汽輪機(jī)原理教材3

1、第三章 汽輪機(jī)的變工況特性汽輪機(jī)的熱力設(shè)計(jì)就是在已經(jīng)確定初終參數(shù)、功率和轉(zhuǎn)速的條件下，計(jì)算和確定蒸汽流量，級(jí)數(shù)，各級(jí)尺寸、參數(shù)和效率，得出各級(jí)和全機(jī)的熱力過程線等。汽輪機(jī)在設(shè)計(jì)參數(shù)下運(yùn)行稱為汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)工況。由于汽輪機(jī)各級(jí)的主要尺寸基本上是按照設(shè)計(jì)工況的要求確定的，所以一般在設(shè)計(jì)工況下汽輪機(jī)的內(nèi)效率達(dá)最高值，因此設(shè)計(jì)工況也稱為經(jīng)濟(jì)工況。汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)所發(fā)出的功率，將根據(jù)外界的需要而變化，汽輪機(jī)的初終參數(shù)和轉(zhuǎn)速也有可能變化，從而引起汽輪機(jī)的蒸汽流量和各級(jí)參數(shù)、效率等變化。汽輪機(jī)在偏離設(shè)計(jì)參數(shù)的條件下運(yùn)行，稱為汽輪機(jī)的變工況。 ， 汽輪機(jī)工況變動(dòng)時(shí)，各級(jí)蒸汽流量、壓力、溫度、比焓降和效率等都可能發(fā)生

2、變化，零、部件的受力、熱膨脹和熱變形也都有可能變化。為了保證汽輪機(jī)安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，就必須弄清汽輪機(jī)的變工況特性。 電站汽輪機(jī)是固定轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)，限于篇幅，這里僅討論等轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)的變工況。主要討論蒸汽流量變化和初終參數(shù)變化時(shí)的變工況，其中也就包含了功率變化問題。汽輪機(jī)變工況是以級(jí)的交工況和噴嘲、動(dòng)葉的變工況為基礎(chǔ)的，因此，必須首先介紹噴嘴、動(dòng)葉的變工況。第一節(jié) 噴嘴的變工況特性縮放嘴嘴的交工況已由流體力學(xué)介紹道了，其中一個(gè)重要概念，就是縮放噴嘴背壓逐漸高于設(shè)計(jì)值時(shí)，將先在噴嘴出口處，后在噴嘴漸放段內(nèi)產(chǎn)生沖波(或稱激波)。超音速汽流經(jīng)過沖波，流速大為降低，損失很大。所以，縮放噴嘴處于背壓高于設(shè)計(jì)值

3、的工況下運(yùn)行時(shí)效率很低?？s放噴嘴的速度系數(shù)與壓比、膨脹度f的關(guān)系如圖311所示。膨脹度，表示縮放噴嘴出口而積，與喉部臨界截面而積之比。每條曲線上最高的點(diǎn)(圖示a,b,c,d)是該縮放噴嘴的設(shè)計(jì)工況點(diǎn)。由圖可見，縮放噴嘴設(shè)計(jì)壓比越小，膨脹度f越大，而f越大的縮放噴嘴在實(shí)際壓比增大時(shí)，降得越多，因而噴嘴效率也降得越多。 漸縮噴嘴背壓高于設(shè)計(jì)值時(shí)不會(huì)出現(xiàn)沖波，速度系數(shù)仍然較高，如圖3.1.1中最上面一根虛線所示，因而變工況效率仍然較高，僅在小于臨界壓比時(shí)，與效率才下降。一、漸縮噴嘴初壓不變時(shí)背壓與流量的關(guān)系噴嘴的流量公式為 （3.1.1）對(duì)于漸縮噴嘴，在定熵指數(shù)k和流量系數(shù)都一定的條件下，若噴嘴前滯

4、止參數(shù)、和出口而積都不變，則噴嘴流量G與背壓的關(guān)系如圖312中的曲線ABC所示。當(dāng)時(shí)，G不變，如直線AB所示；當(dāng)時(shí)，流量沿曲線BC變化，曲線BC是根據(jù)式(311)畫出的。曲線BC段與橢圓的l4線段相當(dāng)近似，若用橢圓曲線代替它，誤差較小，故可用橢圓方程表示BC段的G，關(guān)系： （3.1.2）式中，是彭臺(tái)門系數(shù)，各文字代號(hào)均同第一章式(1219)。式(312)比式(3.1.1)簡(jiǎn)便得多。下面分析式(312)的誤差，將式(3，11)除以式(1224)得 （3.1.3）表311中列出了近似式(312)代替精確式(313)的計(jì)算誤差。這一誤差由式(312)的計(jì)算結(jié)果減去式(313)的計(jì)算結(jié)果，再除以式(3

5、13)的計(jì)算結(jié)果而得，計(jì)算中取13，即05457。由表311可見，用橢圓方程算得的流量比，都比精確值略小但誤差一般只有千分之幾，工程上是允許的。 表3.1.1 以橢圓公式代替精確公式計(jì)算流量比的誤差()壓力比0.6000.7000.7500.8000.8500.8750.9000.9250.9500.9750.9850.9901.000誤 差0-0.35-2.26-3.34-4.36-5.96-6.64-7.56-7.99-8.66-9.33-9.60-11.200二、漸縮噴嘴前后參數(shù)都變化時(shí)的流量變化分臨界工況與亞臨界工況來討論。1設(shè)計(jì)工況與變工況下噴嘴均為臨界工況噴嘴出口流速達(dá)到或超過臨界

6、速度時(shí)，稱噴嘴處于臨界工況。若設(shè)計(jì)工況和變工況下噴嘴內(nèi)流速均達(dá)到和超過臨界速度，則此兩種工況下的臨界流量之比為 （3.1.4）式中 ，變工況和沒計(jì)工況下的臨界流量；變工況下噴嘴前的滯止初壓、滯止初溫、滯止比容，(凡變工況參數(shù)，右下角都多加一角標(biāo)“l(fā)”，以下均相同)。 若噴嘴前的壓力變動(dòng)是由蒸汽節(jié)流引起的，或工況變動(dòng)前后未變或的變化較小或作近似計(jì)算而可忽略，則 （3.1.5） 參照式(311)，對(duì)于噴賞進(jìn)口截面積：，可寫出設(shè)計(jì)工況下由滯止?fàn)顟B(tài)點(diǎn)假想膨脹到實(shí)際進(jìn)口狀態(tài)點(diǎn)的連續(xù)方程： 變工況下同樣可寫出 上兩式中，與是由噴嘴前滯止?fàn)顟B(tài)點(diǎn)假想膨脹到噴嘴前實(shí)際狀態(tài)點(diǎn)的壓力比，即，；是噴嘴進(jìn)口面積，因是假

7、想膨脹，并無損失，效流量系數(shù)從l。上兩式相比得 根據(jù)式（3.1.4）得 =是上式得解，即 或 （3.1.6）代入式(314)與式(3，15)，并認(rèn)為，得 （3.1.7） （3.1.8）表明不同工況下的噴嘴臨界流量正比于初壓或滯止初壓，反比于噴嘴前熱力學(xué)溫度的平方根或滯止熱力學(xué)溫度的平方根。若噴嘴前壓力變動(dòng)是由節(jié)流引起的，或噴嘴前溫度未變(如滑壓運(yùn)行)，或因溫度變化很小而可以忽略，或因近似計(jì)算而可以忽略溫度變化(包括級(jí)和級(jí)組，后面凡不考慮溫度變化時(shí)都是這四個(gè)方面的原因不再重復(fù))，則噴嘴臨界流量?jī)H正比于初壓或滯止初壓。關(guān)于所帶來的誤差問題，在電站汽輪機(jī)中只有凝汽式汽輪機(jī)的最末一兩級(jí)和調(diào)節(jié)級(jí)的噴嘴流

