第三章：變工況運(yùn)行2014

1、第三章 汽輪機(jī)在變工況下的工作第一講 級(jí)與級(jí)組的工況變化3.1 噴嘴非設(shè)計(jì)工況運(yùn)行特性n基本關(guān)系n初參數(shù)不變 最大流量不變n初、終參數(shù)變化 最大流量改變00max0nGG10010000max0000000.6673/過 熱2/10.6356/飽和kknntnnApvGAkpvkApv1100GG00max101001000max 0001001nnGpTpTGpTpTm ax 11100m ax 0nnGGGG3.2.1 級(jí)的壓力級(jí)的壓力流量特性流量特性n 臨界工況 工況變化前、后噴嘴或動(dòng)葉均為臨界，通過級(jí)的流量?jī)H與進(jìn)口初參數(shù)有關(guān)。噴嘴臨界 變化前后噴嘴均臨界，級(jí)后壓力變化不影響噴嘴流量，僅

2、與噴嘴前參數(shù)有關(guān)。第一講 級(jí)與級(jí)組的工況變化0010 100000 1c rc rGpTGpT動(dòng)葉臨界 變化前后動(dòng)葉均臨界，級(jí)后壓力變化不影響動(dòng)葉流量，僅與噴嘴前參數(shù)有關(guān)。 對(duì)動(dòng)葉對(duì)噴嘴n 級(jí)的臨界公式（結(jié)論記）第一講 級(jí)與級(jí)組的工況變化00111111100111111crcrGpTpTGpTpT000101111100001111pTGpTGpTpT001010101000001001crcrGpTpTGpTpTn亞臨界工況 變化前后噴嘴、動(dòng)葉均為亞臨界（過程不用記） 假想流量 整級(jí)膨脹發(fā)生在噴嘴中真實(shí)流量第一講 級(jí)與級(jí)組的工況變化22annttGAh202000.6481cacrncpp

3、pGGAvpp12021121211tttnnttnnttmamtvGAcAhGv 流量、壓力關(guān)系（結(jié)論）(不用記憶)u注意：級(jí)臨界壓比不等于0.546簡(jiǎn)化模型 比容變化較小、反動(dòng)度基本不變，并略去小量 第一講 級(jí)與級(jí)組的工況變化1112 11 0102 01 10002220121012102 11 02220202012 01 111()()/(1)1()()/(1)1amttttamscscmttscscmttGvvGGvvGppppTvvppppTvv220121012200201ppTGGppTn混合工況 對(duì)工況變化前后臨界狀態(tài)發(fā)生變化，以臨界工況為分界點(diǎn)，作分步計(jì)算。n級(jí)變工況特性

4、小結(jié) 臨界亞臨界第一講 級(jí)與級(jí)組的工況變化001010101000001001crcrGpTpTGpTpT220121012200201ppTGGppT3.2.2 級(jí)組的壓力級(jí)組的壓力流量特性流量特性n級(jí)組 由前后串聯(lián)排列、流量相等的若干級(jí)組成n臨界工況 級(jí)組內(nèi)只要有一列葉柵(噴嘴或動(dòng)葉)達(dá)到臨界時(shí)，則該級(jí)組為臨界工況。否則，為亞臨界工況。第一講 級(jí)與級(jí)組的工況變化nstodola試驗(yàn) 上世紀(jì)20年代初，stodola在一臺(tái)轉(zhuǎn)速為4000rpm、8級(jí)反動(dòng)式汽輪機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，研究非設(shè)計(jì)工況下流量、功率與初壓、背壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系低背壓時(shí)，機(jī)組的流量近似正比于初壓，且中間級(jí)的級(jí)前壓力正比例于初壓；電功率近

