5汽轮机变工况特性1
汽轮机的变工况
* Gcr1 p01 * Gcr p0
二、缩放喷管的变工况 设计背压p1：保持蒸汽在斜切部分不膨胀 的最低背压。 特征背压p1a：喷嘴喉部保持临界状态的 最高背压。 极限背压p1d：在斜切部分膨胀达到极限 时对应的压力。
膨胀度
图3-5 速度系数随压力比的变化曲线
第二节
级与级组的变工况
亚临界工况下，按弗留格尔公式计算。末级p0
沿双曲线变化。
倒数第三级之前的各级pg1＜＜p01 ，pz ＜＜p0
2 p01 p z21 T0 G1 G p02 p z2 T01
=
p z1 2 p 1 ( ) p01 T0 p z 2 T01 2 p0 1 ( ) p0
1 m1 1 m
前提条件： 亚临界工况下比容变化较小；
近似计算中，对上式近似假定： (1)工况变动时，反动级的反动度基本不变，冲
动级的速比变化不大时，反动度的变化较小， (2)亚临界级的较大
m m1 m 0 p2
p0
p 较大， 0 p2 较小，
忽略大根号内分子、分母的第二项。
四、压力与流量关系式的应用
1. 应用条件
1) 通汽面积不变；
若因结垢或腐蚀等使变工况下通汽面积有了改 变，应进行修正。即：
Gc1 p 01 Gc p0 T0 T01
G1 G
2 2 p01 p g1 2 2 p0 p g
T0 T01
A1 a A
——面积变化之比。
对于调节级，只有当第一调节汽门开大或关小
§3.1 喷嘴的变工况特性 分析：喷嘴前后参数与流量之间的变化关系 激波：缩放喷嘴背压逐渐高于设计值时，将先 再喷嘴出口处，后在喷嘴段渐放段内产生冲波，超 音速汽流经过冲波，流速大大降低，损失很大，
汽轮机原理-5-2变工况下级的比焓降和反动度的变化规律
第二节 变工况下级的比焓降和反动度的变化规律
4. 背压式汽轮机，各级焓降与流量的关系
1）背压式汽轮机的比焓降随着流量 的变化而变化。当流量G1增大，ht增大； 反之，流量减小，ht减小； 级前p0越高的级，流量变化对该级 的焓降影响越小；
2）当流量在设计值附近变化时， 可认为各中间级焓降不变，或变 化很小； 3) 当流量变化较大时，各级焓降 都要变化，并且最后一、二级变 化最大。
6
第二节 变工况下级的比焓降和反动度的变化规律
一. 工况变动时各级比焓降的变化规律 (三) 末级比焓降的变化特性
当工况变动时，通过级的流量与级前压力成正比，即：
G1 G
p01 p0
p21 p2
所以：
p2 p0
p21 p01
分析：
(1)若T01 T0，则ht1 ht；
END 14 9
第二节 变工况下级的比焓降和反动度的变化规律
一. 工况变动时各级比焓降的变化规律
设计工况下，汽轮机的效率最高，变动工况效率降低，负荷变化越大,效率 降低越多；
对于喷嘴调节的凝汽式汽轮机,效率的降低主要发生在调节级和末级；
当流量增加时，调节级焓降减小，末级焓降增加，各中间级焓降近乎不变； 当流量减小时，调节级焓降增大，末级焓降减小，各中间级焓降近乎不变；
z不变，则压差p 减小，末级焓降
ht ht
增加； 减小。
因此: 在工况变动时，末级焓降、效率、反动度、功率都要变化。
8
第二节 变工况下级的比焓降和反动度的变化规律
一. 工况变动时各级比焓降的变化规律
(四) 调节级的变工况特性
1.在工况变动时，汽轮机调节级前的压力几乎不变或变化很小，而其级后 压力与流量成正比； 2.当流量增加时，调节级后压力上升，而级前压力不变，则压差减小，调 节级焓降减少； 3.当流量减小时，调节级后压力降低，而级前压力不变，则压差增大，调 节级焓降增加。
汽轮机变工况
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
第三章 汽轮机的变动工况特性
1
引言
设计工况：汽轮机按一定的热力参数、转速和功率设计，对应
设计参数的工况
（经济工况）
变工况：偏离设计工况的运行工况
1. 外界负荷变化； 2. 季节环境变化，如循环水进口温度变化； 3. 锅炉运行参数的变化，如主汽温度、压力、再热汽温等波动； 4. 汽轮机本体、辅机设备缺陷，如通流部分磨损、结垢、断叶，凝汽器泄漏。
p421 p42
结论：若级组中某一级 始终处于临界状态，则 级组流量与该级组所有 各级级前压力成正比。
即：p 4 1 p 2 1 Gc1p41 T0 p21 To p01 T0
p4 p2
Gc p4 T01 p2 T01 p0 T01
不考虑温度变化 Gc1 p41 p21 p01 Gc p4 p2 p0
p01
0
G1 G
p021 pg21 p02 pg2
p021
1
pg1 p01
2
p01
p02
1
pg p0
2
p0
p0
级组
pg
