华电保定汽轮机原理ppt3备课讲稿.ppt

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1、华电保定汽轮机原理华电保定汽轮机原理ppt3ppt3第一节喷嘴的变工况特性第一节喷嘴的变工况特性第二节级与级组的变工况特性第二节级与级组的变工况特性第三节配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响第三节配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响第四节滑压运行的经济性与安全性第四节滑压运行的经济性与安全性第五节小容积流量工况与叶片颤振第五节小容积流量工况与叶片颤振*第六节变工况下汽轮机的热力核算第六节变工况下汽轮机的热力核算*第七节初终参数变化对汽轮机工作的影响第七节初终参数变化对汽轮机工作的影响 第八节汽轮机的工况图与热电联产汽轮机第八节汽轮机的工况图与热电联产汽轮机 第三章第三章 汽轮机的变工况特性

2、汽轮机的变工况特性 汽轮机的热力设计汽轮机的热力设计-在已经确定的初终参数、功率和转速的条件下，计算和确定蒸汽流量，级数，各级尺寸、参数和效率，尽而得出各级和全机的热力过程线等。l经济工况经济工况 汽轮机在设计参数下运行为设计工况即经济工况。l变工况变工况 汽轮机在偏离设计参数的条件下运行的工况。l任务任务 研究汽轮机在偏离设计(off-design)工况下各级流量与热力参数的相对变化关系，以及由此产生的反动度、内功率、效率和轴向推力等的改变，分析和估算这些变化对机组安全、经济运行产生的影响。l研究方法研究方法 在选定参考工况(如额定设计工况或最大工况)下，以喷嘴非设计工况的运行特性和小参数变

3、化简化分析为基础，将汽轮机通流部分划分为调节级、中间级组和末级组三部分，分析、估算流量与热力参数相对于参考工况的相对变化。第三章第三章 汽轮机的变工况特性汽轮机的变工况特性小参数小参数-在一般情况下，参数不影响未知数的求解（即对未知数的解影响小到在一般情况下，参数不影响未知数的求解（即对未知数的解影响小到可以忽略），比如在工程估算是一般忽略不计，但在某些特殊情况下就不能忽略可以忽略），比如在工程估算是一般忽略不计，但在某些特殊情况下就不能忽略了了.研究喷嘴的变动工况，主要是分析喷嘴前后压力与流量之间的变化关系，喷嘴的这种关系是以后研究汽轮机级和整个汽轮机变工况特性的基础。喷嘴又分渐缩喷嘴和缩放

4、喷嘴两种型式。缩放喷嘴在变工况时，由于背压升高，有可能在渐扩段某处出现激波，降低流速，产生损失，效率下降。第一节第一节 喷嘴的变工况特性喷嘴的变工况特性膨胀度膨胀度 f=An/Ac表示缩放喷嘴出口面积与喉部面积之比。每条曲线上的顶点就是缩放喷嘴的设计工况点。缩放喷嘴设计压比越小，f 越大，在实际压比增大时，就小，使效率下降。但 渐缩喷嘴只在设计压比 小于临界时 与效率才下降，故本节主要分析渐缩喷嘴的变工况特性。对渐缩喷嘴，在定熵指数k和流量系数都不变的条件下，若喷嘴前滞止参数 和出口面积都不变，则喷嘴的流量G与背压的关系如图所示。当时，不变，如直线AB所示；当 时，流量沿曲线BC变化。曲线BC

5、段与椭圆的1/4线段相当近似，若用椭圆曲线代替它，误差较小，故可用椭圆方程表示BC段的 关系：P00P1pcAGcGBCOD渐缩喷嘴的流量与背压关系曲线第一节第一节 喷嘴的变工况特性喷嘴的变工况特性 一、一、渐缩喷嘴初压不变时背压与流量的关系渐缩喷嘴初压不变时背压与流量的关系由第一章知：喷嘴的流量公式为上式可继续化简 用椭圆方程计算得的流量比略小于精确值，约千分之几，满足工程要求。1 设计工况与变工况下喷嘴均为临界工况设计工况与变工况下喷嘴均为临界工况 喷嘴出口流速达到或超过临界速度时，称喷嘴处于临界工况喷嘴处于临界工况。若设计工况和变工况下，喷嘴内流速均达到或超过临界速度，则此两种工况下的临

6、界流量之比为：第一节第一节 喷嘴的变工况特性喷嘴的变工况特性二、二、渐缩喷嘴前后参数都变化时的流量变化渐缩喷嘴前后参数都变化时的流量变化略去温度的影响，则喷嘴进口滞止点假想膨胀到实际进喷嘴进口滞止点假想膨胀到实际进口点处，变工况前、后流量比：口点处，变工况前、后流量比：比较a、b两式则而由此可知，喷嘴临界流量仅正比与初压或滞止初压由此可知，喷嘴临界流量仅正比与初压或滞止初压第一节第一节 喷嘴的变工况特性喷嘴的变工况特性2.2.设计工况与变工况下喷嘴均为亚临界工况设计工况与变工况下喷嘴均为亚临界工况 喷嘴出口流速小于临界流速时，称喷嘴处于亚临界工况。若设计工况与变工况下，喷嘴都是亚临界工况，流量

