汽轮机在变工况下工作.

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1、第三章第三章 汽轮机在变工况下工作汽轮机在变工况下工作 第一节 喷嘴的变工况 第二节 级组压力与流量的关系 第三节 工况变动时各级比焓降及反动度的变化 第四节 汽轮机的调节方式和调节级的变工况 第五节 凝汽式汽轮机的工况图 第六节 变工况时汽轮机轴向推力的变化 第七节 初终参数变化对汽轮机工作的影响 1 v 工况：设计工况、额定工况、变动工况。 变动工况：当外界负荷变动、蒸汽参数和转速变动，都是变动工况。 v 研究变动工况的目的： l了解汽轮机在不同工况下的效率变化，以设法使效率变化不多。 l了解汽轮机在不同工况下受力情况，保证机组安全。 2 第一节 喷嘴在变工况下的工作 v渐缩喷嘴的变动工况

2、及其流量网 v缩放喷嘴的变工况及流量网（略） 3 一 渐缩喷嘴的变动工况及其流量网 1 .渐缩喷嘴的流量变化 （1）当喷嘴前后压力比 时 ， （亚临界），流量为 （31） （2）当喷嘴前后压力比 时， （临界）流量为临界流量 （32） 上二式中： 、 喷嘴前压力、密度； 、 喷嘴后压力、临界压力； = 压力比； 喷嘴出口截面积。 4 分析：对于式（31） （1）当 、 、 、 不变 时，G只与 （ ）有关； * 当 = ， = =1， 则 G=0； （A点） * 当 ； （4）亚临界流动。 第四阀开启过程：L4=01.0时， ，过负荷，亚临界流动。 调节级的焓降变化： 从图327a可见，随着流

3、量增加，压差（ - ）是逐渐减少的，焓降 也是逐渐减少的。相反，则压差（ - ）和焓降也是逐渐增加的 。特别是第一调节阀全开而第二阀还未开启之时，焓降最大，压差 （ - ）最大，是调节级的最危险工况。 调节级后的变化较大，不能忽略，在计算时应修正； 35 调节级的效率曲线： 在前面的讨论中，就可以求得 任意流量下通过各阀的流 量、阀后压力、级后压力 、各组喷嘴的焓降。这样 就可以求得整个调节级的 效率。如图328 所示的 效率曲线 0-a-b-c-d， 曲 线呈波折状。原因在于各 阀在开启过程中有节流存 在。 36 五 滑压调节 1. 电网负荷变化问题：峰谷差问题；电网调峰：水电，抽水蓄能，火

4、电。 而火电调峰办法：（1）低负荷运行；（2）两班制启停。 2. 滑压运行： 对于调峰机组，启停频繁，负荷变化大。为了适应这一特点， 通常采用滑压运行。根据外界负荷变化情况，调整燃烧量和给水压 力，使锅炉出口蒸汽压力变化，而温度不变。汽轮机调节阀全开， 没有节流损失。 37 v滑压运行的特点： 提高了部分负荷下的经济性: (1) 调节阀全开，无节流损失； (2) 变速给水泵，减少厂用电； (3) 提高了末级的干度，减少了湿汽损失； 提高了机组运行的可靠性和负荷的适应性。 v滑压运行的方式： 纯滑压运行： 节流滑压运行：机组稳定运行时，调节阀有一定余量；降负荷时， 采用滑压运行；升负荷时，采用定

5、压运行。 复合滑压运行：高负荷时，定压运行；中间负荷时，变压运行；低 负荷时，定压运行。 38 第五节 凝汽式汽轮机的工况图 v节流调节凝汽式汽轮机的工况图 v喷嘴调节凝汽式汽轮机的工况图 v旁通调节凝汽式汽轮机的工况图 v蒸汽量调节方式的比较和选择 39 工况图：汽轮机功率与汽耗量的关系曲线汽耗特性。 一 节流调节凝汽式汽轮机的工况图： 1. 功率与流量的关系： 而汽轮机的功率可分为两部分：（1）有效功率 ；（2）克服机械损 失 耗功 ；而汽轮机的内效率（ ）等于汽轮机通流部分的内效率（ ）与调节阀节流效率的乘积（ = ）。 当负荷变化不大时，可认为效率（ 、 、 ）近似不变。另外，当 转速

