第三章汽轮机的变工况(完整)
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➢ 分析研究汽轮机变工况的要求：了解流量变化后，级或级 组的压力、焓降、反动度、轴向推力的变化规律，判断机 组通流部分工作是否正常；了解变工况后机组的经济性以 及某些零部件的安全性。
本章主要内容
喷嘴的变工况 级与级组的变工况 汽轮机的调节方式及调节级变工况 滑压运行的经济性与安全性 汽轮机轴向推力的变化规律 蒸汽参数变化对汽轮机工作安全性的影响
考虑了流量系数后，实际临界流量Gcr
n Gt
cr
的计算公
式为
过热蒸汽 n 0.97
饱和蒸汽 n 1.02
Gcr 0.647An
p0* v0*
Gcr 0.648An
p0* v0*
近似相等
Gcr 0.648An
p0* v0*
式中
Gcr —通过喷嘴的临界流量 An —通过喷嘴的临界流量 p0* —喷嘴前滞止状态的蒸汽压力
p0* v0*
二、渐缩喷嘴变工况特性
（一）喷嘴初压不变背压变化
现假定在与汽流方向垂直的截面上的参数是相同的， 因此可以用流道中心线各点参数来代表喷嘴内各截面的 参数（见图3—1）。
首先分析喷嘴初压 p0* 不变而背压 p1变化时的工况。 （1）当 p1 p0* ，即压力比 n 1 时，喷嘴中无压力降， 蒸汽不流动，其流量为零
Gcr n Gt cr Gt cr
k
2
1
2
k n
k 1
nk
k 1
2 k1 k 1
可见， 值的大小只与压力比 n和等熵指数k 有关。当k 值一定时，在亚临界条件下， 值仅与 n有关，且 1 ； 而在临界和超临界的条件下， 1，与 n 无关。
利用彭台门系数计算通过喷嘴的实际流量
G 0.648An
定功率不是汽轮机的最大功率，也不是最经济的功率，只 是出厂时厂家设定的一个它所能完成的比较合适的功率， 在此功率下它运行平稳，且寿命会受伤害最少！
4
第一节 喷嘴的变工况
• 研究喷嘴的变动工况，主要是分析喷嘴前后压力与 流量之间的变化关系，喷嘴的这种关系是以后研究 汽轮机级和整个汽轮机变工况特性的基础。喷嘴又 分渐缩喷嘴和缩放喷嘴两种型式。
一、喷嘴叶栅的流量特性
（一）喷嘴的理想流量
流经喷嘴的蒸汽流量可根据连续方程求得。对于
等熵流动，通过喷嘴的理想流量
G
为
t
Gt
An
c1t v1t
5
式中 A—n —喷嘴出口面积， m；2
c1t ——喷嘴出口理想速度，m s ；
v1t ——喷嘴出口理想比体积，m3 kg ；
又由于
c1t
k 1
2k k 1
行，这部分是紊乱膨胀。不能用来提高汽流速度，故是 附加损失，此现象通常称为膨胀不足现象。
实际计算证明在小于临界流 量范围内即右图中的BC曲线 可以足够精确地用四分之一 椭圆弧代替。
k
2
k 1
k 1
思考： 与什么有关系？
将不同的 值代入式（3—4）中，则有
过热蒸汽
Gt cr 0.667An
p0* v0*
饱和蒸汽
Gt cr 0.635An
p0* v0*
由此可见，对于一定的喷嘴和一定性质的蒸汽，临
界流量只与蒸汽的初参数有关，并随初压的升高而增加。
（二）流过喷嘴的实际流量
（2）当 p0* p1 pcr ，即 1 n cr 时；
（3）当 p1 pcr，即压力比 n cr 时；
（4）当 p1 pcr ，即压力比 n cr时。
若p1继续下降，直至 p1到达极限压力 p1d ，压力比 n 1d ， 则蒸汽在斜切段内膨胀已达极限。若p1继续下降，使p1 p1d 即压力比n 1d ，则蒸汽由 p1d 至 p1 的膨胀将在喷嘴外进
由式（3—3）可见，当 n cr 时，喷嘴达到临界流动
状态，喉部截面气流速度为临界流速 ccr，通过喷嘴
的流量也达到最大值，此时的喷嘴流量称为临界流量，
将 cr 的表达式代入式（3—2），得
k 1
Gt Gt cr An
k 2 k1 来自百度文库 1
p0* v0*
An
p0* v0*
（3—4）
k 1
3
➢ 汽轮机的热力设计---在已经确定的初终参数、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，进而得出各级和全机的热力过程线等。
