汽輪機原理-變工況下級的壓力與流量的關(guān)系課件

1第五章汽輪機的變工況特性第一節(jié)變工況下級的壓力與流量的關(guān)系

第二節(jié)變工況下級的比焓降和反動度的變化規(guī)律

第三節(jié)配汽方式和調(diào)節(jié)級的變工況特性

第四節(jié)凝汽式汽輪機的工況圖

第五節(jié)蒸汽初終參數(shù)變化對汽輪機工作的影響

第六節(jié)汽輪機變工況熱力核算21.什么是工況？設(shè)計工況、變動工況。設(shè)計工況:運行時各種參數(shù)都保持設(shè)計值，即汽輪機在設(shè)計條件下的工況。也稱為經(jīng)濟工況。變動工況：外界負荷、蒸汽參數(shù)及轉(zhuǎn)速等運行參數(shù)發(fā)生變動，偏離設(shè)計值的工況。第五章汽輪機的變工況特性2.研究變動工況的目的了解汽輪機在不同工況下的效率變化不同調(diào)節(jié)方式對汽輪機工作的影響了解汽輪機在不同工況下受力情況從而保證機組在變工況下安全、經(jīng)濟運行。33.引起工況變化的原因第五章汽輪機的變工況特性4.研究方法a.蒸汽初、終參數(shù)變化b.通流部分工作狀態(tài)變化c.轉(zhuǎn)速、進汽調(diào)節(jié)方式d.回?zé)嵯到y(tǒng)運行方式發(fā)生變化外擾：a.一次調(diào)頻的要求b.二次調(diào)頻的要求內(nèi)擾：第一類負荷變化引起的頻率偏差而產(chǎn)生的負荷調(diào)節(jié)過程。該負荷變化具有變化周期短，變動幅度很小的特點，是一種隨機負荷波動。第二類負荷變化引起的頻率偏差而產(chǎn)生的負荷調(diào)節(jié)過程。該負荷變化具有負荷變化慢，幅度大的特點，具有一定的可預(yù)測性。在選定參考工況（如設(shè)計工況或最大工況下），以噴嘴及動葉非設(shè)計工況的運行特性和小參數(shù)變化簡化分析為基礎(chǔ)，分析估算流量與熱力參數(shù)相對于參考工況的變化。4一、漸縮噴嘴的流量變化第一節(jié)變工況下級的壓力與流量的關(guān)系時，（2）當噴嘴前后壓力比（臨界），流量為（1）當噴嘴前后壓力比（亞臨界），流量為時，上二式中：——噴嘴前壓力、密度；——噴嘴后壓力、臨界壓力；——壓力比；——噴嘴出口截面積。51、分析：對于式（5—1）第一節(jié)變工況下級的壓力與流量的關(guān)系

B

BCABA6圖5-1漸縮噴嘴流量與出口壓力的關(guān)系曲線2、當初壓不變，對于任意一背壓，通過漸縮噴嘴的流量為：3、將BC段流量曲線近似為橢圓1/4線段第一節(jié)變工況下級的壓力與流量的關(guān)系彭臺門系數(shù)的近似計算公式，比較簡單7第一節(jié)變工況下級的壓力與流量的關(guān)系一.漸縮噴嘴壓力與流量的關(guān)系分析：1.初壓變化時，G－p的關(guān)系

