汽轮机非设计工况

第二讲 功率调节与配汽方式
第二讲 功率调节与配汽方式
第二讲 功率调节与配汽方式
阀点时的热力过程分析
※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 级与级组非设计工况时的运行特性
依次类推，级组临界工况时的压力、流量特性
G c1 p 01 = 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 p 021 − p 21 z p 02 − p 2 z T0 T01
第一讲 级与级组非设计工况时的运行特性
第一讲 级与级组非设计工况时的运行特性
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。 stodola试验的数学描述
G1 p 01 = 低背压时，级组的流量正比于初压，即 ； G0 p0 考虑温度变化的影响，则 G 1 = p 0 1 T 0 G0 p0 T01
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 级与级组非设计工况时的运行特性
例如：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？
th i
G1 p1 = G0 p0
( ∆h )′ = ( ∆h )′ ( ∆h )′ = η η ′ = ∆h ∆h ( ∆h )′
T t
N1 p1 = ηth N 0 p0
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
第一讲 级与级组非设计工况时的运行特性
※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 ex = kG1 , G 2 = (1 − k )G1 对这2个级组分别用Flugel公式，得
2 2 2 2 p A1 − p C 1 p B1 − pC 1 = 2 2 2 2 p A − pC p B − pC
0 G n max 1 p 01 = 0 G n max 0 p0
T00 p 01 ≈ 0 T01 p0
T0 T01
G1 β G n m ax 1 = 1 G0 β 0 G n m ax 0
第一讲 级与级组非设计工况时的运行特性
流量网、流量锥 描述了初、终参数改变时，相对于 最大工况 ( β 0 = 1) 的流量相对变化。 2 p11 p 01 − ε cr p G n max 1 p 01 p 01 p0 G1 0 = β1 = 1− β1 = G n max 0 G n max 0 p0 p0 p 01 − p 01 ε cr
p0 p0 = β m (ε 0 , ε 1 )
ε 0ε cr ≤ ε1 ≤ ε 0
第一讲 级与级组非设计工况时的运行特性
3.2.1 级的压力 流量特性 级的压力—流量特性 临界工况 工况变化前、后喷嘴或动叶均为临界，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。
第一讲 级与级组非设计工况时的运行特性
解：(1) 对压力级，不计背压和温度变化的影响。有
p 01 90 p 01 G1 = , = , G p 0 132.6 1.67 p 01 = 1.133 Mpa
(2)结垢后通流面积减少5％，则
p 01 G1 / A1 p 01 90 1 = , × = , G/A p 0 132.6 0.95 1.67 p 01 = 1.193 Mpa
级次 调节
2
3
4
5
6
7
8
62.2 kPa
9
32.3 kPa
10
4.9 kPa
级后 1.176 0.862 0.612 0.426 0.282 0.179 0.104 压力 MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa
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，因流量没变，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，
第一讲 级与级组非设计工况时的运行特性
由级组压力、流量特性关系求调节级后压力变化
2 2 p 01 − p 6 2 p 01 − 0.179 2
p −p
2 0
2 5
=
1.176 − 0.282
2
2
= 1,
p 01 = 1.1556 MPa
(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 p 41 − p 6 2 p 41 − 0.179 2 = = 1, 2 2 2 2 p 4 − p5 0.426 − 0.282
p 41 = 0.36459 MPa
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。
第一讲 级与级组非设计工况时的运行特性
Flugel公式的应用
※使用条件
亚临界 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) 单级与多级组流量——压力关系
G1 = G0
2 2 ( p01 − p21 ) − ( p01 − p21 ) 2 ε gcr /(1 − ε gcr ) 2 2 ( p0 − p2 ) − ( p0 − p2 ) 2 ε gcr /(1 − ε gcr )
第3章 汽轮机非设计工况的运行特性
任务 研究偏离设计(off-design)工况运行时级或级组 流量与压力、温度的相对变化，以及由此产生的反动度、 内功率、效率和轴向推力等的改变，评估这些变化对机 组安全、经济运行的影响。 方法 基于级或级组的压力——流量关系，由参考工 况下级或级组的压力、流量计算出偏离参考工况的压力、 流量。 核心内容 级或级组的压力——流量特性
第一讲 级与级组非设计工况时的运行特性
3.1 喷嘴非设计工况运行特性 基本关系
Gn max 2 = µn An k k +1
k +1 k −1 0 0 p0 / v0
G 0 = µβ 0 G n max 0
初参数不变 最大流量不变
G1 β1 = G0 β 0
初、终参数变化 最大流量改变
※假想流量 整级膨胀发生在喷嘴中 Ga = µ n An ρ 2t
G a = β G cr = 0.648 An p0 v0 p − pc 1− 2 p0 − pc
2
2∆ht
第一讲 级与级组非设计工况时的运行特性

※真实流量
G = µn Anc1t ρ1t = [µn An ρ2t 2∆h ]
主蒸汽流量的虚拟测量 主蒸汽流量用孔板或喷管测量，产生节流损失，对 600MW机组，估计一年损失500,000$ 基于汽轮机级组压力、流量关系，实现主蒸汽流量的 虚拟测量
G1 = G0
2 p01 − p 21 z
p0 − p z
2
2
T0 T01
G1 = K
2 p01 − p 21 z
T01
第一讲 级与级组非设计工况时的运行特性
级临界压比
εsc = pc / p0
ε 注意： sc ≠ 0.546 !!!