7、为：若不考虑温度的变化，则 若工况变动前为临界工况，变动后为亚临界工况，则可用临界若工况变动前为临界工况，变动后为亚临界工况，则可用临界工况公式算到工况公式算到 处，再用亚临界工况公式由处，再用亚临界工况公式由 算到算到变动后的工况。若相反，则计算方法相反。变动后的工况。若相反，则计算方法相反。第一节第一节 喷嘴的变工况特性喷嘴的变工况特性3.3.渐缩喷嘴初压，背压与流量的关系渐缩喷嘴初压，背压与流量的关系 若渐缩喷嘴前后的蒸汽参数都变化，仅初温不变或不考虑温度变化的影响，则对与每一个初压都可以画出一条流量与背压关系曲线，示于右图中。图中AOBAOB区域 是临界工况区，临界流量与 初压成正比，

8、BOCBOC区域是亚 临界工况区，同一初压下流 量与背压近似成椭圆曲线关 系。若各初压下的临界压力比不变若各初压下的临界压力比不变，则各曲线水平段与椭圆段的交点必位于同一直线OBOB上，因这些交点的横坐标成正比。可一目了然的看出不考虑初温变化时的流量与初压、背压的相互关系。第一节第一节 喷嘴的变工况特性喷嘴的变工况特性第一节第一节 喷嘴的变工况特性喷嘴的变工况特性4 4、虚线、虚线BOBO对缩放喷嘴的物理意义对缩放喷嘴的物理意义 BO线对渐缩喷嘴不适用，但对缩放喷嘴适用于各设计工况。当K、n都一定且滞止参数和喷嘴出口面积An都不变的条件下p1pc的G-p1关系曲线。由连续方程、能量方程与等比熵

9、过程方程得到的，因此BO线具有物理意义。随着背压下降，设计压比n减小，缩放喷嘴的膨胀度f=An/Ac必然增大，而出口面积An不变，故f增大必然使缩放喷嘴喉部面积Ac减小，于是缩放喷嘴的流量随喉部截面减小而减小。n1.简述渐缩喷嘴初压，背压与流量的关系渐缩喷嘴初压，背压与流量的关系。n2.分析渐缩喷嘴的流量与背压的关系。*1第一节第一节 喷嘴的变工况特性喷嘴的变工况特性(作业与思考作业与思考)一、一、级内压力与流量的关系级内压力与流量的关系1.级内为临界工况级内为临界工况 级内的喷嘴叶栅或动叶栅两者之一的流速达到或超过临界速度，称该工况为级的临界工况。喷嘴临界喷嘴临界忽略温度的影响第二节第二节

10、级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性动叶临界动叶临界 通过喷嘴的流量及流量平衡,喷嘴的变工况结论可以用到动叶上，故：略去温度影响，得 由于叶顶漏汽不大，可认为喷嘴流量等于动叶流量。这时喷嘴在设计工况和变工况下的连续方程之比喷嘴在设计工况和变工况下的连续方程之比为:第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性 可见处于临界工况时，级的流量与滞止初压或初压成正比，与滞止初温或初温成反比；若不考虑温度的变化，则流量只与滞止初压或初压成正比。方程解为 。这样有略去温度的影响第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性忽略温度的影响，则2.级内为亚临界工况级内为亚临界工况级的出口

11、方程连续性方程为设，则 ，代入上式得设计工况为亚临界工况与工况变为亚临界工况的流量比第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性二、级组压力与流量的关系二、级组压力与流量的关系 流量相等而依次串联排列的若干级称为级组级组。当级组内各级的汽流速度均小于临界速度时，称级组为亚临界工况亚临界工况；当级组内至少有一列叶栅(如某一级的喷嘴或动叶)的出口流速达到或超过临界速度时，称级组为临界工况级组为临界工况。假设比容变化较小、反动度基本不变且忽略小项后得略去温度的影响，则第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性1.1.级组工况变化前后均为临界工况级组工况变化前后均为临界工况 在各

12、级通流面积不变的条件下，处于亚临界工况的级组，若级组前后压差由小变大，则各级流量和流速也要增大，这时一般是级组内最后一级最先达到临界速度，这是因为：这是因为：a.后面的级的比容较大，其平均直径往往比前面的级要大，若相邻两级的速比和反动度基本相同，则后一级的比焓降较大，也就是最后一级的比焓降最大，流速也最大。b.最后一级的蒸汽绝对温度最低，当地音速最小。故最后一级最先达到临界速度。现讨论末级为临界，其余级为亚临界，并忽略温度影响。现讨论末级为临界，其余级为亚临界，并忽略温度影响。第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性若变工况前后级组的末级都是临界工况临界工况，则：因末级前的汽流未

