汽轮机变工况运行习题

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1、第三章 汽轮机变工况习题答案 1什么是设计工况、经济工况和变工况？ 汽轮机在设计条件下的工况称设计工况； 对应于汽轮机效率最高的工况称汽轮机的经济 工况；与设计条件不相符合的汽轮机工况称汽轮机的变工况。 2 当背压变化时， 在渐缩斜切喷嘴和缩放斜切喷嘴中将分别出现哪些现象？汽轮机为 什么应尽量采用渐缩斜切喷嘴？ 对于渐缩喷嘴： （1）当，即压力比 * 01 pp = n =l 时，喷嘴中无压力降，蒸汽不流动， 其流量为零。 （2）当，即 1 * 0 p 1 p cr p n cr 时，此时蒸汽在喷嘴中膨胀加速，压 力逐渐下降，至最小截面处压力为，斜切部分只起导向作用，蒸汽在其内不发生膨胀， 通

2、过喷嘴的蒸汽流量随着压力或 1 p 1 p n 的下降而大致按椭圆规律增加。 （3）当=，即 压力比 1 p cr p n = cr 时，此时最小截面处刚好达到临界状态，斜切部分仍无膨胀，流量则增至最 大值。 （4）当，即 cr G 1 p cr p n cr 时，此时蒸汽在最小截面上仍为临界状态，而蒸汽 在斜切段内发生膨胀、至出口压力；若继续下降，直至达到极限压力，压力比 1 p 1 p 1 p d p1 n = d1 ，则蒸汽在斜切段内的膨胀已达极限。若继续下降，使即 1 p 1 p d p1 n d1 ，则 蒸汽由至的膨胀将在喷嘴外进行，这部分是紊乱膨胀。不能用来提高汽流速度，故 是附加

3、损失，此种现象通常称为膨胀不足现象。 d p1 1 p 对于缩放喷嘴： （1）当背压，即 11 p 1 p 1n n 时，蒸汽在喷嘴内只膨胀到设计压力 ，自从到的膨胀须在斜切部分内完成。蒸汽在斜切部分膨胀将发生偏转。 （2）当 =(为喷嘴斜切部分膨胀的极限压力)，即 1 p 1 p 11 p 11 p d p1 d p1 1n = d1 时，此时喷嘴斜切部分的膨胀 能力得到了完全的发挥， 汽流在喷嘴出口的偏转角达最大值。 （3） 当， 即 11 p d p1 1n d1 时，蒸汽在斜切部分膨胀所能达到的最低压力只能为极限压力、自至的降落将 在斜切段外进行， 这部分在斜切段外的突然膨胀不能增加汽

4、流的动能， 因此是一种能量损失， 此种现象称膨胀不足现象。 （4）当，即 d p1 d p1 11 p 11 p 1 p 1n n 时，当略大于设计值时，则将 在喷嘴出口产生冲波。随着的继续提高，冲波逐渐移到喷嘴内部。如在某一高于设计值 的背压下，冲波将产生在某一截面处，汽流经过此冲波截面，压力和密度突然升高，而速度 11 p 11 p 则由超音速变为亚音速，产生波阻损失及涡流损失，使喷嘴效率下降。汽流在冲波截面后， 由于已成为亚音速汽流，因此在后面的渐扩部分将继续压缩，直至出口处到达为止。背 压愈高， 则产生冲波的截面愈靠近喷嘴喉部截面。 缩放喷嘴这种实际背压高于设计压力的现 象称为膨胀过度

5、，其所引起的能量损失大于膨胀不足损失。 （5）当=，即 11 p 11 p a p1 1n = a1 时， 就是使喷嘴喉部保持临界状态的最高背压，称为特征背压。汽流在喷嘴渐缩部分为逐渐 膨胀的过程，喉部仍为临界状态，而在渐扩部分为逐渐压缩过程，蒸汽离开喷嘴时的速度将 低于音速。 （6）当，即 a p1 11 p a p1 1n a1 时，喉部已不能保持临界状态、因此在整个喷嘴 内部均是亚音速汽流。 由喷嘴速度系数与压力比 n 之间的变化关系曲线可以看出：对于渐缩喷嘴，在 n 0.546 时，基本上与 n 无关，而缩放喷嘴只在设计工况下才能得到较高的速度系数，在 变工况下由于产生冲波， 速度系数