➢ 设计工况：运行时各种参数都保持设计值，即汽轮机在设 计条件下的工况。汽轮机在设计条件下所发出的功率称为 经济功率。
➢ 变工况：与设计条件不相符的工况。 ➢ 额定功率：汽轮机长期运行所能连续发出的最大功率。额
p0*v0*
1
p1 p0*
k
1
并考虑到等熵流动时
1 v1t
1 v0*
p1 p0*
k
，所以对于等
熵流动，通过喷嘴的理想流量可改写为
Gt An
2k k 1
p0* v0*
k
2 n
k 1
nk
（3—2）
令 dGt 0 可求得通过喷嘴最大流量时的
d n
n 值为
k
n
k
2 k1 1
cr
3 — 3
v0* —喷嘴前滞止状态的蒸汽比体积
（三）彭台门系数
在利用上述公式计算时，必须先判断喷嘴中的汽流 是亚音速流还是临界流，然后再选用式（3—7）或式 （3—8）计算。在实际计算中，为方便起见，引入一个 流量比的概念。
通过喷嘴的任一流量与同一初始状态下的临界流量 之比，即 G
Gcr
其值为
G nGt Gt
实际流动过程中由于存在损失，因此流过喷嘴的实际 流量不等于理想流量，它们之间的关系可表示为
G
An
c1 v1
An
c1t
v1
v1t v1t
v1t v1
Gt
nGt
式中，n
v1t v1
称为喷嘴的流量系数，是实际流量与理
想流量之比。
影响流量系数的因素？
当喷嘴在过热蒸汽区工作时 n n 1
当喷嘴在过热蒸汽区工作时 v1t v1 1
第三章 汽轮机的变工况
讲授 何强龙
➢ 研究汽轮机变工况的目的：分析汽轮机变工况下的热力过 程，蒸汽流量、蒸汽参数的变化，不同调节方式对汽轮机 工作效率的影响；了解汽轮机在不同工况下的效率、各项 热经济指标以及主要零部件的受力情况，以保证汽轮机在 这些工况下安全、经济运行。
➢ 研究方法：在选定参考工况(如额定设计工况或最大工况) 下，以喷嘴非设计工况的运行特性分析为基础，将汽轮机 通流部分划分为调节级、中间级组和末级组三部分，分析、 估算流量与热力参数相对于参考工况的相对变化。分析研 究变工况，是以级的原理为主要基础，因此对级的工作原 理有较好的理解，才能顺利学习汽轮机的变工况特性。
本章主要内容
喷嘴的变工况 级与级组的变工况 汽轮机的调节方式及调节级变工况 滑压运行的经济性与安全性 汽轮机轴向推力的变化规律 蒸汽参数变化对汽轮机工作安全性的影响
考虑了流量系数后，实际临界流量Gcr
n Gt
cr
的计算公
式为
过热蒸汽 n 0.97
饱和蒸汽 n 1.02
Gcr 0.647An
p0* v0*
Gcr 0.648An
p0* v0*
近似相等
Gcr 0.648An
p0* v0*
式中
Gcr —通过喷嘴的临界流量 An —通过喷嘴的临界流量 p0* —喷嘴前滞止状态的蒸汽压力
p0* v0*
二、渐缩喷嘴变工况特性
（一）喷嘴初压不变背压变化
现假定在与汽流方向垂直的截面上的参数是相同的， 因此可以用流道中心线各点参数来代表喷嘴内各截面的 参数（见图3—1）。
首先分析喷嘴初压 p0* 不变而背压 p1变化时的工况。 （1）当 p1 p0* ，即压力比 n 1 时，喷嘴中无压力降， 蒸汽不流动，其流量为零
Gcr n Gt cr Gt cr
k
2
1
2
k n
k 1
nk
k 1
2 k1 k 1
可见， 值的大小只与压力比 n和等熵指数k 有关。当k 值一定时，在亚临界条件下， 值仅与 n有关，且 1 ； 而在临界和超临界的条件下， 1，与 n 无关。
利用彭台门系数计算通过喷嘴的实际流量
G 0.648An
定功率不是汽轮机的最大功率，也不是最经济的功率，只 是出厂时厂家设定的一个它所能完成的比较合适的功率， 在此功率下它运行平稳，且寿命会受伤害最少！
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第一节 喷嘴的变工况
• 研究喷嘴的变动工况，主要是分析喷嘴前后压力与 流量之间的变化关系，喷嘴的这种关系是以后研究 汽轮机级和整个汽轮机变工况特性的基础。喷嘴又 分渐缩喷嘴和缩放喷嘴两种型式。
一、喷嘴叶栅的流量特性
