汽轮机的变工况
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，
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）
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。
船用汽轮机变工况技术
•船用汽轮机变工况技术概述•船用汽轮机变工况技术原理•船用汽轮机变工况技术实验研究•船用汽轮机变工况技术优化设计目•船用汽轮机变工况技术发展趋势与挑战•船用汽轮机变工况技术案例分析录概述船用汽轮机变工况技术是指汽轮机在运行过程中，通过改变其工作参数（如压力、温度、流量等），以适应不同环境条件和运行需求的技术。
定义具有较高的灵活性和适应性，能够满足船舶在不同航速、不同负荷和不同环境条件下的运行需求。
同时，变工况技术可以提高汽轮机的运行效率和经济性，减少能源消耗和排放。
特点定义与特点变工况技术的历史与发展历史船用汽轮机变工况技术自20世纪中期开始发展，早期主要通过手动调节汽轮机的工作参数来适应不同的运行条件。
随着技术的发展，自动调节和控制系统逐渐应用于船用汽轮机，使得变工况技术更加精确和高效。
发展目前，船用汽轮机变工况技术正朝着数字化、智能化和高效化的方向发展。
新型的控制系统和调节方法不断涌现，使得变工况技术的响应速度、准确性和稳定性得到进一步提高。
同时，与其它先进技术的融合，如人工智能、大数据等，也为船用汽轮机变工况技术的发展提供了新的机遇。
船舶动力系统船用汽轮机变工况技术广泛应用于船舶动力系统，以适应船舶在不同航速、不同负荷和不同环境条件下的运行需求。
例如，在船舶低速航行时，通过变工况技术降低汽轮机的进汽量和压力，提高其运行效率和经济性。
船舶热力系统船用汽轮机变工况技术也可应用于船舶热力系统，如蒸汽轮机发电厂。
在发电过程中，根据电力需求的变化，通过变工况技术调节汽轮机的进汽参数，以满足电力负荷的需求。
船舶辅助系统船用汽轮机变工况技术还可应用于船舶的辅助系统，如中央冷却系统、燃油供给系统等。
在这些系统中，变工况技术可根据环境条件和运行需求的变化，对工作参数进行精确调节，提高系统的稳定性和经济性。
变工况技术的应用场景原理汽轮机的转速是调节系统的主要参数，通过改变汽轮机的进汽量或进汽参数来调节转速。
转速调节压力调节温度调节通过改变汽轮机的进汽压力来调节功率输出，通常与转速调节配合使用。
第三章汽轮机的变工况(完整)
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。
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
与喷嘴后和级后压力无关。
Gcr 1 Gcr
p* 01
p
* 0
（3—33）
变工况下的流量：
G 1Gcr1 0.6481An
p v * * 01 01
则
G1 G
1
p v * * 01 01
p
* 0
v
* 0
若近似地将蒸汽视为理想气体，并应用状态方程 pv RT 于上式，则
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
汽轮机的变工况
（除最末级或末几级外）的级前压力与流量成正比。
汽轮机的变工况
根据这个原理，在汽轮机运行中就可以利 用调节级汽室压力和各抽汽口压力，来监 视汽轮机通流部分的工作情况和了解级组 带负荷情况，故把这些压力称为监视段压 力。
汽轮机的变工况
变工况时流量与各级焓降的变化规律
汽轮机级的理想焓降只与级前、后的压力比及 级前蒸汽的绝对温度有关。在工况变化不大时， 级前蒸汽温度变化也不大，可略去不计，则级 的理想焓降变化只取决于级前后压力比的变化。
汽轮机调速级处的蒸汽温度与负荷无关。（×）
汽轮机的变工况
Sc-rgl@. cn