结论：1）凝汽式汽轮机各级（除最后一、二级外），无论是否发生
临界，其流量均与级前压力成正比。
2）对于最后几级，由于 p 0 , p 01 相对较低，
第五章§4凝汽式汽轮机的工况图
p H t RT0 z p0 p0
k 1 k
p 1 p0 v0 z p0 p0
k 1 k
1 p0
k 1 Pi p0 v0 pz k p0 1 H t Pi p 0 p0
k
H t T0
近似认为初温升高20℃ ~30℃ ，效率约升高1％ i 1
t0
Pi Pi t0 t0
浙江大学热工与动力系统研究所
20 30
%
cp Pi 1 1 t0 Pi T0 h0 h fw 2000 3000 i
浙江大学热工与动力系统研究所
Institute of Thermal Science and Power Systems
•
二、初温t0变化对汽轮机功率的影响 （初压、背压不变）
认为锅炉吸热量不变
Q D h0 h fw / 3.6 Pi DH t ri QH t ri 3.6 h0 h fw
q q n —热耗率修正系数。 qt qn q 1 qn q q q q q q q q n q n p 0 q n to q n pr q n tr q n tfw q n pc qt q n q
透平机械原理
第五章 汽轮机的变工况特性
热工与动力系统研究所
盛德仁 教授
E-mail: shengdr@
联系电话：0571-87951492，13906534086
§6、凝汽式汽轮机工况图
汽轮机工况图： 汽轮发电机组的功率与汽耗量之间的关系曲线称汽轮发电机组的工 况图，也称汽耗线。通过汽轮机变工况计算或汽轮机热力试验确定。 一、节流配汽凝汽式汽轮机工况图 汽轮机功率（发电机出线端） D0 H t r ,el
汽轮机的调节方式及调节级变工况
（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，从而减小了 由温度变化而引起的热变形与热应力，提高了机 组的运行可靠性和机动性；
（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。
D D
ri
从图中可见，调节级效率曲线具有明显的 波折状。这是因为阀全开时，节流损失小，效率 较高。在其它工况下，通过部分开启阀的汽流受 到较大的节流，使效率下降。
3.喷嘴调节的特点：
（1）喷嘴调节的结构较复杂、制造成 本高；
（2）工况变动时，调节级汽室温度变 化大，从而增加了由温度变化而引起的热 变形与热应力，限制了机组的运行可靠性 和机动性；
第二组喷嘴将从非临界状态过渡到临界状态。
在喷嘴达临界之前，喷嘴压力比随流量的增 加而减小，喷嘴达临界后压力比则保持不变。
图3--17 调节级变工况曲线
第三调节阀开启过程中： 第三组喷嘴中一直达不到临界状态；喷嘴压力比随
流量的增大而减小。 第四调节阀开启过程中： 第四调节阀为过负荷阀，第四组喷嘴的变工况特
1.调节级的变工况分析
第一调节阀开启过程中：
阀后压力(即喷嘴前压力)与流量成正比，当 阀门全开时， 达最大。
焓降的变化：由于压力比保持不变，所以焓 降也保持不变。但随着第二、第三调节阀的开启， 焓降将逐渐减小。
调节级后压力一直小于临界压力，故通过该 组喷嘴的流量为临界流量。
第二调节阀开启过程中：
第三节 汽轮机的调节方式及调 节级变工况
汽轮机的功率方程 汽轮机常用的调节方式：
Pel
DH trim g
3600
汽轮机在变工况下工作
d1 tan( )
26
2、喷嘴调节凝汽式汽轮机的工况图 （1）工况图：如下图所示。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。试验证明，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。
27
（2）汽耗特性方程： 当功率小于经济功率时，
分析：式（3－28）符合调节级的各项假设，μi具有通用性
式（3－29）中μi取决于不同工况下级内反动度
17
三、滑压调节
1，滑压调节：
定义：汽轮机所有调节阀全开，随负荷的改变，调整锅炉燃烧量和给水 量，改变锅炉出口蒸汽压力（汽温不变），以适应汽轮机负荷的变化。
峰谷差问题；电网调峰：抽水蓄能，火电。 而火电调峰办法： （1）低负荷运行； （2）两班制启停。
如“2－4”，因为喷嘴相通。
7
（2）阀2的临界压力：pcIIr / p0 如 r-s-b 所示；
（3）喷嘴组2 后的压力p2 / p0如 2-s-7 所示；
其中，点s之前， p2> pcr ，流量为亚临界， 点s之后，p2 < pcr ，流量为临界。