8、速可能超過臨界速度。對(duì)于調(diào)節(jié)級(jí)，不論定壓運(yùn)行還是滑壓運(yùn)行，新蒸汽溫度都應(yīng)不變，且調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴進(jìn)口韌速，故；對(duì)于凝汽式汽輪機(jī)最末一兩級(jí)，它們都處于濕蒸汽區(qū)，級(jí)前后壓力和溫度都很低，例如，流量由沒計(jì)值增大20時(shí)，的誤差僅為0.19左右。2設(shè)計(jì)工況與變工況下噴嘴均為亞臨界工況噴嘴出口流速小于臨界速度時(shí)，稱噴嘴處于亞臨界工況。若設(shè)計(jì)工況與變工況下噴嘴都是亞臨界工況，流量比為 (3.1.9) 若不考慮溫度變化，則 （3.1.10） 若工況變動(dòng)前為臨界工況，變動(dòng)后為亞臨界工況，則可用臨界工況公式算到處再用亞臨界工況公式由算到變動(dòng)后的工況。若相反，則計(jì)算方法也相反。3漸縮噴嘴初壓、背壓與流量的關(guān)系若漸縮噴嘴前

9、后的蒸汽參數(shù)都變化，僅初溫不變或不考慮初溫變化的影響，則對(duì)于每一個(gè)初壓都可畫出一條與圖312中曲線ABC相似的流量與背壓的關(guān)系曲線，示于圖313中。圖中力AOB區(qū)域是臨界工況區(qū)，臨界流量與初壓成正比。BOC區(qū)域是亞臨界工況區(qū)，同一初壓下流量與背壓近似成橢圓曲線關(guān)系。若各初壓下的臨界壓力比不變，則各曲線水平段與橢圓段的交點(diǎn)必位于同一直線OB上，因這些交點(diǎn)的縱橫坐標(biāo)成正比。由圖313可一目了然地看出不考慮初溫變化時(shí)流量與初壓、背壓的相互關(guān)系。以上所介紹的漸縮噴嘴變工況的結(jié)論，也適用于具有漸縮形通道的動(dòng)葉。因從相對(duì)運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)來分析，動(dòng)葉柵中的流動(dòng)與噴嘴葉柵中的流動(dòng)是完全一樣的，只要把噴嘴前的熱力參數(shù)

10、換為動(dòng)葉前的相對(duì)熱力參數(shù)即可。附帶說明一點(diǎn)，固312中的虛線BO，雖對(duì)漸縮噴嘴不適用，但它適用于縮放噴嘴的各設(shè)計(jì)工況。因虛線BO是根據(jù)式(311)在與都一定旦、與噴嘴出口面積都不變的條件下畫出的的G關(guān)系曲線，而式(21，1)是由連續(xù)方程、能量方程與等比嫡過程方程嚴(yán)密推導(dǎo)而得的，因此曲線BO應(yīng)該有物理意義。疑問在于、與都不變時(shí)，減小為什么會(huì)使噴嘴流量降低?原因是不變時(shí)，隨著設(shè)計(jì)背壓P1的減小，設(shè)計(jì)壓比減小，縮放噴嘴的膨脹度必然增大(見圖311)，而出口而積已規(guī)定不變，故f增大必然使縮放噴嘴喉部面積減小，如圖314所示，于是縮放噴嘴流量將隨減小而減小。另外，也可從連續(xù)方程來分沂：由于超音速區(qū)域隨著

11、壓比減小，即隨著比焓降增大，比容增大得較大而流速相對(duì)地增大得較小(見圖123)，因此，當(dāng)、一定的縮放噴嘴的設(shè)計(jì)背壓降低時(shí)，若連續(xù)方程中不變，則必將減小。當(dāng)不變而時(shí)，而為定值，只能使，則縮放頃嘴流量。達(dá)就表明圖312中的虛線BO是各縮放噴嘴設(shè)計(jì)背壓與流量的關(guān)系曲線，這些縮放噴嘴的出口面積不變，但喉部截面將隨減小而減小，因而這些縮放噴嘴的流量也將隨的減小而減小。第二節(jié) 級(jí)與級(jí)組的變工況特性在了解噴嘴與動(dòng)葉的變工況特性后，就可分析級(jí)與級(jí)組的變工況特性。一、級(jí)內(nèi)壓力與流量的關(guān)系分級(jí)內(nèi)為臨界工況與亞臨界工況兩種情況來討論。1級(jí)內(nèi)為臨界工況級(jí)內(nèi)的噴嘴葉柵或動(dòng)葉柵兩者之一的流速達(dá)到或超過臨界速度，就稱該工況

12、為級(jí)的臨界工況。1)級(jí)的工況變化前后噴嘴流速均達(dá)到或超過臨界值時(shí)，不論動(dòng)葉中流速是否達(dá)到臨界值，此級(jí)的流量與滯止初壓或初壓成正比，與滯止初溫或初溫的平方根成反比，即 （3.2.1）若不考慮溫度變化，則 （3.2.2）2）級(jí)的工況變化前后噴嘴流速均未達(dá)到臨界值而動(dòng)葉內(nèi)流速均達(dá)到或超過臨界值時(shí)，只要采用動(dòng)葉的相對(duì)熱力參數(shù)，噴嘴變工況的結(jié)論都可用在動(dòng)葉上，故 （3.2.3）若不考慮溫度變化，則 （3.2.4）若沖動(dòng)級(jí)動(dòng)葉頂部采用曲徑汽封，則葉頂漏汽量極小，漏汽效率近于，其他情況下葉頂漏汽也不大。為了簡(jiǎn)化，可以認(rèn)為噴嘴流量等于動(dòng)葉流量，這時(shí)噴嘴在設(shè)計(jì)工況和變工況下的連續(xù)方程可寫成 由于噴嘴在設(shè)計(jì)工況和

13、變工況下處于亞臨界工況，故斜切部分沒有偏轉(zhuǎn)，噴嘴出口面積不變。將上兩式相比后代入式(323)得這里設(shè)，對(duì)于動(dòng)葉處于臨界工況的凝汽式汽輪機(jī)末級(jí)是可行的，例如流量增大20時(shí)，其誤差小于0.24。則上式變?yōu)?（3.2.5）若不考慮溫度變化的影響，則 （3.2.6）可見級(jí)處于臨界工況時(shí)，級(jí)的流量與滯止初壓或初壓成正比，與滯止初溫或初溫的平方根成反比；若不考慮溫度變化，則流量只與滯止初壓或初壓成正比。2級(jí)內(nèi)為亞臨界工況若級(jí)內(nèi)噴嘴和動(dòng)葉出口汽流速度均小于臨界速度，則稱該級(jí)工況為亞臨界工況。這時(shí)級(jí)的噴嘴出口連續(xù)方程為 設(shè)，則，代入上式得 （3.2.7）式(327)括號(hào)中的數(shù)值表示級(jí)的反動(dòng)度為零時(shí)流過該級(jí)噴嘴

14、的流量，這時(shí)噴嘴出口理想比容是由狀態(tài)點(diǎn)、等比嫡膨脹到的比容。若這時(shí)噴嘴出口速度仍小于臨界值，則全級(jí)肯定是亞臨界工況，那么 代入式(3.2.7)得設(shè)計(jì)工況為亞臨界工況的流量方程： 同理，可寫出工況變?yōu)閬喤R界工況的流量方程： 兩式相比，并考慮：1) 亞臨界工況下比容變化較小，經(jīng)許多計(jì)算表明 2) ；3)4) 令，則 （3.2.8） 這是級(jí)的亞臨界工況計(jì)算中的一個(gè)比較準(zhǔn)確的公式。只有帶來誤差，但很小。所沒，只是為了將、用、代替，不會(huì)帶來誤差。若，則可用、代替、來計(jì)算。該式也可用來對(duì)凝汽式汽輪機(jī)最末幾級(jí)的小容量流量工況進(jìn)行某些計(jì)算。近似計(jì)算中可對(duì)式(3.2.8)作兩點(diǎn)近似假定：工況變動(dòng)時(shí)，反動(dòng)級(jí)的反動(dòng)

