《汽輪機原理》講稿第03章陳.ppt

1、1,第三章 汽輪機在變工況下工作,1，工況：設(shè)計工況、額定工況、變動工況。 變動工況：當外界負荷變動、蒸汽參數(shù)和轉(zhuǎn)速變動，都是變動工況。 2，研究變動工況的目的： 了解汽輪機在不同工況下的效率變化，以設(shè)法使效率變化不多。 了解汽輪機在不同工況下受力情況，保證機組安全。,2,第一節(jié) 噴嘴在變工況下的工作,一，漸縮噴嘴的變動工況及其流量網(wǎng) 1，漸縮噴嘴的流量變化 （1）當噴嘴前后壓力比 時 ， （亞臨界），流量為 （31） （2）當噴嘴前后壓力比 時， （臨界）流量為臨界流量 （32） 上二式中： 、 噴嘴前壓力、密度； 、 噴嘴后壓力、臨界壓力； = 壓力比； 噴嘴出口截面積。,3,分析：對于式

2、（31） （1）當 、 、 、 不變 時，G只與 （ ）有關(guān)； * 當 = ， = =1， 則 G=0； （A點） * 當 時， 1， G 如圖31之AB所示； * 當 = 時， = ，G 達臨界值 （B點） * 當 時， G 保持臨界流量不變，（BC） （2）當 、 變?yōu)榱硪恢?、 時，曲線為A1B1C1。,4,2.用橢圓方程替代曲線，以橫坐標上p1=pcr點為中心。,3.當初壓不變，對于任意一背壓，通過漸縮噴嘴的流量為：,5,4，當噴嘴前后參數(shù)同時變化時，其流量變化為： 由于溫度比變化不大，則上式為： 5，當兩種工況均為臨界流量時，則 = =1，則式為 或者,兩種臨界工況的流量與初壓成正比

3、。,6,6，流量網(wǎng) 前面所講流量曲線ABC，每一工況對應(yīng)一根曲線，不方便。為了擴大適應(yīng)性，改用壓力比、流量比作為坐標，作出流量曲線。 橫坐標： 相對背壓， 縱坐標： 流量比。 相對初壓， 最大初壓， 則流量比為： 根據(jù)前面所講橢圓方程： 根據(jù)上式作圖(32)的流量網(wǎng)。圖中， 、 、 三個中只要已知其中的二個，則可以求得第三個。然后用溫度修正。,二、縮放噴嘴的變工況及流量網(wǎng)（略）,7,二、級的變工況 （一）級均在臨界工況下工作時 由于動葉工況與噴嘴工況相似，因此不管是臨界狀態(tài)發(fā)生在噴嘴中，還 是發(fā)生在動葉中，則級都處于臨界狀態(tài)，如果前后兩種工況都為臨界工況， 則滿足,（二）級均在亞臨界工況下工作

4、時 根據(jù)連續(xù)性方程，經(jīng)過一系列推導，可得出級均在亞臨界工況下工作時級的流量與壓力的關(guān)系： 當忽略溫度影響時， 有,8,作業(yè)與思考題： 1、在設(shè)計工況下漸縮噴嘴前的蒸汽壓力 =2.16MPa，溫度 =350 ，噴 嘴后的壓力 =0.589MPa，流量為3kg/s。 若流量保持為臨界值，則最大背壓（ ）可以為多少？ 若要流量減少為原設(shè)計值的1/3，則在初壓、初溫不變時，背壓 應(yīng)增高 至何值？ 又設(shè)背壓維持為0.589MPa不變，則初壓 應(yīng)降低到何數(shù)值（假定初溫不 變）才能使流量為原設(shè)計值的4/7？ 2、工況變動前，漸縮噴嘴的初壓 =8.83MPa，初溫 = 500 ，背壓 = 4 .9MPa ，工