（4）通过喷嘴组的流量：如BB’C’D’所示。
10
D 3600 Pel 3600 Pi
Htriaxg Htri
而汽轮机的功率可分为两部分
m
Pe Pi
Pi
Pm
Pi
1 Pm
Pi
g
Pel Pe
Pi Pe Pm＝Pel g Pm
(3－30)
24
而汽轮机的内效率ri 等于汽轮机通流部分的内效率ri 与节流效率th 的乘积， 式（3－30）可写成：
Gi 0.648Ani1
汽轮机的变工况
二、缺点：
1）负荷变动时，汽包内压力和温度随着变化，汽包的应力问题 比定压运行严重，成为限制机组负荷变动速度的主要因素 2）机组负荷变动，是靠锅炉调整燃烧和给水进行的，而锅炉是 热惯性大的设备，所以，负荷响应的速度慢 3）低负荷时降低了主蒸汽压力，从而降低了机组的循环热效率
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：
一、与定压运行相比,滑压运行的效益主要表现在: 1）由于压力随负荷降低，蒸汽的比热减小，过热热减小。所以 过热蒸汽温度在较宽的负荷范围内都维持了稳定（例如：在40100%MCR内可维持额定温度）； 2）由于汽轮机节流损失小，高压缸排汽温度稳定（亚临界机组， 负荷从100%降低到50%MCR，高缸排汽温度只降低了60度左右， 所以再热气温也容易维持稳定）；
变工况
汽轮机的设计值：效率最高
设计工况：经济工况
设计功率：经济功率
运行中参数不可能始终保持设计值→变工况→汽机热力 过程变化（流量、压力、温度、比焓降、效率等）、零 部件受力变化、热应力/热膨胀/热变形情况变化 典型变工况：启动、停机、故障
一、级组的变工况
一、定压运行与滑压运行
定压运行：汽轮机在不同工况运行时，依靠改变调节汽门的开 度来改变级组的功率。而汽轮机前的新奇压力和新汽温度维持 不变。（汽机主调锅炉跟随，汽轮机通过改变调门位置改变电 负荷，锅炉维持主蒸汽压力——炉跟机）
第三章 汽轮机的变工况特性-第一节 喷嘴的变工况特性
第三章 汽轮机的变工况特性汽轮机的热力设计就是在已经确定初终参数、功率和转速的条件下，计算和确定蒸汽流量，级数，各级尺寸、参数和效率，得出各级和全机的热力过程线等。
汽轮机在设计参数下运行称为汽轮机的设计工况。
由于汽轮机各级的主要尺寸基本上是按照设计工况的要求确定的，所以一般在设计工况下汽轮机的内效率达最高值，因此设计工况也称为经济工况。
汽轮机运行时所发出的功率，将根据外界的需要而变化，汽轮机的初终参数和转速也有可能变化，从而引起汽轮机的蒸汽流量和各级参数、效率等变化。
汽轮机在偏离设计参数的条件下运行，称为汽轮机的变工况。
，汽轮机工况变动时，各级蒸汽流量、压力、温度、比焓降和效率等都可能发生变化，零、部件的受力、热膨胀和热变形也都有可能变化。
为了保证汽轮机安全、经济地运行，就必须弄清汽轮机的变工况特性。
电站汽轮机是固定转速汽轮机，限于篇幅，这里仅讨论等转速汽轮机的变工况。
主要讨论蒸汽流量变化和初终参数变化时的变工况，其中也就包含了功率变化问题。
汽轮机变工况是以级的交工况和喷嘲、动叶的变工况为基础的，因此，必须首先介绍喷嘴、动叶的变工况。
第一节 喷嘴的变工况特性缩放嘴嘴的交工况已由流体力学介绍道了，其中一个重要概念，就是缩放喷嘴背压逐渐高于设计值时，将先在喷嘴出口处，后在喷嘴渐放段内产生冲波(或称激波)。
超音速汽流经过冲波，流速大为降低，损失很大。
所以，缩放喷嘴处于背压高于设计值的工况下运行时效率很低。
缩放喷嘴的速度系数ϕ与压比n ε、膨胀度f 的关系如图3．1．1所示。
膨胀度cn A Af =，表示缩放喷嘴出口而积n A ，与喉部临界截面而积c A 之比。
每条曲线上ϕ最高的点(图示a,b,c,d)是该缩放喷嘴的设计工况点。
由图可见，缩放喷嘴设计压比n ε越小，膨胀度f 越大，而f 越大的缩放喷嘴在实际压比1n ε增大时，ϕ降得越多，因而喷嘴效率也降得越多。
渐缩喷嘴背压高于设计值时不会出现冲波，速度系数ϕ仍然较高，如图3.1.1中最上面一根虚线所示，因而变工况效率仍然较高，仅在n ε小于临界压比时，ϕ与效率才下降。
汽轮机原理思考题1
汽轮机原理思考题11．汽轮机有那些⽤途，我国的汽轮机是如何进⾏分类的，其型号和型式如何表⽰？汽轮机的⽤途：把蒸汽的热能转化为机械能⽤于发电；除此之外，还⽤于⼤型舰船的动⼒装备，并⼴泛作为⼯业动⼒源，⽤于驱动⿎风机、泵、压缩机等设备。
汽轮机的分类：A、按做功原理分类：冲动式汽轮机、反动式汽轮机。
B、按热⼒过程特性分类：凝汽式汽轮机、背压式汽轮机、调整抽汽式汽轮机、中间再热式汽轮机。