13、达临界，故对倒第二级可写出下式 由于通过各级的流量相等，从而有 由此得：第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性同理 可见级组为临界工况时，级组流量与级组前压力成正比，与级组前绝对温度的平方根成反比，若不考虑温度的变化，则级组流量只与级组前压力成正比。2.2.工况变化前后级组均为亚临界工况工况变化前后级组均为亚临界工况 由斯托陀拉(stodola)实验所得到的级组蒸汽流量与初压背压的关系曲线推得：若不考虑温度的变化第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性 上两式就是著名的弗留格尔弗留格尔(flugel)公式，是级组在亚临界工况下的级组流量与压力的关系式。上式若初压不

14、变(p0=p01)，则流量与背压为椭圆方程椭圆方程；若背压不变(pg=pg1)，则流量与背压为双曲线方程双曲线方程；由弗留格尔公式可见，级组内级数越多，同一初压下的临界压力相对的越接近零，应用它计算的误差越小，反之误差越大；不论级组内级数多少，在设计工况下应用弗留格尔公式时，各参数相等，因此没有误差，偏离设计工况越近，误差越小，反之误差越大；背压与初压相等，设计流量为零时，应用弗留格尔公式的计算误差为零。三三、各级组的各级组的 曲线曲线第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性1.弗留格尔公式的应用条件弗留格尔公式的应用条件四、四、压力与流量关系式的应用压力与流量关系式的应用a)通

15、流面积不变。如通流部分面积发生变化，则应进行修正。b)同一工况下各级的流量相等或成相同的比例，流量不同时应分组c)通过各级的气流为一股均质流d)级数3-4以上(越多公式越精确)2.2.用于分析运行问题用于分析运行问题*2第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性五、五、级的比焓降和反动度的变化规律级的比焓降和反动度的变化规律1.1.级的比焓降变化规律级的比焓降变化规律凝汽式汽轮机凝汽式汽轮机a)a)中间级中间级(除调节级与末级以外除调节级与末级以外)级的比焓降由第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性得 即凝汽式汽轮机中间级,流量变化时级的理想比焓降基本不变。b)末级

16、末级 由于 ，中间级、末级的最危险工况为：最大流量工况。流量大于临界流量最小值时，虽P0正比于，但背压不于成正比；若不变，则流量增大，增大；反之，G流量减小，减小。流量小于临界流量最小值时，p0G为双曲线，G下降 时 减得稍慢。第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性 背压式汽轮机背压式汽轮机 如果背压式汽轮机的最后一级在工况变动前后均达到临界状态，则各级级前压力与流量成正比。在此情况下，这些级(除末级外)的比焓降的变化规律，与凝汽式汽轮机的中间级一样。但一般情况下，即使是最后一级也不会达到临界状态。此时，忽略温度变化，由弗留格尔公式可得变工况下理想比焓降与流量的关系曲线。由图可

17、知：流量变化越大，级的理想比焓降变化也越大；流量变化时，和 都比 （背压）大的多的级，变化较小，和 与 接近的级，变化较大，末级 变化最大。第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性 固定转速汽轮机的反动度变化主要由级的比焓降变化引起的。当 减小即速比 增大时，由下图虚线所示，由于u不变，故 ，减为 ，动叶进口实际有效相对速度为 。有图可知，2.级的反动度的变化规律级的反动度的变化规律第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性 若反动度不变，则上述不等式将使 。从而喷嘴流出来的汽流来不及流出动叶栅，造成阻塞使反动度增大，使W21增大，来减轻动叶栅汽道的阻塞。当反动度增加

18、到一定程度时，使得 ,反动度不再增大，达到平衡。同理，增大即 减小时，因而，故反动度必然降低。当面积比f一定、变化使速度 变化时，设计值较小的级变化较大；设计值较大的变化小。如图所示。第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性 对于凝汽式汽轮机末级，已达临界的条件下，若排汽压力 下降，则 增大而 不变，即级的比焓降增大时反动度增大。若 上升，同理，级的比焓降减小而反动度减小。对于调节 级，当动叶流速超过临界速 度时，也是如此。若末级未达到临界，反动度的变化规律同一般级。反动度的变化规律：反动度的变化规律：级的比焓降增大，即速比减小时，反动度减小；反之亦然。设计反动度较小的级，比焓降

19、变化时，反动度变化较大；反之，变化较小；反动级的反动度基本不变。第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性 时 为正，称正冲角，冲击背弧；时 为负，称负冲角，冲击内弧。六、撞击损失六、撞击损失 设计工况下,气流进入动叶栅的相对运动方向角 与动叶几何进汽角 一致,气流能平滑的进入动叶。级的比焓降改变时，减小，；增大，都会使气流进入动叶的相对运动方向改变，从而使动叶附面层厚度改变，叶形损失增加，这一附加损失称为撞击损失。的变化量以冲角（或撞击角）表示 则第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性七、各级七、各级 的变化规律的变化规律上式表示与动叶进口有效相对速度方向相垂直的

