哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院

1、第三章汽輪機(jī)的變工況教學(xué)目標(biāo)： 會(huì)利用流量網(wǎng)圖計(jì)算變工況 知道不同調(diào)節(jié)方式對(duì)變工況的影響 能回答蒸汽參數(shù)變化對(duì)汽輪機(jī)工作的影響第三章汽輪機(jī)的變工況臼重點(diǎn)：噴管、級(jí)、級(jí)組的變工況規(guī)律利用流量網(wǎng)圖計(jì)算變工況不同調(diào)節(jié)方式對(duì)汽輪機(jī)變工況的影響蒸汽參數(shù)變化對(duì)汽輪機(jī)工作的影響第三章 汽輪機(jī)的變工況 亙）本節(jié)內(nèi)容：第一節(jié)噴管的變工況 第二節(jié)級(jí)與級(jí)組的變工況 第三節(jié)汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)方式及調(diào)節(jié)級(jí)變工況第四節(jié)參數(shù)變化對(duì)汽輪機(jī)工作安全性的影響31噴管的變工況引言：研究變工況的目的，在于分析汽輪機(jī)變 工況下的熱力過(guò)程，了解其效率的變化li及主要零部件的受力情況，以保證在變 工況下安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行分析噴管變工況的目的是分析

2、噴管前后的 蒸汽壓力與噴管流量的關(guān)系3.1噴管的變工況朗i基本概念設(shè)計(jì)工況:運(yùn)行時(shí)各種參數(shù)都保持設(shè)計(jì)值，即汽輪機(jī)在設(shè)計(jì)條件下的工況變工況：與設(shè)計(jì)條件不相符的工況 經(jīng)濟(jì)功率：汽輪機(jī)在設(shè)計(jì)條件下所發(fā)出的功率 額定功率：汽輪機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行所能連續(xù)發(fā)出的最大功率研究目的：不同工況下熱力過(guò)程，蒸汽流量、蒸汽參 數(shù)的變化，不同調(diào)節(jié)方式對(duì)汽輪機(jī)工作的 影響，保證機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行漸縮噴管變工況、一、漸縮噴管(1) 當(dāng)P1 = PO即壓力比=1時(shí)，如圖左側(cè)abc曲線所示，流量如圖中d點(diǎn)所示(2) 當(dāng)瓦e門e 即i 空尸時(shí)， 如圖中曲線abici所示(3) 當(dāng)P嚴(yán)Per即壓力比如圖中曲線ab2C2所示當(dāng)1兀Pg即n

3、兀8cr時(shí)， 如圖中曲線ab2b3C3所示如圖中曲線ABG所示0稱為彭臺(tái)門系數(shù)，這樣，通5 = 1漸縮噴嘴流量與出口壓力的關(guān)系曲線過(guò)噴管的任意流量G可表示為:0 = PGcr 二 0.64870/v0漸縮噴管流量網(wǎng)圖當(dāng)噴管的初終參數(shù)都變化時(shí)，則在變工況下的流量為:G嚴(yán)0.6480/”加石式中的下標(biāo)“1”表示變工況后的參數(shù)，貝!I： =G P V Povoi如近似地將蒸汽視為理想氣體，并應(yīng)有狀態(tài)方程于pv=RT上式，則得G 0加撫如果噴管初壓變動(dòng)是由于蒸汽節(jié)流而發(fā)生的，則因?yàn)楣?jié)流過(guò)程中pv 為常數(shù)，在上述情況中有*GG 卩、PcPoo = Poivoi于是T； = G 則得 &二萬(wàn)瓦如果變工況前

4、后均為臨界工況，則0 = 0 = 1故有當(dāng)略去初溫變化時(shí)，則有GcrGcrPoi*Po上式表明，不同工況下的臨界流量與初壓成正比 運(yùn)用以上各式，便可進(jìn)行噴管的變工況計(jì)算，即可由已知的工況確定任意工況下的流量或壓力、二、縮放噴管的變工況設(shè)計(jì)背壓P1:保持蒸汽在斜切部分不膨脹的最低背壓特征背壓Pa：噴嘴喉部保持臨界狀 態(tài)的最高背壓速度系數(shù)隨壓力比的變化曲線極限背壓P1W在斜切部分膨脹達(dá)到 極限時(shí)對(duì)應(yīng)的壓力熟悉漸縮噴管變工況了解縮放噴管變工況 掌握用流量網(wǎng)圖計(jì)算變工況一、變工況下級(jí)前后參數(shù)與流量的關(guān)系研究汽輪機(jī)級(jí)的變工況特性，主要是分析 級(jí)中各參數(shù)隨流量變化而變化的基本規(guī)律O（一）級(jí)在臨界工況下工作

