汽轮机变工况
汽轮机的变工况
T T
0 0 0 01
k n1 2
2
n1
( k 1) k k ( k 1)
n k n
p11 p1
T1 T11
这里
T00 T1 0 T11 T01
( k 1) k k ( k 1)
，上式变为：
p11 p p1 p
T00 p 01 0 p0 T01
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。 • 初压不变，椭圆方程； • 背压不变，双曲线方程。 • 级数越多，临界压力越接近于零，应用弗留 格尔公式误差越小。
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。
（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。
式(8)简化为
G1 G
2 2 p 01 p 21 2 2 p0 p 2
T0 T01
不考虑温度变化，
G1 G
2 2 p 01 p 21 2 2 p0 p2
结论：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。
（三）一种工况下级处于临界状态，而在另一 种工况下级处于亚临界状态
调节级多数工况下流过两股初压不同的汽流，
汽轮机的变工况
G01 G0
p021
p
2 g1
T0
p02 pg2 T01
G01、P01、T01 、Pg1 变工况下级组流量、初压、初温、背压 G0、P0、T0、Pg1 设计工况下级组流量、初压、初温、背压
若不考虑温度变化（滑压运行）：
G01 G0
p021 pg21
p02
p
2 g
1.级组的临界工况
• 某级处于临界状态，或者级后压力很低：
因此,在某一负荷下是否应该采用滑压运行,关键是综合上述各项 来考察机组的运行经济性
二、级组压力与流量的关系
流量相等而依次串联的排列的若干级称为级组。
级组的亚临界工况：各级气流速度均小于临界速度 级组的临界工况：级组内至少有一列叶栅的出口流速 达到或超过临界流速
1.级组的亚临界工况
弗留格尔公式：通流部分结构不变时
调整抽汽式汽轮机，其调节抽汽口压力基本保持不变，且大于 大气压，所以抽汽口各级都处于亚临界工况，也用弗留格尔公 式计算。
G1 G
p021
p
2 g1
p02
p
2 g
或
G1 G
p021 pg来自百度文库1 T0
p02
p
2 g
T01
pg 热用户
四、 压力与流量关系式的应用
1.弗留格尔公式的应用条件
（1）在不同工况下，级组中各级通流面积不变 如通流部分结垢或磨损等，应进行修正
汽轮机原理第三章变工况例题
汽轮机原理第三章变工况例题
这是第三章的一个变工况例题：
假设一台汽轮机在额定工况下的热效率为0.35，额定功率为10 MW。当负荷下降至5 MW时，求汽轮机的新热效率。
解题步骤：
1. 首先，根据题目中给出的额定工况下的热效率，我们可以得到额定工况下的热输入功率：
热输入功率 = 额定功率 / 热效率 = 10 MW / 0.35 = 28.57 MW
2. 设新负荷下的热效率为x（待求解）。
根据热效率的定义，我们可以得到新负荷下的热输入功率：热输入功率 = 新负荷 / x = 5 MW / x
3. 由于热输入功率在不同负荷下是保持不变的，所以我们可以得到以下等式：
28.57 MW = 5 MW / x
4. 将等式中的字母x移项，得到：
28.57 MW * x = 5 MW
5. 即：x = 5 MW / 28.57 MW = 0.175
因此，汽轮机在新负荷下的热效率为0.175。
汽轮机变工况
G 1ap01 T0, G p0 T01
G 1a G
p0 21pg 21 p0 2pg 2
T0 T01
结垢（a < 1），则同一流量G1下，p 0 1 必然升高；
磨损（a > 1），则同一流量G1下，p 0 1 必然降低。
（2）在同一工况中，通过级组的流量相等
调节抽汽口（供热、取暖、其他厂用汽等）应作为分级组的界限。 （3）流过级组的蒸汽流应是均质流
－1.8％
分析：功率增加，流量增加，从调节级后各处压力正比于流量增加 来看，压力级各级工作正常，可能原因①调节级喷嘴磨损；②调节 级叶片断裂；③调节级喷嘴漏汽； 结果：调节级喷嘴磨损严重
20
五、级的焓降和反动度的变化规律
1、级的焓降变化规律
（1）凝汽式汽轮机 变工况时，凝汽式汽轮机各中间
级压比基本不变，各级的理想焓降 基本不变。
7
一、级内压力与流量的关系
1、级内为临界工况 定义：级内喷嘴叶栅或动叶栅两者之一的流速达到或超过临界速度
（1）级内喷嘴达到临界（变工况前后）
Gc1 Gc
p001 p00
T00 T001
p01 p0
T0 不考虑初温变化 T01