20、分量 全部损失掉。撞击损失 ，按叶栅试验数据计算。现在把前面介绍的内容，联系起来作一小结。1.1.凝汽式汽轮机凝汽式汽轮机a.a.末级为临界工况末级为临界工况第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性中间级由于末级为反动级，可认为其反动度基本不变。b.b.末级为亚临界工况末级为亚临界工况 只有最后两、三级的变化规律与背压式汽轮机非调节级相同，其余各级均与临界工况相同。2.背压式汽轮机非调节级背压式汽轮机非调节级注：“-”表示不变，Pi-功率第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性末级（pc不变）末级一般为亚临界工况，此时的变化规律3.3.调节级调节级讨论调节气门全开后

21、喷嘴与动叶组成的这部分调节级。a.a.动叶为亚临界工况动叶为亚临界工况b.b.动叶为临界工况动叶为临界工况第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性1.试分析变工况时各级试分析变工况时各级的变化规律。的变化规律。2.2.简要分析变工况时级的反动度的变化原因。简要分析变工况时级的反动度的变化原因。*3第二节第二节 级与级组的变工况特性（作业与思考）级与级组的变工况特性（作业与思考）一、节流（一、节流（throttle）配汽）配汽阀门，进入汽轮机的第一级（无调节级），调节汽门后的压力即为汽轮机的进口压力。在部分负荷运行时，阀后压力决定于流量比，进汽温度基本保持不变。第三节第三节 配汽方

22、式及其对定压运行机组变工况的影响配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响(a)示意图(b)热力过程线节流 改变汽轮机功率，可通过改变蒸汽在叶栅通流部分的焓降和改变进汽量。这种改变进汽量和焓降的方式称为汽轮机的配汽。汽轮机的配汽主要有节流配汽、喷嘴配汽和旁通配汽节流配汽、喷嘴配汽和旁通配汽三种方式。采用节流配汽的汽轮机，其全部蒸汽通过一个或几个同时开启特点特点：负荷小于额定值时，所有气体节流。用节流效率 表示节流损失对汽轮机经济性的影响：一般地，相对内效率基本不变一般地，相对内效率基本不变。所以，节流配汽在部分负荷下相对内效率下降的主要原因是调节汽门的节流损失，并且随负荷下降而损失增大。同样负荷下

23、，背压越高，节流效率越低，所以，背压式汽轮机一般不用节流配汽。凝汽式汽轮机节流配汽的变工况特性与前面讨论的中间级情况一样。与喷嘴配气相比：没有调节级，结构简单，制造成本较低，与喷嘴配气相比：没有调节级，结构简单，制造成本较低，定压运行流量变化时，各级温度变化较小，对负荷变化适应性定压运行流量变化时，各级温度变化较小，对负荷变化适应性较好。较好。第三节第三节 配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响二、二、喷嘴喷嘴(nozzle)(nozzle)配汽配汽 将汽轮机高压缸的第一级设为调节级，并将该级的喷嘴分成4组或更多组。每一喷嘴组由1个独立的调节汽门供汽，通常

24、认为调节级后的压力相等。为减小喷嘴配汽调节级的漏汽量，调节级采用低反动度(约(a)全机示意图，(b)调节级示意图 0.05）的冲动式。1-1-自动主汽门自动主汽门2-2-调节汽门调节汽门3-3-喷嘴组间壁喷嘴组间壁 第三节第三节 配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响特点特点：部分进汽 e p p2)在机组负荷下降时，全开调门喷嘴组的理想焓降增大，反动度下降；反之则增大。表明随机组负荷下降，调节级反动度减小，当流量等于40%设计流量时，反动度为零，喷嘴后压力更接近于调节级动叶后压力。第三节第三节 配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响配汽方式及其对定压运行

25、机组变工况的影响l 调节级喷嘴组前的实际压力调节级喷嘴组前的实际压力p0 实际上机组流量不断增大时，主汽门的节流压降增大，使各调节汽门前的压力在机组负荷增大时下降。l调调节节汽汽门门均均有有重重迭迭度度 调汽门的蒸汽流量与调门开度之间呈非线性关系，特别在调门接近全开时，为保证汽轮机控制系统有良好的调节品质，使调汽门升程与流量成线性关系，弥补调汽门接近全开时的非线性，后续调汽门提前开启。故调汽门开启有一定重迭度。第三节第三节 配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响3.3.调节级的最危险工况调节级的最危险工况当只有第调节汽门全开而其他调节汽门关闭时，非但第喷嘴

