汽轮机原理汽轮机原理 Steam Turbine Theory 第三章第三章 汽轮机的变工况特性汽轮机的变工况特性主要内容主要内容n概述概述n喷嘴的变工况特性喷嘴的变工况特性n级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性n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n滑压运行的经济性与安全性滑压运行的经济性与安全性n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n汽轮机的工况图汽轮机的工况图第一节第一节 概概 述述n设设计计工工况况：指指汽汽轮轮机机在在设设计计参参数数下下运运行行的的工工况况，也也称经济工况。称经济工况。n变变工工况况：汽汽轮轮机机在在偏偏离离设设计计参参数数的的条条件件下下运运行行的的工工况（外界负荷变动、蒸汽参数变动和转速变动）况（外界负荷变动、蒸汽参数变动和转速变动）n研究意义：研究意义：l了了解解汽汽轮轮机机在在不不同同工工况况下下的的效效率率变变化化，以以设设法法使使效效率率变化不多。变化不多。l了解汽轮机在不同工况下受力情况，保证机组安全。了解汽轮机在不同工况下受力情况，保证机组安全。第二节第二节 喷嘴的变工况特性喷嘴的变工况特性n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n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n渐缩喷嘴渐缩喷嘴 初压、背压与流量的关系初压、背压与流量的关系n缩放喷嘴的变工况缩放喷嘴的变工况一、渐缩喷嘴初压不变时背压与流量的关系一、渐缩喷嘴初压不变时背压与流量的关系 其初压及出口面积不变时，通过喷嘴的流量为：其初压及出口面积不变时，通过喷嘴的流量为：ACBGGcrG1pcp1p1=p0p将将BC段用椭圆曲线近似段用椭圆曲线近似二、渐缩喷嘴前后参数都变化时的流量变化二、渐缩喷嘴前后参数都变化时的流量变化n设计工况和变工况下喷嘴均为临界工况设计工况和变工况下喷嘴均为临界工况忽略温度变化：结论：结论：1、不同工况下喷嘴临界流量正比于滞止初压或初压，反比、不同工况下喷嘴临界流量正比于滞止初压或初压，反比与喷嘴前滞止热力学温度或热力学温度平方根。与喷嘴前滞止热力学温度或热力学温度平方根。2、在电站汽轮机中只有凝汽式汽轮机的最末一、二级和调、在电站汽轮机中只有凝汽式汽轮机的最末一、二级和调节级的喷嘴可能超过音速。节级的喷嘴可能超过音速。n设计工况和变工况下喷嘴均为亚临界工况设计工况和变工况下喷嘴均为亚临界工况忽略温度变化三、渐缩喷嘴三、渐缩喷嘴 初压、背压与流量的关系初压、背压与流量的关系n函数函数 关系曲线（流量网图）关系曲线（流量网图）流量网图n流量锥流量锥在实际计算中，大都采用图解法计算流量，即使用流在实际计算中，大都采用图解法计算流量，即使用流量锥或是流量网图。量锥或是流量网图。假设最大初压为假设最大初压为p0m，相应的最大临界流量为，相应的最大临界流量为G0m相对初压相对背压 m、 1、 0之间关系的三维显示为流量锥，二维表之间关系的三维显示为流量锥，二维表示为流量网图。（示为流量网图。（oad为等腰直角三角形）为等腰直角三角形） abdc流量锥四、缩放喷嘴的变工况四、缩放喷嘴的变工况1、当初压不变时当初压不变时2、初终参数同时改变时、初终参数同时改变时第三节、级与级组的变工况特性第三节、级与级组的变工况特性n级内压力与流量的关系级内压力与流量的关系n级组压力与流量的关系级组压力与流量的关系n各级的各级的p0-G曲线曲线n压力与流量关系式的应用压力与流量关系式的应用n级的比焓降和反动度变化规律级的比焓降和反动度变化规律n撞击损失撞击损失一、级内压力与流量的关系一、级内压力与流量的关系n级内为临界工况级内为临界工况级内的喷嘴或动叶栅两者之一的流速达到或超过临界速度。级内的喷嘴或动叶栅两者之一的流速达到或超过临界速度。