速度比对级的效率影响最大，当速度比为最佳 时效率最高，速度比不变，级的效率也基本不 变。由此可知：当流经级组的流量改变时，级 组中最末级的焓降变化最大，其速度比偏离最 佳值较多，级的效率下降也较多，而级组中间 各级因焓降基本上保持不变，其速度比保持不 变，故其效率也近乎不变。
汽轮机的变工况 凝汽式汽轮机的变工况
汽轮机的变工况
需要指出：
喷嘴调节汽轮机调节级后的温度是随流量 的变动而变化的，而且变化幅度较大。
汽轮机的变工况 变工况时轴向推力的变化
汽轮机轴向推力的变化在一般情况下主要取决于 各级叶轮前后压力差的变化。凝汽式汽轮机各中 间级动叶前后的压差与流量是成正比变化的，即 变工况后，虽然中间各级的压力比不变，焓降和 反动度也不变，但级动叶前后的压差随流量变化 而变化，因而其轴向推力也随流量的变化而变化。 例：流量增大后，级动叶的前后压差变大，轴向 推力也增大。
汽轮机的变工况
变工况时流量与各级焓降的变化规律
变工况前、后级组均为临界状态时
以非调节级级组为例，通过级组的流量与级组的 初压成正比。经推导可知各级压力比不变，变工 况前后各级的焓降也不变。但这一结论不适用于 末级，因为末级的级后压力，在变工况前后一般 变化不大，而级前压力是随流量变化的，故末级 的压力比是变化的。
汽轮机变工况特性
p021
p
2 g1
T0
G
p02 pg2 T1
不考虑温度变化： G1 G
p021 pg21
p02
p
2 g
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：
G1 G
p021 p02
p221 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。
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
mac i
)
''
h
mac t
(h
mac i
)
''
(h
mac t
)
''
(h
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 。
汽轮机原理第三章变工况例题
汽轮机原理第三章变工况例题一、汽轮机原理概述汽轮机是一种热能转换为机械能的旋转式热力机械，广泛应用于发电、化工、冶金等行业。
汽轮机原理主要包括蒸汽动力循环、叶片工作原理、轮毂结构及轴承润滑等方面。
二、变工况概念及影响因素变工况是指在汽轮机运行过程中，由于负荷、进口蒸汽参数、转速等因素的变化，导致汽轮机性能发生变化的现象。
影响变工况的因素主要有：1.负荷变化：随着负荷的增加，蒸汽流量增大，叶片负荷加重，热力参数发生变化。
2.进口蒸汽参数：进口蒸汽温度、压力等参数的变化，会影响汽轮机的热力性能和安全性。
3.转速变化：转速的改变会影响汽轮机的功率、效率和振动特性。
三、变工况下的汽轮机性能分析在变工况下，汽轮机的性能分析主要包括热力性能、安全性、振动特性等方面。
分析方法有：1.热力性能分析：通过对比不同工况下的热力参数、功率、效率等指标，评估汽轮机的性能变化。
2.安全性分析：关注叶片、轴承、密封等关键部件的运行状况，预防事故发生。
3.振动特性分析：监测汽轮机运行过程中的振动信号，判断是否存在异常。
四、变工况运行策略与优化针对变工况下的汽轮机运行，可采取以下策略与优化措施：1.合理调整负荷：根据系统需求，平稳调整汽轮机负荷，降低负荷波动对性能的影响。
2.控制进口蒸汽参数：在运行过程中，保持进口蒸汽参数的稳定，提高汽轮机的热力性能。
3.运行优化：通过调整喷嘴开启程度、旁路蒸汽调节等方式，优化汽轮机运行。
五、实例分析与解答本章将通过一个具体实例，分析变工况对汽轮机性能的影响，并给出解答。
实例内容如下：某300MW机组，在满负荷运行时，进口蒸汽温度为310℃，压力为16.5MPa，转速为3000r/min。
现要求在负荷降至200MW时，如何调整进口蒸汽参数以保持汽轮机运行在良好状态。
解答：1.计算负荷变化后的进口蒸汽流量：根据汽轮机的热力参数，计算负荷变化后的进口蒸汽流量。