不變，背壓8第一節(jié)變工況下級的壓力與流量的關(guān)系一.漸縮噴嘴壓力與流量的關(guān)系2.當噴嘴前后參數(shù)同時變化時，壓力流量關(guān)系式分析(1)前后兩種工況都為亞臨界(β1<1,β<1),通過噴嘴的流量和噴嘴前、后的參數(shù)變化都有關(guān)系；(2)前后兩種工況都為臨界(β1=β=1),通過噴嘴的流量只和噴嘴前的參數(shù)變化有關(guān)系。忽略溫度的變化9圖5-2減縮噴嘴的流量壓力曲線前面所講流量曲線ABC，每一工況對應(yīng)一根曲線，不方便。為了擴大適應(yīng)性，改用壓力比、流量比作為坐標，作出流量曲線。3.流量壓力曲線相對背壓：流量比：最大初壓：相對初壓：則流量比為：根據(jù)前面所講橢圓方程：根據(jù)上式作圖(5—2)的流量壓力曲線。圖中，、、三個中只要已知其中的二個，則可以求得第三個。第一節(jié)變工況下級的壓力與流量的關(guān)系對于一種工況采用一根相應(yīng)的流量曲線與之對應(yīng)。定義標準方程對稱軸參數(shù)方程焦點位置圖形頂點11第一節(jié)變工況下級的壓力與流量的關(guān)系一.漸縮噴嘴壓力與流量的關(guān)系例：已知：p0=1MPa，p01=0.9MPa，p1=0.7MPa，

p11=0.8Mpa，t0=320℃，t01=305℃。求流量的變化。解：首先假定溫度溫度不變，并取最大初壓p0m=1MPa。

對于原工況：ε0=p0/p0m=1，ε1=p1/p0m=0.7，在流網(wǎng)圖中可查得：

βm=G/G0m=0.94；

對于新工況：ε01=p01/p0m=0.9，ε11=p11/p0m=0.8，在流網(wǎng)圖中可查得：

βm1=G1/G0m=0.589。

故在不考慮溫度變化時可得：考慮溫度變化有：即在新工況下，通過噴嘴的流量為原來的0.635倍。12第一節(jié)變工況下級的壓力與流量的關(guān)系一.漸縮噴嘴壓力與流量的關(guān)系例：用解析法求一例中流量的變化。對于原工況：對于新工況：從而：13第一節(jié)變工況下級的壓力與流量的關(guān)系習(xí)題1、在設(shè)計工況下漸縮噴嘴前的蒸汽壓力=2.16MPa，溫度=350，噴嘴后的壓力=0.589MPa，流量為3kg/s。若流量保持為臨界值，則最大背壓（）可以為多少？若要流量減少為原設(shè)計值的1/3，則在初壓、初溫不變時，背壓應(yīng)增高至何值？又設(shè)背壓維持為0.589MPa不變，則初壓應(yīng)降低到何數(shù)值（假定初溫不變）才能使流量為原設(shè)計值的4/7？2、工況變動前，漸縮噴嘴的初壓=8.83MPa，初溫=500,背壓=4.9MPa，工況變動后，初壓降為=7.06MPa，背壓降為=4.413MPa。試用分析法和查流量網(wǎng)圖解法確定工況變動前后通過噴嘴的流量比系數(shù)（溫度變化忽略）。14第一節(jié)變工況下級的壓力與流量的關(guān)系二.級的變工況（一）級前的壓力-流量關(guān)系

1.級在臨界工況下工作因此可得出結(jié)論：只要級在臨界狀態(tài)下工作，不論臨界狀態(tài)發(fā)生在噴嘴還是動葉中，通過該級的流量均與級前壓力成正比，而與級后壓力無關(guān)！同樣適用于動葉15第一節(jié)變工況下級的壓力與流量的關(guān)系二.級的變工況（一）級前的壓力-流量關(guān)系

2.級在亞臨界工況下工作結(jié)論：當級內(nèi)流動未達到臨界狀態(tài)時，通過該級的流量不僅與級前壓力有關(guān)，而且與級后壓力也有關(guān)。忽略溫度的變化設(shè)計工況為亞臨界工況的流量方程：變工況為亞臨界工況的流量方程：可得變工況前后級的流量變化關(guān)系：兩式相比，忽略反動度的變化，并假設(shè)16第一節(jié)變工況下級的壓力與流量的關(guān)系二.級的變工況（一）級前的壓力-流量關(guān)系

3.一種工況在臨界狀態(tài)，另一種狀態(tài)在亞臨界狀態(tài)

