《汽轮机(4s)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽轮机(4s)（80页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,汽轮机原理Steam Turbine Principle北京交通大学机电学院 2011年,1,2,第三章汽轮机的变工况特性,喷嘴的变工况特性 级与级组的变工况特性 配汽方式及调节级的变工况 滑压运行的经济性与安全性 初终参数变化对汽轮机工作的影响 凝汽式汽轮机的工况图,2,：汽轮机在设计参数下运行，即经济工况。,：汽轮机在偏离设计参数的条件下运行的工况。,汽轮机的热力设计-在已经确定的初终参数、功率和转速 的条件下，计算和确定蒸汽流量，级数，各级尺寸、参数 和效率，进而得出各级和全机的热力过程线等。,： 研究汽轮机在偏离设计(off-design)工况下主要性能的 变化规律 分析汽轮机在不
2、同工况下的效率变化，以设法使效率变化不多。 分析汽轮机在不同工况下受力情况，保证机组安全,任务,变工况,设计工况,3,研究方法,在选定参考工况(如额定设计工况或最大工 况)下，以喷嘴与动叶非设计工况的运行特性和小参数 变化简化分析为基础，将汽轮机通流部分划分为调节 级、中间级组和末级组三部分，分析、估算流量与热 力参数相对于参考工况的相对变化。,4,第一节 喷嘴的变工况特性,膨胀度f=An/Ac 缩放喷嘴出口面积与喉部面积之比,5,一、渐缩喷嘴初压不变时背压与流量的关系,6,二、 渐缩喷嘴前后参数都变化时的流量变化,可以略去温度影响的原因： 喷嘴前压力变动由节流引起。 喷嘴前温度不变（如滑压运
3、行） 近似计算,7,8,一、级的变工况,级内为临界工况：级内的喷嘴叶栅或动叶栅两者之一的流速达到或超过临界速度。,第二节 级与级组的变工况特性,忽略温度的影响：,9,级内为亚临界工况：级内喷嘴和动叶出口汽流速度均小于临界速度。,10,二、级组的变工况,级组：流量相等而依次串联排列的若干级。,当级组内各级的汽流速度均小于临界速度时，称级 组处于亚临界工况； 当级组内至少有一列叶栅(如某一级的喷嘴或动叶)的 出口流速达到或超过临界速度时，称级组处于临界工况。,11,级组工况变化前后均为临界工况：,工况变化前后级组均为亚临界工况：,斯托陀拉(stodola)实验所得到的级组蒸汽流量与初压背压的关系曲
4、线推得：,弗留格尔(Flugel)公式,12,级组内级数越多，应用它计算的误差越小； 不论级组内级数多少，在设计工况下应用该公式时，各参数相等，因此没有误差，偏离设计工况越近，误差越小； 背压与初压相等，设计流量为零时，应用该式的计算误差为零； 初压不变时，流量与背压为椭圆关系；背压不变时，流量与初压为双曲关系。 把汽轮机的任一非调节级到末级算作一个级组，可以分析任意非调节级前压力与流量的变化关系,13,凝汽式汽轮机：,(2)不管变工况时末级是否亚临界，倒数第三级之前各级级前压力与流量成正比。,(1)末级临界工况时，各非调节级级前压力与流量成正比（忽略温度的影响）,(3)即使末级亚临界，汽轮机
5、通常不允许在流量小于30% 设计值下长期运行，因此在实用工况内，倒数第二级前 各级 近似成正比关系，只有倒数第二级和末级 成双曲线关系。,除容量很小的凝汽式机组外，凝汽式汽轮机末级在设计工况下一般为临界工况。全机流量下降时，在末级流量下降到末级最小临界流量前，各非调节级与末级组成的级组处于临界工况,对于倒数第三级之前各级到末级组成的各级组，级组前压力是末级后背压的10倍以上，且经平方后再开方，因而可忽略背压的影响。,14,背压式汽轮机：,排汽压力大多高于大气压力，末级在设计工况下即为 亚临界，因此其非调节级的 关系只能按弗留格尔 公式计算。因为排汽压力基本不变，为双曲线关系。,调整抽汽汽轮机：
6、,其调整抽汽口的压力是基本不变的，且大于大气压， 故抽汽口前各级都处于亚临界工况，其 关系是 双曲线关系。,15,弗留格尔公式的应用条件,三、压力与流量关系式的应用,不同工况下各级通流面积不变。,a-变工况下与设计工况下的通流面积之比,同一工况下各级的流量相等。,回热抽汽口两侧的级可算作一个级组，但大量抽汽供暖、动力或其他厂用抽汽口两侧，及调整抽汽汽轮机的供热抽汽口两侧，必须分作两个级组。,如通流部分面积发生变化，则应进行修正：,16,用于分析运行问题*,c) 严格来讲，弗留格尔公式仅适用于具有“无穷多级”的机组。但一般来说，级数不小于34级即可。,(1)监视汽轮机通流部分运行是否正常。,各抽
7、汽段压力和调节级汽室压力统称为监视段压力。,除了汽轮机最后一、二级外，调节级压力和各段抽汽 压力均与主蒸汽流量成正比变化。根据这个关系，在 运行中通过监视调节级压力汽室和各段抽汽压力，有 效地监督通流部分工作是否正常。,17,(2)可以推算出不同流量(功率)时各级的压差和比焓降， 从而计算出相应的功率、效率及零部件的受力情况。也 可以由压力推算出通过各级的流量。,在同一负荷（主蒸汽流量下），监视段压力增高，则说明该监视段后通流面积减少，或者高压加热器停运、抽汽减少。 多数情况是因叶片结垢而引起通流面积减少，有时也可能因叶片断裂、机械杂物堵塞造成监视段压力升高。 如果调节级和高压缸一段、二段抽汽
