哈尔滨电力职业技术学院.ppt

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1、哈尔滨电力职业技术学院第三章第三章 汽轮机的变工况汽轮机的变工况教学目标：教学目标：会利用流量网图计算变工况会利用流量网图计算变工况 知道不同调节方式对变工况的影响知道不同调节方式对变工况的影响 能回答蒸汽参数变化对汽轮机工作的影响能回答蒸汽参数变化对汽轮机工作的影响 2021/9/211哈尔滨电力职业技术学院重点：重点：喷管、级、级组的变工况规律喷管、级、级组的变工况规律 利用流量网图计算变工况利用流量网图计算变工况不同调节方式对汽轮机变工况的影响不同调节方式对汽轮机变工况的影响 蒸汽参数变化对汽轮机工作的影响蒸汽参数变化对汽轮机工作的影响 第三章第三章 汽轮机的变工况汽轮机的变工况2021

2、/9/212哈尔滨电力职业技术学院第三章第三章 汽轮机的变工况汽轮机的变工况本节内容：本节内容：第一节第一节 喷管的变工况喷管的变工况第二节第二节 级与级组的变工况级与级组的变工况第三节第三节 汽轮机的调节方式及调节级变工况汽轮机的调节方式及调节级变工况第四节第四节 参数变化对汽轮机工作安全性的影响参数变化对汽轮机工作安全性的影响2021/9/213哈尔滨电力职业技术学院3.13.1喷管的变工况喷管的变工况研究变工况的研究变工况的目的目的，在于分析汽轮机变工，在于分析汽轮机变工况下的热力过程，了解其效率的变化及主况下的热力过程，了解其效率的变化及主要零部件的受力情况，以保证在变工况下要零部件的

3、受力情况，以保证在变工况下安全、经济地运行安全、经济地运行分析喷管变工况的分析喷管变工况的目的目的是分析喷管前后的是分析喷管前后的蒸汽压力与喷管流量的关系蒸汽压力与喷管流量的关系引言：引言：2021/9/214哈尔滨电力职业技术学院3.1喷管的变工况喷管的变工况基本概念：基本概念：运行时各种参数都保持设计值运行时各种参数都保持设计值,即汽轮机在即汽轮机在设计条件下的工况设计条件下的工况变工况：与设计条件不相符的工况变工况：与设计条件不相符的工况经济功率：汽轮机在设计条件下所发出的功率经济功率：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额定功率：汽轮机长期运行所

4、能连续发出的最大功率不同工况下热力过程，蒸汽流量、蒸汽参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、经济运行影响，保证机组安全、经济运行研究目的研究目的：设计工况：设计工况：2021/9/215哈尔滨电力职业技术学院3.1喷管的变工况喷管的变工况一、渐缩喷管一、渐缩喷管渐缩喷管变工况渐缩喷管变工况（1）当）当即压力比即压力比时，时，如图左侧如图左侧abc曲线所示，流量如图中曲线所示，流量如图中d点所示点所示（2）当）当 即即时，时，如图中曲线如图中曲线ab1c1 所示所示（3）当）当即压力比即压力比如图中曲线如

5、图中曲线ab2c2所示所示（4）当）当，即，即时，时，如图中曲线如图中曲线ab2b3c3 所示所示2021/9/216哈尔滨电力职业技术学院3.1喷管的变工况喷管的变工况渐缩喷嘴流量与出口压力的关系曲线渐缩喷嘴流量与出口压力的关系曲线如图中曲线如图中曲线ABAB1 1C C1 1 所示所示故故:称为彭台门系数，这样，通称为彭台门系数，这样，通过喷管的任意流量过喷管的任意流量G可表示为：可表示为：2021/9/217哈尔滨电力职业技术学院3.1喷管的变工况喷管的变工况渐缩喷管流量网图渐缩喷管流量网图2021/9/218哈尔滨电力职业技术学院3.1喷管的变工况喷管的变工况当喷管的初终参数都变化时，

