1、汽轮机原理全册配套完整汽轮机原理全册配套完整教学课件教学课件2022-3-2212022-3-2222汽轮机原理汽轮机原理绪论2022-3-223汽轮机简介汽轮机简介n旋转式动力机械旋转式动力机械n原动机原动机n热力循环系统热力循环系统2022-3-2242022-3-2252022-3-2262022-3-227核电站、太阳能热电站核电站、太阳能热电站2022-3-2282022-3-229汽轮机分类汽轮机分类n冲动式、反动式（工作原理）冲动式、反动式（工作原理）n凝汽式、抽气式、背压式、抽背式（热力特性）凝汽式、抽气式、背压式、抽背式（热力特性）n低压、中压、高压、亚临界、超临界、超超临低
2、压、中压、高压、亚临界、超临界、超超临界（主蒸汽压力）界（主蒸汽压力）2022-3-2210冲动式、反动式冲动式、反动式2022-3-2211轴流式、径流式轴流式、径流式2022-3-2212凝汽式凝汽式2022-3-2213背压式背压式2022-3-2214抽背式抽背式2022-3-2215汽轮机型号汽轮机型号n（类型）（额定功率）（类型）（额定功率）-（蒸汽参数）（蒸汽参数）n例如例如：CC330-16.7/1.5/0.5N200-12.7/535/535N300-16.7/538/538N600-24.2/566/566N1000-26.25/600/600CLN1000-25.0/60
3、0/6002022-3-2216汽轮机发展史汽轮机发展史1883瑞典瑞典 Laval单级，冲动式，单级，冲动式，3.7kW，26000rpm 1884英国英国 Parsons多级，反动式多级，反动式 1900美国美国 Curtis单级，复速级单级，复速级 法国法国 Rateau多级，冲动式多级，冲动式 瑞士瑞士 Zoelly多级，冲动式多级，冲动式19031907 背压式、调节抽汽式背压式、调节抽汽式 1920 给水回热式给水回热式 1925 中间再热式中间再热式 1940 增大单机功率增大单机功率 1980 1200MW单轴，超临界单轴，超临界2022-3-2217课程理论依据课程理论依据n
4、通流部分：热力学、流体力学通流部分：热力学、流体力学n凝气设备：传热学凝气设备：传热学n调节系统：自动控制原理调节系统：自动控制原理n零件强度：材料力学、转子动力学零件强度：材料力学、转子动力学2022-3-2218核电汽轮机核电汽轮机2022-3-22第一章第一章 汽轮机级的工作原汽轮机级的工作原理理1、蒸汽在级内的流动、蒸汽在级内的流动2、轮周效率和最佳速比、轮周效率和最佳速比3、叶栅尺寸的确定、叶栅尺寸的确定4、扭叶片级、扭叶片级5、级内其它损失和级效率、级内其它损失和级效率201、蒸汽在级内的流动、蒸汽在级内的流动2122汽轮机的级汽轮机的级n级的定义：汽轮机基本做功单元级的定义：汽轮
5、机基本做功单元n级的组成：静叶栅和动叶栅级的组成：静叶栅和动叶栅n级的功能：蒸汽热能级的功能：蒸汽热能-蒸汽动能蒸汽动能-转子机械能转子机械能23基本假设和方程基本假设和方程n假设蒸汽在级内的流动是假设蒸汽在级内的流动是定常定常、一维一维、绝热绝热的的n基本方程含状态方程、定熵过程关系式、连续基本方程含状态方程、定熵过程关系式、连续性方程、能量方程：性方程、能量方程：constchAcGconstpvRTpk2224喷嘴（静叶）中的流动喷嘴（静叶）中的流动n假定蒸汽在喷嘴中定熵膨胀，用假定蒸汽在喷嘴中定熵膨胀，用下标下标0、1代表喷嘴入口、出口代表喷嘴入口、出口22211200ttchch21