5、況變動后，初壓降為 =7.06MPa，背壓降為 =4.413MPa。試用分析法和查流量網(wǎng)圖解法確定工況變動前后通過噴嘴的流量比系數(shù)（溫度變化忽略）。,9,第三節(jié) 級組的變動工況,一，級組前、后壓力和流量的關(guān)系 （一）級組中各級均未達臨界工況： 級組為流量相同的若干連續(xù)幾級組成，根據(jù)第二節(jié)公式，級組 中每一級均有 同樣的關(guān)系存在。將其改寫成,設(shè)級內(nèi)有Z級，則,第一級：,10,第二級：,第Z級：,各級相加得：,這里，有 為常數(shù)，而溫度比可看作不變，這樣一來，有,同理可得,=,=,所以,經(jīng)改寫得：,11,當忽略溫度影響時，為 ： 上式稱為弗留格爾公式。 * 對于凝汽式汽輪機來說，可把調(diào)節(jié)級之外的所有

6、級看成一個級組，這樣，級組前后壓力（ 、 ）相差很大，則,12,(二).工況變化前后級組均為臨界工況,一般情況下,末級首先達到臨界狀態(tài),結(jié)論:級組中某一級變工況前后均處于臨界工況,則通過級組的流量與該級組中所有各級級前壓力成正比.,13,三，弗留格爾公式的應(yīng)用條件 1，通過同一級組各級的流量應(yīng)相同； 對于凝汽機組，各級回熱抽汽是按一定比例，可不考慮其影響，而把除調(diào)節(jié) 級之外的所有壓力級看成一個級組。 2，在不同工況下，組各級的面積應(yīng)保持不變。而調(diào)節(jié)級是部分進汽，而且進 汽度要發(fā)生變化，因此調(diào)節(jié)級不能同壓力級合為一組。假設(shè)級組內(nèi)各級通流 面積發(fā)生了相同程度的變化，則弗留格爾公式須作修正：,或者,

7、其中，,面積變化之比。,14,總結(jié)、級組的變工況 （一）級組在臨界工況下工作時 級組某一級處于臨界狀態(tài)，一般是末級首先達到臨界狀態(tài)，因末級設(shè)計 比焓降最大。,（二）級組在亞臨界工況下工作時,弗留格爾公式,凝汽式汽輪機調(diào)節(jié)級、末級除外,15,作業(yè)與思考題： 1、已知某級組進汽壓力 =3.0MPa，溫度 = 400 ，級組排汽壓力 =0.12MPa，通過級組的流量G=36t/h。試求：當級組初溫和背壓不變，而流量減半時級組的初壓 。,16,第三節(jié) 變工況時各級焓降及反動度的變化,根據(jù)第一章的討論，級的理想焓降可近似寫成 所以,一，凝汽式汽輪機 根據(jù)前面的討論可知，當變工況時，除調(diào)節(jié)級和最末一、二級

8、外，通過級的流量與級前壓力成正比，即,所以：,17,上式表明，當變工況時，凝汽式汽輪機各中間級前后壓力比不變。這樣，代入上式后，級的理想焓降不變。當然，級的速度比和級效率也不變。 而級的內(nèi)功率為： = BG 對于最末級，pz/pz-1隨流量的變化而變化，流量增加時，壓比減小，末級比焓增加，流量減小時，末級比焓降減小。,二，背壓式汽輪機 1，如果背壓式汽輪機最后一級達臨界，則各級前的壓力與流量成正比。其焓降、效率、反動度、功率的變化規(guī)律和凝汽式汽輪機各中間級一樣。 2，但是，背壓式汽輪機的末級一般不會達臨界，其壓力與流量的關(guān)系應(yīng)按弗留格爾公式進行計算,18,上式經(jīng)變換后為： 同樣有： 上式中，

9、、 、 分別為某中間級前后壓力和整機背壓。 上式表明，當流量G1減小時，G/G1值增大，比值p21/p01增大，級內(nèi)比焓降減小，當流量增大，級內(nèi)比焓降增大。,圖略，如果變工況發(fā)生在較高負荷，則越靠近級組前的級，其比焓降近似不變,19,分析： 1，當級的焓降 增加時， 增加， ， ， ，打擊背??； 3，不論是打擊內(nèi)弧還是打擊背弧，都會引起撞擊 損失，使效率降低。,（一）級反動度內(nèi)的變化,20,級內(nèi)反動度的變化，不僅影響效率，而且也影響零件強度和軸向推力。經(jīng)過討論動葉通道的流動情況之后，得出下面的結(jié)論。 結(jié)論：當級的焓降 減?。ㄋ俣缺?增加）時，則反動度 增大； 當級的焓降 增加（速度比 減小）時