6、则在当喷管的初终参数都变化时，则在变工况下的流量变工况下的流量为：为：式中的下标式中的下标“1”表示变工况后的参数，则：表示变工况后的参数，则：如近似地将蒸汽视为如近似地将蒸汽视为理想气体理想气体，并应有状态方程于，并应有状态方程于pv=RT上式上式,则得则得如果喷管初压变动是由于蒸汽节流而发生的，则因为节流过程中如果喷管初压变动是由于蒸汽节流而发生的，则因为节流过程中pv为为常数，在上述情况中有常数，在上述情况中有于是于是则得则得2021/9/219哈尔滨电力职业技术学院3.1喷管的变工况喷管的变工况如果变工况前后如果变工况前后均为临界工况均为临界工况，则，则故有故有当略去初温变化时，则有当

7、略去初温变化时，则有上式表明，上式表明，不同工况下的临界流量与初压成正比不同工况下的临界流量与初压成正比运用以上各式，便可进行喷管的变工况计算，即可由已知的运用以上各式，便可进行喷管的变工况计算，即可由已知的工况确定任意工况下的流量或压力工况确定任意工况下的流量或压力2021/9/2110哈尔滨电力职业技术学院3.1喷管的变工况喷管的变工况二、缩放喷管的变工况二、缩放喷管的变工况设计背压设计背压p1：保持蒸汽在斜切部分不膨胀的最低背压保持蒸汽在斜切部分不膨胀的最低背压特征背压特征背压p1a：喷嘴喉部保持临界状喷嘴喉部保持临界状 态的最高背压态的最高背压极限背压极限背压p1d：在斜切部分膨胀达到

8、在斜切部分膨胀达到 极限时对应的压力极限时对应的压力速度系数随压力比的变化曲线速度系数随压力比的变化曲线2021/9/2111哈尔滨电力职业技术学院3.1喷管的变工况喷管的变工况小结：小结：熟悉熟悉渐缩喷管变工况渐缩喷管变工况了解了解缩放喷管变工况缩放喷管变工况掌握掌握用流量网图计算变工况用流量网图计算变工况 2021/9/2112哈尔滨电力职业技术学院3.2 级与级组的变工况级与级组的变工况一、变工况下级前后参数与流量的关系一、变工况下级前后参数与流量的关系研究汽轮机级的变工况特性，研究汽轮机级的变工况特性，主要是主要是分析分析级中各参数随流量变化而变化的基本规律。级中各参数随流量变化而变化

9、的基本规律。（一）级在临界工况下工作（一）级在临界工况下工作1、工况变化前后喷管均处于临界状态、工况变化前后喷管均处于临界状态此时通过的流量只与喷管前的蒸汽参数有关，而与此时通过的流量只与喷管前的蒸汽参数有关，而与喷管后和级后压力无关喷管后和级后压力无关2021/9/2113哈尔滨电力职业技术学院3.2 级与级组的变工况级与级组的变工况2、工况变化前后动叶处于临界状态、工况变化前后动叶处于临界状态结论结论：只要级在临界状态下工作，不论临界状态是发生在：只要级在临界状态下工作，不论临界状态是发生在喷嘴中还是发生在动叶中，通过该级的流量均与级前压力喷嘴中还是发生在动叶中，通过该级的流量均与级前压力

10、成正比，而与级后压力无关。成正比，而与级后压力无关。2021/9/2114哈尔滨电力职业技术学院3.2 级与级组的变工况级与级组的变工况（二）级在亚临界下工作（二）级在亚临界下工作结论：结论：当级内未达到临界状态时，通过级的流量当级内未达到临界状态时，通过级的流量不仅与级前参数有关，而且还与级后参数有关。不仅与级前参数有关，而且还与级后参数有关。（三）一种工况下级处于临界状态，而在另一种工况下级处（三）一种工况下级处于临界状态，而在另一种工况下级处于亚临界状态于亚临界状态，对于这种情况，无法给出级内流量与蒸汽参，对于这种情况，无法给出级内流量与蒸汽参数之间的具体关系式数之间的具体关系式2021