结结论论：级级处处于于临临界界工工况况时时，级级的的流流量量与与滞滞止止初初压压或或初初压压成成正正比比，与与滞滞止止初初温温或或初初温温的的平平方方根根成成反反比比；不不考考虑温度变化时，流量只于滞止初压或初压成正比虑温度变化时，流量只于滞止初压或初压成正比。n级内为亚临界工况级内为亚临界工况级内喷嘴和动叶出口汽流级内喷嘴和动叶出口汽流 速度均小于临界速度的工况。速度均小于临界速度的工况。忽略温度变化：说明：说明：（1 1）级级内内未未达达到到临临界界时时，通通过过级级的的流流量量不不仅仅与与初初参参数有关，还与终参数有关；数有关，还与终参数有关；（2）流量偏离设计值越小，误差越小。）流量偏离设计值越小，误差越小。二、级组压力与流量的关系二、级组压力与流量的关系n几个概念几个概念 级级组组：一一些些流流量量相相等等，通通流流面面积积不不随随工工况况而而变变化化（或或变变化化程度相同）的依次串联排列的若干级的组合；程度相同）的依次串联排列的若干级的组合； 亚临界级组：亚临界级组：级组各级的汽流速度均小于临界速度的级组；级组各级的汽流速度均小于临界速度的级组； 临临界界工工况况级级组组：级级组组内内至至少少有有一一列列叶叶栅栅的的出出口口速速度度达达到到或或超过临界速度；超过临界速度； 级级组组临临界界压压比比：临临界界工工况况机机组组中中某某一一级级（一一般般是是最最末末级级）的的喷喷嘴嘴或或动动叶叶）流流速速刚刚达达到到临临界界速速度度时时，级级组组前前后后压压比比称称为为。n工况变化前后级组均为临界工况工况变化前后级组均为临界工况结论：结论： 级级组组为为临临界界工工况况时时，级级组组流流量量与与级级前前压压力力成成正正比比，与与级级前前绝绝对对温温度度的的平平方方根根成成反反比比；若若不不考考虑虑温温度度变变化化，则级组流量只与级组前压力成正比。则级组流量只与级组前压力成正比。n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斯托陀拉实验级数无穷大不考虑温度变化：不考虑温度变化：弗留格尔公式弗留格尔公式 给出了亚临界工况下，级组流量与压力的关系。给出了亚临界工况下，级组流量与压力的关系。 初压不变时：流量与背压为椭圆关系；初压不变时：流量与背压为椭圆关系； 背压不变时：流量与初压为双曲线关系。背压不变时：流量与初压为双曲线关系。三、各级的三、各级的p0-G曲线曲线凝汽式汽轮机末级凝汽式汽轮机末级p0-G关系关系结论：结论： 对对于于凝凝汽汽式式汽汽轮轮机机，若若所所取取级级数数较较多多时时，弗弗留留格格尔尔公公式式可可用用下下式近似：式近似：四、压力与流量关系的应用四、压力与流量关系的应用n应用条件应用条件l工况变动前后通流面积不变；工况变动前后通流面积不变；l级组内各级流量相同；级组内各级流量相同；l流过级组内各级蒸汽应是均质流；流过级组内各级蒸汽应是均质流；l弗留格尔公式适用于具有无穷多级的级组，但一般只要级数弗留格尔公式适用于具有无穷多级的级组，但一般只要级数多于多于4-5级就可以得到满意的结果。级就可以得到满意的结果。n用于运行分析用于运行分析l监视汽轮机通流部分运行是否正常；监视汽轮机通流部分运行是否正常；l可以推算不同流量（功率）时各级的压差和比焓降，从而计可以推算不同流量（功率）时各级的压差和比焓降，从而计算出相应的功率、效率及零部件的受力情况，也可以由压力算出相应的功率、效率及零部件的受力情况，也可以由压力推算出通过各级的流量。推算出通过各级的流量。五、级的比焓降和反动度变化规律五、级的比焓降和反动度变化规律变工况前变工况前变工况后变工况后一，凝汽式汽轮机一，凝汽式汽轮机 根根据据前前面面的的讨讨论论可可知知，当当工工况况变变动动时时，通通过过级级的的流流量量与与级级前前压压力力成成正比，即正比，即所以上上式式表表明明，当当工工况况变变动动时时，凝凝汽汽式式汽汽轮轮机机各各中中间间级级前前后后压压力力比比不不变变。这这样样，代代入入式式焓焓降降表表达达式式后后，级级的的理理想想焓焓降降不不变变。当当然然，级级的的速速度度比比和和级级效效率率也也不不变。变。