8、压力同时升高，则可能是中压调门开度受阻或者中压缸某级抽汽停运。 监视段压力不但要看其绝对值增高是否超过规定值，还要监视各段之间压差是否超过规定值。若某个级段的压差过大，则可能导致叶片等设备损坏事故。,18,例：某汽轮机设计工况下蒸汽流量为132.6t/h，调节级汽 室压力为1.67MPa。当机组流量降为90t/h时，试问此工况 下调节级汽室的压力为多少？又压力级结垢后使通流面积 减少5%，则在90t/h工况下调节级汽室压力是多少？,解：,19,级的比焓降变化规律,凝汽式汽轮机,中间级(除调节级与最末一、二级以外),设计工况:,由,四、级的比焓降和反动度的变化规律,变工况:,20,G(Gc)mi
9、n时,末级初压 ， 近似不变,凝汽式汽轮机中间级,流量变化时级的理想比焓降基本不变。,末级,G(Gc)min 时， P0G为双曲线， 。,c)末几级,末级临界工况时，末几级级前压力正比于流量，流量变化时级的理想比焓降基本不变。,21,末级处于亚临界工况时，末几级级前级后压力与流量成双曲线关系，流量变化时理想比焓降变化规律与 背压式汽轮机相同 。,背压式汽轮机,一般情况下，即使是最后一级也不会达到临界状态。 此时，忽略温度变化，由弗留格尔公式可得变工况下 理想比焓降与流量的关系曲线。,22,G1减小，p21/p01增大，比焓降减小,23,工况变化前后的流量关系：,在小变化假设下，喷嘴、动叶出口处
10、比容同比例 变化，即,级的反动度变化规律,24,当 减小（速比 增大）， ， 由于u不变，故 ， 减为 ，动叶进口实际有效相对速度为 。,如果反动度不变，就有,25,喷嘴流出来的汽流来不及流出动叶栅，造成 阻塞使动叶前压力相应提高，反动度增大,动叶出口流 速增加，来减轻动叶栅汽道的阻塞。,当反动度增加到一定程度时，使 ,反动度不再增大，达到平衡。,同理， 增大即 减小时， 因而， ，故反动 度必然降低。,结果：,26,反动度的变化规律：,级的比焓降增大，即速比减小时，反动度减小。 面积比f一定时，设计反动度较小的级，比焓降变化时，反动度变化较大。 f减小时，级内反动度增大。 反动级的反动度基本
11、不变。 处于临界工况的凝汽式汽轮机末级和动叶出口超过临界速度的调节级,27,一、节流配汽,第三节 配汽方式和调节级的变工况,汽轮机的配汽：改变进汽量和焓降的方式。 汽轮机的配汽方式：节流配汽、喷嘴配汽。,28,对汽轮机加热均匀，减小热变形和热应力 提高机组运行可靠性和负荷变化的适应性 与喷嘴配汽相比，(*没有调节级），结构简单，制造成本较低，),问题：,节流效率,负荷小于额定值时，所有进汽受到节流作用，低负荷 时调节汽门的进汽机构节流损失大。,全机相对内效率,通流部分相对内效率,背压式汽轮机一般不用节流配汽。,29,*现在的汽轮机普遍采用数字电液调节系统，具备阀门管理功能，即同一台汽轮机既可以
12、采用阀门同时启闭的节流配汽(称为单阀控制)，也可以采用阀门顺序启闭的喷嘴配汽(称为顺序阀控制),30,二、 喷嘴配汽,每一喷嘴组由1个独立的调节汽门供汽，通常认为调节级后的压力相等。为减小喷嘴配汽调节级的漏汽量，调节级采用低反动度(约0.05）的冲动式。,1-自动主汽门 2-调节汽门3-喷嘴组间壁,31,特点：,部分进汽度e设计流量G时, 调节级后压力P21大于不考虑温度影响时的P21，如实际P21曲线cd段， G1P2),G1G时，调节级(不包括部分开启汽门后的喷嘴和动叶)，随流量增大，焓降减小，动叶一般是亚临界工况，反动度增大，P11-P21增大如曲线fk段,G10.4G时，m10，P11
13、=P21，如曲线ba段,36,调节汽门均有重迭度,第一调门 未开足时，第二调门 已开启 ，第一喷嘴组流量G比 总流量 略小,实际上流量不断增大时，使进汽 机构节流损失增大，使全开调节汽 门后压力略有降低,临界压力线随之 向右下倾斜，临界点左移至H,37,负荷降低时，调节级焓降增大，调节级后温度下降，引起高压缸各非调节级温度下降，部件的热应力和热变形大； 节流配汽第一级前后汽温变化不大，负荷变化时，各级热应力和热变形都不大； 节流-喷嘴混合配汽低负荷时牺牲一些效率换取了机组的安全性和负荷调度的灵活性的提高,38,三、 配汽方式对定压运行机组变工况的影响,四、轴向推力的变化规律,汽轮机轴向推力的变工况计算相当复杂，且难以计算准确，故在实际运行中，常用测量推力轴承工作瓦块温升的方法来监视轴向推力的变化。,1. 节流配汽凝汽式汽轮机,反动度变化规律：,除末级或最后两三级外，各级焓降不变，反动度也不变；,不论冲动式还是反动式，最后两三级设计反动度大，焓降变化引起的反动度变化较小或基本不变。,39,各级前后压力差与流量成正比变化，因此，汽轮机级的轴向推力与流量成正比变化，在最大负荷时达最大值。,