6、220110021cvpvpkkcttttttvpvpkkc11*0*0211225喷嘴出口速度喷嘴出口速度n代入定熵过程关系式，得喷嘴出口理论速度：代入定熵过程关系式，得喷嘴出口理论速度：n喷嘴出入口压比：喷嘴出入口压比：n喷嘴出口实际速度：喷嘴出口实际速度：kktppvpkkc1*01*0*01112tcc11*01ppn26喷嘴的速度系数喷嘴的速度系数27n从能量方程也能得到喷嘴出口速度：从能量方程也能得到喷嘴出口速度：n喷嘴动能损失：喷嘴动能损失：n喷嘴临界音速：喷嘴临界音速：201012chhc*2212212112122nttnhccch*0*0112vpkkcc28n气体定熵流动
7、压比与气体定熵流动压比与Ma关系：关系：n当当Ma=1，得临界压比：，得临界压比：n水蒸汽的临界压比：水蒸汽的临界压比：12211kknMak1211kknck577. 0135. 11 . 0035. 1546. 030. 1ncnckxkk干饱和蒸汽：饱和蒸汽：过热蒸汽：29喷嘴流量喷嘴流量n理论流量理论流量n最大理论流量最大理论流量n流量比（彭台门系数）流量比（彭台门系数）*0*0121112vpkkAvcAGkknknnttnnt*0*01112vpkkAGkknnctnctntGG30n流量比的近似公式（椭圆公式）流量比的近似公式（椭圆公式）n喷嘴的实际流量喷嘴的实际流量211ncn
8、cn*0*0648. 0vpAGGGnnctnntnn31流量系数流量系数n由实验得喷嘴、动叶的流量系数：由实验得喷嘴、动叶的流量系数：32喷嘴的斜切部分喷嘴的斜切部分n当压比小于临界值，斜切部分超音速，蒸汽流当压比小于临界值，斜切部分超音速，蒸汽流动方向发生偏转，在喉部：动方向发生偏转，在喉部：n在出口面：在出口面：n流量相等，有：流量相等，有：111111sinsincvcvccccnnccncncvctlvcAG11111sin11111sinvctlvcAGnnnn33蒸汽在动叶中的流动蒸汽在动叶中的流动n级的反动度级的反动度n冲动级、反动级冲动级、反动级n热力过程热力过程n动叶的通流
9、能力动叶的通流能力bnbtbmhhhhh*34动叶的速度系数动叶的速度系数35级内流动常用公式级内流动常用公式n熟练应用以下公式：熟练应用以下公式：21212whhbb2122whwbt*21nnhh*12nthc*tmbhh*1tmnhh362、级的轮周效率与最佳速比、级的轮周效率与最佳速比n速度三角形速度三角形n轮周功率轮周功率n轮周功轮周功n级的理想可用能级的理想可用能n轮周效率轮周效率n速比速比n假想速比假想速比n最佳速比最佳速比37速度三角形速度三角形n蒸汽流经旋转的动叶通道，绝对速度蒸汽流经旋转的动叶通道，绝对速度c等于牵等于牵连速度连速度u和相对速度和相对速度w的矢量和。的矢量和
10、。n速度三角形就是这速度三角形就是这3个速度的矢量图。个速度的矢量图。n在动叶的进口和出口，分别画出在动叶的进口和出口，分别画出2个速度三角个速度三角形，用于计算速度的大小、方向。形，用于计算速度的大小、方向。38n3个速度的关系可用余弦定理表示，如个速度的关系可用余弦定理表示，如n在动叶出口，先由在动叶出口，先由w1求出求出w2，再求出，再求出c2n如果级内出现超音速，须考虑偏转角。如果级内出现超音速，须考虑偏转角。112211cos2ucucw22222121222122whhwwhwbt39n余速损失：蒸汽流出动叶所携带的动能余速损失：蒸汽流出动叶所携带的动能n余速利用系数余速利用系数1