而级的而级的内功率内功率为：为： = B G 这这就就说说明明：在在计计算算汽汽轮轮机机各各中中间间级级的的变变动动工工况况时时，不不需需要要逐逐级级进进行行详详细细计计算算，只只需需求求得得各各级级前前的的压压力力，然然后后将将热热力力过过程程曲曲线线平平移移即即可可。而而调调节节级级和和末末级级的的变动工况，则要进行详细计算。变动工况，则要进行详细计算。结论：结论：l凝凝汽汽式式汽汽轮轮机机初初压压、背背压压均均与与流流量量成成正正比比的的非非调调节节级级，流量变化时级的理想比焓降基本不变；流量变化时级的理想比焓降基本不变；l对对凝凝汽汽式式汽汽轮轮机机的的末末级级， 处处，虽虽p0正正比比于于G，但但背背压压pc不不与与G成成正正比比，若若pc不不变变，则则流流量量增增大大，比焓降比焓降增大；反之，流量减小，增大；反之，流量减小，比焓降比焓降减小；减小；l对对凝凝汽汽式式汽汽轮轮机机的的末末级级， 处处，虽虽p0与与G的的关系为双曲线关系，流量下降时，关系为双曲线关系，流量下降时，比焓降比焓降减得稍慢。减得稍慢。二，背压式汽轮机1，如如果果背背压压式式汽汽轮轮机机最最后后一一级级达达临临界界，则则各各级级前前的的压压力力与与流流量量成成正正比比。其其焓降、效率、反动度、功率的变化规律和凝汽式汽轮机各中间级一样。焓降、效率、反动度、功率的变化规律和凝汽式汽轮机各中间级一样。2，但但是是，背背压压式式汽汽轮轮机机的的末末级级一一般般不不会会达达临临界界，其其压压力力与与流流量量的的关关系系应应按按弗留格尔公式进行计算弗留格尔公式进行计算推导得：推导得： 上上式式表表明明，当当背背压压不不变变时时，背背压压式式汽汽轮轮机机各各级级前前压压力力与与流流量量的的关关系系按按双双曲曲线线规律变化规律变化。离末级越远，越近于直线。离末级越远，越近于直线。从图上分析：从图上分析：1，对对于于背背压压式式汽汽轮轮机机的的前前几几级级，当当工工况况偏偏离离设设计计值值不不远远时时，级级前前压压力力与与流流量量的关系近于直的关系近于直 线线；2，当流量在设计值附近变化时，当流量在设计值附近变化时，可认为各中间级焓降不变，或变化很小可认为各中间级焓降不变，或变化很小；3，当，当流量变化较大时流量变化较大时，各级焓降都要变化，并且最后一、二级变化最大。，各级焓降都要变化，并且最后一、二级变化最大。n总结：总结：l采采用用喷喷嘴嘴调调节节的的凝凝汽汽式式汽汽轮轮机机，当当流流量量改改变变时时，比比焓焓降降的的变变化化主主要要发发生生在在调调节节级级和和最最后后一一级级中中；所所有有中中间间级级在在流流量量变变化化时时，比比焓焓降降近近乎乎不不变变；但但在在低低负负荷荷时时，中中间间级级比比焓焓降降也也会会变变小。小。l当当流流量量增增加加时时，调调节节级级焓焓降降减减小小，末末级级焓焓降降增增加加，各各中中间间级级焓降近乎不变；焓降近乎不变；l当当流流量量减减小小时时，调调节节级级焓焓降降增增大大，末末级级焓焓降降减减小小，各各中中间间级级焓降近乎不变；焓降近乎不变；l背背压压式式汽汽轮轮机机除除调调节节级级比比焓焓降降变变化化外外，最最后后几几级级的的比比焓焓降降也也发生变化，负荷变化越大，则受影响的级数越多。发生变化，负荷变化越大，则受影响的级数越多。n级的反动度变化规律级的反动度变化规律l固固定定转转速速汽汽轮轮机机反反动动度度变变化化主主要要由由级级的的比比焓焓降降变变化引起；化引起；l级级的的比比焓焓降降减减小小，即即速速比比xa增增大大时时，反反动动度度增增大大；级的比焓降增大，即速比级的比焓降增大，即速比xa减小时，反动度减小；减小时，反动度减小；l设设计计反反动动度度较较小小的的级级，比比焓焓降降变变化化时时，反反动动度度变变化化较较大大；反反之之，变变化化较较小小；反反动动级级的的反反动动度度基基本本不变；不变；l凝凝汽汽式式汽汽轮轮机机末末级级（临临界界工工况况），流流量量不不变变，pc降低，反动度增大；降低，反动度增大；pc 升高，反动度减小。升高，反动度减小。