2.调整进口蒸汽温度和压力：为保持汽轮机的热力性能，可适当降低进口蒸汽温度至280℃，同时提高压力至15.5MPa。
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
汽轮机原理第三章变工况例题
汽轮机原理第三章变工况例题摘要：一、汽轮机原理简介1.汽轮机的工作原理2.汽轮机的主要组成部分二、变工况下的汽轮机1.变工况的定义与原因2.变工况对汽轮机性能的影响三、变工况例题解析1.例题一：蒸汽参数变化对汽轮机性能的影响2.例题二：负荷变化对汽轮机性能的影响3.例题三：蒸汽湿度对汽轮机性能的影响四、应对变工况的措施1.提高汽轮机的设计与制造水平2.采用先进的控制系统与运行策略3.定期维护与检修正文：汽轮机是一种广泛应用于发电、工业生产等领域的重要动力装置，其工作原理是将高温高压的蒸汽转化为机械能，进而驱动发电机发电或驱动其他机械设备。
汽轮机主要由汽轮机本体、锅炉、发电机等部分组成。
在实际运行过程中，由于负荷、蒸汽参数、环境条件等多种因素的变化，汽轮机常常需要在不同的工况下运行。
这种工况的变化，被称为变工况。
变工况会对汽轮机的性能产生一定的影响，如导致汽轮机的效率降低、振动加剧等问题。
因此，研究变工况下的汽轮机性能优化，对于提高汽轮机的运行效率和稳定性具有重要意义。
为了更好地理解变工况对汽轮机性能的影响，我们通过以下三个例题进行解析：例题一：蒸汽参数变化对汽轮机性能的影响。
当蒸汽参数发生变化时，如压力、温度升高或降低，会对汽轮机的进气量、排气量、效率等性能参数产生影响。
因此，在设计汽轮机时，需要考虑蒸汽参数的变化范围，并采取相应的措施以保证汽轮机的性能稳定。
例题二：负荷变化对汽轮机性能的影响。
汽轮机的负荷会随着电力系统的需求而波动，从而导致汽轮机的转速、进气量、排气量等参数发生变化。
研究负荷变化对汽轮机性能的影响，可以帮助我们掌握汽轮机的调节性能，从而优化汽轮机的运行策略。
例题三：蒸汽湿度对汽轮机性能的影响。
蒸汽湿度对汽轮机的性能影响主要表现在湿蒸汽的密度较大，导致进气量减少，进而影响汽轮机的做功能力。
此外，湿蒸汽中的水分还可能对汽轮机的叶片造成侵蚀，影响汽轮机的使用寿命。
针对变工况对汽轮机性能的影响，我们可以采取以下措施进行优化：1.提高汽轮机的设计与制造水平。
4汽轮机变工况
考虑流量系数, 无论过热还是饱和蒸汽, 实际临界流量为
Gcr,实际 = 0.648 An p ρ
* 0
* 0
6
彭台门系数
通过喷嘴的流量与同一初始状态下的临界流量之比。
利用彭台门系数不必事先判别流量状态, 可直接计算流量; 彭台门系数β与喷嘴压比εn和绝热指数κ有关; 蒸汽状态一定, 在亚临界条件, β只与喷嘴压比εn相关, β<1; 临界和超临界条件下, 流量达最大, β=1, 与喷嘴压比εn无关。
* 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。
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
21
级组前后压力与流量的关系
级组状态的判定
级组中的流动是否达临界状态, 取决于末级是否处于临界 状态。 (1) 后面级的比容较大, 其平均直径比前面级大, 若相邻两 级的速比和反动度基本相同, 则后一级的比焓降较大, 所以 最后一级的比焓降最大, 流速也最大。 (2) 最后一级的蒸汽绝对温度最低, 当地音速最小。故最后 一级最先达到临界速度。
《汽轮机原理》变工况
p
i
2 01
2 p 21
i
设级内有Z级，则
G1 T01 2 2 2 2 第一级： p p p p 0 2 1 01 21 1 G 1 T0 1
2
7
G1 T01 2 2 p p 0 2 第二级： G 2 T0 2
13