15、度基本不變，沖動(dòng)級(jí)的速比變化不大時(shí)，反動(dòng)度變化較小，故可設(shè)；亞臨界級(jí)的較大，較小，對(duì)于沖動(dòng)級(jí)，是的幾倍或十幾倍，對(duì)于反動(dòng)級(jí)倍數(shù)更多，故可同時(shí)忽略式(3.2.8)大根號(hào)內(nèi)分子、分母的第二項(xiàng)。則式(328)簡(jiǎn)化為 （3.2.9）若不考慮溫度變化，則 （3.2.9a）雖然設(shè)與忽賂大根號(hào)中分子、分母第二項(xiàng)的作用之間互有補(bǔ)償，但并末完全抵消。故式(3.2.9)與式(3.2.9a)都是近似式。我們通過對(duì)BP25型沖動(dòng)式背壓式汽輪機(jī)進(jìn)行的全機(jī)變工況計(jì)算機(jī)詳算發(fā)現(xiàn)，在流量比設(shè)計(jì)值小30時(shí)，用式(3.2.9)的誤差為3.14，流量偏離設(shè)計(jì)值越近，誤差越小。二、級(jí)組壓力與流量的關(guān)系流量相等而依次串聯(lián)排列的若干級(jí)稱

16、為級(jí)組。當(dāng)級(jí)組內(nèi)各級(jí)的汽流速度均小于臨界速度時(shí)，稱級(jí)組為亞臨界工況；當(dāng)級(jí)組內(nèi)至少有一列葉柵(如某一級(jí)的噴嘴或動(dòng)葉)的出口流速達(dá)到或超過臨界速度時(shí)，稱級(jí)組為臨界工況。級(jí)組壓力與流量的關(guān)系也要分臨界與亞臨界兩種工況來討論。1工況變化前后級(jí)組均為臨界工況在各級(jí)通流面積不變的條件下，處于亞臨界工況的級(jí)組，若級(jí)組前后壓差由小變大，則各級(jí)流量和流速也要增大，這時(shí)一般是級(jí)組內(nèi)最后一統(tǒng)最先達(dá)到臨界速度，因?yàn)楹竺娴募?jí)的比容較大，其平均直徑往往比前而的級(jí)要大，若相鄰兩級(jí)的速比和反動(dòng)度基本相同，則后一級(jí)的比焓降較大，也就是最后一級(jí)的比焓降往往最大，流速也常最大；然而，最后一統(tǒng)的蒸汽絕對(duì)溫度量低，當(dāng)?shù)匾羲僮钚?，因此?/p>

17、后一級(jí)常最先達(dá)到臨界速度。亞臨界工況級(jí)組中某一級(jí)(一般是最末級(jí))的噴嘴或動(dòng)葉的汽流速度剛升到臨界速度時(shí)，級(jí)組前后的壓力比稱為級(jí)組臨界壓力比，以表示，級(jí)組背壓稱為級(jí)組在初壓下的級(jí)組臨界壓力，以表示，這時(shí)的流量為級(jí)組的臨界流量，仍以表示。若變工況前后級(jí)組的末級(jí)都是臨界工況，則 式中 設(shè)計(jì)工況下末級(jí)級(jí)前壓力和熱力學(xué)溫度； 變工況下末級(jí)級(jí)前后壓力和熱力學(xué)溫度。再對(duì)倒二級(jí)的動(dòng)葉和噴嘴、倒三級(jí)的動(dòng)葉和噴嘴、依次采用由式(3.2.3)推導(dǎo)式(3.2.5)的方法，并設(shè) 式中、設(shè)計(jì)工況與變工況下倒二級(jí)級(jí)前絕對(duì)溫度。則 （3.2.10）式中 級(jí)組前后設(shè)計(jì)工況下的壓力和絕對(duì)溫度； 級(jí)組前后變工況下的壓力和絕對(duì)溫度。

18、若不考慮溫度變化，則 （3.2.11）可見級(jí)組為臨界工況時(shí)，級(jí)組流量與級(jí)組前壓力成正比，與級(jí)組前絕對(duì)溫度的平方根成反比，若不考慮溫度變化，則級(jí)組流量只與級(jí)組前壓力成正比。2工況變化前后級(jí)組均為亞臨界工況圖3.2.1(a)是斯托陀拉實(shí)驗(yàn)所得的級(jí)組蒸汽流量與初壓、背壓的關(guān)系曲線，每一條曲線表示級(jí)組在某一初壓下的背壓與流量的關(guān)系。只是由于級(jí)組中有若干列噴嘴和動(dòng)葉，故同一初壓下的級(jí)組臨界壓力必然比噴嘴臨界壓力小很多。期托陀拉實(shí)驗(yàn)的級(jí)組有8級(jí)，級(jí)組臨界壓力比。為簡(jiǎn)化計(jì)算，設(shè)級(jí)組內(nèi)級(jí)數(shù)為無限多，則級(jí)組臨界壓力=0，圖321(a)中的直線OB與縱坐標(biāo)軸OA重合，如圖321(b)所示，各條曲線都變?yōu)橹行脑谠c(diǎn)

19、的橢圓曲線。把圖(b)中的任意一條曲線視為設(shè)計(jì)工況下的曲線，則有再把圖(b)中另一條曲線看作變工況下的曲線，則有 （3.2.12）若不考慮溫度變化，則 （3.2.13）式(3212)和式(3213)就是著名的弗留格爾公式，是級(jí)組在亞臨界工況下的級(jí)組流量與壓力的近似關(guān)系式。對(duì)于式(3.2.13)，若初壓不變()，則流量與背壓為橢圓關(guān)系，即式(3.2.13)變?yōu)闄E圓方程；若背壓不變(=)，則流量與初壓為雙曲線關(guān)系，即式(3.2.13)變?yōu)殡p曲線方程。顯然，級(jí)組內(nèi)級(jí)數(shù)越多，同一下的臨界壓力相對(duì)地越接近于零，應(yīng)用弗留格爾公式計(jì)算的誤差越?。环粗`差越大。不論級(jí)組內(nèi)級(jí)數(shù)多少，在設(shè)計(jì)工況下應(yīng)用弗留格爾公

20、式時(shí)，=、=及，必然使，因此沒有誤差。偏離設(shè)計(jì)工況越近，誤差越?。环粗?，誤差越大。當(dāng)=，時(shí)，弗留格爾公式的計(jì)算誤差也為零。 斯托陀拉流量實(shí)驗(yàn)很早，為了驗(yàn)證其正確性，我們對(duì)BP25型背壓式汽輪機(jī)進(jìn)行了全機(jī)變工況的計(jì)算機(jī)詳算。計(jì)算表明，弗留格爾公式是近似公式，級(jí)組內(nèi)級(jí)數(shù)越多，偏離設(shè)計(jì)工況越近，誤差越小。對(duì)于BP25型汽輪機(jī)員末兩級(jí)組成的級(jí)組，在流量比設(shè)計(jì)值減小30以內(nèi)時(shí)，用弗留格爾公式計(jì)算的誤差在2.6以內(nèi)，表明偏離設(shè)計(jì)工況較近時(shí)，即使級(jí)組內(nèi)級(jí)數(shù)很少，仍可用弗留格爾公式近似計(jì)算。此外，在進(jìn)行BP25型背壓式汽輪機(jī)的全機(jī)變工況計(jì)算機(jī)詳算時(shí)發(fā)現(xiàn)，親速利用系數(shù)改變后，弗留格爾公式的計(jì)算誤差也要改變，這是