n撞击损失撞击损失设设计计工工况况下下，汽汽流流进进入入动动叶叶栅栅相相对对运运动动方方向向角角与与动动叶叶几几何何进进口角应一致；口角应一致；变变工工况况时时，当当比比焓焓降降变变化化，二二者者不不再再一一致致，使使汽汽流流进进入入动动叶叶的的相相对对运运动动方方向向改改变变，从从而而使使动动叶叶附附面面层层厚厚度度改改变变，叶叶型型损失增加，这一增加损失称为撞击损失。损失增加，这一增加损失称为撞击损失。近似公式：近似公式：六、撞击损失六、撞击损失 撞击损失的形成图撞击损失的形成图(a)比焓降减小；(b)比焓降增大 第四节第四节 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n配汽方式概述配汽方式概述n节流配汽节流配汽n喷嘴配汽喷嘴配汽n调节级压力与流量关系调节级压力与流量关系n配汽方式对定压运行级组变工况的影响配汽方式对定压运行级组变工况的影响n轴向推力的变化规律轴向推力的变化规律一、配汽（调节）方式概述一、配汽（调节）方式概述n配配汽汽机机构构：汽汽轮轮机机通通流流部部分分是是按按经经济济功功率率设设计计的的，设设计计中中，外外界界负负荷荷不不断断改改变变，为为保保证证机机组组出出力力与与用用户户所所需需功功率率相相适适应应，需需利利用用配配汽汽机机构构改变机组的出力；改变机组的出力；n配配汽汽方方式式：根根据据改改变变对对象象（流流量量或或理理想想比比焓焓降降）不不同同，配配汽汽方方式式有有节节流流配配汽汽、喷喷嘴嘴配配汽汽、旁旁通通配汽等。配汽等。二、节流配汽二、节流配汽(调节调节)1、节节流流调调节节定定义义：这这种种调调节节方方式式就就是是用用一一个个（或或两两个个）调调节节阀阀对对进进入入汽汽轮轮机机的的全全部部进进汽汽量量D0进进行行调调节节。当当功功率率增增加加时时，开开大大调调节节阀阀的的开开度度（L）。在在额额定定工工况况下下，全全开开（L=1）。当当功功率率减减小小时时，关关小小调调节节阀阀的的开开度度（L），进进入入汽汽轮轮机机的的全全部部进进汽汽量量都都受受到到节节流流作作用用。当当机机组组功率变化时，流量和焓降都要变化。功率变化时，流量和焓降都要变化。2 2、节流调节热力过程线、节流调节热力过程线3、节流调节的效率节流调节的效率 蒸蒸汽汽经经节节流流之之后后，焓焓值值不不变变压压力力降降低低（ 降降到到 ），节流后的内效率为：），节流后的内效率为： 式中，式中， 通流部分的相对内效率；通流部分的相对内效率； 调调节节阀阀的的节节流流效效率率，为为部部分分开开启启和和全全开时理想焓降之比。开时理想焓降之比。三、喷嘴配汽三、喷嘴配汽1 1、定义：、定义： 这这是是一一种种应应用用最最广广泛泛的的调调节节方方式式。每每一一个个调调节节阀阀控控制制一一组组喷喷嘴嘴组组。中中小小型型机机组组一一般般有有3-73-7个个调调节节阀阀，大大型型机机组组一般有一般有4 4个调节阀。个调节阀。 在在这这种种调调节节方方式式中中，机机组组运运行行时时，只只有有一一组组喷喷嘴嘴的的蒸蒸汽汽受受到到节节流流作作用用，节节流流损损失失小小。第第四四调调节节阀阀一一般般是是在在过过负负荷时（或者在初参数降低而要求发额定负荷时）才使用。荷时（或者在初参数降低而要求发额定负荷时）才使用。2 2、喷嘴调节热力过程线、喷嘴调节热力过程线3、调节级的内效率：调节级的内效率：根据根据热力过程曲线，有：热力过程曲线，有：热平衡：热平衡： 混合后的焓值：混合后的焓值： 四、调节级压力与流量关系四、调节级压力与流量关系简化的调节级的压力与流量关系简化的调节级的压力与流量关系1、级后温度的影响、级后温度的影响2、反动度的影响、反动度的影响3、调节汽门重叠度的影响、调节汽门重叠度的影响4、主、主/调节汽门节流损失的影响调节汽门节流损失的影响五、配汽方式对定压运行级组变工况的影响五、配汽方式对定压运行级组变工况的影响n定压运行定压运行 通通过过改改变变主主蒸蒸汽汽流流量量来来适适应应外外界界负负荷荷变变化化的的运运行行方方式式。在在该该方方式式下下，在在汽汽轮轮机机负负荷荷变变化化范范围围内内， 主主蒸蒸汽汽压压力力和和温温度度参参数数都都保保持持额额定定值值，不不予改变。