26、组的理想比焓降最大，而且流过第喷嘴组的流量是第喷嘴组的最大流量，这股流量集中在第喷嘴组后的少数动叶上，使每片动叶分摊的蒸汽流量最大。动叶的蒸汽作动叶的蒸汽作 用力正比于流量和比焓降用力正比于流量和比焓降 之积，之积，因此当第调节汽 门全开而其他调节汽门都 关闭时，调节级动叶受力 最大，是最危险工况。第三节第三节 配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响第三节第三节 配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响四、配汽方式对定压运行机组变工况的影响四、配汽方式对定压运行机组变工况的影响 负荷变化时，调节级排汽温度的变化还将使非调

27、节级各级温度都变化，因此引起零部件的热应力和热变形。如果调节级排汽温度变化较大，则引起的热应力和热变形也将增大，影响机组运行的安全和负荷调度的灵活性。当负荷由额定负荷降到40%时，喷嘴配汽方式可使调节级的排汽温度下降100左右，使高压缸各非调节级级的温度也下降100 左右，对高压缸引起相当大的热 应力和热变形，但从热经济性角度来说，比焓降增大了；节流配汽方式可使调节级的排汽温度下降50左右，使高压缸各非调节级级的温度也下降50 左右，对高压缸引起的热 应力和热变形相对较小，有利于安全，但比焓降也小。课堂练习具有4个调节汽门的喷嘴配汽的汽轮机，在调节汽门顺序开启过程中，先行调节汽门全开后通过的蒸

28、汽量是否变化，为什么？*4五、五、旁通配汽旁通配汽 旁通配汽主要用于船舶和工业汽轮机，通过设置内部或外部旁通阀增大汽轮机的流量，以增大汽轮机的功率输出或增大汽轮机的抽汽供热量。第三节第三节 配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响六六、轴向推力的变化规律、轴向推力的变化规律 转子上的轴向推力是由动叶上的汽流力、压差力和叶轮及转子凸肩两侧的压差力组成。汽流力正比于流量，压差力决定于级前、后的压力和压力反动度，故轴向推力是蒸蒸汽汽流流量量、反反动动度度、级级前前后后压压差差的函数，即 汽轮机轴向推力的变工况计算相当复杂，且难以计算准确，故在实际运行中，常常用用测

29、测量量推推力力轴轴承承工工作作瓦块温升的方法来监视轴向推力的变化。瓦块温升的方法来监视轴向推力的变化。1.1.节流配汽凝汽式汽轮机节流配汽凝汽式汽轮机 对节流调节的凝汽式汽轮机，当负荷变化时，除最末级外，其余各级由于比焓降不变，反动度亦不变。第三节第三节 配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响 各级前后压力差与流量成正比变化，因此，汽轮机级的轴向推力与流量成正比变化。节流调节凝汽式汽轮机的轴向推力随负荷增大而增加，且在最大负荷时达最大值。2.2.喷嘴配汽凝汽式汽轮机喷嘴配汽凝汽式汽轮机 对喷嘴配汽的凝汽式汽轮机，在变动工况下，各压力级轴向推力的变化规律与节

30、流配汽方式的汽轮机相同。调节级轴向推力的变化比较复杂，它与部分进汽度和前它与部分进汽度和前轴封漏汽等因素有关轴封漏汽等因素有关。当有通道使调节级两侧的压力平衡时，可以不计作用在轮面上的轴向力，此时，调节级的轴向推力主要是动叶片上的轴向力，其值第三节第三节 配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响如图为一台中压汽轮机全机轴向推力与流量的关系。对调节级，负荷减少，轴向推力增对调节级，负荷减少，轴向推力增大，但大，但调节级比焓降变大引起反动度变小；调节级比焓降变大引起反动度变小；关小的调节汽门，对应的喷嘴弧段关小的调节汽门，对应的喷嘴弧段前后压差减小；前后压差减小

31、；全关的调节汽门对应的动叶通道成全关的调节汽门对应的动叶通道成了叶轮前后的漏汽通道，叶轮前后压了叶轮前后的漏汽通道，叶轮前后压差更小差更小故蒸汽量减小时，调节级轴向推力故蒸汽量减小时，调节级轴向推力变小或不变变小或不变一般可近似认为，凝汽式汽轮机总的轴向推力与流量成正比变化，但点a并非是汽轮机的危险工况，而是调节级的最危险工况，且最大功率时达最大值。第三节第三节 配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响1 1非调节级轴向推力与流量的关系非调节级轴向推力与流量的关系2-2-全机轴向推力与流量的关系全机轴向推力与流量的关系3.3.背压式汽轮机背压式汽轮机 背压式

32、汽轮机调节级轴向推力的变工况特性与凝汽式汽轮机相同。而其压力级在工况变动时，因级前、级前、后压力与流量不成正比，级内比焓降和反动度相应发后压力与流量不成正比，级内比焓降和反动度相应发生变化，因此级的轴向推力也不与流量成正比生变化，因此级的轴向推力也不与流量成正比，例如当流量增加时，级前、后压力及压差增大，但反动度却下降，故轴向推力不一定增加；而当流量减小时，级前、后压力及压差减小，但反动度增加，级的轴向推力并不一定减小。因此背压式汽轮机通流部分总的背压式汽轮机通流部分总的轴向推力的最大值并非在最大功率而是在某一中间功轴向推力的最大值并非在最大功率而是在某一中间功率时达到率时达到。第三节第三节