11、/9/2115哈尔滨电力职业技术学院3.2 级与级组的变工况级与级组的变工况二、变工况下级组前后参数与流量的关系二、变工况下级组前后参数与流量的关系基本概念：基本概念：级组：级组：多级汽轮机中一些流量相等，工况多级汽轮机中一些流量相等，工况变化时通流面积不变的相邻若干级的组合。变化时通流面积不变的相邻若干级的组合。级组的临界压力：级组的临界压力：当级组中任一级处于临当级组中任一级处于临界状态时级组的最高背压界状态时级组的最高背压。级组的临界压力比：级组的临界压力比：级组的临界压力级组的临界压力p pzcrzcr与与级组的初压之比，用级组的初压之比，用 zcrzcr表示。其大小与级表示。其大小与

12、级组中级数的多少有关。组中级数的多少有关。2021/9/2116哈尔滨电力职业技术学院3.2 级与级组的变工况级与级组的变工况知道知道变工况下级、级组前后参数变工况下级、级组前后参数与流量的关系与流量的关系 熟悉熟悉凝汽式汽轮机变工况规律凝汽式汽轮机变工况规律 小结：小结：2021/9/2117哈尔滨电力职业技术学院3.3汽轮机的调节方式及调节级变工况汽轮机的功率方程汽轮机的功率方程由上式可知，要改变汽轮机的功率，可改变流量由上式可知，要改变汽轮机的功率，可改变流量D D或焓降或焓降 HtHt从结构上看汽从结构上看汽轮机的轮机的调节方式调节方式有：有：喷嘴调节、节流调节喷嘴调节、节流调节从从运

13、行方式上运行方式上看有：定压调节和看有：定压调节和滑滑压调节压调节 一、节流调节一、节流调节节流调节示意图节流调节示意图1 1、定义定义：所有进入汽轮机的蒸汽都经过：所有进入汽轮机的蒸汽都经过一个或几个同时启闭的调节阀，然后进入一个或几个同时启闭的调节阀，然后进入第一级喷嘴。第一级喷嘴。2021/9/2118哈尔滨电力职业技术学院3.3汽轮机的调节方式及调节级变工况调节级的热力过程线调节级的热力过程线2 2、节流调节的调节过程节流调节的调节过程节流调节的热力过程线如图所示节流调节的热力过程线如图所示结论：结论：节流调节第一级的变工况特节流调节第一级的变工况特性与中间级完全相同。性与中间级完全相

14、同。2021/9/2119哈尔滨电力职业技术学院3.3汽轮机的调节方式及调节级变工况3 3、节流后汽轮机的相对内效率、节流后汽轮机的相对内效率节流效率曲线节流效率曲线 thth节流效率节流效率节流效率节流效率的大小取决于流量和蒸汽参数的大小取决于流量和蒸汽参数2021/9/2120哈尔滨电力职业技术学院3.3汽轮机的调节方式及调节级变工况4 4、节流调节的、节流调节的特点特点（1）节流调节的结构较简单、制造成本低；）节流调节的结构较简单、制造成本低；（2）工况变动时，各级焓降）工况变动时，各级焓降(除最末级外除最末级外)变化不大，变化不大，故各级前的温度变化很小，从而减小了由温度变化而故各级前

15、的温度变化很小，从而减小了由温度变化而引起的热变形与热应力，提高了机组的运行可靠性和引起的热变形与热应力，提高了机组的运行可靠性和机动性；机动性；（3）在部分负荷下由于节流损失，机组经济性下降。）在部分负荷下由于节流损失，机组经济性下降。5 5、节流调节的、节流调节的应用应用节流调节一般用在小机组以及承担基本负荷的大型机组上。节流调节一般用在小机组以及承担基本负荷的大型机组上。2021/9/2121哈尔滨电力职业技术学院3.3汽轮机的调节方式及调节级变工况二、喷嘴调节及调节级变工况二、喷嘴调节及调节级变工况喷嘴调节：将汽轮机的第一级喷嘴喷嘴调节：将汽轮机的第一级喷嘴分成若干组，每组各有一个调节