予改变。n定压运行调节方式定压运行调节方式l节流调节节流调节l喷嘴调节喷嘴调节l节流节流- -喷嘴混合调节喷嘴混合调节六、轴向推力的变化规律六、轴向推力的变化规律n冲动式汽轮机冲动式汽轮机l凝汽式汽轮机凝汽式汽轮机（1）节节流流配配汽汽凝凝汽汽式式：除除了了最最末末一一、二二级级外外，各各级级焓焓降降和和反反动动度度近近似似不不变变，可可导导出出轴轴向向推推力力与与功功率率（流流量量）成成正正比比；但但最最末末一一、二二级级焓焓降降和和反反动动度度要要变变化化，但但对对总总推推力力影影响响不不大大。因因此，最大轴向推力发生在最大功率时；此，最大轴向推力发生在最大功率时；（2）喷喷嘴嘴配配汽汽凝凝汽汽式式：在在工工况况变变动动时时，压压力力级级焓焓降降和和反反动动度度近近似似不不变变，可可导导出出轴轴向向推推力力与与功功率率（流流量量）成成正正比比；而而调调节节级级的的轴轴向向推推力力变变化化复复杂杂，但但对对总总的的轴轴向向推推力力影影响响不不大大。因因此此，最大轴向推力发生在最大功率时。最大轴向推力发生在最大功率时。n背压式汽轮机背压式汽轮机q（1）调节级的轴向推力变化同上；）调节级的轴向推力变化同上；q（2）压力级的轴向推力不与流量成正比，最大轴向）压力级的轴向推力不与流量成正比，最大轴向推力发生在中间负荷推力发生在中间负荷。n反动式汽轮机反动式汽轮机n对于反动式汽轮机，由于设计反动度大，因此变对于反动式汽轮机，由于设计反动度大，因此变化小。轴向推力只与动叶前后压力差成正比，最化小。轴向推力只与动叶前后压力差成正比，最大轴向推力发生在最大功率时。大轴向推力发生在最大功率时。结论：结论：（1）汽轮机轴向推力变工况计算相当复杂，难以计算准确。）汽轮机轴向推力变工况计算相当复杂，难以计算准确。（2）在实际运行中，常用测量推力轴承工作瓦块温升的方法监）在实际运行中，常用测量推力轴承工作瓦块温升的方法监视轴向推力的变化。视轴向推力的变化。七、蒸汽量调节方式的比较和选择七、蒸汽量调节方式的比较和选择1、调节方式的选择：、调节方式的选择：（1）承担基本负荷的机组：要求效率高，多采用节流调节和单列级作调）承担基本负荷的机组：要求效率高，多采用节流调节和单列级作调 节级的喷嘴调节方式；节级的喷嘴调节方式；（2）承担尖峰负荷的机组：要求负荷适应性好，当工况变动时效率）承担尖峰负荷的机组：要求负荷适应性好，当工况变动时效率 变化不大，常选用双列级作调节级的喷嘴调节方式。变化不大，常选用双列级作调节级的喷嘴调节方式。（3）背压机：采用喷嘴调节方式。）背压机：采用喷嘴调节方式。2、调节级焓降大小的选用、调节级焓降大小的选用：调节级焓降大小对机组经济性影响很大：调节级焓降大小对机组经济性影响很大： 设计工况下，调节级设计工况下，调节级焓降大焓降大（ ），流量减小时），流量减小时焓降变化焓降变化（ ）小；）小； 设计工况下，调节级设计工况下，调节级焓降小焓降小（ ），流量减小时），流量减小时焓降变化焓降变化（ ）大；）大；* 承担承担基本负荷基本负荷的机组，运行时，负荷变化不大，则调节级焓降应取小些，的机组，运行时，负荷变化不大，则调节级焓降应取小些， 以求较高的效率；以求较高的效率；* 承担承担尖峰负荷尖峰负荷的机组，运行时，负荷变化大，则调节级焓降应取大些（双的机组，运行时，负荷变化大，则调节级焓降应取大些（双 列级），使之在工况变动时，调节级焓降变化不大，效率变化不大。列级），使之在工况变动时，调节级焓降变化不大，效率变化不大。