第一讲 级与级组非设计工况时的运行特性
※简化模型
小量
G1 = G0
比容变化较小、反动度基本不变，并略去
2 2 p 01 − p 21 2 2 p0 − p2
T0 T0 1
※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
2 2
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 临界级
前一级为亚临界
G c1 = Gc p 2−1,1 − p 21 x x p 2−1 − p 2 x x
G c1 p x1 = Gc px
p x −1,1 G c1 p x1 = = Gc p x −1 px
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 功率调节与配汽方式
调门后压力 节流温度基本不变 节流效率与功率
ηi
T i T t T i T t T t
ηth = ( ∆htT )′ / ∆htT
案例2：安徽某厂125MW机组，额定工况调节级后压 力、温度为8.4MPa、493℃。现110MW时调节级后压力、 温度为8.6MPa、496℃，试问是否正常？汽轮机内发生 了什么？
第二讲 功率调节与配汽方式
汽轮机配汽 改变汽轮机的进汽量和焓降,实现功率输 出变化。 主要方式 通)配汽 节流配汽、喷嘴配汽、滑压配汽和补汽(旁
0 t
ρ1t ρ2t
※流量、压力关系
′ G1 β1Ga1 1 − Ωm1 v2t1 v1t 0 = ′ G0 β0Ga 0 1 − Ωm0 v2t 0 v1t1
′ v2t 1−Ωm = Ga 1−Ωm v1t
2 2 ′ ( p01 − p21 ) − ( p01 − p21 )2 ε sc /(1 − ε sc ) ∆Ωm T0 v2t1 v1t 0 = 1− 2 2 2 ′ ( p0 − p2 ) − ( p0 − p2 ) ε sc /(1 − ε sc ) 1 − Ωm T01 v2t 0 v1t1
2 2 p A1 − p C 1 2 2 p A − pC
G1 = G0
第一讲 级与级组非设计工况时的运行特性
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。
p G1 / A1 = 01 G 0 / A0 p0 T0 T01
A1 p = 0 A p 01
T0 1 T0
0 G cr 1 p 01 = 0 G cr p0 0 T01 p ≈ 01 0 T01 p0
※临界 ※亚临界
T0 T01
G1 = G0
2 2 p 01 − p 21 2 2 p0 − p2
T0 T0 1
第一讲 级与级组非设计工况时的运行特性
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。 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；
0 G cr1 p 01 = 0 G cr p0
T 00 T 001
※动叶临界
对动叶
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。
0 G cr 1 p11 = 0 G cr p1
T10 p11 ≈ 0 T11 p1
T1 T11
第一讲 级与级组非设计工况时的运行特性
对喷嘴
0 G1 β1 p01 T00 p11 T1 = = 0 0 G β p0 T01 p1 T11
(1 − ε cr )2 − (ε11 − ε cr )2 ε11 = 2 2 (1 − ε cr ) − (ε1 − ε cr ) ε1
0 G cr 1 p 01 = 0 G cr p0 0 T01 p 01 ≈ 0 T01 p0
ε11 = ε1
T0 T01
亚临界工况 变化前后喷嘴、动叶均为亚临界
电功率比例于初压 G1 p 01 压 =
G0 p0
功率比例于流量，流量比例于初
2 2
高背压变化时
G1 Pz1 − K 0 + =1 G0 K1
第一讲 级与级组非设计工况时的运行特性
高背压下初压变化时
G1 P01 − =1 G0 K 2