10、，則反動度 減小。 并且，反動度的變化與原設(shè)計值大小有關(guān)，原設(shè)計值大，變化就??； 相反，原設(shè)計值小，變化就大。 （二）反動度變化的計算 由于級的焓降 變化引起反動度變化，通常用下式計算： 1，當 在很大范圍內(nèi)變化時，可用下式計算 2，當 在（-0.1 0.2）范圍內(nèi)變化時，可用下式計算,21,總結(jié)： 對于凝汽式汽輪機，當流量（功率）變化時，其焓降的變化主要發(fā)生在調(diào)節(jié)級和末級； 當流量增加時，調(diào)節(jié)級焓降減小，末級焓降增加，各中間級焓降近乎不變； 當流量減小時，調(diào)節(jié)級焓降增大，末級焓降減小，各中間級焓降近乎不變； 對于背壓式汽輪機，調(diào)節(jié)級和末級的焓降都要隨流量G而變化。,22,總結(jié)： 當級的比焓降

11、減小，噴嘴流出速度相對較大，動葉流入速度相對較小，動葉前壓力將升高，動葉汽流得到加速，噴嘴汽流得到抑制，即反動度增大。 當級的比焓降增大，噴嘴流出速度相對較小，動葉流入速度相對較大，動葉前壓力將降低，噴嘴汽流得到加速，動葉汽流得到抑制，即反動度減小。,23,第五節(jié) 汽輪機的調(diào)節(jié)方式和調(diào)節(jié)級的變工況,汽輪機的內(nèi)功率為： 當初參數(shù)不變或變化不大時，汽輪機的內(nèi)功率就取決于進汽量D0的大小。因此，對汽輪機的功率進行調(diào)節(jié)，主要是對進汽量進行調(diào)節(jié)。常用的調(diào)節(jié)方式有：節(jié)流調(diào)節(jié)、噴嘴調(diào)節(jié)。 一，節(jié)流調(diào)節(jié) 1，節(jié)流調(diào)節(jié)：這種調(diào)節(jié)方式就是用一個（或兩個）調(diào)節(jié)閥對進入汽輪機的全部進汽量D0進行調(diào)節(jié)。當功率增加時，開

12、大調(diào)節(jié)閥的開度（L）。在額定工況下，全開（L=1）。當功率減小時，關(guān)小調(diào)節(jié)閥的開度（L），進入汽輪機的全部進汽量都受到節(jié)流作用。當機組功率變化時，流量和焓降都要變化。如圖319、3-20所示。 2，節(jié)流調(diào)節(jié)的熱力過程曲線（圖320）；,24,3，節(jié)流調(diào)節(jié)的效率 蒸汽經(jīng)節(jié)流之后，焓值不變壓力降低( 降到 )，節(jié)流后的內(nèi)效率為： 式中， 通流部分的相對內(nèi)效率； 調(diào)節(jié)閥的節(jié)流效率，為部分開啟和全開時理想焓降之比。 節(jié)流效率曲線（圖3-21）（根據(jù)曲線分析）,25,如圖:節(jié)流效率大小與通流部分結(jié)構(gòu)無關(guān),與蒸汽初終參數(shù)和進汽量有關(guān)。 同一背壓下，汽輪機負荷越低，節(jié)流效率越低。汽輪機背壓越高，同一負荷下汽

13、輪機節(jié)流效率越低。 高真空凝汽式汽輪機適合采用節(jié)流調(diào)節(jié)，背壓式汽輪機不宜采用節(jié)流調(diào)節(jié)。,26,二，噴嘴調(diào)節(jié) 這是一種應(yīng)用最廣泛的調(diào)節(jié)方式。第一級噴嘴分成若干組，每一個組由一個調(diào)節(jié)閥控制。當負荷變化時，依次開啟或關(guān)閉若干個調(diào)節(jié)閥，改變調(diào)節(jié)級通流面積，以控制進入汽輪機的蒸汽量。 在這種調(diào)節(jié)方式中，機組運行時，只有未完全開啟調(diào)節(jié)閥的那部分蒸汽受到節(jié)流作用，節(jié)流損失小，經(jīng)濟性較高。最后開啟的調(diào)節(jié)閥一般是在過負荷時才使用。噴嘴調(diào)節(jié)汽輪機第一級稱調(diào)節(jié)級。,27,四，調(diào)節(jié)級的變工況 先假定：（1）調(diào)節(jié)級的反動度 ；各閥無重疊度。 (一)調(diào)節(jié)級的熱力過程曲線（圖3-25,圖3-26）： 在某一工況下，第一、二