C、按蒸汽压⼒分类：低压汽轮机，新汽压⼒1.2～2MPa中压汽轮机，新汽压⼒2.1～4.0MPa⾼压汽轮机，新汽压⼒8.1～12.5MPa超⾼压汽轮机，新汽压⼒12.6～15.0MPa亚临界压⼒汽轮机，新汽压⼒15.1～22.5MPa超临界压⼒汽轮机，新汽压⼒⼤于22.1MPa超超临界压⼒汽轮机，新汽压⼒27MPa以上或蒸汽温度超过600/620℃汽轮机的型号表⽰：我国制造的汽轮机的型号有三部分。
第⼀部分：由汉语拼⾳表⽰汽轮机的形式（如表⼀），由数字表⽰汽轮机的容量（MW）；第⼆部分：⽤⼏组由斜线分隔的数字分别表⽰新蒸汽参数、再热蒸汽参数、供热蒸汽参数等；第三部分：⼚家设计序号。
2．汽轮机课程研究的主要内容有那些，如何从科学研究及⼯程应⽤的不同⾓度学习该课程？研究内容：（1）绪论：本课程的主要内容及在⽣产实践中的应⽤；国内外汽轮机的展及应⽤；汽轮机的型式、分类及型号；汽轮机装置及现代⼤型单元制机组的概念；本课程的学习要求及学习⽅法。
（2）汽轮机级的⼯作原理：⼀元流动的⼏个主要⽅程及应⽤；蒸汽在喷嘴及动叶中的流动、速度三⾓形及计算；级的轮周功率和轮周效率；级内损失和级的相对内效率；级的热⼒设计原理。
(3）多级汽轮机：多级汽轮机的⼯作过程及其特点；进、排汽机构的流动阻⼒损失；汽轮机及其装置的经济性评价指标；轴封及其系统；轴向推⼒及平衡；汽轮机的极限功率及其影响因素。
(4）汽轮机变⼯况特性：喷嘴变⼯况时流量与压⼒的关系；级与级组的变⼯况特性；配汽⽅式对汽轮机变⼯况运⾏经济性和安全性的影响；滑压运⾏经(5）汽轮机的凝汽设备：凝汽设备的⼯作原理及任务；凝汽器的真空与传热；凝汽器的结构布置；抽⽓器；凝汽器变⼯况。
汽轮机变工况
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*0mp*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。
第三章 汽轮机的变工况
第三章汽轮机的变工况一．名词解释1、设计工况：2、节流调节：3、喷嘴调节：4、滑压调节：5、级组：二．填空题1、彭台门系数。
2、忽略初温变化，只要级在临界状态下工作，不论临界状态是发生在喷嘴中还是发生在动叶中，其流量均与成正比，而与无关。
3、当级内未达到临界状态时，通过级的流量不仅与有关，而且与参数有关。
4、级组是一些相等，不随工况而变的相邻的若干级的组合。
5、级组临界压力是指当级组中的处于临界状态时级组的。
6、级组包含的级数越多，其临界压力比越。
7、在变工况下，忽略初温变化，如果级组处于临界状态，则通过该级组的流量与。
8、弗留格尔公式的表达式是。
9、留格尔公式的应用条件是：(1) ；(2) ；(3) ；（4）。
10、当蒸汽流量增加时，对于采用喷嘴调节的凝汽式汽轮机，调节级焓降，最末级焓降，中间级焓降，汽轮机总的轴向推力，效率。
11、在工况变动时，当级的焓降减小，即速比时，级的反动度。
12、当面积比f一定，焓降Δh t变化时，反动度Ω设计值较小的级，Ω变化较。
13、如果喷嘴配汽式汽轮机各调节阀依次启闭，没有重叠度，当时，为调节级最危险工况。
14、调节级焓降是随汽轮机流量的变化而改变的。
流量增加时，部分开启阀所控制的喷嘴组焓降，全开阀所控制的喷嘴组焓降。
15、滑压调节方式分为滑压调节、滑压调节、滑压调节。
16、一般可近似认为，凝汽式汽轮机总的轴向推力与成正比变化，且时达最大值。
17、新蒸汽温度降低，整机理想焓降，各级反动度，轴向推力。
18、水冲击会造成蒸汽温度，反动度，轴向推力。
19、甩负荷时由于转速瞬时上升，速比，反动度，轴向推力。
20、动叶片结垢会造成轴向推力。
21、初终参数相同的同类型机组并列运行时，应让较小的机组多带负荷，才能使总的汽耗量最小。
22、采用喷嘴调节方式的汽轮机，在经济功率下经济性比节流调节方式。
在最大功率下经济性比节流调节方式。
23、主蒸汽压力升高时，如其它参数和调门开度不变，则进入汽轮机的蒸汽流量，机组的焓降，使机组负荷，如保持机组负荷不变，则应调速汽门。
汽轮机的变工况特性
p0*1 p0*
T0* T0*1
G cr1 G cr
p
* 0
1
p
* 0
级的变工况
• 2、级在亚临界工况下工作
G1 G
p021 p221 p02 p22
T0 T01
结论：
G1 G
p021 p221 p02 p22
当级内流动未达到临界状态时，通过该级的流量不仅与级前
压力有关，而且与级后压力有关。
级的变工况
• 弗留格尔公式应用条件
• 1、级组中各级流量相同（有回热抽汽也可应用）； • 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、级组中级数不少于3~4级。
• 弗留格尔公式的应用
