初终参数变化对汽轮机工作的影响

初终参数变化对汽机工作的影响

电厂中汽轮机经常处于变工况运行状态，除了蒸汽流量变化外，蒸汽参数也可能偏离设计值，分析初终参数变化对汽机工作的影响以及对汽轮机运行的安全性和经济性具有重要的意义。

一．初终参数变化过大对安全性的影响

1．蒸汽初压P0、再热压力Pr 变化过大对安全性的影响

1)初温不变，初压升高过多，将使主蒸汽管道、主汽门、调节汽门、导管及汽缸等承压部件内部应力增大。若调节汽门开度不变，则P0 增大，致使新汽比容减小、蒸汽流量增大、功率增大、零件受力增大。各级叶片的受力正比于流量而增大。特别是末级的危险性最大，因为流量增大时末级比治、焓降增大得最多，而叶片的受力正比于流量和比焓降之积，故对应力水平已很高的末级叶片的运行安全性可能带来危险。第一调节汽门刚全开而其他调节汽门关闭时，调节级动叶受力最大，若这时初压P0 升高，则调节级流量增大，比焓降不变，叶片受力更大，影响远行安全性。此外，初压P0 升高、流量增大还将使轴向推力增大。

2)初温t0 不变、初压P0 降低一般不会带来危险。如滑压运行时P0 的下降，并未影响安全。然而P0降低时，若所发功率不减小，甚至仍要发出额定功率，那么必将使全机蒸汽流量超过额定值，这时若各监视段压力超过最大允许值，将使轴向推力过大，这是危险的，不能允许的。因此蒸汽初压P0降低时，功率必须相应地减小。

2．蒸汽初温和再热汽温变化过大对安全性的影响

1) P0与Pr不变，t0与tr 升高将使锅炉过热器和再热器管壁，新汽和再热蒸汽管道，高中压主汽门和调节汽门，导管及高中压缸部件的温度都升高。温度越高，钢材蠕变速度越快，蠕变极限越小。因此，汽温过高将使钢材蠕变的塑性变形过大，从而发生螺栓变长、法兰内开口、预紧力变小等问题，既影响安全，又缩短机组寿命，故不允许蒸汽温度过高。

2)新汽温度t0和再热汽温tr降低时，影响安全的关键是汽温下降速度。新汽温度下降过快，往往是锅炉满水等事故引起的，应防止汽轮机水冲击。水冲击的症状之一是蒸汽管道法兰、汽缸法兰和汽门门杆等处冒出白色的湿蒸汽或溅出水滴，这是因为蒸汽管法兰和汽缸法兰迅速被冷却收缩，而法兰螺栓在短时间内

温度仍高，没有收缩，法兰的严密性大减。汽温迅速降低将使汽轮机中膨胀作功

的蒸汽湿度大增，蒸汽中央带的水流流速很慢，水珠轴向打击动叶进口边叶背，

使轴向推力增大，从而使推力瓦块温度升高，轴向位移增大，甚至威胁机组安全。

对凝汽式机组，迅速降低负荷是降低轴向推力的有效措施。有的制造厂规定汽温

突降50℃时，应紧急停机。

汽温下降速度小于1℃／min 则没有危险。若调节汽门开度不变，则比容减

小将使流量增大，但比焓降随温度减小而减小，故功率变化不大。然而比焓降减

小后反动度增大，使轴向推力增大。故汽温降得多时，应防止轴向推力过大。

3．真空恶化和排汽温度过高对安全的影响

1)真空恶化和排汽温度过高时，对于转子轴承座与低压缸联成一体的机组

来说，排汽缸的热膨胀将使轴承座抬起，转子对中性被破坏而产生强烈振动。

2)凝汽器铜管线胀系数大于钢制外壳线胀系数许多，排汽温度过高将使铜

管热膨胀过大，引起胀口松脱而漏水，使不清洁的循环水漏入压力很低的凝结水

一侧，污染凝结水质。

3)排汽压力过高将使末级容积流量大城，小容积流量工况下的鼓风工况所

产生的热量将使排汽温度更加升高。容积流量很小时还可能诱发末级叶片颤振。

二．蒸汽初终参数的波动对经济性的影响

（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：

当初压变化不大时，汽轮机的内功率变化为：

1. 当初压变化而调节阀开度不变，

化简得 3600ri t i H D N η∆=000000360036003600p p H D p p H D p p D H N ri t t ri ri t i ∆∂∂∆+∆∂∆∂+∆∂∂∆=∆ηηη00102000036003600p p p p v p D p p H N k k ri ri t i ∆⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+∆∆=∆-ηη00102001p p p p H v p N N k k t i i ∆⎥⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+=∆-

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3—58所示，在不同背压下，功率增加与初压的关系。

2.初压（ ）变化，保持流量（D ）不变

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

或者

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。

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1/4~1/3，对功率影响不大。

i N ∆0p ∆0p 0p 00102003600p p p p v p D N k k ri i ∆⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=∆-η0

01

0200p p p p H v p N N k k t i i ∆⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆=∆-0p 0p

3. 初压（ ）变化，要求功率（ ）不变，则流量要变化

所以： 或者 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：

（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： 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：

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。

0p i N ri t i H N D η∆=3600⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂∆-∂∆∂∆-=∆∆0202011113600p H p H H N p D ri ri t t t ri i ηηη⎥⎦

⎤⎢⎣⎡∆∂∂-∆∂∆∂∆-=∆000011p p p p H H D D ri ri t t ηη⎥⎦

⎤⎢⎣⎡∆∂∆∂∆-=∆001p p H H D D t t )(360036000fw ri t ri t i h h H Q H D N -∆=∆=ηηt

H ∆0h ri η000%)50~30(11t h h C T N N

ri fw p i i

∆⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=∆η=∆i i N N 0000111t t D D t t H H ri ri t t ∆⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂+∂∂+∂∆∂∆ηη=∆i i N N 00011t t t H H ri ri t t ∆⎥⎦

⎤⎢⎣⎡+∂∂+∂∆∂∆ηη