11、：本级的余速损失被下一级利：本级的余速损失被下一级利用的百分比用的百分比n余速利用系数的取值余速利用系数的取值00.92222chc40轮周功率轮周功率n由角动量定理，转子得到的力矩和功率由角动量定理，转子得到的力矩和功率n考虑图中考虑图中c的方向，得轮周功率：的方向，得轮周功率：uuurGcrGcMP1221222221112221coscoswwccGccGuPu41轮周功轮周功n轮周功率除以质量流量，得轮周功轮周功率除以质量流量，得轮周功n物理意义物理意义n轮周功表示单位质量蒸汽所做的功，由能量守轮周功表示单位质量蒸汽所做的功，由能量守恒，可用另一形式表达恒，可用另一形式表达212222
12、2121wwccGPWuu2*cbntuhhhhW42轮周效率轮周效率n理想可用能理想可用能n轮周效率轮周效率n喷嘴、动叶、余速损失系数喷嘴、动叶、余速损失系数0EWuu2221*0chEt02200EhEhEhccbbnn43速比速比n变工况时，三项损失中余速损失变化范围最大，变工况时，三项损失中余速损失变化范围最大，速比能够反映余速损失的变化。速比能够反映余速损失的变化。n速比：轮周速度除以喷嘴出口速度速比：轮周速度除以喷嘴出口速度n纯冲动级反动度为纯冲动级反动度为0，轮周效率：，轮周效率：11cux 111122coscoscos12xxu44n作图分析作图分析45n纯冲动级的最佳速比为
13、纯冲动级的最佳速比为cos1/2。n考虑余速利用后，轮周效率增大。考虑余速利用后，轮周效率增大。n从速度三角形看，最高的轮周效率对应于从速度三角形看，最高的轮周效率对应于c2与与旋转平面垂直时。旋转平面垂直时。n假想速比：因喷嘴出口速度不易得到，可用假假想速比：因喷嘴出口速度不易得到，可用假想速度代替，假想速比为想速度代替，假想速比为*2taaahccux46n反动级的最佳速比为反动级的最佳速比为cos147n带反动度的冲动级带反动度的冲动级n当当n有有n影响轮周效率的其它因素：影响轮周效率的其它因素：n喷嘴出口角喷嘴出口角n动叶出口角动叶出口角n动叶进口角动叶进口角 mopx12cos112
14、1, 148轮周效率与速比、反动度关系轮周效率与速比、反动度关系n用解析方法推导出的轮周效率表达式：用解析方法推导出的轮周效率表达式：n假定一些必要的参数，忽略假定一些必要的参数，忽略2的变化，得到以的变化，得到以下轮周效率与速比关系曲线：下轮周效率与速比关系曲线：112222221211cos121cos21coscos12xxxxxxxxmaamammaaamau4950速度级（复速级）速度级（复速级）n速度级有一组喷嘴，一组导叶，两组动叶速度级有一组喷嘴，一组导叶，两组动叶n特点是比焓降大，尺寸小，轮周效率较高特点是比焓降大，尺寸小，轮周效率较高n缺点分析缺点分析513、叶栅尺寸的确定、
15、叶栅尺寸的确定n叶栅直径叶栅直径n叶栅节距叶栅节距n叶片高度叶片高度n叶片进口角叶片进口角n叶片出口角叶片出口角n静叶栅与动叶栅流量近似相等静叶栅与动叶栅流量近似相等n静叶栅与动叶栅高度近似相等静叶栅与动叶栅高度近似相等52静叶栅尺寸静叶栅尺寸n喷嘴压比大于喷嘴压比大于0.45，使用渐缩喷嘴；否则使用，使用渐缩喷嘴；否则使用缩放喷嘴。缩放喷嘴。n喷嘴流量喷嘴流量n喷嘴出口面积喷嘴出口面积n喷嘴高度喷嘴高度111sintnnntnnctzvGl ttnnnvcAG11/1sinnnnnltzA 53n静叶栅部分进汽度静叶栅部分进汽度n静叶高度静叶高度n当容积流量较小，可减小当容积流量较小，可减小
