哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院

第三章汽輪機(jī)的變工況教學(xué)目標(biāo)：

①會(huì)利用流量網(wǎng)圖計(jì)算變工況

②知道不同調(diào)節(jié)方式對(duì)變工況的影響

③能回答蒸汽參數(shù)變化對(duì)汽輪機(jī)工作的影響

重點(diǎn)：

①噴管、級(jí)、級(jí)組的變工況規(guī)律

②利用流量網(wǎng)圖計(jì)算變工況③不同調(diào)節(jié)方式對(duì)汽輪機(jī)變工況的影響

④蒸汽參數(shù)變化對(duì)汽輪機(jī)工作的影響

第三章汽輪機(jī)的變工況第三章汽輪機(jī)的變工況本節(jié)內(nèi)容：第一節(jié)噴管的變工況第二節(jié)級(jí)與級(jí)組的變工況第三節(jié)汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)方式及調(diào)節(jié)級(jí)變工況第四節(jié)參數(shù)變化對(duì)汽輪機(jī)工作安全性的影響3.1噴管的變工況研究變工況的目的，在于分析汽輪機(jī)變工況下的熱力過程，了解其效率的變化及主要零部件的受力情況，以保證在變工況下安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行分析噴管變工況的目的是分析噴管前后的蒸汽壓力與噴管流量的關(guān)系引言：3.1噴管的變工況基本概念：運(yùn)行時(shí)各種參數(shù)都保持設(shè)計(jì)值,即汽輪機(jī)在設(shè)計(jì)條件下的工況變工況：與設(shè)計(jì)條件不相符的工況經(jīng)濟(jì)功率：汽輪機(jī)在設(shè)計(jì)條件下所發(fā)出的功率額定功率：汽輪機(jī)長期運(yùn)行所能連續(xù)發(fā)出的最大功率不同工況下熱力過程，蒸汽流量、蒸汽參數(shù)的變化，不同調(diào)節(jié)方式對(duì)汽輪機(jī)工作的影響，保證機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行研究目的：設(shè)計(jì)工況：3.1噴管的變工況一、漸縮噴管漸縮噴管變工況（1）當(dāng)即壓力比時(shí)，如圖左側(cè)abc曲線所示，流量如圖中d點(diǎn)所示（2）當(dāng)