6、剧烈下降， 所以在设计汽轮机时都尽可能避免使用缩放喷 嘴。 3渐缩喷嘴和缩放喷嘴的流量随初压和背压的变化规律有哪些异同点？ 对于渐缩喷嘴：当，即压力比 1 p cr p n cr 时，最小截面处达到临界状态，流量则 增至最大值。对于缩放喷嘴：当，即 cr G 11 p a p1 1n a1 时，就是使喷嘴喉部保持 临界状态的最高背压，称为特征背压。喉部为临界状态，流量为临界流量。渐缩喷嘴与 缩放喷嘴一样，不同工况下的临界流量亦与初压成正比。 a p1 cr G 对于渐缩喷嘴：当，即压力比 1 p cr p n cr 时，最小截面处达不到临界状态。对于 缩放喷嘴：当，即 11 p a p1 1n

7、 a1 时，喉部为非临界状态。渐缩喷嘴与缩放喷嘴一样， 流量与压比之间的关系均可以足够精确地用 1/4 的椭圆弧代替， 并可以绘制表示初压、 背压 和流量三者关系的流量网图。但由于不同膨胀度的缩放喷嘴具有不同的特征压力比 a1 ，因 此其流量网图没有通用性。而不同膨胀度的渐缩喷嘴具有相同的临界压力比 cr ，因此其流 量网图有通用性。 4级的流量与级前后压力有什么关系？ 级在临界工况下工作时，通过该级的流量均与级前压力成正比，而与级后压力无关。若 级前温度不能略去，则应乘上修正系数 * 01 * 0 /TT。 当级内未达到临界状态时，通过级的流量不仅与级前参数有关，而且还与级后参数有 关。即

8、01 0 2 2 2 0 2 21 2 011 T T pp pp G G = 5何谓级组？试分析级组前后压力与流量的关系。 级组是一些流量相等工况变化时通流面积不变的若干个相邻级的组合。 在变工况下， 如果级组的最后一级始终处于临界状态， 则通过该级组的流量与级组中所 有各级的级前压力成正比。若温度变化不能略去，则有 1 1 21 2 2 21 01 0 0 011 n n n n T T p p T T p p T T p p G G = = 当工况变化前后级组均未达到临界状态时，级组的流量与级组前后压力平方差的平方 根 成 正 比 ， 即 22 0 2 1 2 011 z z pp pp

9、 G G =。 当 工 况 变 化 前 后 级 组 前 的 温 度 变 化 较 大 时 ， 01 0 22 0 2 1 2 011 T T pp pp G G z z =。 6试述弗留格尔公式的应用条件。 （1）在同一工况下，通过级组中各级的流量应相同。对于回热抽汽式汽轮机，只要回 热系统运行正常，则各段回热抽汽量一般与新汽流量成正比，故仍可以把所有各级(调节级 除外)视为一个级组。 （2）在不同工况下，级组中各级的通流面积应保持不变。 （3）严格地讲，弗留格尔公式只适用于具有无穷多级数的级组，但实际计算表明，当 级组中的级数不少于 34 级时，计算结果的精确度还是足够高的。 （4）工况变化前

10、后级组均未达到临界状态。 7试分析凝汽式汽轮机调节级、中间各级和末级的级前压力、焓降、反动度、速比、 效率、内功率随流量的变化规律？ 对于凝汽式机组的各中间级，无论级组是否处于临界，若忽略级前温度变化，则其流 量与级前压力成正比，即 0 011 p p G G = ；同理，对此级后面的一级有 2 211 p p G G = ；由此得 0 01 2 21 p p p p = ， 01 21 0 2 p p p p = ，即在工况变动时凝汽式汽轮机各中间级的压力比不变，则各中间 级的理想焓降也不变或变化不大(当温度变化不能忽略时)。 所以， 对于发电用的汽轮机来说， 由于各级圆周速度不变，因此速比

11、亦不变，级内效率亦不变，反动度亦不变。所以，各中间 级的内功率与流量成正比。 对于凝汽式汽轮机的最末级，由于其背压取决于凝汽器工况和排汽管的压损。不与 流量成正比，故其压比随流量的变化而变化，流量增加时，压比减小，因而末级焓 降增加，速比与反动度变小；反之，流量减小时焓降亦减小，速比与反动度增大。由此可知， 汽轮机末级在工况变动时，其焓降、速比、效率及内功率等都将发生变化。 z p 1 / zz pp 对于凝汽式汽轮机的调节级，当流量增加时，调节级级后压力正比例增大，压比增大， 调节级的焓降减小， 速比与反动度增大； 反之， 流量减小时焓降增大， 速比与反动度亦减小。 由此可知，汽轮机调节级在