16、e，增大，增大l，减小叶高，减小叶高损失。当气流超音速，出口角应修正。损失。当气流超音速，出口角应修正。n利用流量公式，也可求出叶高利用流量公式，也可求出叶高1*0*0sin648. 0nnnnndeAlvpGAnnndtze111sintnntnncdevGl 54动叶栅尺寸动叶栅尺寸n与静叶栅类似与静叶栅类似n动叶的盖度动叶的盖度n动叶的围带动叶的围带n问题：已知某反动级的直径和喷嘴出口角，求问题：已知某反动级的直径和喷嘴出口角，求该级的理想滞止比焓降？该级的理想滞止比焓降？222222sinsin/tbbtbbbbbttbbbwdevGlldeAvwAG55面积比与反动度面积比与反动度n
17、面积比：动叶出口面积面积比：动叶出口面积/ /静叶出口面积静叶出口面积n面积比决定汽流膨胀程度，实现反动度面积比决定汽流膨胀程度，实现反动度n冲动级：动叶前后状态参数变化小，因动叶静冲动级：动叶前后状态参数变化小，因动叶静叶流量相同，叶流量相同，w w2 2c11，约为，约为1.41.4n反动级：汽流在动叶内膨胀，反动级：汽流在动叶内膨胀，w w2 2与与c c1 1接近，动接近，动叶后密度略小，故面积比接近叶后密度略小，故面积比接近1 1；随压力下降，；随压力下降，动叶后密度显著减小，故面积比逐渐增大动叶后密度显著减小，故面积比逐渐增大564、扭叶片级、扭叶片级n当叶片高度较小时，叶片的顶部
18、、中点、根部的圆周当叶片高度较小时，叶片的顶部、中点、根部的圆周速度速度u近似相等。近似相等。n这时，做成等截面的直叶片，汽流参数沿着叶高基本这时，做成等截面的直叶片，汽流参数沿着叶高基本一致。一致。n汽流由于膨胀，容积流量增大，叶片高度必须随着增汽流由于膨胀，容积流量增大，叶片高度必须随着增大，这时，叶片顶部、根部的大，这时，叶片顶部、根部的u差异增大，速度三角差异增大，速度三角形差异也增大。形差异也增大。n可以利用径高比描述叶片的相对长短：可以利用径高比描述叶片的相对长短：n当径高比小于当径高比小于8时，使用直叶片将严重降低轮周效率。时，使用直叶片将严重降低轮周效率。ld57长叶片级的工作
19、特点长叶片级的工作特点n1、沿叶高、沿叶高u不同不同n例如例如N125汽轮机的末级，径高比汽轮机的末级，径高比2.9，u在叶顶、叶根在叶顶、叶根处相差一倍，两处的速度三角形差异明显。处相差一倍，两处的速度三角形差异明显。n2、环形叶栅、环形叶栅n使用直叶片的不良后果：使用直叶片的不良后果：n（1）径高比较小时，叶顶、叶根处的节距相差很大，）径高比较小时，叶顶、叶根处的节距相差很大，而每种叶栅都有一最佳节距。而每种叶栅都有一最佳节距。n（2）喷嘴出口有圆周分速度，产生离心力场，沿着）喷嘴出口有圆周分速度，产生离心力场，沿着叶高压力上升，造成叶顶、叶根处反动度变化。叶高压力上升，造成叶顶、叶根处反
20、动度变化。n（3）动叶出口汽流方向变化剧烈，）动叶出口汽流方向变化剧烈，级后汽流级后汽流混合混合不不均匀均匀。58弯扭叶片弯扭叶片59弯扭叶片弯扭叶片n叶片周向弯曲后，在叶片表叶片周向弯曲后，在叶片表面尤其是吸力面上形成了两面尤其是吸力面上形成了两端压力高中间压力低的静压端压力高中间压力低的静压分布。分布。n两端部的低能流体被吸入主两端部的低能流体被吸入主流区被主气流带走，这样就流区被主气流带走，这样就减少了低能流体在两端壁与减少了低能流体在两端壁与吸力面组成的角隅处的堆积，吸力面组成的角隅处的堆积，避免了分离的发生，减少了避免了分离的发生，减少了能量损失。能量损失。n实验结果表明，叶片弯曲以