• 1、监视汽轮机通流部分运行是否正常； • 2、推算不同流量下各级的级前压力。
第二节 变工况下级的比焓降和反动度的变化规律
由于锅炉的热惯性比较大，滑参数对变工况的响应速度有限； 而定参数运行时，汽轮机的功率调节由改变进口蒸汽量来实 现，调节阀门的动作响应快，很快就可以满足工况变化的需 要。
二、功率调节方式
节流调节和喷嘴调节两种功率调节方式。 节流调节
节流调节
汽轮机的相对内效率为：
ri
Hi Ht
Hi Ht
Ht Ht
rith
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。
工况变动时各级比焓降变化
5.1变工况-喷嘴-复件讲解
变工况
运行中参数不可能始终保持设计值，汽轮机发出的功率 随外界需要而变化。 →变工况：汽轮机在偏离设计参数的条件下运行的工况。 →汽机热力过程变化（流量、压力、温度、比焓降、效 率等）、零部件受力变化、热应力/热膨胀/热变形情况变 化 典型变工况：启动、停机、故障 变工况不唯一。变工况的特性影响汽轮机的安全经济运 行。
汽轮机的变工况→级的变工况→喷嘴和动叶的变工况
一、喷嘴的变工况特性
汽轮机内喷嘴有两种型式：渐缩喷嘴和缩放喷嘴。 由于两种喷嘴的结构不同，其变工况特性差别很大。
气体在渐缩喷管中的流动
气体在缩放喷管中的流动
气体在渐缩喷管中的流动
•
渐缩喷管中气体流动分为两种情况： 亚临界工况： pb>pc,此时喷管出口压力p2=pb>pc； 临界工况： pb≤pc，此时，喷管出口压力p2=pc。 pb<pc时, 气体在喷管内不能膨胀到背压 pb，而只膨胀到临界压力pc，气流离开 出口截面后，发生突然膨胀，压力降 低到背压，引起气流损失一部分动能 ，有p2=pc>pb
k 1 k 1
Байду номын сангаас
n
2 k
n
k 1 k
2
表3.1.1 以椭圆公式代替精确公式计算流量比的误差（‰） k=1.3 ε
压比 误差
nc=0.546
0.750
-3.34
0.600
-0.35
0.700
-2.26
0.800
-4.36
0.850
-5.96
0.875
-6.64
0.900
-7.56
0.925
-7.99
0.950
-8.66
汽轮机的变工况课件
总结异常工况处理经验，制定预防措施，降低异常工 况发生概率。
THANKS
感谢观看
改进调节系统性能，实现 更精确的负荷控制和更平 稳的运行过程。
03
汽轮机变工况过程及原理
启动与停机过程
启动过程
包括盘车、冲转、暖机、升速、并网、带负荷等 阶段，需严格控制各阶段的参数变化，确保汽轮 机平稳启动。
停机过程
包括减负荷、解列、打闸停机、惰走、盘车等阶 段，需关注汽缸温度、转子惰走时间等参数，确 保汽轮机安全停机。
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。
蒸汽参数变化
02
变工况会导致蒸汽参数（如压力、温度等）发生变化，影响汽
轮机的运行状态。
热力循环变化
03
汽轮机的热力循环在变工况下会发生变化，影响机组的热经济
性和安全性。
机械性能变化
轴承载荷变化
变工况下，汽轮机的轴承载荷会发生变化，可能导致轴承的磨损 和损坏。
转子动力学特性变化
汽轮机的转子动力学特性在变工况下会发生变化，可能影响机组 的稳定性和寿命。
05
汽轮机变工况优化控制策略
传统控制方法
节流调节
通过改变汽轮机进汽阀门开度，控制蒸汽流量，从而调节汽轮机的功率输出。操作简单，但节流损失大，效率低 。
汽轮机的变工况
Gc1 p0*1 T0* p01 T0 Gc p0* T0*1 p0 T01 Gc1 p0*1 p01 Gc p0* p0
2、变工况前后各级均处于亚临界状态
G1 G G1 G
p p T 2
2
01
21
0
p p T 2
2
01
0
2
p2 p2
01
21
p2 p2
0
2
第二节 级组压力与流量的关系
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，
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,
G
通过依次 0
G
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节 流损失,始终存在部分进汽损失, 1 3
4
中间级的内功率与流量成正比,即
P iG ht r i BG
2、凝汽式汽轮机调节级 定压运行 ht kk1RT0[1(pp02)kk1]
第一阀开启至全开过程中,通流面积不变, 基h t本不变,
从h 第t 在二第阀一开阀启打后开, 至全开G1的， 过p程21中， 都pp为201 最， 大，h，t1