21、因?yàn)橛?jì)算機(jī)詳算是以噴嘴、動(dòng)葉出口連續(xù)方程為基礎(chǔ)的，余速利用系數(shù)改變后，h-s圖上的全機(jī)熱力過程線有所變動(dòng)，使各列動(dòng)靜葉柵出口比容變化，必然引起噴嘴、動(dòng)葉出口連續(xù)方程的計(jì)算結(jié)果改變。然而弗留格爾公式對(duì)親速利用系數(shù)、損失、效率和比容等影響噴嘴、動(dòng)葉出口連續(xù)方程計(jì)算結(jié)果的許多變化因素不可能都體現(xiàn)，因此弗留格爾公式只能是一個(gè)近似公式。三、各級(jí)組的-G曲線現(xiàn)在根據(jù)壓力與流量的關(guān)系畫出級(jí)組的G曲線1凝汽式汽輪機(jī)非調(diào)節(jié)級(jí)各級(jí)組除很小容量的機(jī)組外，凝汽式汽輪機(jī)末級(jí)在設(shè)計(jì)工況下一般都處于臨界工況。末級(jí)為臨界工況時(shí)，若能依次把末級(jí)、倒二級(jí)看成一級(jí)組，再把末級(jí)、倒二級(jí)、倒三級(jí)看成一個(gè)級(jí)組，直到全部非調(diào)節(jié)級(jí)看成一個(gè)級(jí)

22、組，且忽略溫度變化，應(yīng)用級(jí)組前壓力與流量成正比的關(guān)系，則得出各非調(diào)節(jié)級(jí)級(jí)前壓力與流量都成正比關(guān)系。圖3.2.2(a)所示是東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N 20012.7535535型汽輪機(jī)第l8段回?zé)岢槠麎毫?以曲線18表示)和凋節(jié)級(jí)后壓力(以曲線0表示)與全機(jī)總流量G的關(guān)系曲線；圖3.2.2(b)、(c)所示是上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N30016.2550550型沖動(dòng)式汽輪機(jī)與哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的600Mw反動(dòng)式亞臨界凝汽式汽輪機(jī)的第l8段回?zé)岢槠麎毫?曲線18)與G的關(guān)系曲線。這些曲線在G的區(qū)域成為直線，各直線段均表明壓力與流量成正比。是末級(jí)最小臨界流量。當(dāng)全機(jī)流量G由最大值下降時(shí)，末級(jí)與G成正比下降，如

23、圖3.2.3AB段所示。設(shè)末級(jí)后壓力不變，當(dāng)G下降到末級(jí)最小臨界流量后，由于比焓降減小，末級(jí)由臨界工況轉(zhuǎn)為亞臨界工況。G繼續(xù)下降，末級(jí)前的G關(guān)系與各級(jí)組的G關(guān)系均應(yīng)按弗留格爾公式計(jì)算，末級(jí)沿雙曲線變化，如圖3.2.3中BC段與圖3.2.2(b)、(c)中曲線8左側(cè)大半段所示。同理，末級(jí)與倒二級(jí)、末級(jí)與倒二、倒三級(jí)組成的級(jí)組的G關(guān)系也是雙曲線關(guān)系，如圖3.2.2(a)曲線8與圖3.2.2(b)、(c)曲線7左側(cè)所示。對(duì)于倒數(shù)第三級(jí)之前的各級(jí)到末級(jí)所組成的各級(jí)組，級(jí)組前往往是的十倍以上，同時(shí)忽略，又經(jīng)開方，誤差很小，因而變?yōu)椋梢姷箶?shù)第三級(jí)之前各級(jí)的，即使在末級(jí)臨界工況下，也與成正比。如圖322中

24、G區(qū)域的曲線l6與圖3.2.2(a)中的曲線7所示。然而在流量很小處，若許多，則不宜忽略與，G關(guān)系應(yīng)按雙曲線變化，因而在理論上曲線l6最下端也像圖3.2.2(b)、(c)的曲線7那樣，稍向上彎曲，數(shù)值太小，不易畫出。實(shí)際上，由于在小流量工況下，鍛爐燃燒不易穩(wěn)定，各級(jí)摩擦鼓風(fēng)熱量可能造成低壓級(jí)溫度過高以及末級(jí)動(dòng)葉發(fā)生顫振等問題，汽輪機(jī)通常不允許在流量小于30設(shè)計(jì)值時(shí)長(zhǎng)期運(yùn)行，因此在實(shí)用變工況范圍內(nèi)，倒二級(jí)前各級(jí)都近似地與G成正比，如圖3.2.2所示除(b)和(c)中曲線8以外的所有曲線。級(jí)組內(nèi)各級(jí)流量相等是推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)求得級(jí)組G關(guān)系的前提。各種電站汽輪機(jī)一般都有回?zé)岢槠責(zé)岢槠谇昂蠹?jí)的流量不同

25、，嚴(yán)格地說不能把回?zé)岢槠谇昂蟮募?jí)放在同一級(jí)組內(nèi)。但若回?zé)岢槠还┘訜岜緳C(jī)凝結(jié)水用，雖各段回?zé)岢槠坎慌c總流量成正比，可是大多與總流量G同方向增減，因此仍可近似地把回?zé)岢槠谇昂蟮募?jí)放在同一級(jí)組內(nèi)來應(yīng)用壓力與流量關(guān)系式，誤差不會(huì)太大。圖3.2.2所示的三臺(tái)汽輪機(jī)，都有八段回?zé)岢槠?。?dāng)各個(gè)加熱器都投運(yùn)時(shí)，各抽汽口的壓力與總流量的關(guān)系如圖所示。此圖是根據(jù)這三臺(tái)汽輪機(jī)的定壓運(yùn)行數(shù)據(jù)畫出的，只有是編者估算的。由圖可見，把回?zé)岢槠谇昂蟾骷?jí)劃在一個(gè)級(jí)組內(nèi)，仍可應(yīng)用級(jí)組G關(guān)系式進(jìn)行近似計(jì)算、分析或估算。圖322(a)所示的汽輪機(jī)，運(yùn)行時(shí)基本上沒有廠用抽汽，各工況點(diǎn)均較好地落在各條曲線上；圖3.2.2(b)

26、所示汽輪機(jī)有少量廠用抽汽，除兩三點(diǎn)外，其余各工況點(diǎn)也較好地落在各條曲線上；600 Mw反動(dòng)式凝汽式汽輪機(jī)的廠用抽汽多一些。定壓運(yùn)行再熱機(jī)組的流量變化后，中壓缸進(jìn)汽溫度仍應(yīng)達(dá)設(shè)計(jì)值，即使低負(fù)荷時(shí)稍低，但相差不大，仍有，故中壓缸進(jìn)汽壓力仍與流量成正比。因此，高壓缸調(diào)節(jié)級(jí)后汽溫變化對(duì)中低壓缸壓力與流量的正比關(guān)系不會(huì)有影響。2背壓式汽輪機(jī)非調(diào)節(jié)級(jí)各級(jí)組背壓式汽輪機(jī)的排汽壓力大多高于大氣壓力，排汽比容較小，末級(jí)直徑較小，末級(jí)比焓降也就較小，流速較低；由于排汽壓力較高，排汽溫度也就較高，當(dāng)?shù)匾羲佥^大，故設(shè)計(jì)工況下背壓式汽輪機(jī)的末級(jí)一般處于亞臨界工況。因此，其非調(diào)節(jié)級(jí)的-G關(guān)系只能按弗留格爾公式計(jì)算。若排汽

27、壓力基本不變，則-G關(guān)系為雙曲線關(guān)系。調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)調(diào)節(jié)抽汽口的壓力是基本不變的，且大于大氣壓力，故抽汽口的各級(jí)也都處于亞臨界工況，其-G關(guān)系也是雙曲線關(guān)系，是與背壓式汽輪機(jī)相仿的。圖3.2.4所示是蘇制BT25型兩次調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)高壓缸的G關(guān)系實(shí)測(cè)曲線，每根都是近似雙曲線。背壓式汽輪機(jī)非調(diào)節(jié)級(jí)的實(shí)測(cè)G關(guān)系與圖3.2.4類似。四、壓力與流量關(guān)系式的應(yīng)用1應(yīng)用條件1)在推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)求取壓力與流量的關(guān)系式時(shí)，都規(guī)定了工況變動(dòng)前后通汽面積不變，因此應(yīng)用這些關(guān)系式時(shí)，也必須保持設(shè)計(jì)工況和變工況下通汽面積不變。若因結(jié)垢或腐蝕等使變工況下通汽面積有了改變，則應(yīng)進(jìn)行修正，即 （3.2.14） （3.2.1