5、1、工況變化前后噴管均處于臨界狀態(tài)此時(shí)通過(guò)的流量只與噴管前的蒸汽參數(shù)有關(guān)，而與 噴管后和級(jí)后壓力無(wú)關(guān)a厶“4厶4G丄4厶厶厶乂dQ厶44厶厶“4厶4厶4厶/乂4“厶乂4厶厶厶厶厶厶“厶厶4“厶厶“Q厶厶4厶厶“4厶4/4“4厶“4厶“4厶乂4厶厶厶“厶厶“4厶厶厶“厶/乂4厶“厶“厶厶“4厶乙3.2級(jí)與級(jí)組的變工況2工況變化前后動(dòng)葉處于臨界狀態(tài)* *cr = PllS1 二 011 二 P11GcrPGcr Pl Pl気 Pu Pn AhGcrPl* *P P A結(jié)論：只要級(jí)在臨界狀態(tài)下工作，不論臨界狀態(tài)是發(fā)生在 噴嘴中還是發(fā)生在動(dòng)葉中，通過(guò)該級(jí)的流量均與級(jí)前壓力成正比，而與級(jí)后壓力無(wú)關(guān)。（二

6、）級(jí)在亞臨界下工作結(jié)論：當(dāng)級(jí)內(nèi)未達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)，通過(guò)級(jí)的流 量不僅與級(jí)前參數(shù)有關(guān)，而且還與級(jí)后參數(shù)有 關(guān)。（三）一種工況下級(jí)處于臨界狀態(tài)，而在另一種工況下級(jí)處于亞臨界狀態(tài)，對(duì)于這種情況，無(wú)法給出級(jí)內(nèi)流量與蒸汽參數(shù)之間的具體關(guān)系式 二、變工況下級(jí)組前后參數(shù)與流量的關(guān)系躅基本概念：級(jí)組：多級(jí)汽輪機(jī)中一些流量相等，工況 變化時(shí)通流面積不變的相鄰若干級(jí)的組合0 級(jí)組的臨界壓力：當(dāng)級(jí)組中任一級(jí)處于臨 界狀態(tài)時(shí)級(jí)組的最高背壓。級(jí)組的臨界壓力比：級(jí)組的臨界壓力P遇與 級(jí)組的初壓之比，用氐r表示。其大小與級(jí) 組中級(jí)數(shù)的多少有關(guān)。熟悉凝汽式汽輪機(jī)變工況規(guī)律小結(jié)：知道變工況下級(jí)、級(jí)組前后參數(shù) 與流量的關(guān)系汽輪機(jī)的

7、功率方程DH 幾 j%rig3600由上式可知，要改變汽輪機(jī)的功率，可改變流量D或焙降A(chǔ)Ht從結(jié)構(gòu)上看汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)方式有：噴嘴調(diào)節(jié)、節(jié)流調(diào)如運(yùn)行方式上看有：定壓調(diào)節(jié)和滑 壓調(diào)節(jié)一、節(jié)流調(diào)節(jié)1、定義：所有進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽都經(jīng)過(guò) 一個(gè)或幾個(gè)同時(shí)啟閉的調(diào)節(jié)閥，然后進(jìn)入第一級(jí)噴嘴。節(jié)流調(diào)節(jié)示意圖2、節(jié)流調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)過(guò)程節(jié)流調(diào)節(jié)的熱力過(guò)程線如圖所示結(jié)論：節(jié)流調(diào)節(jié)第一級(jí)的變工況特 性與中間級(jí)完全相同。調(diào)節(jié)級(jí)的熱力過(guò)程線33汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)方式及調(diào)節(jié)級(jí)扌3、節(jié)流后汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率3.3汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)方式及調(diào)節(jié)級(jí)變建4、節(jié)流調(diào)節(jié)的特點(diǎn)(1) 節(jié)流調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、制造成本低；(2) 工況變動(dòng)時(shí)，各級(jí)焙降(除最末級(jí)外

