負(fù)荷上升，采用：定壓——滑壓——定壓3333例：凝汽式汽輪機(jī)初參數(shù)16.7MPa，550oC，有4個(gè)調(diào)節(jié)級噴嘴組，噴嘴數(shù)依次為8、6、4、4。設(shè)計(jì)工況下4個(gè)調(diào)節(jié)汽門開足，額定進(jìn)汽量300t/h，此時(shí)調(diào)節(jié)級后壓力為10MPa。假定調(diào)門開啟無重迭度、調(diào)節(jié)級反動(dòng)度為零。全開調(diào)門的級相對內(nèi)效率為0.7，調(diào)門部分開啟的級相對內(nèi)效率為0.65，調(diào)門全開時(shí)噴嘴組前的壓力為15.88MPa。試求當(dāng)進(jìn)汽量為225t/h時(shí)：（1）各調(diào)門的流量分配；（2）部分開啟調(diào)門后的壓力；（3）調(diào)節(jié)級后蒸汽狀態(tài)點(diǎn)。3434例：凝汽式汽輪機(jī)初參數(shù)16.7MPa，550oC，有4個(gè)調(diào)節(jié)（1）當(dāng)進(jìn)汽量從300t/h降為225t/h時(shí)，調(diào)節(jié)級后壓力降低：

此時(shí)，全開調(diào)門后調(diào)節(jié)級噴嘴的流動(dòng)狀態(tài)：而設(shè)計(jì)工況調(diào)節(jié)級噴嘴壓比：

設(shè)計(jì)工況噴嘴流量比：3535（1）當(dāng)進(jìn)汽量從300t/h降為225t/h時(shí)，調(diào)節(jié)級后壓力調(diào)節(jié)級的臨界流量：單個(gè)噴嘴的臨界流量：各噴嘴組的臨界流量：各噴嘴組的流量分配：3636調(diào)節(jié)級的臨界流量：3636（2）部分開啟調(diào)門后壓力即第3個(gè)噴嘴組前的壓力。（a）用弗留格爾公式

（b）用流量公式3737（2）部分開啟調(diào)門后壓力即第3個(gè)噴嘴組前的壓力。3737蒸汽節(jié)流后進(jìn)入噴嘴組，近似等溫過程，則噴嘴臨界流量與初壓成正比：3838蒸汽節(jié)流后進(jìn)入噴嘴組，近似等溫過程，則噴嘴臨界流量與初壓成正（3）調(diào)節(jié)級后蒸汽狀態(tài)，即兩股汽流混合后的狀態(tài)汽流理想焓降實(shí)際焓降級后比焓全開調(diào)門后噴嘴組232kJ/kg162.4kJ/kg3271.6kJ/kg部分開調(diào)門后噴嘴組105kJ/kg68.25kJ/kg3365.8kJ/kg調(diào)節(jié)級后兩股汽流混合:h=3284.4kJ/kgp=7.5MPa

t=451.4oC本題結(jié)束。3939（3）調(diào)節(jié)級后蒸汽狀態(tài)，即兩股汽流混合后的狀態(tài)汽流理想焓降實(shí)例：噴嘴配汽凝汽式汽輪機(jī)，有4個(gè)調(diào)門及等面積的噴嘴組，調(diào)門順序開啟無重疊度，調(diào)門全開時(shí)噴嘴組前壓力為16.67MPa，溫度538oC。3閥點(diǎn)時(shí)G=1095.72t/h，調(diào)節(jié)級后壓力p1=12.762MPa，t1=505.5oC，設(shè)調(diào)節(jié)級反動(dòng)度為0。（1）計(jì)算主汽流量為855t/h時(shí)各調(diào)門的流量分配。（2）若考慮調(diào)節(jié)級后溫度變化的影響，此時(shí)調(diào)節(jié)級后壓力有何變化，對流量分配產(chǎn)生什么影響？4040例：噴嘴配汽凝汽式汽輪機(jī)，有4個(gè)調(diào)門及等面積的噴嘴組，調(diào)門順（1）額定工況全開調(diào)門噴嘴組的壓比、流量比

由此求得全開調(diào)門噴嘴組的最大流量為：當(dāng)主蒸汽流量降為855t/h時(shí)，不計(jì)調(diào)節(jié)級后蒸汽溫度變化，則調(diào)節(jié)級后壓力為全開調(diào)門噴嘴組的壓比、流量比此時(shí)對應(yīng)全開調(diào)門噴嘴組的流量結(jié)果：I、II調(diào)門全開，通過的蒸汽流量分別為414.6t/h；III調(diào)門部分開啟，通過的蒸汽流量為25.75t/h。4141（1）額定工況全開調(diào)門噴嘴組的壓比、流量比4141（2）主蒸汽流量減小，調(diào)節(jié)級焓降增大，調(diào)節(jié)級后蒸汽溫度下降，由考慮調(diào)節(jié)級后溫度影響，在蒸汽流量為855t/h時(shí)，調(diào)節(jié)級后壓力低于上述計(jì)算得的9.958MPa。對應(yīng)全開調(diào)門的噴嘴組，壓比減小，流量增大。故考慮調(diào)節(jié)級后蒸汽溫度變化影響，I、II噴嘴組流量增多，而III噴嘴組流量減少。由于不考慮調(diào)節(jié)級后蒸汽溫度時(shí)，全開調(diào)節(jié)對應(yīng)噴嘴組已十分接近于臨界，故流量改變很小。4242（2）主蒸汽流量減小，調(diào)節(jié)級焓降增大，調(diào)節(jié)級后蒸汽溫度下降，第四節(jié)焓降、反動(dòng)度的變化一、各級焓降的變化如果初溫變化小，則焓降主要取決于壓比壓比增大，焓降減小；壓比減小，焓降增大4343第四節(jié)焓降、反動(dòng)度的變化一、各級焓降的變化如果初溫變化小1、凝汽式汽輪機(jī)的中間級因級的壓比不變，故焓降也基本不變。負(fù)荷降低，調(diào)節(jié)級后溫度降低，壓力？圖3－1844441、凝汽式汽輪機(jī)的中間級因級的壓比不變，故焓降也基本不變。42、背壓式汽輪機(jī)的中間級pz/p0的影響圖3－19、3－2045452、背壓式汽輪機(jī)的中間級pz/p0的影響45453、末級當(dāng)流量減小，壓比增大，焓降減小4、調(diào)節(jié)級二、各級反動(dòng)度的變化焓降增大或減小，使汽流在噴嘴和動(dòng)葉中的膨脹比例發(fā)生變化。對于亞音速流動(dòng)的級，焓降減小，反動(dòng)度增大。46463、末級4646當(dāng)級的焓降減小時(shí)，由速度三角形：故級的焓降減小時(shí)，反動(dòng)度增大，以保證流動(dòng)順暢。4747當(dāng)級的焓降減小時(shí)，由速度三角形：故級的焓降減小時(shí)，反動(dòng)度增大故：設(shè)計(jì)反動(dòng)度較大，焓降變化引起的反動(dòng)度變化較小速比、反動(dòng)度變化關(guān)系：當(dāng)動(dòng)葉出口汽流超音速時(shí)？4848故：設(shè)計(jì)反動(dòng)度較大，焓降變化引起的反動(dòng)度變化較小當(dāng)動(dòng)葉出口汽第五節(jié)軸向推力的變化一、沖動(dòng)式汽輪機(jī)節(jié)流調(diào)節(jié)的凝汽式汽輪機(jī)流量變化，末級焓降變化，其余級焓降不變，反動(dòng)度不變壓力與流量成正比，壓差也與流量成正比