汽轮机的变工况

一、节流调节 G0通过一个或几个同时启闭的调节汽阀，进 1、节流调节：
入到汽轮机第一级。 特点：存在节流损失，结构简单，制造成本低，变工况 各级后温度变化较小。 H i H i Ht th ri ri 汽轮机的相对内效率： H t H t H t
汽轮机通流部分的相对内效率 ri
G1 当考虑温度修正后 G0
2 01 2 0
P0 G
P2
P4
P6
Ⅰ
2 z1 2 z
p p p p
T0 T01
Ⅱ
Ⅲ
2、变工况前后级组均为临界状态
若级组中某一级始终处于临界状态，这种情况一般是 末级首先达到临界状态，因为末级的设计比焓降是各级中 最大的。
例如级组由三级组成,如图示，假设末级达到临界
第三章 汽轮机的变工况运行
喷嘴的变工况 级的变工况 级组的变工况 调节级的变工况 汽轮机调节方式



当外界负荷变化、 蒸汽参数波动或 转速变化时，均 会引起汽轮机内 热力过程的变化 和零部件受力情 况的变化，从而 影响机组经济性 和安全性。这种 与设计条件不相 符的工况称为变 工况。
第一节 喷管的变工况
第四节 汽轮机调节方式和调节级的变工况
Pel G Htrimg
从运行方式上可分为
定压调节
节流调节 喷管调节
滑压调节
定压运行：在负荷调节过程中，保证主汽阀前蒸汽的参 数不变，靠调节阀的开度调节负荷。 滑压运行：调节汽阀全开或保持一定开度不变，新蒸汽 的压力随负荷变化而变化，温度保持不变。
1、变工况前后级均处于临界状态
Gc1 p Gc p
* 01 * 0 * 01 * 0
T p01 T0 T p0 T01
* 0 * 01
Gc1 p p01 Gc p p0
2、变工况前后各级均处于亚临界状态
G G G G
1

p p T p p T
01 2 0 21 2 2
2
2
0 01
th 调节阀的节流效率
图3-8 节流调节汽轮机示意图
图3-9 节流调节汽轮机的热力过程线
节流效率的大小与通流部分的结构无关，与蒸汽初终 参数和进汽量的大小有关。
同一背压下，汽轮机负荷
越低，节流效率就越低，汽轮 机的背压越高，同一负荷下汽 轮机的节流效率越低。
节流效率曲线
节流调节的特点： （1）节流调节的结构较简单、制造成本低； （2）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，演示文稿5.ppt减 小了由温度变化引起的热变形与热应力，提高 了机组运行的可靠性和机动性； （3）在部分负荷下由于节流损失，机组经济性 下降。 节流调节的应用：节流调节一般用在小机组 以及承担基本负荷的大型机组上。
1 01 0 21 2 41 4
G
p
p
p
在工况变动时，各个中间级的压力比不变
1 p21 kk k ht1 RT01[1 ( ) ] k 1 p01
流量变化时各级的焓降基本不变，xa不变，ri不变 ， 中间级的内功率与流量成正比，即
P Gh BG
i t ri
2、凝汽式汽轮机调节级（定压运行） 1 p2 kk k h t RT0 [1 ( ) ] k 1 p0
三、弗留格尔公式的实际应用
一超高压汽轮机在运行21个月后发现功率不断下降，已持 续了一两个月。分析每天的数据，发现功率是以不变的速 率下降的，而不是突降的。与21个月前的运行数据相比， 变化情况如下表，试分析原因。
故障汽轮机参数变化表（一） 流量 －17.2% 功率 -16.5% 调节级后压力 +21.2% 高压缸效率 -12.2%
汽轮机的设计工况是指在一定的热力参数、转速和功率等 设计条件下的运行工况。在此工况下运行，汽轮机具有最 高的效率，故又称经济工况。
一、压力与流量的关系
1、变工况前后，喷嘴内均处于临界状态
G1 p01 T0 当忽略温度变化时 G0 p0 T01
G1 p01 G0 p0
2、变工况前后喷嘴内均处于亚临界状态
G1 p 41 T4 对第三级有： G p4 T41
P0 G P2 P4 P6
对第二级有：
G1 G
p p
2 21 2 2
p p
2 41 2 4