21、实验结果表明，叶片弯曲以后还可以减小压力面与吸力后还可以减小压力面与吸力面的两端的压差，从而减弱面的两端的压差，从而减弱了两端的横向二次流动。了两端的横向二次流动。605、级内损失和级效率、级内损失和级效率n级内损失级内损失：因蒸汽流动和膨胀作功过程，引起因蒸汽流动和膨胀作功过程，引起理想比焓降不能转变成机械功的那部分热能，理想比焓降不能转变成机械功的那部分热能，称为内部损失。称为内部损失。n外部损失外部损失：汽缸轴封漏汽，轴承摩擦，主油泵：汽缸轴封漏汽，轴承摩擦，主油泵耗功等。耗功等。n相对内效率相对内效率：前面已指出三项级内损失：喷嘴前面已指出三项级内损失：喷嘴损失、动叶损失、余速损失。在
22、此基础上，再损失、动叶损失、余速损失。在此基础上，再扣除其它级内损失，就能得到级的扣除其它级内损失，就能得到级的相对内效率，相对内效率，简称级效率。简称级效率。61级内损失级内损失n余速损失余速损失n叶型损失叶型损失（喷嘴损失、（喷嘴损失、动叶损失）动叶损失）n1 1）边界层内的摩擦）边界层内的摩擦n2 2）边界层分离涡流）边界层分离涡流n3 3）尾迹损失）尾迹损失n4 4）激波损失）激波损失62n叶高损失叶高损失（端部损失）：（端部损失）： 蒸汽在叶片端部附近流蒸汽在叶片端部附近流动时，要产生附面层及动时，要产生附面层及旋涡，损失部分有用功，旋涡，损失部分有用功，由于叶片长度有限，这由于叶片
23、长度有限，这种损失的比例随着叶高种损失的比例随着叶高的减小而增加。的减小而增加。n1 1）二次流摩擦）二次流摩擦n2 2）补偿流）补偿流n3 3）对涡）对涡( (马蹄涡马蹄涡) )unlhlah6364n与冲动级相比，反动级汽流速度偏低，在动叶中加速与冲动级相比，反动级汽流速度偏低，在动叶中加速膨胀，汽流转向角度小，叶型损失、端部损失都较小。膨胀，汽流转向角度小，叶型损失、端部损失都较小。65n撞击损失撞击损失： 从速度三角形看，从速度三角形看，c1变化时，动叶进口汽变化时，动叶进口汽流角将变化，新的汽流角与设计工况下汽流角的差，流角将变化，新的汽流角与设计工况下汽流角的差，称为冲角称为冲角n
24、如图，当比焓降减小，如图，当比焓降减小， c1减小，汽流角增大减小，汽流角增大n常用公式常用公式n减小措施：减小措施：n1）合理选择叶型，保证设计工况下冲角为）合理选择叶型，保证设计工况下冲角为0n2）将进汽边做成弧形，减小冲角的影响）将进汽边做成弧形，减小冲角的影响c1c11w1w11u2sin11122111wh66n扇形损失扇形损失n采用直叶片的级，因环形叶栅的缘故，存在扇采用直叶片的级，因环形叶栅的缘故，存在扇形损失，常用径高比描述其大小形损失，常用径高比描述其大小n采用扭叶片的级无此项损失采用扭叶片的级无此项损失*27 . 0tbbhhdl67n叶轮摩擦损失叶轮摩擦损失n产生原因：产
25、生原因：n1）叶轮旋转引起速度梯度）叶轮旋转引起速度梯度n2）离心作用产生径向涡流）离心作用产生径向涡流n常用公式：常用公式：n反动级无叶轮，故无此项损失反动级无叶轮，故无此项损失DPhvudPfff3600110007. 123268n部分进汽损失部分进汽损失n当级的部分进汽度当级的部分进汽度e 低低压段压段 高压段高压段89汽轮机性能评价指标汽轮机性能评价指标n相对内效率相对内效率 汽轮机有效焓降汽轮机有效焓降汽轮机理想焓降汽轮机理想焓降n机械效率机械效率 汽轮机轴端功率汽轮机轴端功率汽轮机内功率汽轮机内功率n发电机效率发电机效率 发电机出线端功率发电机出线端功率汽轮机轴端功率汽轮机轴端功