第五节第五节 滑压运行的经济性与安全性滑压运行的经济性与安全性n火电机组的调峰运行方式火电机组的调峰运行方式n滑压运行方式滑压运行方式n机组滑压运行的热经济性机组滑压运行的热经济性n滑压运行机组的安全性与灵活性滑压运行机组的安全性与灵活性一、火电机组的调峰运行方式一、火电机组的调峰运行方式n两班制运行调峰方式两班制运行调峰方式n少汽（无汽）空负荷运行调峰方式少汽（无汽）空负荷运行调峰方式n变负荷运行调峰方式变负荷运行调峰方式二、滑压运行方式二、滑压运行方式n滑压运行定义滑压运行定义汽汽轮轮发发电电机机组组在在额额定定出出力力以以下下，如如带带额额定定负负荷荷的的1/2或或1/3等等部部分分负负荷荷下下运运行行时时，保保持持调调节节汽汽门门全全开开或或开开度度不不变变，根根据据负负荷荷大大小小调调节节进进入入锅锅炉炉的的燃燃料料量量、给给水水量量、空空气气量量，使使锅锅炉炉出出口口汽汽压压和和流流量量随随负负荷荷升升降降而而升升降降，但但出出口口汽汽温温不不变变，因因而而汽汽轮轮机机进进汽汽温温度度不不变变，而而进进汽汽压压力力、流流量量随随负负荷荷的的升升降降而而增增减减，以以调调节节汽汽轮轮机机的的功功率率。也也称称变变压压运运行行、低低压压运运行行或减压运行。或减压运行。n分类分类l纯滑压运行纯滑压运行l节流滑压运行节流滑压运行l复合滑压运行复合滑压运行三、机组滑压运行的热经济性三、机组滑压运行的热经济性分析经济性四因素：分析经济性四因素：n循环热效率降低循环热效率降低n高压缸内效率提高高压缸内效率提高n给水泵动力消耗减小给水泵动力消耗减小n再再热热蒸蒸汽汽温温度度升升高高引引起起热效率提高热效率提高当当第第一一项项小小于于后后三三项项之之和和时时采用滑压运行经济。采用滑压运行经济。 结结论论：主主汽汽压压力力为为临临界界压压力力以以下下的的机机组组不不适适宜宜采采用滑压运行用滑压运行四、滑压运行机组的安全性与灵活性四、滑压运行机组的安全性与灵活性运行安全性与灵活性运行安全性与灵活性部分负荷下，蒸汽压力降低，而温度基本不变，因此当负荷变化，尤其在机组启、停时，汽轮机金属温度变化小，可以减小热应力和热变形，提高机组运行的安全性和快速加减负荷的性能，缩短机组启、停时间，延长使用寿命。喷嘴配汽喷嘴配汽：A1B1C1A1B2C2A1B3C3滑压运行滑压运行：A1D1A2D2A3D3第六节第六节 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n初终参数变化过大对安全性的影响初终参数变化过大对安全性的影响lp0、pr变化过大对安全性影响变化过大对安全性影响l蒸汽温度蒸汽温度t0、tr变化过大对安全性的影响变化过大对安全性的影响l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安全性的影响n初终参数变化对汽轮机功率的影响初终参数变化对汽轮机功率的影响l初压初压p0改变对汽轮机功率的影响改变对汽轮机功率的影响l蒸汽温度蒸汽温度t0改变对汽轮机功率的影响改变对汽轮机功率的影响l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 工工况况变变动动时时，除除流流量量变变化化之之外外，汽汽轮轮机机的的初初终终参参数数也也有有变变动动。当当初初终终参参数数变变化化超超过过一一定定范范围围后后，不不仅仅影影响响机机组组的的经经济济性性，对对机机组组的安全也会有影响。的安全也会有影响。一、初温、背压不变，初压变化对功率的影响一、初温、背压不变，初压变化对功率的影响蒸蒸汽汽初初压压的的变变化化，将将会会引引起起进进汽汽量量、理理想想焓焓降降和和内内效效率率的的变变化化。汽轮机汽轮机 的内功率为：的内功率为： 当初压变化不大时，汽轮机的内功率变化为：当初压变化不大时，汽轮机的内功率变化为： （一）（一）当初压变化而调节阀开度不变，当初压变化而调节阀开度不变， 进行简化、推导可得： 相对值相对值：上上式式表表明明，当当初初温温、背背压压不不变变时时，功功率率变变化量（化量（ ）正比于初压改变量）正比于初压改变量（ ），而而背背压压越越高高，初初压压对对功功率率的的影影响响就就越越大大，即即对对背背压压机机影影响响更更大大。如如图图所所示示，在在不不同同背背压压下下，功功率率增增加加与与初初压压的的关系。关系。（二）（二）初压（初压（ ）变化，保持流量（）变化，保持流量（D D）不变）不变1，对对于于喷喷嘴嘴调调节节汽汽轮轮机机来来说说：初初压压（ ）变变化化，保保持持流流量量（D）不不变变，则则必必需需改改变变调调节节阀阀的的开开度度。