第三章：变工况运行2014

通流面积不变
级组中各级流量相等，且蒸汽充满流道 级数足够多(4～5级以上)
2 2 ( p01 p21 ) ( p01 p21 ) 2 gcr /(1 gcr ) 2 2 ( p0 p2 ) ( p0 p2 ) 2 gcr /(1 gcr )
注意：级临界压比不等于0.546 简化模型 比容变化较小、反动度基本不变，并略去小量

G1 G0
2 2 p01 p21 2 2 p0 p2
T0 T01
第一讲 级与级组的工况变化

混合工况 对工况变化前后临界状态发生变化，以临界 工况为分界点，作分步计算。 级变工况特性小结 临界 G p0 T 0 p T
G1 G0
2 2 pA p 1 C1 2 2 pA pC
第一讲 级与级组的工况变化

通流面积按比例变化
因均匀性结垢使通流面积按比例减
小时，按可比的单位面积流量进行计算。
p01 G1 / A1 G0 / A0 p0 T0 T01
p0 A1 A p01
T01 T0
第一讲 级与级组的工况变化
级次 调节
2
a
3
a
4
5
a
6
a
7
a
8
9
32.3 kPa
10
4.9 kPa
级后 1.17 0.86 0.61 0.426 0.28 0.17 0.10 62.2 压力 6MP 2MP 2MP MPa 2MP 9MP 4MP kPa
a
第一讲 级与级组的工况变化
分析：将结构不变的级分为一组。 解：本例分为3个级组，第I级组是调节级到第5级，第II级 为第6级，第III级组为第7～10级。 (1) 拆除第6级后，流量不变，故第III级组前的压力不 会变化。第I级组后压力由原0.282MPa变为0.179MPa， 由级组压力、流量特性关系求调节级后压力变化
2 01
2
第一讲 级与级组的工况变化


Flugel公式 级组临界 级组中只要有1个叶栅达到临界。(低压级容 易达到临界) 临界工况 Gc1 p 临界级 前一级为亚临界 x1
Gc px
Gc1 Gc

2 p2 p x1,1 x1 2 p2 p x1 x
px 1,1 Gc1 px1 Gc px 1 px

第二讲 汽轮机的配汽方式和调节级的变工况

非阀点时的热力过程线 状态点决定于混合焓
第一讲 级与级组的工况变化

级数增、减时流量和压力关系
实际应用中，因某种需要
拆除某个级，此时要求分析拆除后对一些级的强度的影响。 对这类综合应用问题，分析的原则是合理划分级组，从结
构没有改变的级组开始计算。
第一讲 级与级组的工况变化
例：某凝汽式汽轮机共有10级，第6级因故障被迫拆除。试 问拆除后若流量仍为设计值，则调节级汽室的压力变化多 少？哪个级所受影响最大？
0 t
G n An c1t 1t [n An 2t 2h ]
1t 2 t
t v2 1 m Ga 1 m v1t
第一讲 级与级组的工况变化

流量、压力关系（结论）(不用记忆)
t1 v1t 0 G1 1Ga1 1 m1 v2 t 0 v1t1 G0 0Ga 0 1 m 0 v2
第一讲 级与级组的工况变化

p01 G1 低背压时，级组的流量正比于初压，即 ； G0 p0
stodola试验的数学描述（不用记忆）
考虑温度变化的影响，则

p01 G1 G0 p0
T0 T01
电功率比例于初压 功率比例于流量，流量比例于 p01 G1 初压 G0 p0
第一讲 级与级组的工况变化
2 2 t1 v1t 0 ( p01 p21 ) ( p01 p21 )2 sc /(1 sc ) m T0 v2 1 2 2 2 t 0 v1t1 ( p0 p2 ) ( p0 p2 ) sc /(1 sc ) 1 m T01 v2
第二讲 汽轮机的配汽方式和调节级的变工况
解：(1)由压比 =10/16.67=0.59988 (2)最大流量
=0.99293 计算
Gmax G0 / =302.14t/h
III Gmax 302.14 14 22 192.27t / h II 8 Gmax 302.14 22 109.87t / h I 4 Gmax 302.14 22 54.93t / h
第三章 汽轮机在变工况下的工作
第一讲 级与级组的工况变化
3.1 喷嘴非设计工况运行特性 基本关系
G0 0Gn max 0