28、5）式中 a變工況下與設(shè)計(jì)工況下的通汽面積之比。 由上兩式可見，若級(jí)組通流部分結(jié)垢(a1)，則同一流量下，必然升高；若通流部分腐蝕(a1)，則同下，必然降低。 對(duì)于調(diào)節(jié)級(jí)，只有當(dāng)?shù)谝徽{(diào)節(jié)汽門開大或關(guān)小 而其他調(diào)節(jié)汽門均關(guān)閉時(shí)，通汽面積才不變，才可把調(diào)節(jié)級(jí)包括在級(jí)組內(nèi)。若調(diào)節(jié)級(jí)在變工況過程中多開了或關(guān)閉了一個(gè)調(diào)節(jié)汽門，則改變了通汽面積，就不能包括在級(jí)組內(nèi)，也不能對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)單獨(dú)應(yīng)用流量與壓力的關(guān)系式進(jìn)行計(jì)算。 2)級(jí)組內(nèi)各級(jí)流量相同是推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)求取壓力與流量關(guān)系式的又一個(gè)前提。對(duì)于只有回?zé)岢槠募?jí)組本節(jié)已述及。對(duì)于有大量抽汽供取暖、動(dòng)力或其他廠用抽汽的回?zé)岢槠趦蓚?cè)，及調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)(詳見本章第八

29、節(jié)) 的供熱抽汽口兩側(cè)，都必須分作兩個(gè)級(jí)組。 3)流過級(jí)組內(nèi)各級(jí)的蒸汽應(yīng)是一股均質(zhì)流。然而對(duì)于調(diào)節(jié)級(jí)，多數(shù)工況下是流過兩股初壓不同的汽流(詳見本章第三節(jié))，級(jí)前壓力既不能采用較高的初壓，也不能采用較低的初壓，所以這種工況下，整個(gè)調(diào)節(jié)級(jí)不能包括在級(jí)組內(nèi)，其流量也不能單獨(dú)地用級(jí)的壓力與流量的關(guān)系式進(jìn)行計(jì)算。但調(diào)節(jié)級(jí)的某個(gè)噴嘴組及其后動(dòng)葉可以看成級(jí)，其壓力或流量計(jì)算可應(yīng)用級(jí)的壓力與流量關(guān)系式。 由于許多工況下調(diào)節(jié)級(jí)都不能包括在級(jí)組之內(nèi)，常使汽輪機(jī)的初參數(shù)不能作為已知量參與運(yùn)算，故級(jí)組常從未級(jí)算起，以便把排汽參數(shù)作為已知量參與運(yùn)算。2用于分析運(yùn)行問題壓力與流量的關(guān)系式除如上述用于計(jì)算外，還可用于分析運(yùn)

30、行間題等?，F(xiàn)舉幾個(gè)分析事故原因的例子。1) 某臺(tái)一次再熱超高壓凝汽式汽輪機(jī)的功率突然下降40，此時(shí)機(jī)組無明顯振動(dòng)，機(jī)組參數(shù)變化如表321所示，負(fù)導(dǎo)表示降低。功率降低后，一些參數(shù)又基本穩(wěn)定不變，各監(jiān)視段壓力近似成比例降低。 表821 故障汽輪機(jī)參數(shù)變化表 分析原因：調(diào)節(jié)級(jí)后壓力和中間再熱后壓力降低，表明蒸汽流量變小，這由給水流量也相應(yīng)變小而證實(shí)。由于各監(jiān)視段壓力與流量近似成正比，故可以認(rèn)為各非調(diào)節(jié)級(jí)的工作是正常的。流量的突降是調(diào)節(jié)級(jí)或調(diào)節(jié)級(jí)之前的通流部分故障所致。由于通流部分故障并來引起機(jī)組振動(dòng)情況的改變，因而可以認(rèn)為流量突降不是轉(zhuǎn)動(dòng)部分的機(jī)械損壞所致。調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴、動(dòng)葉損壞常使流量增大，調(diào)節(jié)級(jí)葉

31、片斷落可能使非調(diào)節(jié)級(jí)第一級(jí)噴嘴堵塞而使調(diào)節(jié)級(jí)后壓力升高。但上述情況均與事實(shí)相反，因此不大可能是調(diào)節(jié)級(jí)的損壞。調(diào)節(jié)汽門閥桿斷裂將使汽門一直處于關(guān)閉或近于關(guān)閉的位置。為了判斷故障，移動(dòng)油動(dòng)機(jī)，提起閥桿，在第一調(diào)節(jié)汽門應(yīng)該開大的范圍內(nèi)，發(fā)現(xiàn)流量并不增大，表明這一閥門動(dòng)作失靈。 停機(jī)檢查，結(jié)果是第一調(diào)節(jié)汽門閥桿斷裂。 2)一超高壓汽輪機(jī)在遠(yuǎn)行21個(gè)月后發(fā)現(xiàn)功率不斷下降，已持續(xù)了一兩個(gè)月。分析每天數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)功率是以不變的速率下降的，而不是突降的。與21個(gè)月前的運(yùn)行數(shù)據(jù)相比，變化情況如表3.2.2所示。 分析原因：調(diào)節(jié)級(jí)后壓力增加21.2，既然不是由于流量增加，那就只能是由于非調(diào)節(jié)級(jí)通流部分堵塞。由于這種

32、堵塞是穩(wěn)定增加的，故不是機(jī)械損壞所致，極大的可能是通流部分結(jié)垢所致。又因?yàn)楦邏焊仔蚀鬄榻档停士赡苁歉邏焊捉Y(jié)垢。 開缸檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高壓缸通流部分嚴(yán)重結(jié)垢，垢的成分中不少是銅。3) 某機(jī)三年運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，在調(diào)節(jié)汽門的同一開度下，功率是漸漸增加的，三年前后的同一調(diào)節(jié)汽門開皮下的運(yùn)行數(shù)據(jù)之差如表323所示。 在發(fā)現(xiàn)上述問題后，曾進(jìn)行試驗(yàn)，證明在各個(gè)調(diào)節(jié)汽門的不同開皮下，功率都變大。表3.2.2 故障汽輪機(jī)參數(shù)變化表(二)流 量功 率調(diào)節(jié)級(jí)后壓力高壓缸效率-17.2%-16.5%+21.2%-12.2% 表028 故髓汽輪機(jī)參數(shù)變化表(三)功 率調(diào)節(jié)級(jí)后壓力中間再熱后壓力高壓缸效率+11.0%+1

33、1.0%+10.2%-1.8% 分折原因：功率增加，流量必然增加。從調(diào)節(jié)級(jí)后各處壓力基本上正比于流量增加來看，調(diào)節(jié)級(jí)以后各級(jí)的工作是正常的，那么功率變大就可能是調(diào)節(jié)級(jí)或調(diào)節(jié)級(jí)之前通流面積增大所致。各個(gè)調(diào)節(jié)汽門開度下功率(蒸汽流量)都變大，估計(jì)不應(yīng)是調(diào)節(jié)汽門的問題，因?yàn)椴豢赡軒讉€(gè)調(diào)節(jié)汽門都同時(shí)發(fā)生問題。較大可能是調(diào)節(jié)級(jí)通流面積變大。這就有三種可能：調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴腐蝕；調(diào)節(jié)級(jí)葉片損壞；調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴弧段漏汽。若是后兩種情況，則高壓缸效率要大大降低。但并未大大降低，故多半是調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴腐蝕。 開缸檢查，結(jié)果是第一、二、三噴嘴組的噴嘴出口邊腐蝕嚴(yán)重，調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉腐蝕較輕。五、級(jí)的比焓降和反動(dòng)度的變化規(guī)律了解級(jí)組的