26、率n汽轮发电机组的相对电效率汽轮发电机组的相对电效率 相对内效率相对内效率机械效率机械效率发电机效率发电机效率n汽轮发电机组的绝对电效率汽轮发电机组的绝对电效率 循环热效率循环热效率相对电效率相对电效率n汽耗率汽耗率单位发电量所用蒸汽量单位发电量所用蒸汽量n热耗率热耗率单位发电量所用热量单位发电量所用热量90课堂练习课堂练习n汽轮机的进汽温度升高后，通流部分的内效率汽轮机的进汽温度升高后，通流部分的内效率将如何变化？将如何变化？n上述指标中，哪一个最能反映级和级组的经济上述指标中，哪一个最能反映级和级组的经济性？哪一个最能反映汽轮发电机组的经济性？性？哪一个最能反映汽轮发电机组的经济性？n如何
27、评价一个热力发电厂的经济性（锅炉、管如何评价一个热力发电厂的经济性（锅炉、管道、汽轮机、发电机）？道、汽轮机、发电机）？912、进汽排汽损失和热力过程线、进汽排汽损失和热力过程线92进汽阀门节流损失进汽阀门节流损失n蒸汽在进汽通道上的蒸汽在进汽通道上的流动过程属于流动过程属于绝热等绝热等焓焓过程过程n由于节流过程引起汽由于节流过程引起汽轮机理想焓降减小轮机理想焓降减小n高压进汽部分的压损：高压进汽部分的压损：2 25 5p p0 0n再热管道部分的压损：再热管道部分的压损：8 81 12 2 p pr0r093nWestinghouse600MW汽轮机高压主汽门94排汽管阻力损失排汽管阻力损失
28、95n在排汽管进出口建立伯努利方程：在排汽管进出口建立伯努利方程：n当损失项当损失项11，进口压力高；，进口压力高；n当损失项当损失项=1=1，进出口压力相等；，进出口压力相等；n当损失项当损失项145时精度高时精度高010220212011TTppppGGzz137弗留格尔公式应用弗留格尔公式应用n用于中间有比例抽汽量的多个级组用于中间有比例抽汽量的多个级组222121111222121222121222121111222121221222121111121111CACACACACBCBBABACBCBBABAexppppGGppppppppppppGkGkppppGGppppGGGkGkG
29、G138弗留格尔公式应用弗留格尔公式应用n计算通流面积变化计算通流面积变化n级组通流部分均匀结垢，当流量不变时，必须级组通流部分均匀结垢，当流量不变时，必须升高初压才能保持流量，由压力变化确定通流升高初压才能保持流量，由压力变化确定通流面积的变化：面积的变化：n在通流部分面积按比例变化时，将流量公式折在通流部分面积按比例变化时，将流量公式折算为单位面积流量进行计算。算为单位面积流量进行计算。0010101101000111/TTGppGAATTppAGAG139弗留格尔公式应用弗留格尔公式应用n例：例：汽轮机设计工况下汽轮机设计工况下蒸汽流量为蒸汽流量为132.6t/h，调，调节级汽室压力为节
