汽輪機(jī)的變工況特性-第三節(jié)配汽方式及其對(duì)定壓運(yùn)行機(jī)組便工況的影響

第三節(jié)配汽方式及其對(duì)定壓運(yùn)行機(jī)組便工況的影響紹。下面先介紹配汽方式，然后介紹配汽方式對(duì)定壓運(yùn)行機(jī)組交工況的影響。一、節(jié)流配汽進(jìn)入汽輪機(jī)的全部蒸汽都通過(guò)一個(gè)調(diào)整汽門(在大容量機(jī)組上，為避開(kāi)這個(gè)3．3．1(a)后的抱負(fù)比治降(hmac)(見(jiàn)圖3.3.1b)最大，故功率最大。局部負(fù)荷時(shí)，調(diào)整汽門t比治降減為(hmac)故功率減小。圖3．3．1(b)中p表示調(diào)整汽門全開(kāi)時(shí)第一級(jí)t 0級(jí)前壓力，p表示調(diào)整汽門局部開(kāi)啟時(shí)第一級(jí)級(jí)前壓力。0大使扣除進(jìn)汽機(jī)構(gòu)節(jié)流損失后的抱負(fù)比焓降減小得較多通常用節(jié)流效率 表th示節(jié)流損失對(duì)汽輪機(jī)經(jīng)濟(jì)件的影響：(hmac) t th hmact

〔3.3.1〕依據(jù)其次章全機(jī)相對(duì)內(nèi)效率i

的定義，可得(hmac) i i hmac

(hmac)(hmac) i t (hmac) hmac

i th

〔3.3.2〕t t t (hmac)iii

(hmac)t

，指未包括進(jìn)汽機(jī)構(gòu)的通流局部相對(duì)內(nèi)效率，對(duì)再熱機(jī)組hmac、(hmac)、(hmac)均為高中低壓缸比焓降之和。t t i0溫t＝565℃時(shí)，節(jié)流效率0

與背壓pg

G1

/G的關(guān)系曲線。只要求出G/GP，假設(shè)是再熱1 0機(jī)組尚需知道再熱壓力p 、再熱壓損p 與再熱r1 r1tr

，就可查水蒸汽圖表求出th

。由圖可見(jiàn)，在同一背壓下，蒸汽流量比設(shè)計(jì)值小得越多，調(diào)整汽門中的節(jié)流越大，節(jié)流效率越低。在同一流量下，因此，全饑抱負(fù)比焓降較小的背壓式汽輪機(jī)，不宜根少。較低；定壓運(yùn)行流量變化時(shí)，各級(jí)溫度變化較小，對(duì)負(fù)荷變化適應(yīng)性較好。調(diào)峰；假設(shè)定壓運(yùn)行，則只宜擔(dān)當(dāng)根本負(fù)荷。二、噴嘴配汽l2，通向調(diào)整3—6組。當(dāng)負(fù)荷很小(或距離)33.3.3(b)所示，因此，即使各調(diào)整汽節(jié)流配汽稍低。主要因素。損失。設(shè)調(diào)整級(jí)為四個(gè)噴嘴組，圖3.3.4所示是第I、II調(diào)整汽門全開(kāi)，第III調(diào)整汽門局部開(kāi)啟，第IV調(diào)整汽門關(guān)閉時(shí)的調(diào)整級(jí)熱力過(guò)程線。初壓為p0

的蒸汽p”0

p，第2IIIh1h2h

t t t即h1h2，動(dòng)葉后比焓為h”；流經(jīng)局部開(kāi)啟的第III調(diào)整汽門的蒸汽，其節(jié)流t t 2IIIp””h3h3，0 t th””p

一樣，2故兩股初壓不同的汽流在調(diào)整級(jí)中同樣膨脹到p2

2，在調(diào)整級(jí)汽室中混合后，流級(jí)使得進(jìn)汽不均勻而效率下降。兩股汽流混合后的比焓h可用下面式子求得2GG” G”” GG Gh1 2 2 3 2 1 2 3 2 2GGh”

Gh”” GGhh1Ghh3h 1 2

32 1 2 0 i 3 0 i 2 G GGGh 1

h1

h3 〔3.3.3〕G0 G i G iG那么，調(diào)整級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率為ihh