該情況一般只發(fā)生在凝汽式汽輪機最后一級和調(diào)節(jié)級中。無法給出級的流量與蒸汽參數(shù)之間的具體關(guān)系式。對于該情況就需要對變工況進行詳細的核算。17第一節(jié)變工況下級的壓力與流量的關(guān)系二.級的變工況（二）級組前后壓力-流量關(guān)系級組——由流量相同的若干連續(xù)排列的級所組成，可以是汽輪機中的某幾個流量相同的連續(xù)級，也可以是整個汽輪機。END13級組的臨界壓力：當級組中任一級處于臨界狀態(tài)時級組的最高背壓。級組的臨界壓力比：級組的臨界壓力pzcr與級組的初壓之比，用zcr表示。其大小與級組中級數(shù)的多少有關(guān)。級組前后有壓力測點，中間一般不裝，級組前后的壓力測點稱為監(jiān)視壓力。各級（級組）各級（級組）第二抽汽口

調(diào)節(jié)級第一抽汽口18第一節(jié)變工況下級的壓力與流量的關(guān)系二.級的變工況（二）級組前后壓力-流量關(guān)系1.級組內(nèi)各級均未達到臨界狀態(tài)是否處于臨界狀態(tài)的判據(jù)：末級的狀態(tài)。當末級處于臨界狀態(tài)時，機組就處于臨界狀態(tài)，否則處于亞臨界狀態(tài)。（5-10a)和（5-10b)稱為弗留格爾公式忽略溫度影響END13由級的壓力流量關(guān)系式（書5-8a）推導(dǎo)可得級組內(nèi)各級均未達到臨界狀態(tài)時，變工況前后級組的前后的蒸汽參數(shù)與流量變化關(guān)系式。19弗留格爾公式，它表明：當工況變化前后級組均未達到臨界狀態(tài)時，級組的流量與級組前后壓力平方差的平方根成正比。第一節(jié)變工況下級的壓力與流量的關(guān)系二.級的變工況（二）級組前后壓力-流量關(guān)系1.級組內(nèi)各級均未達到臨界狀態(tài)20第一節(jié)變工況下級的壓力與流量的關(guān)系二.級的變工況（二）級組前后壓力-流量關(guān)系1.級組內(nèi)各級均未達到臨界狀態(tài)(2)弗留格爾公式分析對于凝汽式汽輪機，如果機組的級數(shù)足夠多，末級的壓力相對與初始壓力而言很小。則公式可簡化為：可見：除了最后一、二級以外，凝汽式汽輪機各級級組前壓力與流量成正比關(guān)系。21去掉第一壓力級，將剩余壓力級取成一個級組，與上同理可得依次類推，凝汽式汽輪機高、中壓各級，均有凝汽式汽輪機高、中壓各級級前壓力與流量成正比。對于凝汽式汽輪機，如果機組的級數(shù)足夠多，末級的壓力相對與初始壓力而言很小。則公式可簡化為：第一節(jié)變工況下級的壓力與流量的關(guān)系22除了最后一、二級以外，凝汽式汽輪機各級級組前壓力與流量成正比關(guān)系。因此流量壓力曲線為直線關(guān)系。第一節(jié)變工況下級的壓力與流量的關(guān)系23第一節(jié)變工況下級的壓力與流量的關(guān)系（二）級組前后壓力-流量關(guān)系2.級組內(nèi)達到臨界狀態(tài)(2)弗留格爾公式分析(先忽略溫度變化)可見：在工況發(fā)生變動時，如果級組的最后一級始終在臨界狀態(tài)下工作，則通過該機組的流量與級組中所有各級的初壓成正比。汽輪機的各壓力級的比焓降是從高壓向低壓逐級增加，因此如果級組內(nèi)達到臨界狀態(tài)，首先是末級達到臨界狀態(tài)。假設(shè)第III級達到臨界狀態(tài)，則第II級達到未臨界狀態(tài)，則同一級組內(nèi)各級流量相等，即24第一節(jié)變工況下級的壓力與流量的關(guān)系（三）弗留格爾公式的應(yīng)用1.應(yīng)用條件或者其中，——面積變化之比。(1)在不同工況下，級組各級的面積應(yīng)保持不變。假設(shè)級組內(nèi)各級通流面積發(fā)生了相同程度的變化，則弗留格爾公式須作修正：