34、G關(guān)系后，就可分析級(jí)的比焓降變化規(guī)律。固定轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)的反動(dòng)度變化是比焓降變化引起的，故歸并在一起介紹。1級(jí)的比焓降變化規(guī)律設(shè)計(jì)工況下和變工況下級(jí)的理想比焓降可表示為 （3.2.16） （3.2.17）1) 凝汽式汽輪機(jī)處于韌壓、背壓均與流量成正比區(qū)域的非調(diào)節(jié)級(jí)，其每級(jí)級(jí)前壓力之比，每級(jí)級(jí)后壓力就是下一級(jí)級(jí)前壓力，則，得，既。以此代入式(3.2.17)后，再與式(3.2.16)相比得 （3.2.18）若，則。即凝汽式汽輪機(jī)初壓、背壓均與流量成正比的非調(diào)節(jié)級(jí)，流量變化時(shí)級(jí)的理想比焓降基本不變。對(duì)于凝汽式汽輪機(jī)的最末一級(jí)，在處，雖正比于G，但背壓P c不與G成正比，若不變，則流量增大，增大：反之，流

35、量減小，減小。當(dāng)時(shí)，末級(jí)與G的關(guān)系為雙曲線關(guān)系，G下降時(shí)減得稍慢。凝汽式汽輪機(jī)的韌壓、背壓均與流量成雙曲線關(guān)系的最后幾級(jí)，其理想比焓降變化規(guī)律與背壓式汽輪機(jī)相同。2）背壓式汽輪機(jī)的非調(diào)節(jié)級(jí)在忽略變化影響時(shí)，由弗留格爾公式可得變工況下級(jí)前壓力： 級(jí)后壓力就是下一級(jí)的級(jí)前壓力，可用求得 則 （3.2.19）將式(3.2.17)與式(3.2.16)相比得 式中， 由于、是設(shè)計(jì)值，為定值，故若則B是一個(gè)常數(shù)。將式(3.2.19)代入上式得 （3.2.20）式(3.2.20)中B、都是定值，或等于或在某一不大范圍內(nèi)變動(dòng)，故背壓式汽輪機(jī)非調(diào)節(jié)級(jí)理想比焓降的變化主要決定于流量變化。出了背壓式汽輪機(jī)非調(diào)節(jié)。由

36、圖和式(3.2.20)都可看出，流量變化越大，級(jí)的理想比焓降變化也越大；流量變化時(shí)，和都比大得較多的級(jí)，變化較小，和與接近的級(jí)，變化較大，末級(jí)變化最大。上述結(jié)論對(duì)調(diào)整抽汽式汽輪機(jī)的調(diào)整抽汽口之前各級(jí)及末級(jí)為亞臨界的凝汽式汽輪機(jī)最后幾級(jí)也適用。2級(jí)的反動(dòng)度的變化規(guī)律由圖1.6.2可見，在噴嘴與動(dòng)葉出口面積比已制造好的情況下，級(jí)的反動(dòng)度變化主要是速比變化引起的，也受級(jí)的壓比變化的影響。固定轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)圓周速度不變，只有級(jí)的比焓降變化，才會(huì)引起速比變化，因此固定轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)的反動(dòng)度變化主要是由級(jí)的比焓降變化引起的。當(dāng)減小即速比增大時(shí)，如圖3.2.6(b)中虛線所示，由于u不變，故，減為，動(dòng)葉進(jìn)口實(shí)際有效

37、相對(duì)速度為。由圖明顯地可以看出，。，是由動(dòng)葉進(jìn)口有效相對(duì)速度與動(dòng)葉比焓降共同產(chǎn)生的，若反動(dòng)度不變則上述不等式關(guān)系將使。但噴嘴出口面積與動(dòng)葉出口面積小都未變，故噴嘴葉柵中以流出的汽流，來不及以的速度流出動(dòng)葉柵，這就在動(dòng)葉汽道內(nèi)形成阻塞，造成動(dòng)葉汽道與葉柵軸向間隙中壓力升高，也就是使反動(dòng)度增大。反動(dòng)度增大將使減小，使增大，從而減輕動(dòng)葉柵汽道的阻塞。反動(dòng)度增大還將使比不變時(shí)為小，抵消了減小的部分作用。但當(dāng)小于臨界速度時(shí)，的變化率小于的變化率(見圖1.2.3)，仍使，減小；若大于臨界速度不多，則的變化率雖略大于的變化率，但兩者仍差不多。然而反動(dòng)度變化對(duì)基本上沒有影響，故增大的影響未被抵消，仍可減輕所引

38、起的矛盾。當(dāng)反動(dòng)度增大到一定程度，使得 （3.2.21）則反動(dòng)度自然不再增大，達(dá)到了平衡。 同理，增大即減小時(shí)，由圖3.2.6(b)可見，因而故反動(dòng)度必然降低。 由圖1.6.2可見，當(dāng)面積比f一定、變化使變化時(shí)，設(shè)計(jì)值較小的級(jí)，變化較大；設(shè)計(jì)值較大的級(jí)，變化較小，其原因在于級(jí)的設(shè)計(jì)反動(dòng)度很小時(shí)，主要決定于，對(duì)的影響很小，當(dāng)變小時(shí)，汽流進(jìn)入動(dòng)葉的實(shí)際有效相對(duì)速度減小，這就必須靠反動(dòng)度增大較多，才能使增大到滿足式(3.2.21)的程度。當(dāng)級(jí)的設(shè)計(jì)反動(dòng)皮接近0.5時(shí)，主要決定于，受的影響比較小，與雖仍相差較大，但與比較接近，故反動(dòng)度變化微小就能滿足式(3.2.21)。反動(dòng)度的變化規(guī)律是：級(jí)的比焓降增

39、大，即速比減小時(shí)，反動(dòng)度減?。患?jí)的比焓降減小，即速比增大時(shí)，反動(dòng)度增大。設(shè)計(jì)反動(dòng)度較小的級(jí)，比焓降變化時(shí)反動(dòng)度變化較大；反之，變化較小，反動(dòng)級(jí)的反動(dòng)度基本不變。反動(dòng)度變化的數(shù)量可由圖1.6.2查得，或用式(1.6.9)試算求得。對(duì)于凝汽式汽輪機(jī)末級(jí)，在蒸汽流量G不變且動(dòng)葉出口流速已超過臨界速度的條件下，若排汽壓力下降，則增大而不變，這是因?yàn)槟┘?jí)動(dòng)葉前壓力與動(dòng)葉臨界流量成正比，流量不變則不變，末級(jí)噴嘴前滯止壓力與級(jí)的臨界流量成正比，流量不變則不變故增大而不變。即級(jí)的比焓降增大時(shí)反動(dòng)度增大。若上升，同理，級(jí)的比焓降減小而反動(dòng)度減小。對(duì)于調(diào)節(jié)級(jí)，當(dāng)動(dòng)葉流速超過臨界速度時(shí)，也會(huì)如此。六、撞擊損失設(shè)計(jì)工

40、況下，汽流進(jìn)入動(dòng)葉柵的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向角與動(dòng)葉幾何進(jìn)口角一致，汽流能平滑地進(jìn)入動(dòng)葉。級(jí)的比焓降改變時(shí)，由圖3.2.6可見，減小，；增大，都會(huì)使汽流進(jìn)入動(dòng)葉的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向改變，從而使動(dòng)葉附面層厚度改變， 葉型損失增加，這一附加損失稱為撞擊損失。早期透天原理中認(rèn)為這一損失由撞擊產(chǎn)生，因而得名。實(shí)際上這一損失是由附面層的變化引起的。的變化量以沖角(或稱損擊角)表示，則= （3.2.22）時(shí)為正，稱正沖角；時(shí)為負(fù)，稱負(fù)沖角。撞擊損失，按葉柵試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算。缺乏試驗(yàn)資料時(shí)按近似公式計(jì)算： （3.2.23）上式表示與動(dòng)葉進(jìn)口有效相對(duì)速度方向相垂直的分量全部損失掉。 目前常用的新葉型，其動(dòng)葉進(jìn)口邊做成圓弧形，且背