T2 T21
p p 于是有： 41 21 p4 p2
同理有：
p01 p21 p2 p0
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
2、变工况前后级组均为临界状态
G1 p01 p21 p41 G0 p0 p2 p4
二、工况变动时，级内反动度的变化
（2） 反动级 m 基本不变 应用到凝汽式汽轮机末级，工 m 基本不变。 况变动时， （3） ht m
ht 变化时， m 变化较小，设计 （1）设计时反动度大的级， m 变化较大。 时m 小的级， ht 变化时，

ht m
(基本规律)
以上结论不适用于下面特殊工况： 凝汽机末级，动叶超临界工况时，在 G 不变时，背 压 pc 变化时。此时
pc , ht , 但全部增加在h b上，m pc , ht , 但全部减小在h b上，m
m 的变化 2、面积比f变化时，
面积比 f Ab / An 发生了变化，将引起级内反动 度的改变。
1

p p p p
01 2 0
2
2 21 2 2Biblioteka 第二节 级组压力与流量的关系
级组是由若干相邻的、流量相同的且通流面积不变的级 组合而成的。
一、级组前、后压力与流量的关系
1、变工况前后级组均未达到临界状态
G1 G0
2 p01 pz21 2 p0 pz2
此式称为弗留格尔公 式，它表明：当变工况前 后级组未达到临界状态时， 级组的流量与级组前后压 力平方差的平方根成正比。
0 2 Ⅱ i Ⅲ i Ⅱ Ⅲ ri ri t t t
ri
式中 G、GⅡ、GⅢ ——通过三个阀的流量； ri、 Ⅲ ri ——流过全开调节阀的汽流和流过部分 开启调节阀的汽流在调节级中的相 对内效率； ht ——调节级的理想比焓降。
故障汽轮机参数变化表（二） 负荷 给水流量 调节级后 压力 中间再热 后压力 高压缸 中压缸 效率 效率
-40%
-36%
-42%
-44%
-1.8%
-0.4%
分析原因： （１）功率突降，压力变小可知流量变小； （２）压力与流量成正比，可知非调节级工作正常，原因 在调节级前或调节级； （３）无机组异常振动可知未出现机械损坏； （４）调节级喷嘴、动叶损坏使流量增大，叶片断落使第 一非调节级喷嘴堵塞使调节级后压力升高，所以以上 原因可排除； （５）门杆断裂使汽门关闭。
第一阀开启至全开过程中，通流面积不变， h t 基本不 p21 G1 ，p21 ， ，h t1 。 变，从第二阀开启后， p0 h t 在第一阀打开至全开的过程中都为最大。 3、凝汽式汽轮机末级（背压不变） p p G1 p01 ， c ，h t1 ; G1 p01 ， c ，h t1 p01 p01 综上所述，对凝汽式汽轮机进行变工况核算时，只需对 调节级和最末级进行详细的变工况核算。
通过级组的流量与组成级组 的各级之前的压力都成比例变化，
与级组后的压力无关。
凝汽式汽轮机除最末一两级 外，其他级级前压力变化都和流 量成比例。
汽轮机级组示意图
二、弗留格尔公式的应用条件
（1）变工况前后，同一级组内级数不变
（2）同一工况下，级组内各级流量相同，不应该包含抽汽 注意：a、当回热抽汽正常运行时，可将抽汽点前后级划 为 一个级组；停运时，按抽汽点划分级组 b、对于调整抽汽式，必须按抽汽点划分级组 （3）变工况前后，级组内各级的通流面积应保持不变
二、喷管调节与调节级的变工况
（一）喷管调节的工作特点
特点：设有调节级，G0 通过依 次开启的调节汽阀进入调节级， 只在部分开启的调节阀中存在 1 节流损失，始终存在部分进汽 损失，调节级的余速不能利用， 调节级后温度变化较大。
与节流调节相比，机组在部分 负荷时，效率较高。
G
3
4
2
3 3 3 3
（二）调节级的变工况
G1 1 p01 T0 G0 p0 T01
3、动叶的变工况
G1 1 p01 略去温度变化 G0 p0
①变工况前后临界
G1 p11 T1 G0 p1 T11
②变工况前后均为亚临界
G1 1 p11 T1 G0 p1 T11
二、级的变工况
级的临界状态：组成级的喷嘴或动叶之一达到了临界状态。 级的亚临界状态：组成级的喷嘴和动叶都处于亚临界状态。
（二）通流面积变化时级内反动度的变化 动、静叶栅出口 面积比发生变化， 将引起反动度的 改变。 ①当动、静叶栅 出口面积比减小 时，反动度升高； ②当动、静叶栅 出口面积比增大 时，反动度减小。
思考题：
试分析凝汽式汽轮机，在负荷 增加（降低）时，各级的级前 压力、级的压力比、焓降、速 比、反动度、效率、功率的变 化规律。
Ⅱ 2 2
Ⅲ
h

