5.汽轮机变工况特性_(1)全解

G1 G
2 2 p01 p21 T0 2 2 p0 p 2 T01
G1 忽略温度变化： G
2 2 p01 p21 2 2 p0 p2
说明： （ 1 ）级内未达到临界时，通过级的流量不仅与初参 数有关，还与终参数有关； （2）流量偏离设计值越小，误差越小。
二、级组压力与流量的关系

设计工况和变工况下喷嘴均为临界工况
0 Gc1 p01 0 Gc p0
T00 p01 0 T01 p0
T0 T01
0 Gc1 p01 p01 0 忽略温度变化： Gc p0 p0
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 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 节级的喷嘴可能超过音速。
G1 G
2 2 p01 pg T0 1 2 2 T1 p0 pg
G1 不考虑温度变化： G
2 2 p01 pg 1 2 2 p0 pg
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。
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。
三、各级的p0-G曲线
n 1d 1 1 1d

2
1、当初压不变时
G 0.648 d An cr
* * p0 0
2、初终参数同时改变时
* d 1 p 01 G1 * G 1 p0
T0* * T01 T0* * T01
p1 在0 ~ p1d 时， d 1 d 1
一，凝汽式汽轮机
根据前面的讨论可知，当工况变动时，通过级的流量与级前压力成 正比，即
G1 p01 p 21 p2 G p0
所以
p 2 p 21 p0 p01
上式表明，当工况变动时，凝汽式汽轮机各中间级前后压力比不变。这样，
代入式焓降表达式后，级的理想焓降不变。当然，级的速度比和级效率也不 变。 而级的内功率为：
0 Gc1 p01 T00 p01 T0 0 0 Gc p0 T01 p0 T01
结论：级处于临界工况时，级的流量与滞止初压或初 压成正比，与滞止初温或初温的平方根成反比；不考 虑温度变化时，流量只于滞止初压或初压成正比。

级内为亚临界工况
级内喷嘴和动叶出口汽流 速度均小于临界速度的工况。



六、撞击损失

撞击损失
口角应一致；
设计工况下，汽流进入动叶栅相对运动方向角与动叶几何进
变工况时，当比焓降变化，二者不再一致，使汽流进入动叶 的相对运动方向改变，从而使动叶附面层厚度改变，叶型 损失增加，这一增加损失称为撞击损失。 近似公式：
1 h1 (w11 sin ) 2 2
撞击损失的形成图


总结：
采用喷嘴调节的凝汽式汽轮机，当流量改变时，比焓降的变
化主要发生在调节级和最后一级中；所有中间级在流量变化 时，比焓降近乎不变；但在低负荷时，中间级比焓降也会变 小。

当流量增加时，调节级焓降减小，末级焓降增加，各中间级
焓降近乎不变；

当流量减小时，调节级焓降增大，末级焓降减小，各中间级 焓降近乎不变；
(a)比焓降减小；(b)比焓降增大
第四节 配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响



配汽方式概述 节流配汽 喷嘴配汽 调节级压力与流量关系 配汽方式对定压运行级组变工况的影响 轴向推力的变化规律
G G Gc 0 G0 m Gc G0 m m 0
2
1 c 0 n c 1 c 0 0
m、1、 0之间关系的三维显示为流量锥，二维表
示为流量网图。（oad为等腰直角三角形）
m
d
c
0

设计工况和变工况下喷嘴均为亚临界工况
0 0 0 1 p01 G1 0.648 1 p01 01 0 0 0 G p0 0.648 p0 0
T00 1 p01 0 p0 T01
T0 T01
忽略温度变化
0 G1 1 p01 1 p01 0 G p0 p0
* Gcr1 p 01 G1 * G Gcr p0
第三节、级与级组的变工况特性

级内压力与流量的关系 级组压力与流量的关系 各级的p0-G曲线 压力与流量关系式的应用 级的比焓降和反动度变化规律 撞击损失
一、级内压力与流量的关系

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。
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：
n c时 G n An
2 k 1 0 k 2k p0 k n 0 n k 1 v0 0 0 p0 / v0
n c时 G Gc 0.648An