6、一定时，机械损失 为常数，则上式可写出： （351） 40 2.工况图 图339表示汽轮机D、d、 与 功率（ ）的关系：随着功 率（ ）的增加，流量D、效 率 增加，汽耗率 减少， 空载汽耗量（ ）不变。D 近似直线。 式中， 汽耗微增率，即每增加单位功率所需增加的汽耗量； 空载汽耗量， = ，通常为（0.050.1）Do 。 = 41 二 喷嘴调节凝汽式汽轮机的工况图： 1.喷嘴调节凝汽式汽轮机的工况图 如图340所示。由于喷嘴调节汽轮 机的效率曲线呈波折形，所以汽耗率和电效率曲线也呈波折形。由于重 叠度的原因，汽耗量与功率的关系近似为一直线（ABC）。其中B点对应 额定负荷，BC为过负荷

7、。 2.汽耗特性方程： 当功率小于经济功率时， 当功率大于经济功率时， 式中， 过负荷时的汽耗 微增率。 当大于额定负荷 时， 下降， 。 图340 图341 42 三 旁通调节凝汽式汽轮机的工况图： 1.旁通调节凝汽式汽轮机的D、d、 与功率（ ）的关系 如图342 所示。在设计功率时，效率最高；当旁通阀投入后效率降低。 2.汽耗特性方程： (1）当功率小于经济功率时， (2）当功率大于经济功率时， 43 四 蒸汽量调节方式的比较和选择： 1.调节方式的选择： （1）承担基本负荷的机组：要求效率高，多采用节流调节和单列级作调 节级的喷嘴调节方式； （2）承担尖峰负荷的机组：要求负荷适应性好，

8、当工况变动时效率 变化不大，常选用双列级作调节级的喷嘴调节方式。 （3）背压机：采用喷嘴调节方式。 44 调节级焓降大小的选用：调节级焓降大小对机组经济性影响 很大，图345表示功率相同的两台机组，在设计工况下，调节级 焓降大小不同，在工况变动时，级后压力与流量的关系。 设计工况下，调节级焓降大（ ），流量减小时焓降变 化（ ）小； 设计工况下，调节级焓降小（ ），流量减小时焓降变 化（ ）大； 承担基本负荷的机组，运行时，负荷变化不大，则调节 级焓降应取小些, 以求较高的效率； 承担尖峰负荷的机组，运行时，负荷变化大，则调节级 焓降应取大些（双列级），使之在工况变动时，调节级焓降变 化不大，

9、效率变化不大。 45 第六节 变工况时汽轮机轴向推力的变化 v蒸汽流量（或负荷）改变时轴向推力的变化 v凝气式汽轮机轴向推力的变化 v背压式汽轮机轴向推力的变化 v特殊工况下轴向推力的变化 46 级的轴向推力的大小取决于几前后压力差和反动度。因此级 的轴向推力的变化可近似表示为： 式中， 。 1.凝汽式汽轮机轴向推力的变化： （1）对于节流调节凝汽式汽轮机：除了最末一、二级外，各级焓降和 反动度近似不变，可导出轴向推力与功率（流量）成正比；但最末一 、二级焓降和反动度要变化，但对总推力影响不大。因此，最大轴向 推力发生在最大功率时； （2）对于喷嘴调节凝汽式汽轮机：在工况变动时，压力级焓降和反