（一）喷嘴的理想流量
流经喷嘴的蒸汽流量可根据连续方程求得。对于
等熵流动，通过喷嘴的理想流量
G
为
t
Gt
An
c1t v1t
5
式中 A—n —喷嘴出口面积， m；2
c1t ——喷嘴出口理想速度，m s ；
v1t ——喷嘴出口理想比体积，m3 kg ；
又由于
c1t
k 1
2k k 1
行，这部分是紊乱膨胀。不能用来提高汽流速度，故是 附加损失，此现象通常称为膨胀不足现象。
实际计算证明在小于临界流 量范围内即右图中的BC曲线 可以足够精确地用四分之一 椭圆弧代替。
k
2
k 1
k 1
思考： 与什么有关系？
将不同的 值代入式（3—4）中，则有
过热蒸汽
Gt cr 0.667An
p0* v0*
饱和蒸汽
Gt cr 0.635An
p0* v0*
由此可见，对于一定的喷嘴和一定性质的蒸汽，临
界流量只与蒸汽的初参数有关，并随初压的升高而增加。
（二）流过喷嘴的实际流量
（2）当 p0* p1 pcr ，即 1 n cr 时；
（3）当 p1 pcr，即压力比 n cr 时；
（4）当 p1 pcr ，即压力比 n cr时。
若p1继续下降，直至 p1到达极限压力 p1d ，压力比 n 1d ， 则蒸汽在斜切段内膨胀已达极限。若p1继续下降，使p1 p1d 即压力比n 1d ，则蒸汽由 p1d 至 p1 的膨胀将在喷嘴外进
由式（3—3）可见，当 n cr 时，喷嘴达到临界流动
状态，喉部截面气流速度为临界流速 ccr，通过喷嘴
的流量也达到最大值，此时的喷嘴流量称为临界流量，
将 cr 的表达式代入式（3—2），得
k 1
Gt Gt cr An
k 2 k1 来自百度文库 1
p0* v0*
An
p0* v0*
（3—4）
k 1
3
➢ 汽轮机的热力设计---在已经确定的初终参数、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，进而得出各级和全机的热力过程线等。
➢ 设计工况：运行时各种参数都保持设计值，即汽轮机在设 计条件下的工况。汽轮机在设计条件下所发出的功率称为 经济功率。
➢ 变工况：与设计条件不相符的工况。 ➢ 额定功率：汽轮机长期运行所能连续发出的最大功率。额
p0*v0*
1
p1 p0*
k
1
并考虑到等熵流动时
1 v1t
1 v0*
p1 p0*
k
，所以对于等
熵流动，通过喷嘴的理想流量可改写为
Gt An
2k k 1
p0* v0*
k
2 n
k 1
nk
（3—2）
令 dGt 0 可求得通过喷嘴最大流量时的
d n
n 值为
k
n
k
2 k1 1
cr
3 — 3
v0* —喷嘴前滞止状态的蒸汽比体积
（三）彭台门系数
在利用上述公式计算时，必须先判断喷嘴中的汽流 是亚音速流还是临界流，然后再选用式（3—7）或式 （3—8）计算。在实际计算中，为方便起见，引入一个 流量比的概念。
通过喷嘴的任一流量与同一初始状态下的临界流量 之比，即 G
Gcr
其值为
G nGt Gt
实际流动过程中由于存在损失，因此流过喷嘴的实际 流量不等于理想流量，它们之间的关系可表示为
G
An
c1 v1
An
c1t
v1
v1t v1t
v1t v1
Gt
nGt
式中，n
v1t v1
称为喷嘴的流量系数，是实际流量与理
想流量之比。
影响流量系数的因素？
当喷嘴在过热蒸汽区工作时 n n 1
当喷嘴在过热蒸汽区工作时 v1t v1 1
第三章 汽轮机的变工况
讲授 何强龙
➢ 研究汽轮机变工况的目的：分析汽轮机变工况下的热力过 程，蒸汽流量、蒸汽参数的变化，不同调节方式对汽轮机 工作效率的影响；了解汽轮机在不同工况下的效率、各项 热经济指标以及主要零部件的受力情况，以保证汽轮机在 这些工况下安全、经济运行。
➢ 研究方法：在选定参考工况(如额定设计工况或最大工况) 下，以喷嘴非设计工况的运行特性分析为基础，将汽轮机 通流部分划分为调节级、中间级组和末级组三部分，分析、 估算流量与热力参数相对于参考工况的相对变化。分析研 究变工况，是以级的原理为主要基础，因此对级的工作原 理有较好的理解，才能顺利学习汽轮机的变工况特性。