GG h1

h3 GG G0

1 2 i

3 i 1 21 33

〔3.3.4〕i ht

G ht

Ght

G i G i上三式中 G,G,G——第I、II、III噴嘴組中的流量；1 1,3i i率。

3——全開(kāi)與局部開(kāi)啟調(diào)整汽門后噴嘴組和動(dòng)葉的相對(duì)內(nèi)效三、調(diào)整級(jí)壓力與流量的關(guān)系不同，需要特地介紹。簡(jiǎn)化的調(diào)整級(jí)壓力與流量的關(guān)系可作以下簡(jiǎn)化假定：p正比于全機(jī)流量；2p11四個(gè)調(diào)整汽門依次開(kāi)啟，沒(méi)有重疊度；

p ；21p不變。03.3.5(a)PG1

曲線。設(shè)計(jì)工況下，前G。最大流量下，四個(gè)調(diào)整汽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)部是流量G1

0Q45o斜線。調(diào)整級(jí)汽室壓力p 以圖3.3.5(a)中的輻射線0S表示，凝汽式汽21G1

Gp p21

p12與流量G1

p11

p 0S也代21表p 。1111p10170I1噴嘴組通汽，通汽面積不變，故可把調(diào)整級(jí)和全部非調(diào)整級(jí)看成一個(gè)級(jí)組，因此第I噴嘴組前p1與G0l11調(diào)整汽門全開(kāi)，p1p”最0 1 0 0大值。直線137II、III、IV調(diào)整汽門依次開(kāi)啟時(shí)，第1p1=0p”不變。虛線0ag是折線017的臨界壓力p1變化線，p1 p1。以02H段表示0 c c c 0的p ，也是p21

0aHp1I噴嘴組流過(guò)的是臨界流量，如c圖(b)中的折線0IJ所示，其中0I段表示第1調(diào)整汽門漸漸開(kāi)大時(shí)，臨界流量正p1增大；IJp1=p”(a)HSp0 0 0 21(p11

)Hg1噴嘴組處于亞臨界工況，p1又不0變，故第1噴嘴組的流量隨背壓p 上升而按橢圓曲線下降，如圖(b)中JK段所21示。第II調(diào)整汽門開(kāi)啟過(guò)程中和全開(kāi)后，第IIp2的變化以曲線02m37p2p2bcgIIII0 c噴嘴組前汽室經(jīng)噴嘴動(dòng)葉與級(jí)后汽室相通故第II組噴嘴前的壓力也是p 。212rp21

(p11

)brp2II噴嘴組c及其動(dòng)葉所組成的級(jí)為亞臨界工況級(jí)的p2—G關(guān)系由式(3.2.9a)計(jì)算現(xiàn)p 稍0 1 212mr4p21

(p11

rc表p2，所以這一段內(nèi)第II噴嘴組是臨界工況，以m3p2II噴嘴組c 0m3837II調(diào)整III、IVp2=p”不變。圖(b)IL表0 0示第II調(diào)整汽門不斷開(kāi)大，第II噴嘴組中流量不斷增加。直線LM表示第II調(diào)p2=p”II噴嘴組中臨界流量也保持不變。兩橢圓曲線0 0MNJKIIHSp2=p”

不變，0 0流量隨背壓上升而按橢圓曲線規(guī)律減小。IIIIIIp34570所示，虛線deg表示曲線457的臨界壓力p3，以46S段表示的p (即p

)始終c 21 11p3，故第III噴嘴組中流量始終小于臨界流量。圖(b)中斜線LU表示第IIIc汽門開(kāi)大，流量增大。兩橢圓曲線UV與MN之差表示第III調(diào)整汽門全開(kāi)后p30p11

III噴劈組中流量按橢圓曲線規(guī)律下降。IVp467p4fg表示，圖(b)中的斜線0 cUQIV調(diào)整汽門開(kāi)大，流量增大。(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IVI、II、III噴嘴組在亞臨界工況下由于背壓上升而削減的流量?，F(xiàn)分析調(diào)整級(jí)抱負(fù)比焓降的變化規(guī)律。當(dāng)?shù)贗V調(diào)整汽門漸漸關(guān)小時(shí)，隨著流量減小，p21

S6p10

p20

p30

p”不變，故第I、II、III噴嘴組與0動(dòng)葉的現(xiàn)想比焓降h1h2h3都增大，只有第IV噴嘴組與動(dòng)葉的h4減小，t t t t始終減到0。同理，第IIIh1h2增大，而h3減小，直至t t t減到0。明顯II、III、IV調(diào)整汽門都關(guān)閉而第I調(diào)整汽門全開(kāi)時(shí)，p1與p 之差0 21h1Ip1p