33、配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响n1.何为调节级的最危险工况？n2.调节级的实际压力与流量有什么关系？*4*4第三节第三节 配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响 汽轮机有两种运行方式：一是定压运行，一是滑压运行。大容量汽轮机调峰时，采用滑压运行方式，在在安安全全性性和和负负荷荷变变化化灵灵活活性性上上，都都优优于于定定压压运运行行方方式式，一定条件下的经济性也优于定压运行方式一定条件下的经济性也优于定压运行方式。一、滑压运行方式一、滑压运行方式(Sliding Pressure Operation)滑压运行：调

34、节汽门全开或开度不变。根据负荷大小调节进入锅炉的燃料量，给水量和空气量，使锅炉出口汽压和流量随负荷而变化，且出口蒸汽温不变的运行方式。汽轮机的进汽温度维持额定值不变，而进汽压力与流量都随负荷升降而增减，以适应汽轮机的功率的变化。其主要特点是汽轮机的进汽压力随外界负荷增减而上下滑动，有时也称变压运行变压运行。第四节第四节 滑压运行的经济性与安全性滑压运行的经济性与安全性滑压运行又可分为三种方式滑压运行又可分为三种方式1.纯纯滑滑压压运运行行方方式式-不需要调节级，第一级全周进汽，调节汽门全开，只靠锅炉出口蒸汽压力和流量的改变来调节机组负荷。2.节节流流滑滑压压运运行行方方式式-不需要调节级，第一

35、级全周进汽，节流调节汽门预先关小5%15%，进行滑压运行。3.3.复复 合合 滑滑 压压 运运 行行 方方 式式 -高 负 荷 区(80%95%)，进行定压运行，较低负荷区(80%95%与25%50%)，进行滑压运行，在滑压运行的最低负荷点(25%50%)之下又进行初压水平较低的定压运行。第四节第四节 滑压运行的经济性与安全性滑压运行的经济性与安全性二、机组滑压运行的热经济性二、机组滑压运行的热经济性 设滑压与定压运行机组的初(再热)温、初终压及流量相等。则经济性比较只需比较高压缸的热经济性即可。定压运行机组在负荷较低时，高压缸的排汽温度低于滑压运行，因此在部分负荷时，滑压运行的经济性高于定压

36、运行机组。且滑压运行在低负荷时存在给水泵功耗减少也对机组热经济性带来明显的益处。但由于随压力下降工质在炉内的平均吸热温度下降，在冷源温度不变的情况下，使循环热经济效率下降，低于定压运行机组。对于定压节流配汽与喷嘴配汽滑压运行可以写出：第四节第四节 滑压运行的经济性与安全性滑压运行的经济性与安全性第四节第四节 滑压运行的经济性与安全性滑压运行的经济性与安全性以滑压、喷嘴配汽及节流配汽三种方式运行的循环热效率为：由图可知，则必然有 滑压运行机组比定压运行机组1kg蒸汽多吸收的热量为 在再热器内比它少吸收的热量为与喷嘴配汽运行方式比较，高压缸有效焓降及功关系为 压力越高(超临界)，但总是小于它。而在

37、低压区 当压力为当压力为18.0Mp18.0Mpa a时，在负荷降到时，在负荷降到50%50%以下时，滑压优于喷嘴配汽运行方以下时，滑压优于喷嘴配汽运行方式，否则相反。式，否则相反。第四节第四节 滑压运行的经济性与安全性滑压运行的经济性与安全性由于等压线右发散，略大于 ,现 ，故 ，即滑压运行即使不考虑负荷下降泵功减 少这一因素，其热经济性仍高于节流配汽定压运行机组。与节流配汽运行方式比较，高压缸有效焓降及功关系为第四节第四节 滑压运行的经济性与安全性滑压运行的经济性与安全性三、滑压运行机组的安全性与灵活性三、滑压运行机组的安全性与灵活性 喷喷嘴嘴配配汽汽定定压压运运行行汽汽轮轮机机调调峰峰时

38、时，若若迅迅速速改改变变负负荷荷或或夜夜间间停停机机和和启启动动，特特别别是是调调节节级级将将引引起起较较大大的的温温度度变变化化或或热热应应力力，这这是是限限制制该该机机组组调调峰峰灵灵活活性性的的主主要要障障碍碍，也也是是影影响响机机组组的的安安全全可可靠靠运运行行的的关关键键问问题题。节流配汽定压运行时，高压缸各级温度变化虽不大，但节流损失较大，热经济性较低，只有滑压运行最适宜于调峰。机组部分负荷下，喷嘴配汽的调节级温度变化较大，对非调各级的相对内效率有一定影响，较节流、滑压配汽稍差。但喷嘴配汽最多有一个调汽门产生节流，尽管调节级效率随机组负荷下降而减小，但整机的理想焓降不变，绝对内效率