某台一次再热超高压凝汽式汽轮机的功率突然下降40 ％，此时机组无明显振动，机组参数变化如表3-2所示， 负号表示降低。功率降低后，一些参数又基本稳定不变， 各监视段压力近似成比例降低。 分析原因：调节级后压力和中间再热后压力降低， 表明蒸汽流量变小，这由给水流量也相应变小而证实。 由于各监视段压力与流量近似成正比，故可以认为各非 调节级的工作是正常的，流量的突降是调节级或调节级 之前的通流部分故障所致。
p
2 01
p z21
经改写得：
8
G1 G
2 p 01 p z21 T0 2 p0 p z2 T01
当忽略温度影响时，为 ：
G1 G
2 p 01 p z21 2 p0 p z2
9
（二）级组中级达临界工况
G1 p01 G p0
12
三 、在工程中的应用 弗留格尔公式不仅形式简单，而且使用方便，在汽
轮机运行中可以用来： (1)监视汽轮机通流部分运行是否正常。在已知汽轮机 功率或流量的条件下，根据弗留格尔公式的计算结果监视 某些级组(监视段)前的压力，借此判断该级组是否损坏或 结垢等异常现象。 (2)可以推算出不同流量(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。
- 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)。
相对座标的渐缩喷嘴的流量网图
在一定的初参数时，随喷嘴背压变化可以求
得一条曲线。如果初压由P0*变至P01*后，维持P01* 、ν01* 不变，然后，改变背压，通过喷嘴的流量又 重复上述变化规律，即可以得到对应于初压P01* 的 流量曲线。可见，初压越小，流量曲线越靠近座 标原点。
级组内流量与压力的变化关系
在多级汽轮机中，流通面积不变，流量相等 的若干相邻单级的组合称为级组。
只要级组内某一级在变工况前后始终为临界状态， 则这一级以前的各级中流量均与级前压力成正比关 系变化。
对于凝汽式汽轮机，因为背压很低。若把所有压力 级视为一个级组，那么，凝汽式汽轮机各压力级在
工况变动时的一个重要规律，即凝汽式汽轮机各级 （除最末级或末几级外）的级前压力与流量成正比。
阀的开度再增加， P2就将高于临界压力，于是这 两个喷嘴组中的流量将随P2的升高而下降，这时流 量和背压的变化是椭圆曲线关系。
调节级的焓降变化
变工况时级内反动度的变化
变工况时，如果级内焓降减小，则级的反动度增 加；反之，级内焓降增加，则级的反动度减小。
流经级组的蒸汽流量改变时，级组最末级的焓降 变化最大，因此最末级的反动度变化也最大；级 组中间级的各级焓降变化不大，故这些级的反动 度变化也不大。
变工况时，蒸汽流量对级的效率影响
速度比对级的效率影响最大，当速度比为最佳 时效率最高，速度比不变，级的效率也基本不 变。由此可知：当流经级组的流量改变时，级 组中最末级的焓降变化最大，其速度比偏离最 佳值较多，级的效率下降也较多，而级组中间 各级因焓降基本上保持不变，其速度比保持不 变，故其效率也近乎不变。
喷嘴调节汽轮机的变工况
喷嘴调节是新汽经过主汽阀后，再经过几 个依次启闭的调节汽阀通向汽轮机的第一 级（调节级）。每个调节汽阀分别控制一 组调节级喷嘴，调节级都作成部分进汽的， 一般部分进汽度小于0.8。通常第一个开启 的调节阀所控制的流量要比其余的汽阀大 些，最后开启的调节汽阀通常在超负荷时 使用。
凝汽式汽轮机的变工况
节流调节汽轮机的变工况
节流调节是全部蒸汽都经过一个或几个同 时启、闭的调节汽阀，然后流向第一级喷 嘴。这种配汽方式主要是改变调节汽阀的 开度对蒸汽进行节流，以改变进汽压力， 使有用焓降发生变化，并相应改变蒸汽流 量，来调整汽轮机功率的。
节流调节的凝汽式汽轮机，在工况变动 时，因第一级流通面积不随进汽量的变 化而变化，因而其变工况特性和中间级 完全相同，即第一级级前压力与流量成 正比，焓降、反动度、速比和效率等在 变工况时近于保持不变，只有最末级的 焓降随着工况的变化而发生变化。
汽轮机的变工况
与设计条件不相符合的运行情况
造成汽轮机不能经常在设计条件下运行的主要原因
(1) 用户所需电负荷的变化;
(2) 锅炉运行工况的变化;
(3) 汽轮机本身的状态发生了变化.