都下降，但由圖3.3.5(a)tp 28 yx

0 21可見(jiàn)，21 ＝常數(shù)，且第I調(diào)整汽門中是節(jié)流過(guò)程，第I組噴嘴前t1基p1 18 zx 00本不變，因此第Ih1也根本不變。t當(dāng)只有第I調(diào)整汽門全開(kāi)而其他調(diào)整汽門關(guān)閉時(shí)，非但h1最大，而且流過(guò)t第I噴嘴組的流量是p1=p”時(shí)的臨界流量，是第I噴嘴組的最大流量，這股流量0 0I調(diào)整汽門全開(kāi)而其他調(diào)整汽門都調(diào)整級(jí)的實(shí)際壓力與流量的關(guān)系3.3.6(a)D表示之為閥點(diǎn)。由于節(jié)流損失小，在這些工況點(diǎn)的作功較多，故調(diào)整后的h和t均處2 2于較低點(diǎn)。G假設(shè)以凝汽式汽輪機(jī)的全部非調(diào)整級(jí)為一級(jí)組則 1GG

Gp T21 2p T21 2p T2 21

G時(shí)，T T,

1，使p 比Gp21時(shí)的p 小，如圖3.3.6(b)中的曲線cb所示。T2T2T21

21 G p 212T2TT2T211 當(dāng)GG時(shí),T T,

1,使p 比1 21時(shí)的p

大，如曲線cd所示。假設(shè)1 21 2

21 G p 212G＝0.4GIIIG1

時(shí)，h1與tt1根本不變，因而由h-s圖可知T也根本不變，那么p 正比于G

，故ba段是過(guò)0 2 21 1原點(diǎn)的輻射線中的一段。G1

＜0.3G時(shí)，屬小流量區(qū)域．無(wú)實(shí)際意義。實(shí)際上調(diào)整級(jí)有反動(dòng)度， 〉0，因此p〉p 。依據(jù)級(jí)的反動(dòng)度變化m 1 2規(guī)律，當(dāng)G1

＜G時(shí)，調(diào)整級(jí)(不包括局部開(kāi)啟汽門后的噴嘴與動(dòng)葉)的ht1h，t而動(dòng)葉一般為亞臨界工況，則 ＜m1 m

，故(p —p11

)p11

3.3.6(b)中fb所示。當(dāng)G＞Gh

h, ，(p —p

)p

如曲線1

t m1

11 21 11fk所示。假設(shè)當(dāng)G1

＝0.4G時(shí)，m1

=0，則p =p11

b所示。當(dāng)G1

＜0.4G時(shí)，h 不變，則t1

＝0也不變，p =p11 21

ba所示。3.3.7所示。以第I、II兩組噴嘴為例，由于第I調(diào)整汽門開(kāi)足之前，第II調(diào)整汽門已開(kāi)頭開(kāi)GI3.3.7〔b〕GI曲線水平II噴嘴組前壓力p1與流量成正0比，現(xiàn)在流量小了一些，故p1也小了一些，使p1線在這一段中變?yōu)閺澢庑危? 0所示。實(shí)際上流量不斷增大時(shí)，自動(dòng)主汽門、調(diào)整汽門和導(dǎo)管等處的節(jié)流損失增大，從而使全開(kāi)調(diào)整汽門后的壓力p略低于p，成為一根向右下傾斜的曲線，01 0如圖3.3.7(a)所示。p的臨界壓力線a’g’夕也要隨之向右下傾斜，加上p 壓力01 11線bk也高于輻射線0S所代表的p 線故點(diǎn)H左移至點(diǎn)比照?qǐng)D3.3.5來(lái)看。21四、配汽方式對(duì)定壓運(yùn)行機(jī)組變工況的影響就是非調(diào)整級(jí)，并末分為幾個(gè)噴嘴組，所以不存在上述狀況。是不一樣的。圖3.3.8(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)整級(jí)在各種個(gè)噴嘴級(jí)的調(diào)整汽門全開(kāi)，熱力過(guò)程如曲線AB所示，p2＝12.27MPa。能發(fā)出300Mw電功率。最大功AB所示，功率超過(guò)1300Mw80％設(shè)計(jì)功率下，前兩個(gè)噴嘴組的調(diào)整汽門全開(kāi)，熱力過(guò)程如曲線AB2