41、弧的入口都分呈曲線形，從而減弱了葉片對(duì)汽流相對(duì)進(jìn)汽角的敏感性，擴(kuò)大了最佳進(jìn)汽角的范圍，減少了撞擊損失。因此，當(dāng)角變化不大時(shí)，可以不考慮此項(xiàng)損失。七、各級(jí)、 、的變化規(guī)律1凝汽式汽輪機(jī)非調(diào)節(jié)級(jí)1)末級(jí)是臨界工況時(shí)，若忽略變化的影響，則流量G由設(shè)計(jì)值減小時(shí)，各級(jí)Po正比于G減小，陣末級(jí)外各級(jí)均不變，與也都不變。處于過熱蒸汽區(qū)的各級(jí)，級(jí)內(nèi)損失都不變，級(jí)的內(nèi)效率也不變，各級(jí)內(nèi)功率只正比于G減小。處于濕蒸汽區(qū)的級(jí)，干度變化使?jié)衿麚p失變化，引起變化，除末級(jí)外各級(jí)的內(nèi)功率只正比于G而減小。對(duì)于末級(jí)，設(shè)排汽壓力Pc不變，當(dāng)G減少時(shí)減小；由于較大功率的凝汽式汽輪機(jī)末級(jí)。都很大，是反動(dòng)級(jí)，故基本不變；減小便增大，

42、降低；只正比于G下降。G增大時(shí)各級(jí)各參數(shù)的變化規(guī)律，請(qǐng)同學(xué)們自行歸納。2)末級(jí)為亞臨界工況時(shí)，只有最后兩、三級(jí)的變化規(guī)律與背壓式汽輪機(jī)非調(diào)節(jié)級(jí)相同，其余各級(jí)均與上面所述臨界工況相同。2背壓式汽輪機(jī)非調(diào)節(jié)級(jí)末級(jí)一般為亞臨界工況，忽略變化，當(dāng)G由設(shè)計(jì)值增大時(shí)，各級(jí)按雙曲線上升。設(shè)末級(jí)排汽壓力不變，各級(jí)都增大，但越是前面的級(jí)增加得越少，越是后面的級(jí)增加得越多。各級(jí)的、都減小，越是前面的級(jí)和減得越少，越是后面的級(jí)和減得越多。各級(jí)的只與G成正比增大。G減小時(shí)各級(jí)各參數(shù)的變化規(guī)律，請(qǐng)同學(xué)們自行歸納。3調(diào)節(jié)級(jí)只討論全開調(diào)節(jié)汽門后的噴嘴與動(dòng)葉組成的這部分調(diào)節(jié)級(jí)。當(dāng)G由設(shè)計(jì)值減小（增大) 時(shí)，背壓下降(升高)，

43、不變，增大(減小)。動(dòng)葉為亞臨界工況時(shí)，與減小(增大)，下降，正比于G；動(dòng)葉為臨界工況時(shí)，僅與同方向增減，其它參數(shù)的變化同動(dòng)葉為亞臨界工況。第三節(jié) 配汽方式及其對(duì)定壓運(yùn)行機(jī)組便工況的影響汽輪機(jī)的配汽方式有節(jié)流配汽、噴嘴配汽與旁通配汽等多種，其中最常用的是節(jié)流配汽與噴嘴配汽兩種。旁通配汽主要用在船、艦汽輪機(jī)上，故這里不作介紹。下面先介紹配汽方式，然后介紹配汽方式對(duì)定壓運(yùn)行機(jī)組交工況的影響。一、節(jié)流配汽進(jìn)入汽輪機(jī)的所有蒸汽都通過一個(gè)調(diào)節(jié)汽門(在大容量機(jī)組上，為避免這個(gè)汽門尺寸太大，可通過幾個(gè)同時(shí)啟閉的汽門)，然后流進(jìn)汽輪機(jī)，如圖331(a)所示。最大負(fù)荷時(shí)，調(diào)節(jié)汽門全開，蒸汽流量最大，全機(jī)扣除進(jìn)汽

44、機(jī)構(gòu)節(jié)流損失后的理想比治降(見圖3.3.1b)最大，故功率最大。部分負(fù)荷時(shí)，調(diào)節(jié)汽門關(guān)小，因蒸汽流量減小，且蒸汽受到節(jié)流，全機(jī)扣除進(jìn)汽機(jī)構(gòu)節(jié)流損失后的理想比治降減為故功率減小。圖331(b)中表示調(diào)節(jié)汽門全開時(shí)第一級(jí)級(jí)前壓力，表示調(diào)節(jié)汽門部分開啟時(shí)第一級(jí)級(jí)前壓力。節(jié)流配汽汽輪機(jī)定壓運(yùn)行時(shí)的主要缺點(diǎn)是，低負(fù)荷時(shí)調(diào)節(jié)汽門中節(jié)流損失較大，使扣除進(jìn)汽機(jī)構(gòu)節(jié)流損失后的理想比焓降減小得較多。通常用節(jié)流效率表示節(jié)流損失對(duì)汽輪機(jī)經(jīng)濟(jì)件的影響： （3.3.1）根據(jù)第二章全機(jī)相對(duì)內(nèi)效率的定義，可得 （3.3.2）式中，指未包括進(jìn)汽機(jī)構(gòu)的通流部分相對(duì)內(nèi)效率，對(duì)再熱機(jī)組、均為高中低壓缸比焓降之和。 節(jié)流效率是蒸汽初終

45、參數(shù)和流量的函數(shù)。圖3.3.2是初壓12.75MPa，初溫565時(shí)，節(jié)流效率與背壓、流量比的關(guān)系曲線。只要求出下的，若是再熱機(jī)組尚需知道再熱壓力、再熱壓損與再熱溫度，就可查水蒸汽圖表求出。由圖可見，在同一背壓下，蒸汽流量比設(shè)計(jì)值小得越多，調(diào)節(jié)汽門中的節(jié)流越大，節(jié)流效率越低。在同一流量下，背壓越高，節(jié)流效率越低。因此，全饑?yán)硐氡褥式递^小的背壓式汽輪機(jī)，不宜采用節(jié)值配汽。背壓很低的凝汽式汽輪機(jī)，即使流量下降較多，節(jié)流效率仍降得根少。與噴嘴配汽相比，節(jié)流配汽的優(yōu)點(diǎn)是：沒有調(diào)節(jié)級(jí)，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，造成本較低；定壓運(yùn)行流量變化時(shí)，各級(jí)溫度變化較小，對(duì)負(fù)荷變化適應(yīng)性較好?，F(xiàn)代大型節(jié)流配汽汽輪機(jī)若是滑壓運(yùn)行則

46、既可用于承擔(dān)基本負(fù)荷，也可用于調(diào)峰；若定壓運(yùn)行，則只宜承擔(dān)基本負(fù)荷。二、噴嘴配汽噴嘴配汽如圖333所示，汽輪機(jī)第一級(jí)是調(diào)節(jié)級(jí)，調(diào)節(jié)級(jí)分為幾個(gè)噴嘴組，蒸汽經(jīng)過全開自動(dòng)主汽門l后，再經(jīng)過依次開啟的幾個(gè)調(diào)節(jié)汽門2，通向調(diào)節(jié)級(jí)。通常一個(gè)調(diào)節(jié)汽門控制一個(gè)噴嘴組，噴嘴組一般有36組。當(dāng)負(fù)荷很小時(shí)，只有一個(gè)調(diào)節(jié)汽門開啟，也就是只有第一噴嘴組進(jìn)汽，部分進(jìn)汽度最?。回?fù)荷增大而第一調(diào)節(jié)汽門接近全開時(shí)，打開第二調(diào)節(jié)汽門，第二噴嘴組才進(jìn)汽，部分進(jìn)汽度增大，依次類推。因此，部分負(fù)荷時(shí)，只有那個(gè)部分開啟的調(diào)節(jié)汽門中的蒸汽節(jié)流較大，而其余全開汽門中的蒸汽節(jié)流已減到最小，故定壓運(yùn)行時(shí)的噴嘴配汽與節(jié)流配汽相比，節(jié)流損失較少，效