汽轮机变工况下运行时，不仅效率降低，而且 各零部件的受力情况与设计工况不同，从而影响汽 轮机工作的经济性和安全性。
喷嘴的变工况
末级，流量变化对压力比和焓降的影响越大。
变工况时各级反动度的变化规律
汽轮机变工况时，由于流量的改变，除了引 起压力比和级内焓降的改变外，级的反动度 也要变化。这是因为级内焓降变化后，使得 焓降在喷嘴和动叶中的分配比例发生改变的 缘故。可以这样解释：当级内焓降减小后， 汽流流入动叶偏转了一个角度，不能全部进 入动叶，形成动叶入口槽道的阻塞，使喷嘴 与动叶间的压力增高，从而动叶前后压力差 增大，故级的反动度增加。
喷嘴调节示意图
喷嘴调节各个喷嘴组的变化规律：
当调节级汽室压力升高至0.546P0时，第一、第二 调节汽阀均全开，第三调节汽阀也部分开启，在
第一、第二调节汽阀所控制的两组喷嘴中，汽流
速度刚好达到临界速度。在这之前，由于P2始终低 于临界压力，所以尽管P2升高，也不会使第一、二 喷嘴组的流量下降，在这之后，只要第三调节汽
根据这个原理，在汽轮机运行中就可以利 用调节级汽室压力和各抽汽口压力，来监 视汽轮机通流部分的工作情况和了解级组 带负荷情况，故把这些压力称为监视段压 力。
变工况时流量与各级焓降的变化规律
汽轮机级的理想焓降只与级前、后的压力比及 级前蒸汽的绝对温度有关。在工况变化不大时， 级前蒸汽温度变化也不大，可略去不计，则级 的理想焓降变化只取决于级前后压力比的变化。
级在亚临界工况下工作时
若级在变工况前后，蒸汽在级喷嘴和动叶片内的 流动均未达到临界状态时，通过该级的流量与级 前、后压力的平方差的平方根成正比变化，与级 前的绝对温度的平方根成反比变化。 简化后得出
弗留格尔公式：
G1 G0
012 212 02 22
表明除调节级外的任何一级在变工况前后，均未 达到临界状态时，流经级内的蒸汽流量与级前、 后压力的变化关系。
β——G/GC, 彭台门系数，又称流量比，其值仅与 压力比的大小有关
级和级组的变工况
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ级和级组中流量与压力的变化规律
工况变动时，级前、后压力和流量的变化关系
级在超临界工况下工作时
G1 01 G 0 0
若级在变工况前后均为临界状态（不论喷嘴或动叶达到临界 状态）下工作时，则通过这一级的流量只与级前的蒸汽参数 有关，而与级后的压力无关。且通过该级的流量与级前压力 成正比。
变工况时流量与各级焓降的变化规律
变工况前、后级组均为临界状态时
以非调节级级组为例，通过级组的流量与级组的 初压成正比。经推导可知各级压力比不变，变工 况前后各级的焓降也不变。但这一结论不适用于 末级，因为末级的级后压力，在变工况前后一般 变化不大，而级前压力是随流量变化的，故末级 的压力比是变化的。
结论：不论是凝汽式汽轮机还是背压式汽轮机，
如果变工况前、后均为临界状态，则各中间级的 焓降几乎不变，故其效率也不变。
变工况前、后级组在亚临界状态时
亚临界状态的级组变工况时，级内的焓降随 流量的变化而变化：
2
0211
1 02
02 z2 z2 z2G G10
2
当流量减小时，G0/G1值增大，（P21/P01）随 之增大，级的理想焓降相应减小。且越靠近