Gnt max An
2 k k 1
k 1 k 1
0 0 p0 / v0
0 0 0.6673 An p0 / v0 0 0 0.6356 An p0 / v0
G1 G0
第一讲 级与级组的工况变化

Flugel公式的推广应用 非调整抽汽回热级组 非调整抽汽级组的抽汽量通常比例 于主流流量，即 G kG , G (1 k )G
ex 1 2 1

对这2个级组分别用Flugel公式，得
2 2 2 2 pA p p p 1 C1 B1 C1 2 2 2 2 pA pC pB pC
2 2 p01 p6 2 p01 0.1792
p p
2 0
2 5

1.176 0.282
2
2
1,
p01 1.1556MPa
第一讲 级与级组的工况变化
(2) 显然，在拆除第6级后，对调节级汽室的影响较小，受 影响最大者为第5级，因为
2 2 p41 p6 2 p41 0.1792 1, 2 2 2 2 p4 p5 0.426 0.282
过 热 饱和
初参数不变 最大流量不变

G1 1 G0 0 初、终参数变化 最大流量改变
T00 p01 0 T01 p0 T0 T01
0 Gn max1 p01 0 Gn max 0 p0
G1 1 Gn max1 G0 0 Gn max 0
第一讲 级与级组的工况变化
3.2.1 级的压力—流量特性
T0 T01
第一讲 级与级组的工况变化

亚临界工况 用记） 假想流量
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
变化前后喷嘴、动叶均为亚临界（过程不 整级膨胀发生在喷嘴中 Ga n An 2t 2ht
p pc p0 1 2 v0 p p c 0
2

Ga Gcr 0.648 An

真实流量
0 Gcr1 p11 0 Gcr p1
T10 p11 0 T11 p1
T1 T11

对喷嘴
0 T00 G1 1 p01 p11 T1 0 0 G p0 T01 p1 T11

级的临界公式（结论记）
0 Gcr1 p01 0 Gcr p0 0 T01 p01 0 T01 p0
以此类推，得到
第一讲 级与级组的工况变化

级组临界工况
压力、流量特性
Gc1 p01 Gc p0

T0 T01
亚临界工况 基于单级亚临界关系作递推，在各级初温相 对变化相等假设下，得
G1 G
2 p01 p2 z1 2 p0 p2 z
T0 T01
第一讲 级与级组的工况变化

Flugel公式的应用 使用条件 亚临界
第一讲 级与级组的工况变化

stodola试验 上世纪20年代初，stodola在一台转速为 4000rpm、8级反动式汽轮机进行试验，研究非设计工况下 流量、功率与初压、背压的对应关系 低背压时，机组的流量近似正比于初压，且中间级的级前 压力正比例于初压； 电功率近似正比于初压；


初压不变时高背压变化，流量与背压呈椭圆关系；反之， 高背压不变时，则流量与初压呈双曲线关系。
cr 1
Gcr


p
01 0 0
T
01 0 01

01
0
p0
T01
亚临界
G1 G0
2 2 p01 p21 2 2 p0 p2
T0 T01
第一讲 级与级组的工况变化
3.2.2 级组的压力—流量特性

级组 由前后串联排列、流量相等的若干级组成 临界工况 级组内只要有一列叶栅(喷嘴或动叶)达到临界 时，则该级组为临界工况。否则，为亚临界工况。
配汽。
第二讲 汽轮机的配汽方式和调节级的变工况
3.3.1 节流配汽