（2）级内动叶达到临界（变工况前后）
p
0 01
p
0 0
＝
p 01 p0
Gc1 Gc
汽轮机的变工况
总结（综上所述）：
采用喷管调节的凝汽式汽轮机，当流量改变时，比焓降的变化主要发生在调节级和最后一级中。所有中间级在流量变化时，比焓降近乎不变，但在低负荷时，中间级比焓降也会变小。
汽轮机在变动工况下运行时，效率要降低，且负荷变化越大，效率下降越多：喷管调节的凝汽式汽轮机效率的降低主要发生在调节级与最后一级；采用节流调节的汽轮机，没有调节级，效率的降低主要是由于节流损失及最末级效率的降低。
（二）通流面积变化时，级内反动度的变化
第一章中讲到，级内反动度的实现是通过一定的动、静叶栅出口面积来保证的，但由于以下原因，动静面积比f＝A b/A n改变：
1.制造加工方面的偏差。
2.通流部分结垢，或是动叶磨损。
3.检修时的改动。
当面积比f＝A b/A n↓，从喷管流出的汽流在动叶汽道中引起阻塞流动使动叶前p↑，Ω↑；
反之，f↑时，Ω↓。
1
1
1
1
1
1<
⋅
=
⋅
n
b
n
b
A
A
c
w
A
A
c
w
，现
原
汽轮机原理 第五章 汽轮机的变工况特性
结论：由以上分析可知，如果变工况前后级均为临界工况，无论 是喷嘴或动叶为临界，通过级的流量，与滞止初压或初压成正 比，与滞止初温或初温的平方根成反比。
第二节 级与级组的变工况特性 2. 级内为亚临界工况 级内喷嘴和动叶出口的流速均小于临界速度，则该级为亚临界工况。 喷嘴出口的连续性方程为 设
带入到动叶临界流量的比表达式，并近似认为
0 T1 / T11 T00 / T01 T0 / T01
第二节 级与级组的变工况特性 有，
0 G c1 p01 0 Gc p0
T00 p01 0 p0 T01
T0 T01
即，通过级的流量，与滞止初压或初压成正比，与滞止初温或初温 的平方根成反比。 忽略温度的影响有：
第五章
汽轮机的变工况特性
设计工况：汽轮机在设计参数（进行汽轮机热力设计时确定的各参数） 下运行为设计工况，也称经济工况（在此工况下运行效率最高）。 （汽轮机的热力设计：给定初终参数、功率和转速的条件下，计算和 确定蒸汽流量、级数、各级尺寸、蒸汽参数、反动度、功率和效率 等，进而得出各级和全机的热力过程线等。）唯一。 变工况：汽轮机在偏离设计参数的条件下运行的工况。
第二节 级与级组的变工况特性 1.1 喷嘴为临界 无论动叶是否为临界，均有如下关系
0 Gc1 p01 T00 p01 T0 0 0 Gc p0 T01 p0 T01
汽轮机的变工况特性
渐缩喷嘴压力与流量的关系
下面四种情况可以忽略温度的变化 • ⑴喷嘴前压力变动是由节流引起的 • ⑵喷嘴前温度不变 • ⑶温度变化很小而可以忽略 • ⑷因近似计算而可以忽略温度变化
当不考虑变工况时温度的影响，上式可简化为：
G1
1
p
* 01
G
p
* 0
渐缩喷嘴压力与流量的关系
如果工况变动前后均为临界工况，有：
m1 m
工况变动所引起级内反动度的变化
第三节 配汽方式及调节级的变工况特性
一、滑参数运行与定参数运行
P el GHt ri mel
滑参数运行:通过改变整机理想比焓降来调节汽轮机机组的功 率的运行方式； 定参数运行：通过改变流量来调节机组的功率的运行方式。 配汽机构：汽轮机上用于控制进汽量的条件机构。
w11cos mw1
w21 / w2 m 结论：动叶中比焓降增加，因此级的反动度增加，即
m1 m
工况变动所引起级内反动度的变化
2. 工况变动时，级的理想比焓降增大
ht1m ht m1 c11 mc1 w21 mw2
w11cos mw1
w21 / w2 m 结论：动叶中比焓降减小，因此级的反动度减小，即
Ab An Ab
c1 w2 c11
c11 c1
w21 w2
const
An w21
汽轮机的变工况课件
目录
• 汽轮机变工况概述 • 汽轮机稳态工况分析 • 汽轮机变工况过程及原理 • 汽轮机变工况对设备性能影响 • 汽轮机变工况优化控制策略 • 汽轮机变工况实例分析
01
汽轮机变工况概述
定义与分类
定义
汽轮机变工况是指汽轮机在运行过程中，由于外部负荷 或内部因素的影响，导致汽轮机的运行状态发生变化的 情况。
研究意义
01
提高汽轮机运行效率
通过对变工况的研究，可以优化汽轮机的运行方式，提高汽轮机的运行
效率和经济性。
02 03
保障电网稳定运行
汽轮机是电网中的重要设备，其稳定运行对于电网的稳定运行具有重要 意义。通过对变工况的研究，可以提出相应的控制措施，保障电网的稳 定运行。
延长汽轮机使用寿命
通过对变工况的研究，可以了解汽轮机在变工况下的运行特性和损伤机 理，提出相应的维护和检修策略，延长汽轮机的使用寿命。
汽轮机进水
02 当汽轮机进水时，需迅速切断进水汽源，加强疏水，