5、似正比于初壓；初壓不變時(shí)高背壓變化，流量與背壓呈橢圓關(guān)系；反之，高背壓不變時(shí)，則流量與初壓呈雙曲線關(guān)系。第一講 級(jí)與級(jí)組的工況變化nstodola試驗(yàn)的數(shù)學(xué)描述（不用記憶）低背壓時(shí)，級(jí)組的流量正比于初壓，即 ； 考慮溫度變化的影響，則電功率比例于初壓 功率比例于流量，流量比例于 初壓第一講 級(jí)與級(jí)組的工況變化01100pGGp01010001pTGGpT01100pGGp高背壓變化時(shí)高背壓下初壓變化時(shí)第一講 級(jí)與級(jí)組的工況變化22201110zpGpGKK0220011zTKpp T22201110zpGpKGK第一講 級(jí)與級(jí)組的工況變化nFlugel公式級(jí)組臨界 級(jí)組中只要有1個(gè)葉柵達(dá)到臨界

6、。(低壓級(jí)容易達(dá)到臨界)臨界工況 臨界級(jí) 前一級(jí)為亞臨界以此類推，得到11cxcxGpGp1,11122122xxxxccppGGpp1,1111xcxcxxpGpGpp第一講 級(jí)與級(jí)組的工況變化級(jí)組臨界工況 壓力、流量特性亞臨界工況 基于單級(jí)亞臨界關(guān)系作遞推，在各級(jí)初溫相對(duì)變化相等假設(shè)下，得1010001ccGpTGpT102201012201zzppTGGppT第一講 級(jí)與級(jí)組的工況變化nFlugel公式的應(yīng)用 使用條件亞臨界通流面積不變級(jí)組中各級(jí)流量相等，且蒸汽充滿流道級(jí)數(shù)足夠多(45級(jí)以上)22201210121122200202()()/(1)()()/(1)gcrgcrgcrgcr

7、ppppGGpppp第一講 級(jí)與級(jí)組的工況變化nFlugel公式的推廣應(yīng)用非調(diào)整抽汽回?zé)峒?jí)組 非調(diào)整抽汽級(jí)組的抽汽量通常比例于主流流量，即對(duì)這2個(gè)級(jí)組分別用Flugel公式，得121,(1)exGkG Gk G222211112222ACBCACBCpppppppp22111220ACACppGGpp第一講 級(jí)與級(jí)組的工況變化通流面積按比例變化 因均勻性結(jié)垢使通流面積按比例減小時(shí)，按可比的單位面積流量進(jìn)行計(jì)算。0101100001/pTGAGApT0011010pTAApT第一講 級(jí)與級(jí)組的工況變化例：某凝汽式汽輪機(jī)，額定蒸汽流量為132.6t/h，調(diào)節(jié)級(jí)汽室壓力為1.67MPa。當(dāng)機(jī)組流量降

8、為90t/h時(shí)，試問此時(shí)調(diào)節(jié)級(jí)汽室的壓力為多少？又，壓力級(jí)結(jié)垢通流面積減少5%后，蒸汽量90t/h下調(diào)節(jié)級(jí)汽室壓力是多少？分析思路 將通流部分分為調(diào)節(jié)級(jí)和其后的壓力級(jí)；凝汽式意味著背壓遠(yuǎn)低于初壓。第一講 級(jí)與級(jí)組的工況變化解：(1) 對(duì)壓力級(jí)，不計(jì)背壓和溫度變化的影響。有(2)結(jié)垢后通流面積減少5，則0101101090,1.133132.61.67ppGpMpaGp010111010/901,1.193/132.60.951.67ppGApMpaGAp第一講 級(jí)與級(jí)組的工況變化級(jí)數(shù)增、減時(shí)流量和壓力關(guān)系 實(shí)際應(yīng)用中，因某種需要拆除某個(gè)級(jí)，此時(shí)要求分析拆除后對(duì)一些級(jí)的強(qiáng)度的影響。對(duì)這類綜合應(yīng)用

9、問題，分析的原則是合理劃分級(jí)組，從結(jié)構(gòu)沒有改變的級(jí)組開始計(jì)算。第一講 級(jí)與級(jí)組的工況變化例：某凝汽式汽輪機(jī)共有10級(jí)，第6級(jí)因故障被迫拆除。試問拆除后若流量仍為設(shè)計(jì)值，則調(diào)節(jié)級(jí)汽室的壓力變化多少？哪個(gè)級(jí)所受影響最大？級(jí)次調(diào)節(jié)2345678910級(jí)后壓力1.176MPa0.862MPa0.612MPa0.426MPa0.282MPa0.179MPa0.104MPa62.2kPa32.3kPa4.9kPa第一講 級(jí)與級(jí)組的工況變化分析：將結(jié)構(gòu)不變的級(jí)分為一組。解：本例分為3個(gè)級(jí)組，第I級(jí)組是調(diào)節(jié)級(jí)到第5級(jí)，第II級(jí)為第6級(jí)，第III級(jí)組為第710級(jí)。 (1) 拆除第6級(jí)后，流量不變，故第III級(jí)組