39、较高。滑压配汽与节流配汽的主要差别在在于于汽汽轮轮机机叶叶栅栅通通道道的的进进口口温温度度不不同同，滑压配汽的进口温度高于节流配汽，故滑压配汽的叶栅通道理想焓降大于节流配汽，即三者中节流配汽的经济性最差节流配汽的经济性最差。第四节第四节 滑压运行的经济性与安全性滑压运行的经济性与安全性滑压运行机组：滑压运行机组：负荷变化时，负荷变化时，高压缸各级温度几乎不变。高压缸各级温度几乎不变。如图，滑压运行机组在负荷如图，滑压运行机组在负荷降低时，能保持中间再热温降低时，能保持中间再热温度稳定；度稳定；喷嘴配汽定压运行机组喷嘴配汽定压运行机组：负负荷下降时，因高压缸排汽温荷下降时，因高压缸排汽温度下降，

40、中压缸进汽温度有度下降，中压缸进汽温度有所下降，这不仅影响效率，所下降，这不仅影响效率，而且引起热应力和热变形。而且引起热应力和热变形。滑压运行机组高压缸排汽温滑压运行机组高压缸排汽温度稳定，中压缸进汽温度也度稳定，中压缸进汽温度也稳定。稳定。第四节第四节 滑压运行的经济性与安全性滑压运行的经济性与安全性 由由此此可可见见，滑滑压压运运行行机机组组的的安安全全性性和和灵灵活活性性都都高高于定压运行。于定压运行。不同配汽方式的运行特性比较不同配汽方式的运行特性比较经济性经济性安全性安全性响应能力响应能力喷嘴配汽喷嘴配汽好好差差好好节流配汽节流配汽差差较好较好好好滑压配汽滑压配汽 好好(超临界超临

41、界)较差较差(亚临界或一定条件亚临界或一定条件)好好差差第四节第四节 滑压运行的经济性与安全性滑压运行的经济性与安全性n1.何为滑压运行方式？何为滑压运行方式？n2.简要分析并比较不同配汽方式下机组的安简要分析并比较不同配汽方式下机组的安全性与经济性全性与经济性。*5第四节第四节 滑压运行的经济性与安全性滑压运行的经济性与安全性（思考）（思考）第五节第五节 小积流量工况与叶片颤振小积流量工况与叶片颤振 小容积流量工况：小容积流量工况：当容积流量相对值当容积流量相对值 下降过程中，下降过程中，把叶根部开始出现脱流及其后容积流量更小的工况称为把叶根部开始出现脱流及其后容积流量更小的工况称为小容积流

42、量工况。小容积流量工况。大扇度级：大扇度级：把高径比较大的级称为大扇度级，又称为深把高径比较大的级称为大扇度级，又称为深度变工况。度变工况。鼓风工况鼓风工况：如果汽轮机的某级非但不作功，而且还要消如果汽轮机的某级非但不作功，而且还要消耗轴上机械功，那么级的这种工况称为鼓风工况。耗轴上机械功，那么级的这种工况称为鼓风工况。透平工况：透平工况：把级能对外作有效功的工况称为透平工况把级能对外作有效功的工况称为透平工况 。过渡工况：过渡工况：在鼓风工况和透平工况之间，级的有效比焓在鼓风工况和透平工况之间，级的有效比焓降和相对内效率为零的工况为过渡工况。降和相对内效率为零的工况为过渡工况。第五节第五节

43、小积流量工况与叶片颤振小积流量工况与叶片颤振第五节第五节 小积流量工况与叶片颤振小积流量工况与叶片颤振小容积流量工况下产生的小容积流量工况下产生的危害：危害：n动叶根部与叶间间隙外缘动叶根部与叶间间隙外缘易发生涡流或根部发生脱易发生涡流或根部发生脱流；流；n鼓风工况下对通流部分加鼓风工况下对通流部分加热热;n末级动叶根出口边的水珠末级动叶根出口边的水珠侵蚀侵蚀;n叶片的颤振。叶片的颤振。第五节第五节 小积流量工况与叶片颤振小积流量工况与叶片颤振 1、熟悉小容积流量工况、大扇度级、鼓风工、熟悉小容积流量工况、大扇度级、鼓风工况、透平工况、过渡工况的概念；况、透平工况、过渡工况的概念；2、小容积流

44、量工况的危害；小容积流量工况的危害；第五节第五节 小积流量工况与叶片颤振（小积流量工况与叶片颤振（思考思考）一、初终参数变化过大对安全性的影响一、初终参数变化过大对安全性的影响1.1.蒸汽初压蒸汽初压 、再热压力、再热压力 变化过大对安全性的影响变化过大对安全性的影响a.初温不变，初压升高，调节汽门开度不变，末级危险性。b.若第一调节汽门刚全开，此时p0升高，则调节级流量G，比焓降不变，影响运行安全性。c.d.一般危险性不大，若此时仍让机组发额定功率，使末级的工况危险，及整级的轴向推力FZ。第七节第七节 初终参数变化对汽轮机工作的影响初终参数变化对汽轮机工作的影响2.2.蒸汽初温蒸汽初温t0和