16、阀分成若干组，每组各有一个调节阀控制，当汽轮机的负荷改变时，依控制，当汽轮机的负荷改变时，依次开启或关闭各调节阀，以调节汽次开启或关闭各调节阀，以调节汽轮机的进汽。轮机的进汽。基本概念：基本概念：喷管调节结构示意图喷管调节结构示意图11主汽阀；主汽阀；22进汽室；进汽室；33喷管组喷管组2021/9/2122哈尔滨电力职业技术学院3.3汽轮机的调节方式及调节级变工况调节级：采用喷嘴调节的汽轮机第一级，其通流面积随负荷调节级：采用喷嘴调节的汽轮机第一级，其通流面积随负荷的改变而改变，故称该级为调节级。的改变而改变，故称该级为调节级。该级后的汽室常称为该级后的汽室常称为调节级汽室调节级汽室。为了研

17、究调节级，做以下假设：为了研究调节级，做以下假设：调节级的调节级的反动度反动度 m=0m=0，且工况变动时反动度保持不变，因且工况变动时反动度保持不变，因此此p1=p2p1=p2；全开阀后的压力不随流量的增加而降低；全开阀后的压力不随流量的增加而降低；各调节气阀的开启和关闭完全没有重叠度，即前一个阀完各调节气阀的开启和关闭完全没有重叠度，即前一个阀完全开启后，后一个才开启；全开启后，后一个才开启；调节级后的蒸汽压力调节级后的蒸汽压力p p2 2与蒸汽流量成正比，而不受调节级与蒸汽流量成正比，而不受调节级后的温度变化的影响后的温度变化的影响2021/9/2123哈尔滨电力职业技术学院3.3汽轮机

18、的调节方式及调节级变工况1、调节级的变工况分析、调节级的变工况分析调节级的变工况曲线调节级的变工况曲线（a a）各喷管组前压力分布曲线）各喷管组前压力分布曲线（b b）各喷管组流量分布曲线）各喷管组流量分布曲线第一调节阀开启过程中：第一调节阀开启过程中：阀后压力阀后压力(即喷嘴前压力即喷嘴前压力)与流量成与流量成正比，当阀门全开时，达到最大正比，当阀门全开时，达到最大焓降的变化：由于压力比保持不变，焓降的变化：由于压力比保持不变，所以焓降也保持不变。但随着第二、所以焓降也保持不变。但随着第二、第三调节阀的开启，焓降将逐渐减小。第三调节阀的开启，焓降将逐渐减小。调节级后压力一直小于临界压力，调节

19、级后压力一直小于临界压力，故通过该组喷嘴的流量为临界流量。故通过该组喷嘴的流量为临界流量。2021/9/2124哈尔滨电力职业技术学院3.3汽轮机的调节方式及调节级变工况第二调节阀开启过程中：第二调节阀开启过程中：第二组喷嘴将从非临界状态过渡到临界状态。在喷嘴达临第二组喷嘴将从非临界状态过渡到临界状态。在喷嘴达临界之前，喷嘴压力比随流量的增加而减小，喷嘴达临界后压界之前，喷嘴压力比随流量的增加而减小，喷嘴达临界后压力比则保持不变。力比则保持不变。第三调节阀开启过程中：第三调节阀开启过程中：第三组喷嘴中一直达不到临界状态；第三组喷嘴中一直达不到临界状态；喷嘴压力比随流量的增大而减小。喷嘴压力比随