10、前的壓力不會(huì)變化。第I級(jí)組后壓力由原0.282MPa變?yōu)?.179MPa， 由級(jí)組壓力、流量特性關(guān)系求調(diào)節(jié)級(jí)后壓力變化010122226012222050.1791,1.15561.1760.282ppppMPapp第一講 級(jí)與級(jí)組的工況變化(2) 顯然，在拆除第6級(jí)后，對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)汽室的影響較小，受影響最大者為第5級(jí)，因?yàn)?即第5級(jí)的壓差由0.144MPa上升到0.18559MPa，約增大28.9%。離第6級(jí)越遠(yuǎn)，所受影響就越小。412222641412222450.1791,0.364590.4260.282ppppMPapp第二講 汽輪機(jī)的配汽方式和調(diào)節(jié)級(jí)的變工況3.3 功率調(diào)節(jié)的配汽方式及

11、其運(yùn)行特性n汽輪機(jī)配汽 改變汽輪機(jī)的改變進(jìn)汽量和焓降來改變功率輸出。n主要方式 節(jié)流配汽、噴嘴配汽、滑壓配汽和補(bǔ)汽(旁通)配汽。3.3.1 節(jié)流配汽 n原理 利用調(diào)節(jié)汽閥節(jié)流降壓改變進(jìn)汽量和焓降。n特點(diǎn) 通流部分結(jié)構(gòu)不變和效率及熱狀態(tài)基本不變，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)流損失大，效率低。第二講 汽輪機(jī)的配汽方式和調(diào)節(jié)級(jí)的變工況3.3.2 噴嘴配汽噴嘴配汽n原理 多個(gè)調(diào)節(jié)汽門順序開啟改變進(jìn)汽量，僅有一個(gè)調(diào)門節(jié)流提高效率。n特點(diǎn) 設(shè)有部分進(jìn)汽調(diào)節(jié)級(jí)，多個(gè)調(diào)門，部分節(jié)流理想焓降基本不變，效率高，調(diào)節(jié)級(jí)后溫度變化大。第二講 汽輪機(jī)的配汽方式和調(diào)節(jié)級(jí)的變工況第二講 汽輪機(jī)的配汽方式和調(diào)節(jié)級(jí)的變工況第二講 汽輪機(jī)的配汽

12、方式和調(diào)節(jié)級(jí)的變工況第二講 汽輪機(jī)的配汽方式和調(diào)節(jié)級(jí)的變工況n閥點(diǎn)時(shí)的熱力過程分析閥點(diǎn) 調(diào)節(jié)汽門順序開啟過程中，調(diào)門全開、沒有節(jié)流損失對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。I閥點(diǎn)，II閥點(diǎn)方法 通流部分分為調(diào)節(jié)級(jí)和非調(diào)級(jí)組兩部分，且假設(shè)調(diào)節(jié)級(jí)的反動(dòng)度為零。注意：調(diào)節(jié)級(jí)后壓力是分析、計(jì)算的關(guān)鍵點(diǎn) ! 閥點(diǎn)時(shí)的熱力過程線第二講 汽輪機(jī)的配汽方式和調(diào)節(jié)級(jí)的變工況10111110111TGpGpTIII閥點(diǎn)II閥點(diǎn)IV閥點(diǎn)隨流量減小，調(diào)節(jié)級(jí)后溫度降低、效率下降例：某設(shè)有4個(gè)調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴組的凝汽式汽輪機(jī)，主蒸汽 ，噴嘴組的噴嘴數(shù)依次為4、4、6、8設(shè)計(jì)工況下4個(gè)調(diào)門全開，額定流量 ， 此時(shí)調(diào)節(jié)級(jí)后壓力為10.0MPa。試求I、II、