即時(shí)，如圖中曲線ab1c1所示（3）當(dāng)即壓力比如圖中曲線ab2c2所示（4）當(dāng)，即時(shí)，如圖中曲線ab2b3c3

所示3.1噴管的變工況漸縮噴嘴流量與出口壓力的關(guān)系曲線如圖中曲線AB1C1

所示故:稱為彭臺(tái)門系數(shù)，這樣，通過噴管的任意流量G可表示為：3.1噴管的變工況漸縮噴管流量網(wǎng)圖3.1噴管的變工況當(dāng)噴管的初終參數(shù)都變化時(shí)，則在變工況下的流量為：式中的下標(biāo)“1”表示變工況后的參數(shù)，則：如近似地將蒸汽視為理想氣體，并應(yīng)有狀態(tài)方程于pv=RT上式,則得如果噴管初壓變動(dòng)是由于蒸汽節(jié)流而發(fā)生的，則因?yàn)楣?jié)流過程中pv為常數(shù)，在上述情況中有于是則得3.1噴管的變工況如果變工況前后均為臨界工況，則故有當(dāng)略去初溫變化時(shí)，則有上式表明，不同工況下的臨界流量與初壓成正比運(yùn)用以上各式，便可進(jìn)行噴管的變工況計(jì)算，即可由已知的工況確定任意工況下的流量或壓力3.1噴管的變變工況二、縮放放噴管的的變工況況設(shè)計(jì)背壓壓p1：保持蒸汽汽在斜切切部分不不膨脹的的最低背背壓特征背壓壓p1a：噴嘴喉部部保持臨臨界狀態(tài)的最高高背壓極限背壓壓p1d：在斜切部部分膨脹脹達(dá)到極限時(shí)對(duì)對(duì)應(yīng)的壓壓力速度系數(shù)隨壓力比的變化曲線3.1噴管的變變工況小結(jié)：熟悉漸縮噴管管變工況況了解縮放噴管管變工況況掌握用流量網(wǎng)網(wǎng)圖計(jì)算算變工況況3.2級(jí)與級(jí)組組的變工工況一、變工工況下級(jí)級(jí)前后參參數(shù)與流流量的關(guān)關(guān)系研究汽輪輪機(jī)級(jí)的的變工況況特性，，主要是分析級(jí)中中各參數(shù)數(shù)隨流量量變化而而變化的的基本規(guī)規(guī)律。（一）級(jí)級(jí)在臨界界工況下下工作1、工況況變化前前后噴管管均處于于臨界狀狀態(tài)此時(shí)通過過的流量量只與噴噴管前的的蒸汽參參數(shù)有關(guān)關(guān)，而與與噴管后后和級(jí)后后壓力無無關(guān)3.2級(jí)與級(jí)組組的變工工況2、工況況變化前前后動(dòng)葉葉處于臨臨界狀態(tài)態(tài)結(jié)論：只要級(jí)級(jí)在臨界界狀態(tài)下下工作，，不論臨臨界狀態(tài)態(tài)是發(fā)生生在噴嘴嘴中還是是發(fā)生在在動(dòng)葉中中，通過過該級(jí)的的流量均均與級(jí)前前壓力成成正比，，而與級(jí)級(jí)后壓力力無關(guān)。。3.2級(jí)與級(jí)組組的變工工況（二）級(jí)級(jí)在亞臨臨界下工工作結(jié)論：當(dāng)級(jí)內(nèi)未未達(dá)到臨臨界狀態(tài)態(tài)時(shí)，通通過級(jí)的的流量不不僅與級(jí)級(jí)前參數(shù)數(shù)有關(guān)，，而且還還與級(jí)后后參數(shù)有有關(guān)。（三）一一種工況況下級(jí)處處于臨界界狀態(tài)，，而在另另一種工工況下級(jí)級(jí)處于亞亞臨界狀狀態(tài)，對(duì)于這這種情況況，無法法給出級(jí)級(jí)內(nèi)流量量與蒸汽汽參數(shù)之之間的具具體關(guān)系系式3.2級(jí)與級(jí)組組的變工工況二、變工工況下級(jí)級(jí)組前后后參數(shù)與與流量的的關(guān)系基本概念念：級(jí)組：多級(jí)汽輪輪機(jī)中一一些流量量相等，，工況變變化時(shí)通通流面積積不變的的相鄰若若干級(jí)的的組合。。級(jí)組的臨臨界壓力力：當(dāng)級(jí)組中中任一級(jí)級(jí)處于臨臨界狀態(tài)態(tài)時(shí)級(jí)組組的最高高背壓。級(jí)組的臨臨界壓力力比：級(jí)組的臨臨界壓力力pzcr與級(jí)組的的初壓之之比，用用zcr表示。其其大小與與級(jí)組中中級(jí)數(shù)的的多少有有關(guān)。