Ⅲ.對于調(diào)節(jié)級，只有當?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，通汽面積才不變，才可把調(diào)節(jié)級包括在級組內(nèi)。若調(diào)節(jié)級在變工況過程中多開了或關(guān)閉了一個調(diào)節(jié)汽門，則改變了通汽面積，就不能包括在級組內(nèi)，也不能對調(diào)節(jié)級單獨應(yīng)用級的流量與壓力的關(guān)系式進行計算。25第一節(jié)變工況下級的壓力與流量的關(guān)系（三）弗留格爾公式的應(yīng)用1.應(yīng)用條件(2)通過同一級組各級的流量應(yīng)相同；對于凝汽式機組，各級回?zé)岢槠前匆欢ū壤?與總進汽量之間存在著正比關(guān)系），可不考慮其影響，而把除調(diào)節(jié)級之外的所有壓力級看成一個級組。(3)適用于“無窮多級”的級組，但一般來說，只要級數(shù)多于4~5級，計算結(jié)果就能滿足工程精度的需要?；蛘咂渲?，——面積變化之比。(1)在不同工況下，組各級的面積應(yīng)保持不變。假設(shè)級組內(nèi)各級通流面積發(fā)生了相同程度的變化，則弗留格爾公式須作修正：26第一節(jié)變工況下級的壓力與流量的關(guān)系二.級的變工況（三）弗留格爾公式的應(yīng)用2.應(yīng)用場合

進行變工況計算；監(jiān)視汽輪機通流部分運行是否正常。根據(jù)壓力流量關(guān)系判斷機組是否因結(jié)垢或腐蝕發(fā)生改變；（3）推算不同功率時各級的壓差和焓降，分析效率和受力情況等。27第一節(jié)變工況下級的壓力與流量的關(guān)系二.級的變工況2.應(yīng)用場合監(jiān)視汽輪機通流部分運行是否正常。根據(jù)壓力流量關(guān)系判斷機組是否因結(jié)垢或腐蝕發(fā)生改變；28第一節(jié)變工況下級的壓力與流量的關(guān)系二.級的變工況2.應(yīng)用場合監(jiān)視汽輪機通流部分運行是否正常。根據(jù)壓力流量關(guān)系判斷機組是否因結(jié)垢或腐蝕發(fā)生改變；29第一節(jié)變工況下級的壓力與流量的關(guān)系總結(jié)：變工況前后的壓力-流量關(guān)系1.級在臨界工況下工作結(jié)論：只要級在臨界狀態(tài)下工作，不論臨界狀態(tài)發(fā)生在噴嘴還是動葉中，通過該級的流量均與級前壓力成正比，而與級后壓力無關(guān)！

2.級在亞臨界工況下工作結(jié)論：當級內(nèi)流動未達到臨界狀態(tài)時，通過該級的流量不僅與級前壓力有關(guān)，而且與級后壓力也有關(guān)。忽略溫度的變化30第一節(jié)變工況下級的壓力與流量的關(guān)系3.級組內(nèi)達到臨界狀態(tài)結(jié)論：在工況發(fā)生變動時，如果級組的最后一級始終在臨界狀態(tài)下工作，則通過該機組的流量與級組中所有各級的初壓成正比?？偨Y(jié)：變工況前后的壓力-流量關(guān)系4.級組內(nèi)未達到臨界狀態(tài)結(jié)論：當工況變化前后級組均未達到臨界狀態(tài)時，級組的流量與級組前后壓力平方差的平