第三章 汽輪機(jī)變工況

汽輪機(jī)原理

第三章汽輪機(jī)的變工況

熱工與動(dòng)力系統(tǒng)研究所盛德仁教授E-mail:shengdr@聯(lián)系電話13906534086節(jié)流配汽進(jìn)入汽輪機(jī)的所有蒸汽都通過一個(gè)調(diào)節(jié)汽門（或幾個(gè)同時(shí)開啟的調(diào)節(jié)汽門），然后進(jìn)入汽輪機(jī)，這種調(diào)節(jié)方式稱為節(jié)流配汽。額定功率運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)汽門全開。部分功率運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)汽門部分開啟，使得進(jìn)入汽輪機(jī)的新蒸汽流量D0

減少，汽輪機(jī)理想焓降減小。.配汽方式及其對(duì)定壓運(yùn)行機(jī)組變工況的影響要調(diào)節(jié)Pel，可以調(diào)節(jié)D0或是調(diào)節(jié)或是兩者同時(shí)調(diào)節(jié)。Pel=純滑壓運(yùn)行節(jié)流滑壓運(yùn)行復(fù)合滑壓運(yùn)行節(jié)流配汽定壓運(yùn)行方式滑壓運(yùn)行方式噴嘴配汽旁通配汽節(jié)流配汽：調(diào)節(jié)汽門部分開啟時(shí)，扣除進(jìn)汽機(jī)構(gòu)節(jié)流損失后理想焓降。：調(diào)節(jié)汽門全開時(shí)機(jī)組前壓力；：調(diào)節(jié)汽門部分開啟時(shí)，機(jī)組前壓力；：調(diào)節(jié)汽門全開時(shí)，扣除進(jìn)汽機(jī)構(gòu)節(jié)流損失后理想焓降；節(jié)流配汽當(dāng)調(diào)節(jié)汽門部分開啟時(shí)，汽輪機(jī)全機(jī)相對(duì)內(nèi)效率為：式中：指未包括進(jìn)汽機(jī)構(gòu)的汽輪機(jī)通流部分相對(duì)內(nèi)效率，指調(diào)節(jié)汽門的節(jié)流效率。節(jié)流效率是蒸汽初、始參數(shù)和流量的函數(shù)。圖中是初壓p0

＝12.75MPa，初溫t0

＝565℃時(shí)，節(jié)流效率與背壓pg，流量比G1/G的關(guān)系曲線。節(jié)流配汽節(jié)流配汽特點(diǎn)：

(1)在調(diào)節(jié)汽門全開時(shí)，其節(jié)流損失小；在調(diào)節(jié)汽門部分開啟時(shí)，其節(jié)流損失較大。(2)沒有調(diào)節(jié)級(jí)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低。(3)在滑壓運(yùn)行時(shí)，各級(jí)溫度和焓降變化較小，對(duì)負(fù)荷適應(yīng)性較好。*一般用于小功率機(jī)組（可靠性，對(duì)負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng)，如給水泵汽輪機(jī)）。*承擔(dān)基本負(fù)荷的大型機(jī)組（調(diào)節(jié)汽門全開，節(jié)流損失小）。*如采用滑壓運(yùn)行，則可用于承擔(dān)基本負(fù)荷，也可調(diào)峰。噴嘴配汽噴嘴配汽

概括幾點(diǎn)：(1)汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)，主汽門全開。調(diào)節(jié)汽門（調(diào)節(jié)閥）則根據(jù)負(fù)荷大小依次開啟或關(guān)閉。改變調(diào)節(jié)級(jí)通流面積，進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽流量G。(2)各調(diào)節(jié)汽門之前壓力都相同的。主汽門始終保持最大開度，節(jié)流很小。(3)各調(diào)節(jié)汽門后，即各閥控制的噴嘴組之前的壓力是變動(dòng)的。取決于各閥開度大小。當(dāng)全開時(shí)。當(dāng)?shù)谝婚y開啟，第二閥部分開啟時(shí)，。其余類推。部分開啟的閥受到閥體的節(jié)流作用。(4)噴嘴之后蒸汽壓力對(duì)各噴嘴組都相同（噴嘴與動(dòng)葉之前環(huán)形空間是完全相通的），即使某一關(guān)閉調(diào)節(jié)閥控制的噴嘴組之后的壓力也等于。(5)調(diào)節(jié)級(jí)后是相同的，若。(6)各噴嘴組內(nèi)包含噴嘴數(shù)不一定相等。各調(diào)節(jié)汽門開足時(shí)能通過的最大流量不一定相等。噴嘴配汽

便于討論，假定：①調(diào)節(jié)級(jí)反動(dòng)度，且不隨工況變化，；②各調(diào)節(jié)汽門之間無重疊度（前一個(gè)閥完全開啟后，才開后一個(gè)閥）；③不考慮調(diào)節(jié)級(jí)后溫度變化的影響；④主汽門后壓力不隨流量增加而降低。

假設(shè)有四個(gè)調(diào)節(jié)汽門

第一調(diào)門開啟（其余調(diào)門全關(guān)閉）第二調(diào)門開啟（第一調(diào)門已全開，其余關(guān)）第三調(diào)門開啟（第一、二調(diào)門已全開，第四調(diào)門關(guān)）第四調(diào)門開啟（其余調(diào)門全開）噴嘴配汽