若若忽忽略略节节流流损损失失，则则功功率率要要改改变变，这这种种功功率率要要改改变变是焓降变化所引起的，则是焓降变化所引起的，则 或者或者 2, 对对于于节节流流调调节节汽汽轮轮机机来来说说，当当初初压压（ ）变变化化，流流量量（D）不不变变，必必需需改改变变调调节节阀阀的的开开度度，则则第第一一级级前前的的压压力力不不变变。因因此此，理理想想焓焓降降不不变变。初初压压变变化化不会引起功率变化，但有节流损失。不会引起功率变化，但有节流损失。3，对对于于中中间间再再热热机机组组，初初压压（ ）变变化化只只会会对对高高压压缸缸起起作作用用。而而高高压压缸缸的的功率一般只占总功率的功率一般只占总功率的1/41/3，对功率影响不大。，对功率影响不大。（三）（三）初压（初压（ ）变化，要求功率（）变化，要求功率（ ）不变，则流量要变化）不变，则流量要变化 所以：所以： 或者或者 上上式式表表明明，当当上上升升，理理想想焓焓降降增增加加，效效率率 提提高高，流流量量D减减少少。当当忽忽略略效效率率变化时，上式为：变化时，上式为： 二、初压、背压不变，初温变化对功率的影响二、初压、背压不变，初温变化对功率的影响当当初初温温在在一一定定范范围围内内变变化化时时，要要影影响响功功率率；初初焓焓变变化化，也也会会影影响响蒸蒸汽汽在在锅锅炉内的吸热量炉内的吸热量Q。（一）（一）蒸汽总吸热量蒸汽总吸热量Q Q不变不变这时，功率为这时，功率为 当初温变化时，理想焓降当初温变化时，理想焓降 、初焓、初焓 和效率和效率 都要变化。都要变化。 对上式进行推导得：对上式进行推导得： （390）（二）（二）调节阀的开度不变调节阀的开度不变这种情况下，初温变化对功率的影响为：这种情况下，初温变化对功率的影响为： 其中，其中， 。（三）（三）流量保持不变流量保持不变 这种情况下，初温变化对功率的影响为：这种情况下，初温变化对功率的影响为： （四）（四）初温变化对机组安全的影响：初温变化对机组安全的影响： 初初温温变变化化对对机机组组安安全全的的影影响响，主主要要对对主主汽汽阀阀、调调节节阀阀、调调节节级的影响，引起较大的热应力。级的影响，引起较大的热应力。三、初压、初温不变，背压变化对功率的影响三、初压、初温不变，背压变化对功率的影响 背背压压变变化化对对汽汽轮轮机机的的影影响响主主要要在在末末级级。为为了了方方便便，假假定定在在设设计计工工况况下下，末末级级级级后后压压力力为为临临界界压压力力（ ）。工工况况变变化化后后有有两两种种情情况况：（1）末末级级级级后后压压力由临界压力（力由临界压力（ ）上升；（）上升；（2）末级级后压力由临界压力（）末级级后压力由临界压力（ ）下降。）下降。通常， =320 m/s， ，所以，（一）（一）背压由临界压力（背压由临界压力（ ）上升）上升当当背背压压由由临临界界压压力力（ ）上上升升到到 时时，（1）级级的的焓焓降降（ ）减减少少；（2）余余速速损损失失改改变变；（3）级级效效率率改改变变；（4）凝凝结结水水温温度度改改变变。这这四四方方面面都都会引起功率变化，最后可得：会引起功率变化，最后可得：（3100）对对于于凝凝汽汽机机组组， 为为常常数数（370m/s）， 、 u 、k、 为为定定值值，则则由由上上式式可可得得单单位位流流量量的的功功率率增增量量（ ）只只与与压力比（压力比（ ）有关。）有关。 = f ( ) 结合式（结合式（395），有），有 因因此此，根根据据不不同同的的( )，就就可可以以算算出出相相应应的的功功率率增增量量（ ）。）。（二）（二）背压由临界压力（背压由临界压力（ ）下降：）下降： 当当背背压压由由临临界界压压力力（ ）下下降降时时，使使汽汽流流在在动动叶叶的的斜斜切切部部分分膨膨胀胀，反反动动度度增增加加， 发发生生偏偏转转，变变成成（ + ）。对对喉喉部部前前的的流流动动没没有有影影响响。因因此此，功功率率变变化化只只是是由由于于 的的大大小小和和方方向向改改变变所所引引起起的的，经经过过推推导导可可得得：对对于于一一定定机机组组，当当背背压压由由临临界界压压力力（ ）下下降降时时，所所引引起起单单位位流流量量的的功功率率变化变化为：为：（三）通用曲线（三）通用曲线 从从以以上上分分析析，当当背背压压变变动动时时，单单位位蒸蒸汽汽流流量量的的功功率率变变化化均均与与（ ）有有关关。