检查汽缸、转子等部件是否受损。
轴承温度升高
03
当轴承温度异常升高时，需检查润滑油压、油温、轴
承振动等情况，及时采取措施降低轴承温度。
汽轮机变工况对设备性能影
04
响
热力性能变化
热效率变化
01
汽轮机在变工况下，其热效率会发生变化，影响机组的出力。
汽轮机变工况
双抽－调节复杂
D I h mac D h mac II II D h mac III III t i e1 t i e2 t i Pel ' Pm g 3.6 Pe 2 De 2 h
mac III t
Wn h0 hs n Qn h0 hs n
h0 hs n s n h0 hs n s n h h √ s n s n 0
安全灵活性
参数变化对汽轮机的影响
• 主蒸汽参数 • 再热蒸汽参数 • 真空
s
Ws Qs Qn h0 hs n
hi s hi n h0 hs n h ml h ml hi s hi hi n hi h0 hs n
h h
Qn h0 hs n
节流调节
节流效率
节流调节不 适用背压机
节流调节的优点
全周进汽 热应力小
运行简 单可靠 无调节级 结构简单
负各 荷级 适温 应度 性变 强化 小
运行安全灵活性高
致命缺点： 部分负荷下效率太低
喷嘴调节－阀门依次开启
相对于节流的优点
热力过程线
• 调节汽室起到混合作用
GI GII h2' GIII h2" Gh
汽轮机的变工况
2
2
G 2 p1 pcr 2 ( ) ( * ) 1 G p0 pcr cr
G 令 G 则 cr
p1 pcr 2 G 1 ( * ) Gcr p0 pcr
或
n cr 2 G 1 ( ) Gcr 1 cr
2、喷嘴初压P0*和背压P1同时变化 （１）两种工况下，通过喷嘴的流量均为临界流量
（3—1）
（2）当喷嘴前后压力比 n ≤
cr 时，p1 ≤ pcr （临界）流量为临界流量
（3—2）
* * G Gcr 0.648 An p 0 0
上二式中：
* p0 * 、 0 ——喷嘴前压力、密度； p1 、 p cr ——喷嘴后压力、临界压力； p
n An
= p
1 * 0
* * Gcr1 0.648 An p01 01 * * Gcr 0.648 An p0 0
式中，下标“1”为工况变动后的参数（以下 均同）。
若把蒸汽当成理想气体，利用其状态方程 P/ρ=RT，则上式可写成
Gcr1 Gcr
* * p01 01 * * p0 0 p01 T0 p0 T01
第二节
级与级组的变工况
一、变工况下级前后参数与流量的关系 （一）级在临界工况下工作 1.工况变化前后喷嘴处于临界工况
* Gcr1 p01 T0* * * Gcr p0 T01
4汽轮机变工况
根据分式运算法则 有
G1 = G
2
2 2 pz21 + pz2−1,1 − pz21 + pz2− 2,1 − pz2−1,1 + ⋅⋅⋅ + p01 − p21 2 2 pz2 + pz2−1 − pz2 + pz2− 2 − pz2−1 + ⋅⋅⋅ + p0 − p2 2 01 2 0
* 01 * 0
T T
* 0 * 01
10
渐缩喷嘴压力与流量的关系
G1 β1 p = G β p
* 01 * 0
T T
* 0 * 01
忽略温度变化
G1 β1 p = G β p
* 01 * 0
以下4种情况可以忽略温度的变化
• 喷嘴前压力变动是由节流引起的; • 喷嘴前温度不变; • 温度变化很小而可以忽略; • 因近似计算而可以忽略温度变化。
G = µn An ρ1t c1t
= c1t
2 (1 − Ωm ) ∆ht
= G µn An ρ1t 2 (1 − Ωm ) ∆ht
= G
(µ A ρ
n n
2t
2∆ht
)
ρ1t 1 − Ωm ρ 2t
15
级前后压力与流量的关系
级在亚临界工况下工作
h
p0 0 p1
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第三章第三章汽轮机的变工况
chapter 3 The changing condition of Steam turbine
设计工况：运行时各种参数都保持设计值。
变工况：偏离设计值的工况。
经济功率：汽轮机在设计条件下所发出的功率。
额定功率：汽轮机长期运行所能连续发出的最大功率。
研究目的：不同工况下热力过程，蒸汽流量、蒸汽参数的变化，不同调节方式对汽轮机工作的影响；保证机组安全、经济运行。
第一节喷嘴的变工况
The changing condition of a nozzle
分析：喷嘴前后参数与流量之间的变化关系
一、渐缩喷嘴的变工况
The changing condition of a contracting nozzle
试验：调整喷嘴前后阀门，改变初压和背压，测取流量的变化。