3.2級(jí)與級(jí)組組的變工工況知道變工況下下級(jí)、級(jí)級(jí)組前后后參數(shù)與與流量的的關(guān)系熟悉凝汽式汽汽輪機(jī)變變工況規(guī)規(guī)律小結(jié)：3.3汽輪機(jī)的的調(diào)節(jié)方方式及調(diào)調(diào)節(jié)級(jí)變變工況汽輪機(jī)的的功率方方程由上式可可知，要要改變汽汽輪機(jī)的的功率，，可改變變流量D或焓降Ht●從結(jié)構(gòu)上上看汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)方式式有：噴嘴調(diào)節(jié)節(jié)、節(jié)流流調(diào)節(jié)●從運(yùn)行方式式上看有：定定壓調(diào)節(jié)節(jié)和滑壓調(diào)節(jié)節(jié)一、節(jié)流流調(diào)節(jié)節(jié)流調(diào)節(jié)節(jié)示意圖圖1、定義：所有進(jìn)進(jìn)入汽輪輪機(jī)的蒸蒸汽都經(jīng)經(jīng)過一個(gè)個(gè)或幾個(gè)個(gè)同時(shí)啟啟閉的調(diào)調(diào)節(jié)閥，，然后進(jìn)進(jìn)入第一一級(jí)噴嘴嘴。3.3汽輪機(jī)的的調(diào)節(jié)方方式及調(diào)調(diào)節(jié)級(jí)變變工況調(diào)節(jié)級(jí)的的熱力過過程線2、節(jié)流調(diào)節(jié)節(jié)的調(diào)節(jié)節(jié)過程節(jié)流調(diào)節(jié)節(jié)的熱力力過程線線如圖所所示結(jié)論：節(jié)流調(diào)節(jié)節(jié)第一級(jí)級(jí)的變工工況特性與中間間級(jí)完全全相同。。3.3汽輪機(jī)的的調(diào)節(jié)方方式及調(diào)調(diào)節(jié)級(jí)變變工況3、節(jié)流后后汽輪機(jī)機(jī)的相對(duì)對(duì)內(nèi)效率率節(jié)流效率率曲線th－節(jié)流效效率節(jié)流效效率的大小小取決決于流流量和和蒸汽汽參數(shù)數(shù)3.3汽輪機(jī)機(jī)的調(diào)調(diào)節(jié)方方式及及調(diào)節(jié)節(jié)級(jí)變變工況況4、節(jié)流流調(diào)節(jié)節(jié)的特點(diǎn)（1））節(jié)流流調(diào)節(jié)節(jié)的結(jié)結(jié)構(gòu)較較簡(jiǎn)單單、制制造成成本低低；（2））工況況變動(dòng)動(dòng)時(shí)，，各級(jí)級(jí)焓降降(除除最末末級(jí)外外)變變化不不大，，故各各級(jí)前前的溫溫度變變化很很小，，從而而減小小了由由溫度度變化化而引引起的的熱變變形與與熱應(yīng)應(yīng)力，，提高高了機(jī)機(jī)組的的運(yùn)行行可靠靠性和和機(jī)動(dòng)動(dòng)性；；（3））在部部分負(fù)負(fù)荷下下由于于節(jié)流流損失失，機(jī)機(jī)組經(jīng)經(jīng)濟(jì)性性下降降。5、節(jié)流流調(diào)節(jié)節(jié)的應(yīng)用節(jié)流調(diào)調(diào)節(jié)一一般用用在小小機(jī)組組以及及承擔(dān)擔(dān)基本本負(fù)荷荷的大大型機(jī)機(jī)組上上。3.3汽輪機(jī)機(jī)的調(diào)調(diào)節(jié)方方式及及調(diào)節(jié)節(jié)級(jí)變變工況況二、噴噴嘴調(diào)調(diào)節(jié)及及調(diào)節(jié)節(jié)級(jí)變變工況況●噴嘴調(diào)調(diào)節(jié)：：將汽汽輪機(jī)機(jī)的第第一級(jí)級(jí)噴嘴嘴分成成若干干組，，每組組各有有一個(gè)個(gè)調(diào)節(jié)節(jié)閥控控制，，當(dāng)汽汽輪機(jī)機(jī)的負(fù)負(fù)荷改改變時(shí)時(shí)，依依次開開啟或或關(guān)閉閉各調(diào)調(diào)節(jié)閥閥，以以調(diào)節(jié)節(jié)汽輪輪機(jī)的的進(jìn)汽汽?