20、流量的增大而减小。第四调节阀开启过程中：第四调节阀开启过程中：第四调节阀为过负荷阀；第四调节阀为过负荷阀；第四组喷嘴的变工况特性与第三组喷嘴相同。第四组喷嘴的变工况特性与第三组喷嘴相同。2021/9/2125哈尔滨电力职业技术学院3.3汽轮机的调节方式及调节级变工况调节级焓降是随汽轮机流量的变化而改变的。调节级焓降是随汽轮机流量的变化而改变的。流量增加时，部分开启阀门所控制的喷嘴组焓降增大，流量增加时，部分开启阀门所控制的喷嘴组焓降增大，全开阀门所控制的喷嘴组焓降减小。全开阀门所控制的喷嘴组焓降减小。综上所诉综上所诉：在第一调节阀全开而第二调节阀尚未开启时：在第一调节阀全开而第二调节阀尚未开启

21、时：调节级焓降达最大值；调节级焓降达最大值；级前后的压差最大级前后的压差最大流过该喷嘴的流量亦最大流过该喷嘴的流量亦最大级的部分进汽度则最小，致使调节级叶片处于最大的级的部分进汽度则最小，致使调节级叶片处于最大的应力状态。应力状态。所以所以当进行调节级强度核算时当进行调节级强度核算时，最危险最危险工况不是汽轮机工况不是汽轮机的最大负荷，而是第一调节阀刚全开时的运行工况。的最大负荷，而是第一调节阀刚全开时的运行工况。2021/9/2126哈尔滨电力职业技术学院3.3汽轮机的调节方式及调节级变工况2、调节级的热力过程及效率曲线、调节级的热力过程及效率曲线调节级的热力过程线调节级的热力过程线混合后的

22、焓值混合后的焓值h h2 2可由热平衡方程求得：可由热平衡方程求得：2021/9/2127哈尔滨电力职业技术学院3.3汽轮机的调节方式及调节级变工况调节级效率曲线调节级效率曲线从图中可见，调节级效率曲线从图中可见，调节级效率曲线具有明显的波折状。这是因为具有明显的波折状。这是因为阀全开时，阀全开时，节流损失小，效率节流损失小，效率较高较高。在其它工况下，通过部。在其它工况下，通过部分开启阀的汽流受到较大的节分开启阀的汽流受到较大的节流，使流，使效率下降效率下降。2021/9/2128哈尔滨电力职业技术学院3.3汽轮机的调节方式及调节级变工况3、喷嘴调节的、喷嘴调节的特点特点：（1）喷嘴调节的结

23、构较复杂、制造成本高；）喷嘴调节的结构较复杂、制造成本高；（2）工况变动时，调节级汽室温度变化大，从而增）工况变动时，调节级汽室温度变化大，从而增加了由温度变化而引起的热变形与热应力，限制了加了由温度变化而引起的热变形与热应力，限制了机组的运行可靠性和机动性机组的运行可靠性和机动性;（3）在部分负荷下的效率高于节流调节。）在部分负荷下的效率高于节流调节。4 4、喷嘴调节的、喷嘴调节的应用应用：大容量机组和背压机组大容量机组和背压机组2021/9/2129哈尔滨电力职业技术学院3.3汽轮机的调节方式及调节级变工况小结：小结：了解了解节流调节节流调节 熟悉熟悉喷嘴调节及调节级变工况喷嘴调节及调节级

24、变工况能分析能分析调节级危险工况调节级危险工况2021/9/2130哈尔滨电力职业技术学院3.43.4蒸汽参数变化对汽轮机工作蒸汽参数变化对汽轮机工作安全性的影响安全性的影响汽轮机除流量变化外，当汽轮机除流量变化外，当蒸汽初终参数变化蒸汽初终参数变化运行时，也属运行时，也属于汽轮机于汽轮机变工况变工况运行范围。运行范围。一、蒸汽初压一、蒸汽初压p p0 0、再热压力、再热压力p pr r变化过大对安全性的影响变化过大对安全性的影响1 1、初温不变，初压初温不变，初压p p0 0、再热压力、再热压力p pr r升高升高初温不变，初压升高过多，将使主蒸汽管道、主汽门、初温不变，初压升高过多，将使主