13、III閥點(diǎn)對(duì)應(yīng)的流量。設(shè)調(diào)節(jié)級(jí)的反動(dòng)度為零。解析：各閥點(diǎn)通過調(diào)節(jié)級(jí)的流量一定是最大流量與流量比系數(shù)的乘積。第二講 汽輪機(jī)的配汽方式和調(diào)節(jié)級(jí)的變工況0016.67,550pMPa tC300 /Gt h第二講 汽輪機(jī)的配汽方式和調(diào)節(jié)級(jí)的變工況解：(1)由壓比 計(jì)算=10/16.67=0.59988=0.99293 (2)最大流量max0/ =302.14t/hGG (3)III閥點(diǎn)時(shí)最大流量14max22302.14192.27 /IIIGt h (4)II閥點(diǎn)時(shí)最大流量8max22302.14109.87 /IIGt h (5)I閥點(diǎn)時(shí)最大流量4max22302.1454.93 /IGt hn

14、非閥點(diǎn)時(shí)的熱力過程分析 存在部分節(jié)流。解決調(diào)門中的蒸汽流量分配和部分開啟調(diào)門后的壓力計(jì)算。方法 以閥點(diǎn)流量計(jì)算為先導(dǎo)，求出各調(diào)門的流量分配用噴嘴或單級(jí)壓力、流量關(guān)系計(jì)算部分開啟調(diào)門后的壓力。第二講 汽輪機(jī)的配汽方式和調(diào)節(jié)級(jí)的變工況n非閥點(diǎn)時(shí)的熱力過程線 介于2個(gè)閥點(diǎn)之間，調(diào)節(jié)級(jí)后狀態(tài)點(diǎn)決定于混合焓 第二講 汽輪機(jī)的配汽方式和調(diào)節(jié)級(jí)的變工況III閥點(diǎn)II閥點(diǎn)IIhIIIhhIIIIIIIIIIIIIIIh Gh GhGGn噴嘴配汽時(shí)蒸汽流量與調(diào)門后壓力第二講 汽輪機(jī)的配汽方式和調(diào)節(jié)級(jí)的變工況1pcp0pIVGIIIGIIGIGpGn調(diào)節(jié)級(jí)后壓力與調(diào)門流量第二講 汽輪機(jī)的配汽方式和調(diào)節(jié)級(jí)的變工況1

15、pGcpn噴嘴配汽實(shí)際壓力、流量關(guān)系(1) 主蒸汽 流動(dòng)阻力(2) 調(diào)節(jié)級(jí)后 溫度(3) 開啟重迭度第二講 汽輪機(jī)的配汽方式和調(diào)節(jié)級(jí)的變工況pG1p0pIVGIIIGIIGIGn噴嘴配汽小結(jié)特點(diǎn) 部分進(jìn)汽調(diào)節(jié)級(jí)，部分節(jié)流效率高，調(diào)節(jié)級(jí)焓降隨負(fù)荷降低而增大，其后溫度隨負(fù)荷則降低優(yōu)點(diǎn) 部分節(jié)流理想焓降基本不變，效率較高缺點(diǎn) 調(diào)節(jié)級(jí)后溫度隨負(fù)荷降低，高壓缸的溫度變化較大，調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉汽流力大。關(guān)鍵點(diǎn)關(guān)鍵點(diǎn) 調(diào)節(jié)級(jí)后壓力為切入點(diǎn)。調(diào)節(jié)級(jí)后壓力比例于流量、全開調(diào)門對(duì)應(yīng)噴嘴組前的壓力等于初參數(shù)、反動(dòng)度為零。第二講 汽輪機(jī)的配汽方式和調(diào)節(jié)級(jí)的變工況3.3.4 補(bǔ)汽配汽補(bǔ)汽配汽n原理 又稱旁通配汽，利用中間級(jí)較