；靖鸥拍睿海簢姽苷{(diào)調(diào)節(jié)結(jié)結(jié)構(gòu)示示意圖圖1—主汽閥閥；2—進(jìn)汽室室；3—噴管組組3.3汽輪機(jī)機(jī)的調(diào)調(diào)節(jié)方方式及及調(diào)節(jié)節(jié)級(jí)變變工況況●調(diào)節(jié)級(jí)級(jí)：采采用噴噴嘴調(diào)調(diào)節(jié)的的汽輪輪機(jī)第第一級(jí)級(jí)，其其通流流面積積隨負(fù)負(fù)荷的的改變變而改改變，，故稱稱該級(jí)級(jí)為調(diào)調(diào)節(jié)級(jí)級(jí)。該級(jí)后后的汽汽室常常稱為為調(diào)節(jié)級(jí)級(jí)汽室室。為了研研究調(diào)調(diào)節(jié)級(jí)級(jí)，做做以下下假設(shè)設(shè)：①調(diào)節(jié)節(jié)級(jí)的的反動(dòng)度度m=0，且工況況變動(dòng)動(dòng)時(shí)反反動(dòng)度度保持持不變變，因因此p1=p2；②全開閥閥后的的壓力力不隨隨流量量的增增加而而降低低；③各調(diào)調(diào)節(jié)氣氣閥的的開啟啟和關(guān)關(guān)閉完完全沒沒有重重疊度度，即即前一一個(gè)閥閥完全全開啟啟后，，后一一個(gè)才才開啟啟；④調(diào)節(jié)節(jié)級(jí)后后的蒸蒸汽壓壓力p2與蒸汽汽流量量成正正比，，而不不受調(diào)調(diào)節(jié)級(jí)級(jí)后的的溫度度變化化的影影響3.3汽輪機(jī)機(jī)的調(diào)調(diào)節(jié)方方式及及調(diào)節(jié)節(jié)級(jí)變變工況況1、調(diào)調(diào)節(jié)級(jí)級(jí)的變變工況況分析析調(diào)節(jié)級(jí)級(jí)的變變工況況曲線線（a）各噴噴管組組前壓壓力分分布曲曲線（b）各噴噴管組組流量量分布布曲線線①第一一調(diào)節(jié)節(jié)閥開開啟過過程中中：●閥后壓壓力(即噴噴嘴前前壓力力)與流量量成正正比，，當(dāng)閥閥門全全開時(shí)時(shí)，達(dá)達(dá)到最最大●焓降的的變化化：由由于壓壓力比比保持持不變變，所以焓焓降也也保持持不變變。但但隨著著第二二、第第三調(diào)調(diào)節(jié)閥閥的開開啟，，焓降降將逐逐漸減減小。。●調(diào)節(jié)級(jí)級(jí)后壓壓力一一直小小于臨臨界壓壓力，，故通過過該組組噴嘴嘴的流流量為為臨界界流量量。3.3汽輪機(jī)機(jī)的調(diào)調(diào)節(jié)方方式及及調(diào)節(jié)節(jié)級(jí)變變工況況②第二二調(diào)節(jié)節(jié)閥開開啟過過程中中：●第二組組噴嘴嘴將從從非臨臨界狀狀態(tài)過過渡到到臨界界狀態(tài)態(tài)。在在噴嘴嘴達(dá)臨臨界之之前，，噴嘴嘴壓力力比隨隨流量量的增增加而而減小小，噴噴嘴達(dá)達(dá)臨界界后壓壓力比比則保保持不不變。。③第三三調(diào)節(jié)節(jié)閥開開啟過過程中中：●第三組組噴嘴嘴中一一直達(dá)達(dá)不到到臨界界狀態(tài)態(tài)；●噴嘴壓壓力比比隨流流量的的增大大而減減小。。④第四四調(diào)節(jié)節(jié)閥開開啟過過程中中：●第四調(diào)調(diào)節(jié)閥閥為過過負(fù)荷荷閥；；●第四組組噴嘴嘴的變變工況況特性性與第第三組組噴嘴嘴相同同。3.3汽輪機(jī)機(jī)的調(diào)調(diào)節(jié)方方式及及調(diào)節(jié)節(jié)級(jí)變變工況況●調(diào)節(jié)級(jí)級(jí)焓降降是隨隨汽輪輪機(jī)流流量的的變化化而改改變的的。流量增增加時(shí)時(shí)，部部分開開啟閥閥門所所控制制的噴噴嘴組組焓降降增大大，全開閥閥門所所控制制的噴噴嘴組組焓降降減小小。綜上所所訴：●在第一一調(diào)節(jié)節(jié)閥全全開而而第二二調(diào)節(jié)節(jié)閥尚尚未開開啟時(shí)時(shí)：①調(diào)節(jié)節(jié)級(jí)焓焓降達(dá)達(dá)最大大值；；②級(jí)前前后的的壓差差最大大③流過過該噴噴嘴的的流量量亦最最大④級(jí)的的部分分進(jìn)汽汽度則則最小小，致致使調(diào)調(diào)節(jié)級(jí)級(jí)葉片片處于于最大大的應(yīng)應(yīng)力狀狀態(tài)。。