5汽轮机变工况特性1

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。
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。
总结：
采用喷嘴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。
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；
2、喷嘴调节热力过程线
3、调节级的内效率：
根据热力过程曲线，有：
热平衡：
(D D ) h 2 ' D h 2 " (D D D ) h 2 D 2 h
混合后的焓值：
h 2 ( D D ) D h 2 ' D h 2 " D 1 ( D D ) h 0 ( h i ) D ( h 0 h i )
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
工况变化前后级组均为临界工况
Gc1 p01 T0 Gc p0 T01
G c1 p 01 Gc p0
结论：
级组为临界工况时，级组流量与级前压力成正比，与 级前绝对温度的平方根成反比；若不考虑温度变化， 则级组流量只与级组前压力成正比。
工况变化前后级组均为亚临界工况
斯托陀拉实验
级数—无穷大
G1 p021 pg21 T0
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。
近似公式：
h1 12(w11sin)2
撞击损失的形成图 (a)比焓降减小；(b)比焓降增大
第四节 配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响
配汽方式概述 节流配汽 喷嘴配汽 调节级压力与流量关系 配汽方式对定压运行级组变工况的影响 轴向推力的变化规律
一、配汽（调节）方式概述
Ni D0Hti
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；
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
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。
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。
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
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
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。
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
p0 1 p0
三、渐缩喷嘴 初压、背压与流量的关系
函数 Gf(p0,p1) 关系曲线（流量网图）
流量网图
流量锥
在实际计算中，大都采用图解法计算流量，即使用流 量锥或是流量网图。
假设最大初压为p0m，相应的最大临界流量为G0m
0
p
0 0
p
0 0
m
1
p1
p
0 0
m
m
G G 0m
G Gc
Gc G 0m
五、配汽方式对定压运行级组变工况的影响
定压运行
通过改变主蒸汽流量来适应外界负荷变化的运行 方式。在该方式下，在汽轮机负荷变化范围内， 主蒸汽压力和温度参数都保持额定值，不予改 变。
定压运行调节方式
节流调节 喷嘴调节 节流-喷嘴混合调节
六、轴向推力的变化规律
冲动式汽轮机
凝汽式汽轮机
Fz1 m1ps1 Fz mps
ps p0p2
（1）节流配汽凝汽式：除了最末一、二级外，各级焓降和反 动度近似不变，可导出轴向推力与功率（流量）成正比；但 最末一、二级焓降和反动度要变化，但对总推力影响不大。 因此，最大轴向推力发生在最大功率时；
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：
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。
2、在电站汽轮机中只有凝汽式汽轮机的最末一、二级和调 节级的喷嘴可能超过音速。
设计工况和变工况百度文库喷嘴均为亚临界工况
G 10.6418p0 010 011p0 01 T0 0 1p01 T 0
G
0.648p0 0
0 0
p0 0 T0 01
p0 T 01
忽略温度变化
G1 G
1pp000011
' 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。
0
n c
1
1 0
c 0 c 0
2
m 0
相对初压 相对背压
m、1、 0之间关系的三维显示为流量锥，二维表
示为流量网图。（oad为等腰直角三角形）
m
d
c
0
b 1
a
流量锥
四、缩放喷嘴的变工况
n 1d G n An
2k k 1
p0*
0*
2
1kd
k1
k 1d
Gcr
n (An )cr
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。
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
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~。
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，