8、)變化不大， 故各級(jí)前的溫度變化很小，從而減小了由溫度變化而 引起的熱變形與熱應(yīng)力，提高了機(jī)組的運(yùn)行可靠性和 機(jī)動(dòng)性；(3) 在部分負(fù)荷下由于節(jié)流損失，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性下降。5、節(jié)流調(diào)節(jié)的應(yīng)用節(jié)流調(diào)節(jié)一般用在小機(jī)組以及承擔(dān)基本負(fù)荷的大型機(jī)組上。、噴嘴調(diào)節(jié)及調(diào)節(jié)級(jí)變工況基本概念:O噴嘴調(diào)節(jié)：將汽輪機(jī)的第一級(jí)噴嘴分成若干組，每組各有一個(gè)調(diào)節(jié)閥控制，當(dāng)汽輪機(jī)的負(fù)荷改變時(shí)，依次開(kāi)啟或關(guān)閉各調(diào)節(jié)閥，以調(diào)節(jié)噴管調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖汽輪機(jī)的進(jìn)汽。1主汽閥；2進(jìn)汽室；3噴管組3.3汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)方式及調(diào)節(jié)級(jí)變建調(diào)節(jié)級(jí)：采用噴嘴調(diào)節(jié)的汽輪機(jī)第一級(jí)，其通流面積隨負(fù)荷的改變而改變,故稱該級(jí)為調(diào)節(jié)級(jí)。該級(jí)后的汽室常稱為調(diào)節(jié)級(jí)汽室。

9、 為了研究調(diào)節(jié)級(jí)，做以下假設(shè)： 調(diào)節(jié)級(jí)的反動(dòng)度仙二0,且工況變動(dòng)時(shí)反動(dòng)度保持不變，因此pl二p2； 全開(kāi)閥后的壓力不隨流量的增加而降低; 各調(diào)節(jié)氣閥的開(kāi)啟和關(guān)閉完全沒(méi)有重疊度，即前一個(gè)閥完 全開(kāi)啟后，后一個(gè)才開(kāi)啟； 調(diào)節(jié)級(jí)后的蒸汽壓力P2與蒸汽流量成正比，而不受調(diào)節(jié)級(jí) 后的溫度變化的影響1、調(diào)節(jié)級(jí)的變工況分析 第一調(diào)節(jié)閥開(kāi)啟過(guò)程中：閥后壓力（即噴嘴前壓力）與流量成 正比，當(dāng)閥門全開(kāi)時(shí)，達(dá)到最大焙降的變化：由于壓力比保持不變,所以焙降也保持不變。但隨著第二、 第三調(diào)節(jié)閥的開(kāi)啟，焙降將逐漸減小。1久? 沁幾 4D2叭2DuP 624萬(wàn)調(diào)節(jié)級(jí)的變工況曲線 各噴管組前壓力分布曲線調(diào)節(jié)級(jí)后壓力一直小于臨

10、界壓力， 故通過(guò)該組噴嘴的流量為臨界流量。（a）（b）各噴管組流量分布曲線3.3汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)方式及調(diào)節(jié)級(jí)變建 第二調(diào)節(jié)閥開(kāi)啟過(guò)程中：第二組噴嘴將從非臨界狀態(tài)過(guò)渡到臨界狀態(tài)。在噴嘴達(dá)臨 界之前，噴嘴壓力比隨流量的增加而減小，噴嘴達(dá)臨界后壓 力比則保持不變。 第三調(diào)節(jié)閥開(kāi)啟過(guò)程中：第三組噴嘴中一直達(dá)不到臨界狀態(tài)；噴嘴壓力比隨流量的增大而減小。 第四調(diào)節(jié)閥開(kāi)啟過(guò)程中:第四調(diào)節(jié)閥為過(guò)負(fù)荷閥；li第四組噴嘴的變工況特性與第三組噴嘴相同。3.3汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)方式及調(diào)節(jié)級(jí)扌綜上所訴：調(diào)節(jié)級(jí)焙降是隨汽輪機(jī)流量的變化而改變的。 流量增加時(shí)，部分開(kāi)啟閥門所控制的噴嘴組焙降增大， 全開(kāi)閥門所控制的噴嘴組焙降減小。在第