功率 +11.0%
调节级后压力 中间再热后压力
+11.0%
+10.2%
高压缸效率 -1.8%
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，
汽轮机变工况
忽略，应按弗留格尔公式计算。
pg p0
2
,
pg1 p01
2
就不能
3）对于回热抽汽，可近似应用弗留格尔公式，误差不大。
2020/3/16
15
东方N200
上海N300
哈尔滨N300
2020/3/16
16
2、背压式汽轮机非调节级各级组
背压式汽轮机的特点，背压（汽轮机排汽压力 p g ）高于大气
3、一种工况为临界，另一种为亚临界 这种工况一般只发生在调节级、末级中。没有统一的公式。
2020/3/16
11
二、级组压力与流量的关系
级组：一些流量相等，每级的通流面积保持不变的相邻级的组合。 级组亚临界工况：级组内各级流速均小于临界速度。 级组临界工况：级组内至少有一列叶栅（喷嘴或动叶）的出口流速
例1、故障：运行21个月后功率不断下降。 故障汽轮机参数变化表
流量
功率
调节级后压力 高压缸效率
－17.2％
－16.5％
＋21.2％
－12.2％
分析：调节级后压力增加21.2％，既然不是流量增加，就是 压力级通流部分堵塞。 结果是高压缸通流部分严重结垢。
2020/3/16
19
例2、故障：运行三年，在调节汽门的同一开度下，功率渐渐 增加。每个气门开度下，功率都变大。
压，排汽比容小，末级直径较小，末级焓降较小，流速较 低。
一般情况下，背压级组末级也处于亚临界工况。
所以，只能应用弗留格尔公式计算（呈双曲线变化）。
调节抽汽式汽轮机，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。
2020/3/16
汽轮机转子事故特征
汽轮机转子事故特征
1. 振动异常：汽轮机转子在运行过程中如果出现不平衡、弯曲、裂纹等问题，会导致振动异常增大。
这可能会引起机组报警或自动停机，也可能会对机组的安全运行造成威胁。
2. 温度异常：如果汽轮机转子的温度过高或过低，可能会导致转子材料的性能下降，从而引起转子故障。
例如，过高的温度可能会导致转子材料的热膨胀系数增大，从而引起转子弯曲或变形。
3. 轴向位移：如果汽轮机转子的轴向位移过大，可能会导致转子与静子之间的间隙变小，从而引起摩擦、磨损或碰撞等问题。
这可能会导致转子损坏或机组停机。
4. 转子裂纹：如果汽轮机转子出现裂纹，可能会导致转子的强度下降，从而引起转子断裂等严重事故。
转子裂纹可能是由于材料疲劳、应力集中或制造缺陷等原因引起的。
5. 转子不平衡：如果汽轮机转子的不平衡量过大，可能会导致振动异常增大，从而引起机组报警或自动停机。
转子不平衡可能是由于转子材料的缺陷、加工误差或转子部件的松动等原因引起的。
以上是一些常见的汽轮机转子事故特征，当出现这些特征时，应及时采取措施进行处理，以保证机组的安全运行。
汽轮机的变工况
4、各调节方式的应用
• ①背压越高，部分负荷下的节流效率越低， 表明，背压式汽轮机不宜采用节流配汽。 • ②节流调节一般用在小机组上及承担基本 负荷的大机组上。 • ③滑压调节在机组启、停时使用，高负荷 区滑压调节不经济。对于超临界、亚临界 机组，在负荷低至25%左右采用滑压调节， 热效率可改善2%~3%。
3、滑压调节、节流调节的定义
• 滑压调节：指单元机组中，汽轮机的调节 汽阀保持全开或基本全开的状态，通过锅 炉调整新蒸汽压力的方法，达到改变蒸汽 量使其适应汽轮机不同负荷的要求。 • 定压调节：节流和喷嘴调节法统称为定压 调节，其特点是保持主汽阀前的新蒸汽初 参数不变，通过改变调节汽阀的开度来改 变进汽量。
汽轮机的调节方式及调节 级的变工况
学习内容摘要
1、汽轮机调节方式的分类
• ①从结构上看，可分为节流调节和喷嘴调 节； • ②从运行方式上，可分为定压调节和滑压 调节，节流调节和喷嘴调节统称为定压调 节。
2、节流、喷嘴调节的定义
• ①节流调节：所以进入汽轮机的蒸汽都经 过几个同时启闭的节汽阀，然后流向第 一级喷管的调节方式。 • ②喷嘴调节：将汽轮机的第一级喷管分成 若干组，每一组各有一个调节阀控制，当 汽轮机负荷改变是，依次开启或关闭调节 汽阀，以调节汽轮机的进汽量。
技术问答
• ②什么是调节汽阀的重叠度？为什么必须 有重叠度？ 答：采用喷嘴调节的汽轮机，一般都有 几个依次启闭的调节汽阀。前一个调节汽 阀尚未全开时，提前开启另一个调节汽阀， 提前开启的量就称为调节汽阀的重叠度。 如果没有重叠度，阀门总升程与流量的特 性线将是一条较大波折的曲线，它不能使 调节系统稳定工作。
5、技术问答