14、閥全開，閥后壓力為 ； 第三閥部分開啟，閥后壓力為 (因有節(jié)流)； 兩全開閥的調(diào)節(jié)級熱力過程曲線如02，理想焓降 = = ，有效焓降 為 = ，終焓為 ； 部分開啟閥的調(diào)節(jié)級熱力過程曲線如0”2”， 理想焓降 ，有效焓降為 ， 終焓為 。 調(diào)節(jié)級后壓力為 = ，混合后的 焓值為 。,28,（二）調(diào)節(jié)級的內(nèi)效率和流量計算： 根據(jù)熱力過程曲線，有： 熱平衡： 混合后的焓值： = 1、調(diào)節(jié)級的內(nèi)效率： 其中， 分別為第一、二、三閥的流量；G總流量； 、 、 分別為兩全開閥調(diào)節(jié)級有效焓降、焓值、內(nèi)效率； 、 、 分別為部分開啟閥調(diào)節(jié)級有效焓降、焓值、內(nèi)效率。,29,為了求得調(diào)節(jié)級在變工況下的內(nèi)效率，必

15、須先確定各調(diào)節(jié)閥的流量、閥后壓力、調(diào)節(jié)級后汽室壓力。 2、調(diào)節(jié)級后汽室壓力 的確定： 對于凝汽式汽輪機來說，調(diào)節(jié)級后汽室壓力就是第一壓力級級前壓力，可用弗留格爾公式求得： 。 3、通過調(diào)節(jié)級任意一噴嘴組的流量： 其中， 流量比； 噴嘴組截面積； 、 主汽閥前參數(shù)； 、 該噴嘴組前參數(shù)。,30,上式改寫成： 式中， 系數(shù) ， = ； 噴嘴組截面積； 系數(shù)， = 。 4、當反動度不等于零時， ，在計算流量時，可用級的壓力比 代替噴嘴壓力比 ，這樣，上式為,31,其中， 級的流量比； 系數(shù)， = ； 系數(shù)，,=,32,(三) 調(diào)節(jié)級的壓力流量曲線（D P曲線） 圖327為調(diào)節(jié)級的壓力流量曲線（DP曲

16、線）：假設(shè)調(diào)節(jié)級的反動度m= 0，則 p1= p2 。對于凝汽機來說，調(diào)節(jié)級后的壓力p2（=p1）與流量成正比，為線OE所示。流量為圖327b所示。,33,1，第一閥開啟過程： 當開度L1=01時， （1）閥后（噴嘴組1前）壓力p01 = 0 p0 ，如直線0-3，全開后壓力不變，如3-6所示； （2）噴嘴組1的臨界壓力： 曲線0- a-d； （3）噴嘴組1后的壓力p1（p2） 曲線“0-2”； （4）第一閥全開過程，通過噴嘴組1的流量都為臨界流量，如AB所示，其后保持流量不變直到k點，如BC所示，k點后，p1pcr，流量開始減小，為亞臨界流動，如CD所示；,34,2，第二閥開啟過程： 當開度L2=01時， （1）閥后（噴嘴組前）壓力 = 從點2 開始，如“2-4-6”，因為噴嘴在級后相通。 （2）閥2的臨界壓力：pcr如 r -h- d 所示； （3）噴嘴組2 后的壓力p1： 如 2-n-7 所示； 其中，點n 之前， p2 pcr， 流量為亞臨界， 點n之后， p 2 pcr ， 流量為臨界。 （4）通過噴嘴組的流量：如BBCD所示。,35,3，第三閥開啟過程： 當開度L3=01.0時， （1）閥后（噴嘴組前）壓力： ，如 7-5-6 所示； （2）臨界壓力為： s c -d 線， （3）噴嘴組后