2
G G G h h hⅢ G G
Ⅱ Ⅲ 0 i i 1 1
G
G G h h G
Ⅱ 0 i
Ⅲ
h hi
Ⅲ
0
1
G
1
h h G G hⅠ G h Ⅲ G G G Ⅲ . . h G h G h G G
2 p01 pz21 G1 a 2 G0 p0 pz2
p01 G1 a G0 p0
a A1 / A0 式中a——变工况前后，调节级通流面积之比， 运行过程中，如何判断通流部分腐蚀或结垢? p01 , a 1, 结垢 p01 G1 a 1 同一负荷或流量下，如果 G0 p0 p01 , a 1, 腐蚀
汽轮机任一级的理想比焓降可近似的用下式表示：
1 p2 kk k h t RT0 [1 ( ) ] k 1 p0
（3-18）
上式说明，级的理想比焓降为级前温度及级后压力比 的函数。如果级前温度在工况变动时不变，则级的理想
比焓降只取决于级前后的压力比。
（一）凝汽式汽轮机 1、凝汽式汽轮机各中间级 对于凝汽式汽轮机除调节级和最末一、二级外，无论 级组是否处于临界状态，其各级级前压力均与级组的流 量成正比，即 G p p p ....
分析原因： １、呈正比变化，说明调节级或调节级前出现故障； ２、各汽门开度下功率均增加，排除汽门，可能是： （1）喷嘴腐蚀； （2）叶片断裂； （3）喷嘴弧段漏汽； 后两种情况将引起高压缸效率大大下降，但并未 如此，故可初步判定喷嘴腐蚀。
第三节 工况变动时各级比焓降及反动度的变化
一、工况变动时各级比焓降的变化
某机三年的运行数据表明，在调节汽门的同一开度下，功率 是渐渐增加的，三年前后的同一调节汽门开度下的运行数据 之差如表所示。在发现上述问题后，曾进行试验，证明在各 个调节汽门的不同开度下，功率都变大。试分析原因。
故障汽轮机参数变化表（三） 功率 +11.0% 调节级后压力 +11.0% 中间再热后压力 +10.2% 高压缸效率 -1.8%
分析原因： 1、功率是稳定速率下降的，不是突降； 2、调节级后压力上升，而流量未增加，说明非调 节级出现堵塞； 3、堵塞稳定增加，不是机械损坏，可能是结垢； 4、高压缸效率大为下降，说明是高压缸结垢；
某台凝汽式汽轮机的功率突然下降40%，此时机组无明显振 动，机组参数的变化如下。功率降低下，一些参数又基本稳 定不变，各监视段压力近似成比例降低。试分析原因。
运行中引起动静面积比改变的原因有：
（1）通流部分结垢，或是动叶遭水分侵蚀磨损引起动静 面积比改变;
（2）检修时对通流部分进行了变动。 当面积比 f Ab / An 减小时，从喷管流出的汽流在动叶 汽道中引起阻塞流动使动叶前压力升高，级内反动度增大； 反之，当面积比 f Ab / An 增大时，级内反动度减小。
对于凝汽式
汽轮机，调节 级后压力与流 量成正比。图 中的两股汽流 在调节级中膨 胀 到 级 后 压 力 p 2 ，它们的 焓降不同，所 做的功也不同。
图3-12调节级的热力过程线
为了使这两股汽流混合均匀，调节级后的汽室容积较 大，混合后的比焓值 h 2 可由热平衡方程求得：
G G h G h