25、蒸汽管道、主汽门、调节汽门、导管及汽缸等承压部件内部应力增大；对末调节汽门、导管及汽缸等承压部件内部应力增大；对末级叶片的运行安全性可能带来危险；初压升高、流量增级叶片的运行安全性可能带来危险；初压升高、流量增大还使轴向推力增大。大还使轴向推力增大。2 2、初温不变，初压初温不变，初压p p0 0、再热压力、再热压力p pr r降低降低初温不变，初压降低一般不会带来危险；初压降低时，初温不变，初压降低一般不会带来危险；初压降低时，若所发功率不减小，甚至仍要发出额定功率，必将使全若所发功率不减小，甚至仍要发出额定功率，必将使全机蒸汽流量超过额定值，这时若各监视段压力超过最大机蒸汽流量超过额定值，

26、这时若各监视段压力超过最大允许值，使轴向推力过大，这是危险的。允许值，使轴向推力过大，这是危险的。2021/9/2131哈尔滨电力职业技术学院3.43.4蒸汽参数变化对汽轮机工作蒸汽参数变化对汽轮机工作安全性的影响安全性的影响二、蒸汽初温二、蒸汽初温t t0 0和再热蒸汽温和再热蒸汽温t tr r变化过大对安全性的影响变化过大对安全性的影响1 1、p p0 0与与p pr r不变，不变，t t0 0与与t tr r升高升高p p0 0与与p pr r不变，不变，t t0 0与与t tr r升高将使锅炉过热器和再热器管壁，升高将使锅炉过热器和再热器管壁，新汽和再热蒸汽管道，高中压主汽门和调节汽门

27、，导新汽和再热蒸汽管道，高中压主汽门和调节汽门，导管及高中压缸部件的温度都升高，管及高中压缸部件的温度都升高，影响安全，缩短机影响安全，缩短机组寿命组寿命。2 2、p0p0与与prpr不变，不变，t0t0与与trtr降低降低新汽温度和再热蒸汽温度降低时，新汽温度和再热蒸汽温度降低时，影响安全的关键影响安全的关键是是下降的速度。下降的速度。2021/9/2132哈尔滨电力职业技术学院3.4蒸汽参数变化对汽轮机蒸汽参数变化对汽轮机工作工作安全性的影响安全性的影响三、真空恶化和排汽温度过高对三、真空恶化和排汽温度过高对安全性安全性的影响的影响（1 1）真空恶化和排汽温度过高时，对于转子轴承座与低压）

28、真空恶化和排汽温度过高时，对于转子轴承座与低压缸联成一体的机组来说，排汽缸的热膨胀将使轴承座抬起，缸联成一体的机组来说，排汽缸的热膨胀将使轴承座抬起，转子对中性被破坏而产生强烈振动。转子对中性被破坏而产生强烈振动。（2 2）凝汽器铜管线膨胀系数大于钢制外壳线膨胀系数许）凝汽器铜管线膨胀系数大于钢制外壳线膨胀系数许多，排汽温度过高将使铜管热膨胀过大，引起胀口松脱而多，排汽温度过高将使铜管热膨胀过大，引起胀口松脱而漏水，污染凝结水质。漏水，污染凝结水质。（3 3）排汽压力过高将使末级容积流量大减，小容积）排汽压力过高将使末级容积流量大减，小容积流量工况下的鼓风工况所产生的热量将使排汽温度更流量工况下的鼓风工况所产生的热量将使排汽温度更加升高。容积流量很小时还可能诱发末几级叶片颤振。加升高。容积流量很小时还可能诱发末几级叶片颤振。2021/9/2133哈尔滨电力职业技术学院3.43.4蒸汽参数变化对汽轮机工作蒸汽参数变化对汽轮机工作安全性的影响安全性的影响小结：小结：掌握掌握蒸汽参数变化对汽轮机工作安全性影响蒸汽参数变化对汽轮机工作安全性影响知道知道电厂调整参数的工作过程电厂调整参数的工作过程熟悉熟悉运行规程、能填写工作票运行规程、能填写工作票2021/9/2134