所以當(dāng)進(jìn)行行調(diào)節(jié)節(jié)級(jí)強(qiáng)強(qiáng)度核核算時(shí)時(shí)，最危險(xiǎn)險(xiǎn)工況不不是汽汽輪機(jī)機(jī)的最最大負(fù)負(fù)荷，，而是是第一一調(diào)節(jié)節(jié)閥剛剛?cè)_開時(shí)的的運(yùn)行行工況況。3.3汽輪機(jī)機(jī)的調(diào)調(diào)節(jié)方方式及及調(diào)節(jié)節(jié)級(jí)變變工況況2、調(diào)調(diào)節(jié)級(jí)級(jí)的熱熱力過過程及及效率率曲線線調(diào)節(jié)級(jí)級(jí)的熱熱力過過程線線混合后后的焓焓值h2可由熱熱平衡衡方程程求得得：3.3汽輪機(jī)機(jī)的調(diào)調(diào)節(jié)方方式及及調(diào)節(jié)節(jié)級(jí)變變工況況調(diào)節(jié)級(jí)級(jí)效率率曲線線從圖中中可見見，調(diào)調(diào)節(jié)級(jí)級(jí)效率率曲線線具有有明顯顯的波波折狀狀。這這是因因?yàn)殚y閥全開開時(shí)，，節(jié)流損損失小小，效效率較較高。在其其它工工況下下，通通過部部分開開啟閥閥的汽汽流受受到較較大的的節(jié)流流，使使效率下下降。3.3汽輪機(jī)機(jī)的調(diào)調(diào)節(jié)方方式及及調(diào)節(jié)節(jié)級(jí)變變工況況3、噴噴嘴調(diào)調(diào)節(jié)的的特點(diǎn)：（1））噴嘴嘴調(diào)節(jié)節(jié)的結(jié)結(jié)構(gòu)較較復(fù)雜雜、制制造成成本高高；（2））工況況變動(dòng)動(dòng)時(shí)，，調(diào)節(jié)節(jié)級(jí)汽汽室溫溫度變變化大大，從從而增增加了了由溫溫度變變化而而引起起的熱熱變形形與熱熱應(yīng)力力，限限制了了機(jī)組組的運(yùn)運(yùn)行可可靠性性和機(jī)機(jī)動(dòng)性性;（3））在部部分負(fù)負(fù)荷下下的效效率高高于節(jié)節(jié)流調(diào)調(diào)節(jié)。。4、噴嘴嘴調(diào)節(jié)節(jié)的應(yīng)用：大容量量機(jī)組組和背背壓機(jī)機(jī)組3.3汽輪機(jī)機(jī)的調(diào)調(diào)節(jié)方方式及及調(diào)節(jié)節(jié)級(jí)變變工況況小結(jié)：：了解節(jié)流調(diào)調(diào)節(jié)熟悉噴嘴調(diào)調(diào)節(jié)及及調(diào)節(jié)節(jié)級(jí)變變工況況能分析析調(diào)節(jié)級(jí)級(jí)危險(xiǎn)險(xiǎn)工況況3.4蒸汽參參數(shù)變變化對(duì)對(duì)汽輪輪機(jī)工工作安全性性的影影響汽輪機(jī)機(jī)除流流量變變化外外，當(dāng)當(dāng)蒸汽初初終參參數(shù)變變化運(yùn)行時(shí)時(shí)，也也屬于于汽輪輪機(jī)變工況況運(yùn)行范范圍。。一、蒸蒸汽初初壓p0、再熱熱壓力力pr變化過過大對(duì)對(duì)安全全性的的影響響1、初溫不不變，，初壓壓p0、再熱熱壓力力pr升高初溫不不變，，初壓壓升高高過多多，將將使主主蒸汽汽管道道、主主汽門門、調(diào)調(diào)節(jié)汽汽門、、導(dǎo)管管及汽汽缸等等承壓壓部件件內(nèi)部部應(yīng)力力增大大；對(duì)對(duì)末級(jí)級(jí)葉片片的運(yùn)運(yùn)行安安全性性可能能帶來來危險(xiǎn)險(xiǎn)；初初壓升升高、、流量量增大大還使使軸向向推力力增大大。2、初溫不變，，初壓p0、再熱壓力力pr降低初溫不變，，初壓降低低一般不會(huì)會(huì)帶來危險(xiǎn)險(xiǎn)；初壓降降低時(shí)，若若所發(fā)功率率不減小，，甚至仍要要發(fā)出額定定功率，必必將使全機(jī)機(jī)蒸汽流量量超過額定定值，這時(shí)時(shí)若各監(jiān)視視段壓力超超過最大允允許值，使使軸向推力力過大，這這是危險(xiǎn)的的。3.4蒸汽參數(shù)變變化對(duì)汽輪輪機(jī)工作安全性的影影響二、蒸汽初初溫t0和再熱蒸汽汽溫tr變化過大對(duì)對(duì)安全性的的影響1、p0與pr不變，t0與tr升高p0與pr不變，t0與tr升高將使鍋鍋爐過熱器器和再熱器器管壁，新新汽和再熱熱蒸汽管道道，高中壓壓主汽門和和調(diào)節(jié)