—各噴嘴組壓力與流量的關(guān)系圖

I調(diào)門開啟II調(diào)門開啟III調(diào)門開啟噴嘴配汽

—各噴嘴組流量與總流量的關(guān)系圖

調(diào)節(jié)級(jí)后焓值的確定調(diào)節(jié)級(jí)后：通過全開調(diào)門，幾乎沒有節(jié)流損失；通過部分開啟調(diào)門，有節(jié)流損失。若第一、第二調(diào)門全開，第三調(diào)門部分開啟。通過三個(gè)調(diào)門的流量為G：調(diào)節(jié)級(jí)相對(duì)內(nèi)效率：調(diào)節(jié)級(jí)的實(shí)際壓力與流量關(guān)系

（1）實(shí)際上調(diào)節(jié)級(jí)后溫度t2隨流量變化而變化。（2）實(shí)際上調(diào)節(jié)級(jí)有反動(dòng)度Ωm>0，且反動(dòng)度隨工況有變化。（3）調(diào)節(jié)汽門開啟有重疊度。目的是改善調(diào)節(jié)系統(tǒng)的性能，i）穩(wěn)定性；ii）縮短開啟的總升程。（4）實(shí)際上流量增大時(shí)，自動(dòng)主汽門、調(diào)節(jié)汽門和導(dǎo)管等節(jié)流損失增大，使全開汽門后的壓力略降低。調(diào)節(jié)級(jí)的實(shí)際壓力與流量關(guān)系滑壓運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與安全性

1、滑壓運(yùn)行與定壓運(yùn)行的比較滑壓運(yùn)行：（也稱變壓運(yùn)行）指單元機(jī)組中，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門全開或開度不變，當(dāng)負(fù)荷的改變，調(diào)節(jié)鍋爐燃料量、給水量和空氣量，改變鍋爐出口蒸汽壓力與流量，而蒸汽溫度保持不變，來實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)的負(fù)荷變化。定壓運(yùn)行：前面講到的配汽方式統(tǒng)稱為定壓運(yùn)行。調(diào)節(jié)汽門主汽門p0

,t0不變主汽門調(diào)節(jié)汽門全開t0不變p0

鍋爐燃料量和給水量滑壓運(yùn)行定壓運(yùn)行滑壓運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)：①可靠性，對(duì)部分負(fù)荷下運(yùn)行的適應(yīng)性增加↓，↓，而保持不變，熱應(yīng)力減少；②提高部分負(fù)荷下的熱效率調(diào)節(jié)汽門全開節(jié)流損失小新蒸汽↓，不變。末級(jí)濕度降低，濕汽損失↓低負(fù)荷時(shí)，↓，鍋爐給水壓力相應(yīng)降低，給水泵耗功↓，但循環(huán)熱效率↓，汽耗率↑。采用滑壓運(yùn)行：1、滑壓運(yùn)行與定壓運(yùn)行的比較滑壓運(yùn)行適應(yīng)工況的大幅度的變化，調(diào)峰機(jī)組。節(jié)流損失↓濕汽損失↓給水泵耗功↓循環(huán)熱效率↓2、滑壓運(yùn)行方式

⑴純滑壓運(yùn)行方式。所有調(diào)節(jié)汽門在整個(gè)負(fù)荷變化范圍內(nèi)都是全開的。這種方式操作比較簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是對(duì)負(fù)荷的微小變化不敏感。⑵節(jié)流滑壓運(yùn)行方式（滑壓與節(jié)流配汽）。在穩(wěn)定負(fù)荷時(shí)，調(diào)節(jié)閥留有5％－15％的開度。負(fù)荷降低時(shí)，實(shí)行滑壓運(yùn)行；負(fù)荷增加時(shí)，實(shí)行節(jié)流配汽?？朔?duì)負(fù)荷變化的不敏感性，但增加節(jié)流損失。⑶復(fù)合滑壓運(yùn)行方式（滑壓與噴嘴配汽）。高負(fù)荷定壓噴嘴配汽運(yùn)行；低負(fù)荷滑壓運(yùn)行。p0Pel3、滑壓運(yùn)行機(jī)組安全性與靈活性

第一調(diào)門開啟（其余調(diào)門全關(guān)閉）第一調(diào)門↑，↑第一組噴嘴組臨界壓力↑，噴嘴組后壓力↑，此時(shí)噴嘴組為臨界狀態(tài)。通過第一調(diào)門流量為臨界流量。當(dāng)?shù)谝徽{(diào)門全開后，且不變。流量也不變。直到H點(diǎn)，噴嘴組為亞臨界。通過第一調(diào)門流量按橢圓曲線下降。第二調(diào)門剛開時(shí)，，，此時(shí)噴嘴組為亞臨界。與流量按弗留格爾公式變化。當(dāng)?shù)诙{(diào)門↑，↑，↑當(dāng)時(shí)，第二組噴嘴處于臨界狀態(tài)。與呈直線關(guān)系。當(dāng)?shù)诙{(diào)門全開時(shí)，，且不變。流量也不變，直到H點(diǎn)，為亞臨界，按橢圓曲線下降。

第二調(diào)門開啟（第一調(diào)門已全開，其余全關(guān)）當(dāng)?shù)谌{(diào)門開啟時(shí)，調(diào)節(jié)級(jí)背壓已經(jīng)相當(dāng)高了，