原理
利用调节汽阀节流降压改变进汽量和焓降。
特点 通流部分结构不变和效率及热状态基本不变，机构 简单，节流损失大，效率低。
第二讲 汽轮机的配汽方式和调节级的变工况
3.3.2 喷嘴配汽

原理 多个调节汽门顺序开启改变进汽量，仅有一个调门 节流提高效率。 特点 设有部分进汽调节级，多个调门，部分节流理想焓 降基本不变，效率高，调节级后温度变化大。

临界工况 工况变化前、后喷嘴或动叶均为临界，通过 级的流量仅与进口初参数有关。
喷嘴临界 变化前后喷嘴均临界，级后压力变化不影响喷 嘴流量，仅与喷嘴前参数有关。
0 Gcr1 p01 0 Gcr p0

T00 0 T01
第一讲 级与级组的工况变化

动叶临界 变化前后动叶均临界，级后压力变化不影响动 叶流量，仅与喷嘴前参数有关。 对动叶
解：(1) 对压力级，不计背压和温度变化的影响。有
p01 G1 p01 90 , , G p0 132.6 1.67
(2)结垢后通流面积减少5％，则
p01 1.133Mpa
p01 G1 / A1 p01 90 1 , , G/ A p0 132.6 0.95 1.67
p01 1.193Mpa
例：某凝汽式汽轮机，额定蒸汽流量为132.6t/h，调节级汽 室压力为1.67MPa。当机组流量降为90t/h时，试问此时调 节级汽室的压力为多少？又，压力级结垢通流面积减少5%
后，蒸汽量90t/h下调节级汽室压力是多少？
？分析思路 将通流部分分为调节级和其后的压力级；凝汽
式意味着背压远低于初压。
第一讲 级与级组的工况变化

第二讲 汽轮机的配汽方式和调节级的变工况
第二讲 汽轮机的配汽方式和调节级的变工况
第二讲 汽轮机的配汽方式和调节级的变工况
阀点时的热力过程分析 阀点 调节汽门顺序开启过程中，调门全开、没有节流 损失对应的点。I阀点，II阀点…… 方法 通流部分分为调节级和非调级组两部分，且假设调 节级的反动度为零。
(3)III阀点时最大流量 (4)II阀点时最大流量 (5)I阀点时最大流量
第二讲 汽轮机的配汽方式和调节级的变工况

非阀点时的热力过程分析 存在部分节流。解决调门中的 蒸汽流量分配和部分开启调门后的压力计算。 方法 以阀点流量计算为先导，求出各调门的流量分配用 喷嘴或单级压力、流量关系计算部分开启调门后的压力。

高背压变化时
2 G1 pz21 p01 G K K 0 2
T0 1 K 2 p0 pz2 T01

高背压下初压变化时
p G1 pz21 K G K 0
p41 0.36459MPa
即第5级的压差由0.144MPa上升到0.18559MPa，约增大 28.9%。离第6级越远，所受影响就越小。
第二讲 汽轮机的配汽方式和调节级的变工况
3.3 功率调节的配汽方式及其运行特性

汽轮机配汽 率输出。
改变汽轮机的改变进汽量和焓降来改变功
主要方式
节流配汽、喷嘴配汽、滑压配汽和补汽(旁通)




注意：调节级后压力是分析、计算的关键点 !!!
第二讲 汽轮机的配汽方式和调节级的变工况

阀点时的热力过程线
G11 p11 G10 p1
T10 T11
IV阀点
III阀点
随流量减小，调节级后 温度降低、效率下降
II阀点
第二讲 汽轮机的配汽方式和调节级的变工况
例：某设有4个调节级喷嘴组的凝汽式汽轮机，主蒸 汽 p0 16.67MPa, t0 550C ，喷嘴组的喷嘴数依次为4、 4、6、8设计工况下4个调门全开，额定流量 G 300t / h ， 此时调节级后压力为10.0MPa。试求I、II、III阀点对应 的流量。设调节级的反动度为零。 解析：各阀点通过调节级的流量一定是最大流量与流量比系 数的乘积。