47、率較高。這是噴嘴配汽的主要優(yōu)點(diǎn)。由于各噴嘴組間有間壁(或距離)3，如圖3.3.3(b)所示，因此，即使各調(diào)節(jié)汽門均已全開，調(diào)節(jié)級(jí)仍是部分進(jìn)汽，也就是說在最大功率下調(diào)節(jié)級(jí)仍有部分進(jìn)汽損失，而且調(diào)節(jié)級(jí)的直徑比第一非調(diào)節(jié)級(jí)大，調(diào)節(jié)級(jí)的余速不能被利用。而對(duì)于節(jié)流配汽，除容量根小者外，第一級(jí)就做成全周進(jìn)汽，沒有部分進(jìn)汽損失，而且第一級(jí)的余速可被第二級(jí)利用。因此，在額定功率下，噴嘴配汽汽輪機(jī)的效率比節(jié)流配汽稍低。噴嘴配汽的主要缺點(diǎn)是，定壓運(yùn)行時(shí)調(diào)節(jié)級(jí)汽室及各高壓級(jí)在變工況下濕度變化都較大，從而引起較大的熱應(yīng)力，這常成為限制這種汽輪機(jī)迅速改變負(fù)荷的主要因素。噴嘴配汽汽輪機(jī)不論定壓運(yùn)行還是滑壓運(yùn)行，既可承擔(dān)基

48、本負(fù)荷，又可用于調(diào)峰。定壓運(yùn)行的背壓式和調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)宜采用噴嘴配汽方式，以減少節(jié)流損失。設(shè)調(diào)節(jié)級(jí)為四個(gè)噴嘴組，圖3.3.4所示是第I、II調(diào)節(jié)汽門全開，第III調(diào)節(jié)汽門部分開啟，第IV調(diào)節(jié)汽門關(guān)閉時(shí)的調(diào)節(jié)級(jí)熱力過程線。初壓為的新蒸汽流經(jīng)自動(dòng)主汽門和兩個(gè)全開調(diào)節(jié)汽門后，壓力降到，調(diào)節(jié)級(jí)后壓力為，第I、II兩噴嘴組和動(dòng)葉的理想比焓降相等，即，有效比焓降也相等，即，動(dòng)葉后比焓為；流經(jīng)部分開啟的第III調(diào)節(jié)汽門的蒸汽，其節(jié)流較大，第III噴嘴組前壓力降為理想比焓降較小，為，有效比熔降為，動(dòng)葉后比焓較高，為。由于調(diào)節(jié)級(jí)后的環(huán)形空間是相通的，級(jí)后壓力相同，故兩股初壓不同的汽流在調(diào)節(jié)級(jí)中同樣膨脹到，在調(diào)

49、節(jié)級(jí)汽室中混合后，流入第一非調(diào)節(jié)級(jí)。為使這兩股汽流混合均勻，調(diào)節(jié)級(jí)汽室容積較大，且調(diào)節(jié)級(jí)直徑大于非調(diào)節(jié)級(jí)第一級(jí)直徑。不利用余速，以免汽流在末混合之前進(jìn)入第一非調(diào)節(jié)級(jí)使得進(jìn)汽不均勻而效率下降。兩股汽流混合后的比焓可用下面式子求得 （3.3.3）那么，調(diào)節(jié)級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率為 （3.3.4）上三式中 第I、II、III噴嘴組中的流量； 全開與部分開啟調(diào)節(jié)汽門后噴嘴組和動(dòng)葉的相對(duì)內(nèi)效率。三、調(diào)節(jié)級(jí)壓力與流量的關(guān)系在噴嘴配汽的汽輪機(jī)中，調(diào)節(jié)級(jí)是特殊級(jí)，它的變工況與中間級(jí)和末級(jí)的都不同，需要專門介紹。1簡(jiǎn)化的調(diào)節(jié)級(jí)壓力與流量的關(guān)系以凝汽式汽輪機(jī)中具有四組漸縮噴嘴的單列動(dòng)葉調(diào)節(jié)級(jí)為例。變工況特點(diǎn)，可作以下簡(jiǎn)化

50、假定：1)忽略調(diào)節(jié)級(jí)后溫度變化的影響，調(diào)節(jié)級(jí)后壓力正比于全機(jī)流量；2)各種工況下級(jí)的反動(dòng)度都保持為零，；3)四個(gè)調(diào)節(jié)汽門依次開啟，沒有重疊度；4)幾全開調(diào)節(jié)汽門后的噴嘴組前壓力均為不變。 圖3.3.5(a)是上述假定下調(diào)節(jié)級(jí)四個(gè)噴嘴組的P曲線。設(shè)計(jì)工況下，前三個(gè)調(diào)節(jié)汽門全開，第IV調(diào)節(jié)汽門關(guān)閉，流量為G。最大流量下，四個(gè)調(diào)節(jié)汽門全開，流量為1.2G。圖3.3.5(b)是各噴嘴組蒸汽流量與總流量的關(guān)系曲線，由于縱橫坐標(biāo)部是流量，故0Q線必然是45o斜線。調(diào)節(jié)級(jí)汽室壓力的變化線，以圖3.3.5(a)中的輻射線0S表示，凝汽式汽輪機(jī)以全部非調(diào)節(jié)級(jí)為一機(jī)組忽略調(diào)節(jié)級(jí)后溫度變化，有故與流量成正比。已設(shè)調(diào)

51、節(jié)級(jí)的反動(dòng)度始終為零，則，故直線0S也代表。第1調(diào)節(jié)汽門開始開啟到全開之后，第1噴嘴組前壓力的變化由折線017表示。在第I調(diào)節(jié)汽門開始開啟到全開的過程中，調(diào)節(jié)級(jí)只有第1噴嘴組通汽，通汽面積不變，故可把調(diào)節(jié)級(jí)和所有非調(diào)節(jié)級(jí)看成一個(gè)級(jí)組，因此第I噴嘴組前壓力與成正比，如輻射線0l所示。點(diǎn)1表示第1調(diào)節(jié)汽門全開，達(dá)最大值。直線137表示第II、III、IV調(diào)節(jié)汽門依次開啟時(shí)，第1噴嘴組前壓力=不變。虛線0ag是折線017的臨界壓力變化線，。以02H段表示的，也是小于虛線0aH表示的，故第I噴嘴組流過的是臨界流量，如圖(b)中的折線0IJ所示，其中0I段表示第1調(diào)節(jié)汽門逐漸開大時(shí)，臨界流量正比于增大；

52、IJ段表示=不變時(shí)，臨界流量也不變。圖(a)中HS段表示的 (即)大于虛線Hg表示的臨界壓力，表明第1噴嘴組處于亞臨界工況，又不變，故第1噴嘴組的流量隨背壓升高而按橢圓曲線下降，如圖(b)中JK段所示。第II調(diào)節(jié)汽門開啟過程中和全開后，第II噴嘴組前壓力的變化以曲線2m37表示，的臨界壓力以虛線bcg表示。第II調(diào)節(jié)汽門開啟之前，第II噴嘴組前汽室，經(jīng)噴嘴、動(dòng)葉與級(jí)后汽室相通，故第II組噴嘴前的壓力也是。以2r段表示的調(diào)節(jié)級(jí)后壓力 (即)大于虛線br表示的，故第II噴嘴組及其動(dòng)葉所組成的級(jí)為亞臨界工況，級(jí)的關(guān)系由式(3.2.9a)計(jì)算，現(xiàn)稍有增大，故曲線2m是近似雙曲線。以r4段表示的 (即)小于以虛線rc表示的，所以這一段內(nèi)第II噴嘴組是臨界工況，以m3表示的與第II噴嘴組的蒸汽流量成正比，故m3是過點(diǎn)8的輻射線上的一段。直線37表示第II調(diào)節(jié)汽門已全開，在第III、IV調(diào)節(jié)汽門開啟時(shí)，=不變。圖(b)中的斜線IL表示第II調(diào)節(jié)汽門不斷開大，第II噴嘴組中流量不斷增加。直線LM表示第II調(diào)節(jié)汽門全開后，=不變，第II噴嘴組中臨界流量也保持不變。兩橢圓曲線MN與JK