45、再热汽温和再热汽温tr变化过大对安全性的影响变化过大对安全性的影响a.p0与pr不变，t0与tr升高，钢材蠕变，温度越高，蠕变速度越快，蠕变极限越小。b.t0与tr降低时，影响安全的关键是汽温下降速度。造成汽温下降过快的原因有及危害：下降过快，一般是锅炉满水等事故造成的，应防止汽轮机水冲击。另外湿度增大，蒸汽中夹带的水滴轴向打击动叶进口边叶背，使轴向推力增大推力瓦块温度升高，轴向位移增大。下降速度小于1/min时没有危险，但汽温降的多时，应防止轴向推力过大。第七节第七节 初终参数变化对汽轮机工作的影响初终参数变化对汽轮机工作的影响3.真空恶化和排汽温度过高对安全性的影响真空恶化和排汽温度过高对

46、安全性的影响a.转子对中性被破坏而产生强烈的振动。b.污染凝结水质。c.可能诱发末级叶片颤振。背压升高，易产生脱流回流。二、初终参数变化对汽轮机功率的影响二、初终参数变化对汽轮机功率的影响1.1.初压初压p p0 0改变时汽轮机功率的影响改变时汽轮机功率的影响 汽轮机初压改变不大时，全机 可认为不变化，全机功率改变量可通过对功率方程式求全微分而得。对于非再热机组，全机有第七节第七节 初终参数变化对汽轮机工作的影响初终参数变化对汽轮机工作的影响代入上式整理得式中：pz是排汽压力。对于中间再热机组，p0变化只影响高压缸的理想比焓降，因此对全机功率的变化影响较小。第七节第七节 初终参数变化对汽轮机工

47、作的影响初终参数变化对汽轮机工作的影响2.2.初温初温t t0 0改变对汽轮机功率的影响改变对汽轮机功率的影响 初温t0改变时，全机功率的改变量也可通过对功率方程式求全微分求得。3.3.真空改变对汽轮机功率的影响真空改变对汽轮机功率的影响 分为末级动叶中流速小于与大于临界速度两种情况介绍。但不论那种情况，单位蒸汽流量的功率改变量或用此式估算或用此式估算 对于非再热机组，求导整理后得：第七节第七节 初终参数变化对汽轮机工作的影响初终参数变化对汽轮机工作的影响 只与 有关，即：三、极限真空三、极限真空末级动叶斜切部分全部 用于蒸汽膨胀时的压力为极 限压力，对应的真空为极限 真空。随着排汽压力的降低

48、而增 加的有效焓降等于余速损失的增量时的压力为极限压力，对应的真空为极限真空。即如图对应的c点的真空。第七节第七节 初终参数变化对汽轮机工作的影响初终参数变化对汽轮机工作的影响n1.分析、讨论蒸汽初终参数的变化对汽轮机安全性的影响。n2.解释极限真空。*6第七节第七节 初终参数变化对汽轮机工作的影响（思考）初终参数变化对汽轮机工作的影响（思考）在工程实际应用中，因某种需要拆除某级，此种情况下分析拆在工程实际应用中，因某种需要拆除某级，此种情况下分析拆除前后一些级的压力、流量关系和分析一些级的强度等。针对这些除前后一些级的压力、流量关系和分析一些级的强度等。针对这些综合应用问题，分析的原则是合理

49、划分级组，从结构没有改变的级综合应用问题，分析的原则是合理划分级组，从结构没有改变的级组开始分析。组开始分析。例如：某凝汽式汽轮机共有10级，第6级因故障被迫拆除。试问拆除第6级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？解：将通流部分划分为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710级。这样，第I、III级组在第6级拆除前、后的结构没变。在第6级拆除后，第III级组前的压力没有变化，因为通过的级次调节2345678910级后压力1.176MPa0.862MPa0.612MPa0.426MPa0.282MPa0.179MPa0.104M

50、Pa0.0622MPa0.0323MPa0.0049MPa例例 题题流量和级组后压力没变；第I级的级后压力发生了变化，第6级拆除前，第I级组后压力为0.282MPa，第6级拆除后第I级组后的压力即为第III级组前的压力，即0.179MPa。由此得调节级后压力的变化显然，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，因为即第5级的压差由0.144MPa上升到0.18559MPa，约增大28.9%。汽轮发电机组的功率与汽耗量间的关系曲线称汽轮发电机组的工况图，也称汽耗线。一、一、凝汽式汽轮机工况图凝汽式汽轮机工况图汽汽轮轮发发电电机机组组的的空空载载汽汽耗耗 -汽轮发电机组保持空