16、大的通流面積，通過內(nèi)部或外部旁通閥將蒸汽引入中間級(jí)，以增大汽輪機(jī)的進(jìn)汽量和功率輸出。n外旁通 旁通蒸汽來自于汽輪機(jī)的外部。 n內(nèi)旁通 旁通蒸汽來自于汽輪機(jī)的內(nèi)部。n分析方法 以旁通閥為分界點(diǎn) 劃分級(jí)組。第二講 汽輪機(jī)的配汽方式和調(diào)節(jié)級(jí)的變工況例：某背壓式供熱汽輪機(jī)，采用噴嘴、內(nèi)旁通配汽。調(diào)節(jié)級(jí)設(shè)有5個(gè)噴嘴組，前4個(gè)用于正常工況，第V個(gè)用于加強(qiáng)工況，前4個(gè)噴嘴組有36只噴嘴，第V個(gè)有11只。在調(diào)節(jié)級(jí)后與第5級(jí)前設(shè)置一內(nèi)旁通閥，加強(qiáng)工況時(shí)開啟。初參數(shù)為 ，前4個(gè)調(diào)門全開時(shí)最大流量為155t/h，調(diào)節(jié)級(jí)和第4級(jí)后的壓力分別為 ，第4級(jí)后的溫度 ； 供熱壓力為 。試問當(dāng)汽輪機(jī)進(jìn)汽量為206t/h時(shí)流經(jīng)

17、旁通閥的蒸汽流量。第二講 汽輪機(jī)的配汽方式和調(diào)節(jié)級(jí)的變工況008.8,535pMPa tC146.9,5.05pMPa pMPa4466tC1.27zpMPa解：設(shè)不計(jì)溫度變化影響。將調(diào)節(jié)級(jí)、第5級(jí)后和其余級(jí)分為3個(gè)級(jí)組。求在206t/h下第5級(jí)前的壓力。第二講 汽輪機(jī)的配汽方式和調(diào)節(jié)級(jí)的變工況22141224zzGppGpp416.37pMPa計(jì)算調(diào)節(jié)級(jí)后壓力 因設(shè)計(jì)工況調(diào)節(jié)級(jí)為亞臨界，加強(qiáng)工況調(diào)節(jié)級(jí)一定為亞臨界計(jì)算通過中間級(jí)組的蒸汽流量 由求得的加強(qiáng)工況下調(diào)節(jié)級(jí)后和第5級(jí)前壓力，利用亞臨界工況級(jí)組流量、壓力關(guān)系求得加強(qiáng)工況下通過2、3、4級(jí)組的蒸汽流量為82t/h。計(jì)算加強(qiáng)工況下通過旁通閥

18、的流量 旁通閥的流量20682124t/h。第二講 汽輪機(jī)的配汽方式和調(diào)節(jié)級(jí)的變工況2201112201/47/36ppGGpp116.84pMPa3.3.5 3.3.5 不同配汽方式運(yùn)行特性比較不同配汽方式運(yùn)行特性比較(1)經(jīng)濟(jì)性 噴嘴配汽，滑壓配汽，節(jié)流配汽(2) 安全性 滑壓配汽，節(jié)流配汽，噴嘴配汽(3) 負(fù)荷響應(yīng)能力 噴嘴配汽、節(jié)流配汽，滑壓配汽(4) 特例 基于變速給水泵的滑壓配汽，綜合經(jīng)濟(jì)性有可能優(yōu)于噴嘴配汽第二講 汽輪機(jī)的配汽方式和調(diào)節(jié)級(jí)的變工況0p0tth0pcp第二講 汽輪機(jī)的配汽方式和調(diào)節(jié)級(jí)的變工況n不同配汽方式的運(yùn)行特性比較經(jīng)濟(jì)性安全性響應(yīng)能力噴嘴配汽好差好節(jié)流配汽差較好好滑壓配汽較好好差3.3.6 3.3.6 混合配汽混合配汽n原理 發(fā)揮不同配汽方式安全性、經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)，提高機(jī)組綜合運(yùn)行性能n亞臨界機(jī)組 高負(fù)荷噴嘴配汽，中間負(fù)荷滑壓配汽，低負(fù)荷節(jié)流配汽n超臨界機(jī)組 以修正滑壓配汽為主，或節(jié)流+補(bǔ)汽配汽第二講 汽輪機(jī)的配汽方式和調(diào)節(jié)級(jí)的變工況n例如 浙江北侖發(fā)電廠#2機(jī)（法國ALSTHOM 600MW）的運(yùn)行方式是：