10、动 度近似不变，可导出轴向推力与功率（流量）成正比；而调节级的轴 向推力变化复杂，但对总的轴向推力影响不大。因此，最大轴向推力 发生在最大功率时。 47 2.背压式汽轮机轴向推力的变化： （1）调节级的轴向推力变化同上； （2）压力级的轴向推力不与流量成正比，最大轴向推力发生在中间负荷。 二 特殊工况下轴向推力的变化 1. 新蒸汽温度降低 2. 水冲击 3. 负荷突增 4. 甩负荷 5. 叶片结垢 48 第七节 蒸汽初终参数的波动对经济性的影响 v初温、背压不变，初压变化对功率的影响 v初压、背压不变，初温变化对功率的影响 v初压、初温不变，背压变化对功率的影响 49 工况变动时，除流量变化之

11、外，汽轮机的初终参数也有变动。当初终参数 变化超过一定范围后，不仅影响机组的经济性，对机组的安全也会有影响 。 一 初温、背压不变，初压变化对功率的影响 蒸汽初压的变化，将会引起进汽量、理想焓降和内效率的变化。汽轮 机 的内功率为： （378 ） 当初压变化不大时，汽轮机的内功率变化为： （379 ） 50 1.当初压变化而调节阀开度不变， 对式（379）的各项进行简化、推导可得： （383） 上式两边同除以式（378）得相对值： （383a） 上式表明，当初温、背压不变时，功率变 化量（ ）正比于初压改变量 （ ），而背压越高，初压对功率的 影响就越大，即对背压机影响更大。如图 358所示，

12、在不同背压下，功率增加与 初压的关系。 图358 51 2. 初压（ ）变化，保持流量（D）不变 1.对于喷嘴调节汽轮机来说：初压（ ）变化，保持流量（D）不变，则 必需改变调节阀的开度。若忽略节流损失，则功率要改变，这种功率要 改变是焓降变化所引起的，这样式（383）变为 （384） 或者 （384a） 2.对于节流调节汽轮机来说，当初压（ ）变化，流量（D）不变，必需 改变调节阀的开度，则第一级前的压力不变。因此，理想焓降不变。初 压变化不会引起功率变化，但有节流损失。 3.对于中间再热机组，初压（ ）变化只会对高压缸起作用。而高压缸的 功率一般只占总功率的1/41/3，对功率影响不大。

13、52 3. 初压（ ）变化，要求功率（ ）不变，则流量要变化 所以： （385） 或者 （385a） 上式表明，当上升，理想焓降增加，效率 提高，流量D减少。当忽略效率 变化时，上式为： （386） 53 二 初压、背压不变，初温变化对功率的影响 当初温在一定范围内变化时，要影响功率；初焓变化，也会影响蒸汽在锅 炉内的吸热量Q。 1. 蒸汽总吸热量Q不变 这时，功率为 当初温变化时，理想焓降 、初焓 和效率 都要变化。 对上式进行推导得： （390） 54 2.调节阀的开度不变 这种情况下，初温变化对功率的影响为： 其中， 。 3.流量保持不变 这种情况下，初温变化对功率的影响为： 4.初温变

14、化对机组安全的影响： 初温变化对机组安全的影响，主要对主汽阀、调节阀、调节级的影响 ，引起较大的热应力。 55 三 初压、初温不变，背压变化对功率的影响 背压变化对汽轮机的影响主要在末级。为了方便，假定在设计工况下，末 级级后压力为临界压力（ ）。工况变化后有两种情况：（1）末级级后压 力由临界压力（ ）上升；（2）末级级后压力由临界压力（ ）下降 。 通常， =320 m/s，k=1.13， =1.012， 所以， 1. 背压由临界压力（ ）上升 当背压由临界压力（ ）上升到 时，（1）级的焓降（ ）减少；（2 ）余速损失改变；（3）级效率改变；（4）凝结水温度改变。这四方面都 活引起功率变化，最后可得： （3100） 56 对于凝汽机组， 为常数（370m/s）， 、 u 、k、 为定值，则由上式可得单 位流量的功率增量（ ）只与压力比（ ）有关。 = f ( ) (3-101) 结合式（395），有 （3-102） 因此，根据不同的( )，就可以算出相应的功率