背压式汽轮机除调节级比焓降变化外，最后几级的比焓降也 发生变化，负荷变化越大，则受影响的级数越多。

级的反动度变化规律


固定转速汽轮机反动度变化主要由级的比焓降变 化引起；
级的比焓降减小，即速比 xa 增大时，反动度增大； 级的比焓降增大，即速比 xa 减小时，反动度减小； 设计反动度较小的级，比焓降变化时，反动度变 化较大；反之，变化较小；反动级的反动度基本 不变； 凝汽式汽轮机末级（临界工况），流量不变， pc 降低，反动度增大；pc 升高，反动度减小。
汽轮机原理
Steam Turbine Theory
第三章 汽轮机的变工况特性
主要内容




概述 喷嘴的变工况特性 级与级组的变工况特性 配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响 滑压运行的经济性与安全性 初终参数变化对汽轮机工作的影响 汽轮机的工况图
第一节 概 述

设计工况：指汽轮机在设计参数下运行的工况，也
k 1 k 1d
k 1 k 1
An cr
An

k 1 k 1

2 k 1d

上式近似于椭圆曲线， 则
An cr
An
1d cr 1 1 cr
2

2
* p1d p1 p0 时，流量与压力的关系 为椭圆方程，即
p1 p1d G d 1 p* p Gcr 1d 0
称经济工况。

变工况：汽轮机在偏离设计参数的条件下运行的工
况（外界负荷变动、蒸汽参数变动和转速变动）

研究意义：

了解汽轮机在不同工况下的效率变化，以设法使效率 变化不多。 了解汽轮机在不同工况下受力情况，保证机组安全。

第二节 喷嘴的变工况特性

渐缩喷嘴初压不变时背压与流量的关系
渐缩喷嘴前后参数都变化时的流量变化 渐缩喷嘴 初压、背压与流量的关系 缩放喷嘴的变工况
N i Ghti
= BG
这就说明：在计算汽轮机各中间级的变动工况时，不需要逐级进行详细计算， 只需求得各级前的压力，然后将热力过程曲线平移即可。而调节级和末级的 变动工况，则要进行详细计算。
结论：

凝汽式汽轮机初压、背压均与流量成正比的非调节级，
流量变化时级的理想比焓降基本不变； 对凝汽式汽轮机的末级，G G c min 处，虽p0正比于 G，但背压 pc不与G成正比，若pc不变，则流量增大， 比焓降增大；反之，流量减小，比焓降减小； 对凝汽式汽轮机的末级， G G c min 处，虽p0与G的 关系为双曲线关系，流量下降时，比焓降减得稍慢。
三、渐缩喷嘴 初压、背压与流量的关系

函数 G f ( p0 , p1 ) 关系曲线（流量网图）
流量网图

流量锥
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。
假设最大初压为p0m，相应的最大临界流量为G0m
0 p0 0 0 p0 m
相对初压 相对背压
1 m
p1 0 p0 m

几个概念
级组：一些流量相等，通流面积不随工况而变化（或变化 程度相同）的依次串联排列的若干级的组合； 亚临界级组：级组各级的汽流速度均小于临界速度的级组； 临界工况级组：级组内至少有一列叶栅的出口速度达到或 超过临界速度； 级组临界压比：临界工况机组中某一级（一般是最末级） 的喷嘴或动叶）流速刚达到临界速度时，级组前后压比称 为 ~。
推导得：
2 p01 2 p0 2 G1 2 pz1 pz 1 p 2 0 G p0
2
上式表明，当背压不变时，背压式汽轮机各级前压力与流量的关系按双曲线 规律变化。离末级越远，越近于直线。
从图上分析：
1，对于背压式汽轮机的前几级，当工况偏离设计值不远时，级前压力与流量 的关系近于直 线； 2，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； 3，当流量变化较大时，各级焓降都要变化，并且最后一、二级变化最大。
p01 G1 a p0 G


用于运行分析
监视汽轮机通流部分运行是否正常； 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 推算出通过各级的流量。
五、级的比焓降和反动度变化规律
ca 2ht*
k 1 k p2 2k * * p0 v0 1 * p k 1 0


二，背压式汽轮机
1，如果背压式汽轮机最后一级达临界，则各级前的压力与流量成正比。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。 2，但是，背压式汽轮机的末级一般不会达临界，其压力与流量的关系应按 弗留格尔公式进行计算