• ①何为调节级？调节级最危险的工况？末级最危 险的工况？ 答：采用喷管调节的汽轮机第一级，其通流面 积随负荷的变化而变化，称为调节级。 其最危险的工况:第一调节阀刚全开时的运行工 况。此时流过该喷管的流量最大，调节级焓降最 大，级前后的压差最大，但级的部分进汽度则最 小，致使调节级叶片处于最大的应力状态。 末级最危险的工况：小容积流量工况。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
二，背压式汽轮机
1，如果背压式汽轮机最后一级达临界，则各级前的压力与流量成正比。其
焓降、效率、反动度、功率的变化规律和凝汽式汽轮机各中间级一样。
2，但是，背压式汽轮机的末级一般不会达临界，其压力与流量的关系应按
弗留格尔公式进行计算
G1 a G
p021 pz21 p02 pz2
推导得：
pp020211pp0z22G G12ppz012
G
p02 pg2 T1
不考虑温度变化： G1 G
p021
p
2 g1
p02 pg2
弗留格尔公式
给出了亚临界工况下，级组流量与压力的关系。
初压不变时：流量与背压为椭圆关系；
背压不变时：流量与初压为双曲线关系。
三、各级的p0-G曲线
结论： 对于凝汽式汽轮机， 若所取级数较多时， 弗留格尔公式可用下 式近似：
上式表明，当背压不变时，背压式汽轮机各级前压力与流量的关系按双曲线 规律变化。离末级越远，越近于直线。
从图上分析：
1，对于背压式汽轮机的前几级，当工况偏离设计值不远时，级前压力与流量 的关系近于直 线； 2，当流量在设计值附近变化时，可认为各中间级焓降不变，或变化很小； 3，当流量变化较大时，各级焓降都要变化，并且最后一、二级变化最大。
k 1
kp0*
0*
k
2
1
k 1
An
cr
An
k 1
2 k 1 k1 k 1 2
2
k 1
k 1d
k 1d
上式近似于椭圆曲线，则
An
cr
An
1
1d cr 1 cr
2
p1d p1 p0*时，流量与压力为的椭关圆系方程，即
d
G
Gcr
2
1
p1 p1d p0* p1d
11n1d1d
2
B
pc p1 p1=p0
C p
二、渐缩喷嘴前后参数都变化时的流量变化
设计工况和变工况下喷嘴均为临界工况
Gc1 p001 T00 p01 T0 Gc p00 T001 p0 T01
忽略温度变化：
Gc1 Gc
p001 p00
p01 p0
结论：
1、不同工况下喷嘴临界流量正比于滞止初压或初压，反比 与喷嘴前滞止热力学温度或热力学温度平方根。
背压式汽轮机除调节级比焓降变化外，最后几级的比焓降也 发生变化，负荷变化越大，则受影响的级数越多。
级的反动度变化规律
固定转速汽轮机反动度变化主要由级的比焓降变 化引起；
级的比焓降减小，即速比xa增大时，反动度增大； 级的比焓降增大，即速比xa减小时，反动度减小；
设计反动度较小的级，比焓降变化时，反动度变 化较大；反之，变化较小；反动级的反动度基本 不变；
一、渐缩喷嘴初压不变时背压与流量的关系
其初压及出口面积不变时，通过喷嘴的流量为：
n c时GnAn
2k p00 k1v00
nk2
nkk1
nc时GGc 0.64A 8n p00/v00
将BC段用椭圆曲线近似
G
G Gc
2
p1
p
0 0
pc pc
2
1
2
G
Gc
1
n c 1c
Gcr A G1
二、级组压力与流量的关系
几个概念 级组：一些流量相等，通流面积不随工况而变化（或变化 程度相同）的依次串联排列的若干级的组合； 亚临界级组：级组各级的汽流速度均小于临界速度的级组； 临界工况级组：级组内至少有一列叶栅的出口速度达到或 超过临界速度； 级组临界压比：临界工况机组中某一级（一般是最末级） 的喷嘴或动叶）流速刚达到临界速度时，级组前后压比称 为~。
1、当初压不变时
G 0 .64d8 A ncr
p 0 *
* 0
2、初终参数同时改变时
G1
d1
p
* 01
T
* 0
G
1
p
* 0
T
* 01
p1 在 0 ~ p1d 时， d 1 d 1
G1
G cr 1
p
* 01
T
* 0
G
G cr
p
* 0
T
* 01
第三节、级与级组的变工况特性
级内压力与流量的关系 级组压力与流量的关系 各级的p0-G曲线 压力与流量关系式的应用 级的比焓降和反动度变化规律 撞击损失
变工况后
ht1kk 1p0v10 1 1 p p0 21 1 kk 1 kk 1R0T 1(p p0 2)1 1kk 1
一，凝汽式汽轮机
根据前面的讨论可知，当工况变动时，通过级的流量与级前压力成
正比，即
G1 p01 p21 G p0 p2
所以
p 2 p 21 p 0 p 01
G 1 p 01 G p0