为为了了方方便便，将将上上述述两两种种情情况况绘绘成成统统一一的的曲曲线线。这这条条曲曲线线具具有有通通用用性性，如如图图366所所示示：BA线线，按按背背压压上上升升的的情情况况绘绘制制，BD线线，按按背背压压下下降降的的情情况况绘绘制制；C 点点对对应应喷喷嘴嘴斜斜切切部部分分刚刚好好用用完完的的极极限限状状态态。从从C点点起起，再再继继续续降降低低背背压，功率不再增加。压，功率不再增加。在在BA段，段， ，功，功 率呈直线下降；率呈直线下降；在在BC段，段， ，功，功 率增加，到率增加，到C 点点 为止，其后不再增加。为止，其后不再增加。第七节第七节 凝汽式汽轮机的工况图凝汽式汽轮机的工况图n汽轮机工况图定义汽轮机工况图定义 汽汽轮轮发发电电机机的的功功率率与与汽汽耗耗量量之之间间的的关关系系为为称称汽汽轮轮机机的的汽汽耗耗特特性性，表表示示这这种种关关系系的的曲曲线线称称为为汽汽轮轮机机的工况图的工况图 。 凝凝汽汽式式汽汽轮轮机机的的汽汽耗耗特特性性随随其其调调节节方方式式不不同同而而有有不不同同的的特特点点。实实际际汽汽轮轮机机的的汽汽耗耗特特性性可可通通过过汽汽轮轮机的变工况计算或汽轮机的热力试验确定。机的变工况计算或汽轮机的热力试验确定。 节流配汽节流配汽 喷嘴配汽喷嘴配汽n节流配汽凝汽式汽轮机工况图节流配汽凝汽式汽轮机工况图 汽耗特性方程：汽耗特性方程：DDnl+d1Pel 结论：结论： 初初终终参参数数相相同同的的同同类类型型机机组组并并列列运运行行时时，应应让让d1较较小小的的机机组组多多带带负负荷荷，才才能能使使总总的的汽汽耗耗量量最小。最小。n喷嘴配汽凝汽式汽轮机工况图喷嘴配汽凝汽式汽轮机工况图汽耗特性方程：汽耗特性方程： DDnl+d1Pel ， PelPel,e (JK段段)n蒸汽量调节方式的比较与选择蒸汽量调节方式的比较与选择（1）节流调节在最大工况下具有最高的经济性；）节流调节在最大工况下具有最高的经济性；（2）喷嘴调节在经济功率经济性比节流调节好，超过经济负荷）喷嘴调节在经济功率经济性比节流调节好，超过经济负荷或在部分负荷下经济性虽降低，但下降程度比较平缓。或在部分负荷下经济性虽降低，但下降程度比较平缓。采用不同调节方式的汽轮机的特性曲线采用不同调节方式的汽轮机的特性曲线 n喷嘴数目越多，调节级的节流损失越小，经济性越高；喷嘴数目越多，调节级的节流损失越小，经济性越高；n调调节节阀阀数数目目的的增增加加，必必然然使使汽汽轮轮机机的的结结构构复复杂杂，增增加加了了制制造成本，总的经济效益相对减小造成本，总的经济效益相对减小采用不同数目调节阀的喷嘴调节与节流调节时的汽耗量比较采用不同数目调节阀的喷嘴调节与节流调节时的汽耗量比较 n设计工况下，调节级比焓降越小，汽轮机流量减小时，调节设计工况下，调节级比焓降越小，汽轮机流量减小时，调节级比焓降变化就越大，效率降低越多；级比焓降变化就越大，效率降低越多；n经济工况下调节级的比焓降选得越大，变工况下，比焓降的经济工况下调节级的比焓降选得越大，变工况下，比焓降的变化越小，效率就比较稳定。变化越小，效率就比较稳定。调节级汽室压力与流量关系曲线图调节级汽室压力与流量关系曲线图 调节级效率与流量的关系曲线调节级效率与流量的关系曲线 n总结总结l喷喷嘴嘴调调节节只只有有当当调调节节级级的的比比焓焓降降很很大大时时才才显显示示出出它它的的优优越越性性，故故担担负负尖尖峰峰负负荷荷的的机机组组宜宜采采用用具具有有双双列列调节级的喷嘴调节；调节级的喷嘴调节；l担担负负基基本本负负荷荷的的机机组组，由由于于负负荷荷比比较较稳稳定定，为为了了保保证证其其有有较较高高的的效效率率，常常采采用用节节流流调调节节或或具具有有单单列列调调节级的喷嘴调节；节级的喷嘴调节；l背背压压汽汽轮轮机机由由于于背背压压高高，节节流流损损失失影影响响大大，应应采采用用喷嘴调节。喷嘴调节。 结结 束！束！