（一）（一）初压P*0不变而背压P1变化
（1）（1）εn=1，P1= P*0，G=0，a-b，d
（2）（2）0＜εn＜εcr，G＜G cr，a-b1-c1，1
（3）（3）εn=εcr，G=G cr，a-b2-c2，e
（4）（4）ε1d＜εn＜εcr，G=G cr，a-b3-c3，3
（5）（5）εn=ε1d，G=G cr，a-c4，4
（6）（6）εn＜ε1d，G=G cr，a-c4-c5，5
列椭圆方程：
（二）（二）流量网图
改变p*0可得出一系列曲线，即流量网图
横坐标：ε1= p1/p*0m；
纵坐标：βm=G/G 0m；
参变量：ε0= p*01 /p*0m
p*0m、G*0m：分别为初压最大值和与之相应的临界流量的最大值。
例1：已知：p0 =9MPa ，p01 =7.2MPa，p1 =6.3MPa，p11 =4.5MPa
求：流量的变化。
解：取=9Mpa
原工况：ε0= p0 /p0m =1，ε1=p1 /p0m=0.7
查出：βm =G/G0m=0.94
新工况：ε01= p01 /p0m =0.8，ε11=p11 /p0m=0.5
查出：βm1 =0.78
则：
例2：已知：p0 =1MPa ，p01 =0.9MPa，p1 =0.7 MPa，p11 =0.8Mpa，t0 =320℃，t01 =305℃
求：流量的变化。
解：原工况：
新工况：
则
二、缩放喷嘴的变工况
The changing condition of a contracting-expanding nozzle 设计背压p1a：喷嘴喉部保持临界状态的最高背压。
设计背压p ca：保持蒸汽在斜切部分不膨胀的最低背压。
极限背压：在斜切部分膨胀达到极限。
当p1a＜p1＜p ca时，出现突击压缩（正冲波），使p1＞p cr
第二节级与级组的变工况
The changing condition of a stage and stage group
一、变工况下级前后参数与流量的关系
The relationship with the front—back parameter of a stage when the condition is changed
（一）（一）级在临界工况下工作
1、1、工况变动前后喷嘴均处于临界状态
2、2、工况变动前后动叶均处于临界状态
（1）（1）与喷嘴一样：
（2）（2）列动叶进口和进口滞止截面的连续方程
（3）（3）动叶进出口速度可写成
结论：级在临界状态下工作，不论临界状态发生在喷嘴或动叶，通过该几的流量均与级前压力成正比，而与级后压力无关。
（二）（二）级在亚临界工况下工作
（三）（三）一种工况处于临界状态，另一种工况处于亚临界状态
若变动前为临界工况，变动后为亚临界工况，则可用临界工况公式计算到εn=εcr处，再用亚临界工式由εn=εcr算到变动后的工况。反之则计算方法相反。
二、变工况下级组前后压力与流量的关系
the relationship between the front—back parameter and flow of stage group when the conditong is changed
级组：流量相同的若干个相继排列的级组成。
（一）（一）变工况前后级组内各级均未达到临界状态
一个级组是否处于临界状态，取决于级组的末级是否处于临界状态。
对某一级：
对于凝汽式汽轮机：p z1＜＜p01，p z＜＜p0
最末一、二级除外。
（二）（二）变工况前后级组内均达到临界状态
设末级达到临界状态：
结论：变工况时，若级组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初压成正比。
（三）（三）弗留格尔公式应用条件
1、1、级组中各级流量相同（有回热抽汽也可应用）；
2、2、级组中各级的通流面积变工况前后保持不变（结垢后需修正）；
3、3、级组中级数不少于3~4级。
（四）（四）弗留格尔公式的应用
1、1、监视汽轮机通流部分运行是否正常；
2、2、推算不同流量下各级的级前压力。
三、变工况时各级焓降的变化
the variety of each stage’s enthalpy drop when the condition is changed 将蒸汽近似当作理想气体
1、1、凝汽式汽轮机中间各级
负荷偏离设计值较大时，中间各级焓降也要发生变化。
2、2、末级
无论末级是否达到临界状态，在不同的流量下，级前后压力比p z/p z-1不是常数，而是随流量G的变化而变化。
3、3、调节级
调节级后压力正比于流量G，级前压力变化较小
4、4、背压机
若末级均处于临界，则级前后压力与流量成正比，焓降变化规律同凝汽式一样。
但末级通常达不到临界，背压较高，不可忽略，此时：