凝汽式汽轮机末级p0-G关系
四、压力与流量关系的应用
应用条件
工况变动前后通流面积不变； 级组内各级流量相同；
G1 a G
p021 pz21 p02 pz2
G1 a p01 G p0
流过级组内各级蒸汽应是均质流；
弗留格尔公式适用于具有无穷多级的级组，但一般只要级数 多于4-5级就可以得到满意的结果。
' i
——通流部分的相对内效率；
th ——调节阀的节流效率，为部分开启和全
开时理想焓降之比。
三、喷嘴配汽
1、定义： 这是一种应用最广泛的调节方式。每一个调节阀控制
一组喷嘴组。中小型机组一般有3-7个调节阀，大型机组 一般有4个调节阀。
在这种调节方式中，机组运行时，只有一组喷嘴的蒸 汽受到节流作用，节流损失小。第四调节阀一般是在过负 荷时（或者在初参数降低而要求发额定负荷时）才使用。
凝汽式汽轮机末级（临界工况），流量不变，pc 降低，反动度增大；pc 升高，反动度减小。
六、撞击损失
撞击损失
设计工况下，汽流进入动叶栅相对运动方向角与动叶几何进 口角应一致；
变工况时，当比焓降变化，二者不再一致，使汽流进入动叶 的相对运动方向改变，从而使动叶附面层厚度改变，叶型 损失增加，这一增加损失称为撞击损失。
配汽机构：汽轮机通流部分是按经济功率设计 的，设计中，外界负荷不断改变，为保证机组 出力与用户所需功率相适应，需利用配汽机构 改变机组的出力；
配汽方式：根据改变对象（流量或理想比焓降） 不同，配汽方式有节流配汽、喷嘴配汽、旁通 配汽等。
二、节流配汽(调节)
1、节流调节定义：这种调节方式就是用一个 （或两个）调节阀对进入汽轮机的全部进汽量 D0进行调节。当功率增加时，开大调节阀的开 度（L）。在额定工况下，全开（L=1）。当 功率减小时，关小调节阀的开度（L），进入 汽轮机的全部进汽量都受到节流作用。当机组 功率变化时，流量和焓降都要变化。
结论：
凝汽式汽轮机初压、背压均与流量成正比的非调节级， 流量变化时级的理想比焓降基本不变；
对凝汽式汽轮机的末级，GGcmin 处，虽p0正比于
G，但背压pc不与G成正比，若pc不变，则流量增大， 比焓降增大；反之，流量减小，比焓降减小；
对凝汽式汽轮机的末级，GGcmin 处，虽p0与G的
关系为双曲线关系，流量下降时，比焓降减得稍慢。
一、级内压力与流量的关系
级内为临界工况
级内的喷嘴或动叶栅两者之一的流速达到或超过临界速度。
Gc1 Gc
p001 p00
T00 T001
p01 p0
T0 T01
结论：级处于临界工况时，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；不考 虑温度变化时，流量只于滞止初压或初压成正比。
用于运行分析
监视汽轮机通流部分运行是否正常；
可以推算不同流量（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。
五、级的比焓降和反动度变化规律
k1
ca
2ht*
k2k1p0*v0*1
p2 p0*
k
变工况前
ht kk 1p0v01p p0 2kk 1kk 1R0T 1(p p0 2)kk 1
h0D DDhi D D hi
i h h t i h 0 h t h 2 D D D h h i t D D h h i t D D D i D D i
四、调节级压力与流量关系
简化的调节级的压力与流量关系
1、级后温度的影响 2、反动度的影响
3、调节汽门重叠度的影响 4、主/调节汽门节流损失的影响
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的工况。
G1 G
p021p221 p02 p22
T0 T01
忽略温度变化： G1 G
p021 p221 p02 p22
说明： （1）级内未达到临界时，通过级的流量不仅与初参 数有关，还与终参数有关； （2）流量偏离设计值越小，误差越小。
2、节流调节热力过程线
3、节流调节的效率
蒸汽经节流之后，焓值不变压力降低（
p
' 0
降
到 p"0 ），节流后的内效率为：
i( h h im m t )aa '' c c(( h him m t ))a a'''' c c ( h h m tm t )aa '' c c i'•th
式中，
上式表明，当工况变动时，凝汽式汽轮机各中间级前后压力比不变。这样， 代入式焓降表达式后，级的理想焓降不变。当然，级的速度比和级效率也不 变。
而级的内功率为： Ni Ghti = B•G
这就说明：在计算汽轮机各中间级的变动工况时，不需要逐级进行详细计算， 只需求得各级前的压力，然后将热力过程曲线平移即可。而调节级和末级的 变动工况，则要进行详细计算。