所示，p 219.82MPa。該機(jī)第1、II兩個(gè)調(diào)整汽門是同時(shí)啟閉的，故在40％設(shè)計(jì)功I、II兩個(gè)噴嘴組前的調(diào)整汽門都局部噴嘴繞前壓力降為點(diǎn)A18.0MPa左右，然后在噴嘴組動(dòng)葉中膨脹到點(diǎn)B，p3

4.91MPa調(diào)整級(jí)的排汽溫度也是變化的。排汽溫度的變化還將使非調(diào)整級(jí)各級(jí)溫度都變性相負(fù)荷調(diào)度的敏捷性。I、II兩噴嘴組的調(diào)整汽門不是同時(shí)啟閉，而是依次啟閉，40III噴嘴組的汽門是關(guān)閉的(忽暗重疊廢)AB4

所示，調(diào)整級(jí)的有效比焓降大增，調(diào)整級(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)整級(jí)排汽溫度由509℃降為403℃左右，變化一百多度。由圖3.3.9BC4 4

壓缸各非調(diào)整級(jí)的溫度都將下降100℃左右。假設(shè)負(fù)荷下降很快，這將引起高壓缸各級(jí)相當(dāng)大的熱應(yīng)力和熱整AB4

的有效AB的大一倍左右。1 3現(xiàn)在，這臺(tái)汽輪機(jī)1、II兩噴嘴組的調(diào)整級(jí)排汽溫度從509℃下降到447℃左右，只下降50℃左右，由圖339BC3 3的變化也就減小了一需要。IIIII、IV兩噴嘴以一般不承受這種節(jié)流—噴嘴混合配汽方式。3.3.8(b)表示上述同一臺(tái)汽輪機(jī)假設(shè)改為節(jié)流配汽方式來(lái)定壓運(yùn)行，而且3.3.8(a)的調(diào)整級(jí)一樣的該機(jī)第一級(jí)熱力過(guò)程線的變化情ab、ab與ab

80％設(shè)計(jì)功率與40％設(shè)計(jì)功率下的22 33熱變形都不大。40ABC4 4

的有效比焓降顯AD2 2

的大很多，ABC4 4

各級(jí)溫度的變化也大很多。由于這臺(tái)汽輪機(jī)在801II噴嘴組的調(diào)整汽門同時(shí)啟閉，相當(dāng)于節(jié)流配汽，故40ABC

AD

過(guò)程線相差不大。

1 3 3 2 2對(duì)于中低壓缸，假設(shè)兩種配汽方式下再熱器出口蒸汽溫度一樣，那么配汽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。五、軸向推力的變化規(guī)律造成其他事故。積，因此級(jí)的變工況下的軸向推力F 與設(shè)計(jì)工況下的軸向推力F 之比可用下式z1 z表示：F (p p ) z1 m1 01

〔3.3.5〕F (pz m 0

p)2由此式動(dòng)身，分析軸向推力變化的主要規(guī)律。節(jié)流配汽凝汽式汽輪機(jī)于級(jí)前后壓差的變化規(guī)律。除末級(jí)或最終兩三級(jí)外，全部各級(jí)的級(jí)前后壓差(p p )都與流量成正比；01 21增減的；假設(shè)末級(jí)為臨界工況，則除末級(jí)外，各級(jí)(p p )均與流量成正比。平01 21軸向推力F根本上與流量成正比：zF G噴嘴配汽凝汽式汽輪機(jī)

z1 1F Gz

〔3.3.6〕變化規(guī)律與節(jié)流配汽凝汽式汽輪機(jī)一樣，也可用式(3.3.6)3.3.10中的輻1表示一臺(tái)中壓凝汽式汽輪機(jī)非調(diào)整級(jí)的軸向推力與流量的關(guān)系。3.3.102表示具有五個(gè)1使軸向推力變大，但由于〔1〕調(diào)整級(jí)比焓降變大引起反動(dòng)度變加〔2〕某個(gè)調(diào)整〔3一個(gè)凋節(jié)汽門全關(guān)時(shí)，調(diào)整級(jí)局部進(jìn)汽度減小，故承受(Pl—P2)的動(dòng)葉弧段減短，流量變小時(shí)，調(diào)整級(jí)的軸向推力大都變小(如圖3．3．10中ec段)或根本不變(如3．3．10cb段)。當(dāng)?shù)贗I調(diào)整汽門關(guān)小時(shí)(如3.3.10ba段力反而增大，緣由在于此時(shí)第I噴嘴組后的動(dòng)葉中汽流速度到達(dá)和超過(guò)臨界速度。