11、一調(diào)節(jié)閥全開(kāi)而第二調(diào)節(jié)閥尚未開(kāi)啟時(shí)： 調(diào)節(jié)級(jí)焙降達(dá)最大值； 級(jí)前后的壓差最大 流過(guò)該噴嘴的流量亦最大 級(jí)的部分進(jìn)汽度則最小，致使調(diào)節(jié)級(jí)葉片處于最大的 應(yīng)力狀態(tài)。所以當(dāng)進(jìn)行調(diào)節(jié)級(jí)強(qiáng)度核算時(shí)，最危險(xiǎn)工況不是汽輪 機(jī)的最大負(fù)荷，而是第一調(diào)節(jié)閥剛?cè)_(kāi)時(shí)的運(yùn)行工況。3.3汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)方式及調(diào)節(jié)級(jí)變商蜃2、調(diào)節(jié)級(jí)的熱力過(guò)程及效率曲線 混合后的焙值h2可由熱平衡方程求得：（Z） + DJh； + Dm h = （D + Du + Dm ）h2h _（D + Z）n ）力；+ Dili；2 _D_ （D + Dn ）（/i0 A附）+ Dm （/i0 人硏）-D= h0- 2 + % i * f hi、0 D

12、 1 D 1調(diào)節(jié)級(jí)的熱力過(guò)程線i + 幾 i ,。皿 Inf/n 十Iri/?0 -h2 Dj + Dn A/?/ Dm A/i/n+D ht D A/iz% =卞33汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)方式及調(diào)節(jié)級(jí)變乜或從圖中可見(jiàn)，調(diào)節(jié)級(jí)效率曲線 具有明顯的波折狀。這是因?yàn)?閥全開(kāi)時(shí)，節(jié)流損失小，效率較高。在其它工況下，通過(guò)部分開(kāi)啟閥的汽流受到較大的節(jié)流，使效率下降。3.3汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)方式及調(diào)節(jié)級(jí)變建3、噴嘴調(diào)節(jié)的特點(diǎn):（1）噴嘴調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、制造成本高;（2）工況變動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)級(jí)汽室溫度變化大，從而增加了由溫度變化而引起的熱變形與熱應(yīng)力，限制了 機(jī)組的運(yùn)行可靠性和機(jī)動(dòng)性;（3）在部分負(fù)荷下的效率高于節(jié)流調(diào)節(jié)。4

13、、噴嘴調(diào)節(jié)的應(yīng)用:大容量機(jī)組和背壓機(jī)組3.3汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)方式及調(diào)節(jié)級(jí)fj）小結(jié)：了解節(jié)流調(diào)節(jié)熟悉噴嘴調(diào)節(jié)及調(diào)節(jié)級(jí)變工況能分析調(diào)節(jié)級(jí)危險(xiǎn)工況3. 4蒸汽參數(shù)變化對(duì)汽輪機(jī)工作汽輪機(jī)除流量變化外，當(dāng)蒸汽初終參數(shù)變化運(yùn)行時(shí)，也屬 于汽輪機(jī)變工況運(yùn)行范圍。R 一、蒸汽初壓p。、再熱壓力p變化過(guò)大對(duì)安全性的影響liIII1、初溫不變，初壓p。、再熱壓力伍升高III1=初溫不變，初壓升高過(guò)多，將使主蒸汽管道、主汽門、 調(diào)節(jié)汽門、導(dǎo)管及汽缸等承壓部件內(nèi)部應(yīng)力增大；對(duì)末 級(jí)葉片的運(yùn)行安全性可能帶來(lái)危險(xiǎn)；初壓升高、流量增 大還使軸向推力增大。2、初溫不變，初壓P。、再熱壓力降低初溫不變，初壓降低一般不會(huì)帶來(lái)危險(xiǎn)；初壓降低時(shí)， 若所發(fā)功率不減小，甚至仍要發(fā)出額定功率，必將使全 機(jī)蒸汽流量超過(guò)額定值，這時(shí)若各監(jiān)視段壓力超過(guò)最大 允許值，使軸向推力過(guò)大，這是危險(xiǎn)的。3. 4蒸汽參數(shù)變化對(duì)汽輪機(jī)工作6二、蒸汽初溫to和再熱蒸汽溫tr變化過(guò)大對(duì)安全性的影響1、pO與伍不變，to與tr升高P。與5不變，仏與tr升高將使鍋爐過(guò)熱器和再熱器管壁， 新汽和再熱蒸汽管道，高中壓主汽門和調(diào)節(jié)汽門，導(dǎo) 管及高中壓缸部件的溫度都升高，影響安全，縮短機(jī) 組壽命。2、pO與pr不變，tO與tr降低新汽溫度和再熱蒸汽溫度降低時(shí)，影響安全的關(guān)鍵是 下降的速度。3.4蒸汽參數(shù)變化對(duì)汽輪機(jī)工翊則3三、真空惡化和排汽溫度過(guò)高對(duì)安全