12、工况变动时，其焓降、速比、效率及内功率等都将发生变化。 8什么是节流调节？这种调节方式有什么特点，为什么高参数大功率汽轮机可以采用 这种调节方式。 节流调节是指所有进入汽轮机的蒸汽都经过一个或几个同时启闭的调节汽阀，然后流 向第一级喷嘴。 节流调节的凝汽式汽轮机因没有调节级，所以进汽部分的结构较简单、制造成本低。 而且在工况变动时，各级焓降(除最末级外)变化不大，故各级前的温度变化很小，从而减小 了由温度变化而引起的热变形与热应力，提高了机组的运行可靠性和机动性。 在部分负荷下由于节流损失，机组经济性下降，但承担基本负荷的大型机组工作在额 定功率附近，节流损失很小，可以选择节流调节方式。 9什

13、么是喷嘴调节？这种调节方式有什么特点？ 喷管调节是将汽轮机的第一级喷管分成若干组，每一组各由一个调节阀控制，当汽轮 机负荷改变时，依次开启或关闭调节汽阀，以调节汽轮机的进汽量。 当带负荷时，先开启第一个调节汽阀(有时为改善低负荷时的运行性能或减轻调节级叶 片的受力和减小热应力等，大型机组的第一、第二两个调节阀同时开启和关闭)，然后随着 负荷增大，依次开启其它各阀，并且只有当前一个调节汽阀完全开启或接近全开时，下一个 阀才开启。反之，当负荷减小时，各阀依次关闭。所以，在任何负荷下只可能有一个调节汽 阀没有开足，存在节流损失，故在部分负荷时，机组的效率高于节流调节机组。 10何谓调节级？调节级的最

14、危险工况是什么工况？末级的最危险工况是什么工况？ 采用喷管调节的汽轮机第一级，其通流面积随负荷的改变而改变，故该级称为调节级。 调节级最危险工况不是汽轮机的最大负荷，而是第一调节阀刚全开时的运行工况。 末级最危险工况是汽轮机的最大负荷运行工况。 11为什么背压式汽轮机不宜采用节流调节？ 对于节流调节，节流效率的大小取决于蒸汽参数和流量，背压越高，部分负荷下的节 流效率越低，因此背压式汽轮机不宜采用节流配汽。 12影响汽轮机轴向推力变化的因素有哪些？ 汽轮机在运行时，负荷（流量）及蒸汽初终参数的变化、级间间隙的改变、通流部分 的结垢以及水冲击等均会引起汽轮机轴向推力的变化。 13在图上画出变工况

15、下调节级的热力过程线，并求出调节级的排汽状态点。 sh 调节级的热力过程线如图所示。图中所讨论的工况中两个调节阀已全开，第三个调节 阀部分开启。调节级后的压力也就是第一非调节级前的压力，对于凝汽式汽轮机，该压 力与流量成正比。调节级后的混合焓值可由热平衡方程求得 2 p 2 h 222 )()(hDDDhDhDD += + 即 D hDhDD h 22 2 )( + = D hhDhhDD ii )()( 00 + = + + = ii h D D h D DD h0 调节级的排汽状态点可由与确定。 2 p 2 h 14何谓级的小容积流量工况？ 在动叶出口容积流量 2 Gv下降过程中，把动叶根

16、部开始出现脱流及其后容积流量更小 的工况称为级的小容积流量工况。 15说明凝汽式汽轮机工况图上空载汽耗、汽耗微增率的意义。 空载汽耗量是指汽轮机空转时用来克服摩擦阻力，鼓风损失及带动油泵等所消耗的蒸 汽量。 汽耗微增率是指每增加单位电功率所需增加的汽耗量。 16简述一次调节抽汽式汽轮机的特点。 （1）低压部分的设计流量与最大流量。当调节抽汽流量 0= e D 时，高、低压部分流 量相等，调节抽汽式汽轮机应能发出额定功率，这时低压部分达最大流量。低压部分 设计流量通常按的 6580来设计。 maxc D cs D maxc D （2）抽汽压力不可调节工况。低压部分为设计流量时，低压调节阀即旋转隔板已