30、级汽室压力为1.67MPa。当机组流量。当机组流量降为降为90t/h时，调节级汽时，调节级汽室压力为多少？又压力室压力为多少？又压力级结垢后使通流面积减级结垢后使通流面积减少少5%，则在，则在90t/h工况工况下调节级汽室压力是多下调节级汽室压力是多少？少？MPappppAGAGMPappppGG193. 167. 11/6 .13295. 0/90/133. 167. 16 .1329001010011101010011140弗留格尔公式应用弗留格尔公式应用n拆除某级后流量与压力关系拆除某级后流量与压力关系n例：例：试问拆除第试问拆除第6级后若流量仍为设计值，则级后若流量仍为设计值，则调节级
31、后压力变化多少？哪个级所受影响最大？调节级后压力变化多少？哪个级所受影响最大？下表为汽轮机各级级后压力（下表为汽轮机各级级后压力（MPa）：）：n第第6级拆除后，第级拆除后，第7级前压力不变。级前压力不变。n分析调节级后第分析调节级后第2级到第级到第5级构成的级组级构成的级组调节调节23456789101.1760.8620.6120.4260.2820.1790.1040.0620.0320.004MPapppppp156. 11282. 0176. 1179. 001222201252026201141n分析第分析第5级前后压差的变级前后压差的变化：化：n调节级后压力变化很小：调节级后压力
32、变化很小：n问题：调节级后压力降低，如何维持原流问题：调节级后压力降低，如何维持原流量？量？%9 .1283646. 01282. 0426. 0179. 05464141222241252426241ppppMPapppppp%7 . 10001ppp1423、配、配汽方式和调节级变工况汽方式和调节级变工况n喷喷嘴调节和调节级变工况嘴调节和调节级变工况n喷喷嘴配汽嘴配汽143喷嘴配汽喷嘴配汽144喷嘴配汽喷嘴配汽145n调节级的热力过程线调节级的热力过程线n调调节级汽室参数节级汽室参数n调调节级的相对内效率节级的相对内效率n调调节级压力与流量的关系节级压力与流量的关系n假假定：定：n1 1）
33、级后压力正比于流量）级后压力正比于流量n2 2）级的反动度为）级的反动度为0 0n3 3）调节汽门顺序开启，无重叠度）调节汽门顺序开启，无重叠度n4 4）全开调门后压力不变）全开调门后压力不变喷嘴配汽喷嘴配汽146n压力随流量（综合开度）的变化压力随流量（综合开度）的变化喷嘴配汽喷嘴配汽147n流量随综合开度的变化流量随综合开度的变化喷嘴配汽喷嘴配汽148n调节级焓降的变化调节级焓降的变化n调节级的危险工况调节级的危险工况n实际的调节级实际的调节级n1）调节级后温度）调节级后温度n阀点与阀点与t2 ，t2变小，变小，p2？n2）调节级反动度）调节级反动度np1的变化的变化n3）调门的重叠度）调
34、门的重叠度n与阀门的流量特性有与阀门的流量特性有关关n4）喷嘴组前的压力）喷嘴组前的压力喷嘴配汽喷嘴配汽149n实际调节级的压力与流量（综合开度）关实际调节级的压力与流量（综合开度）关系系喷嘴配汽喷嘴配汽150喷嘴配汽的优点、缺点喷嘴配汽的优点、缺点n1）流经全开调门的蒸汽节流损失少，调节级）流经全开调门的蒸汽节流损失少，调节级焓降大焓降大n2）负荷降低时，高压缸排汽温度降低，再热）负荷降低时，高压缸排汽温度降低，再热吸热量增加，循环热效率较高吸热量增加，循环热效率较高n3）调节级后温度不均）调节级后温度不均n4）有部分进汽损失、部分节流损失）有部分进汽损失、部分节流损失n5）调节级汽室温度变
35、化大引起热应力）调节级汽室温度变化大引起热应力n6）第）第1调门全开时动叶受汽流力大调门全开时动叶受汽流力大n7）动叶、转子受到周期性激励和不平衡力）动叶、转子受到周期性激励和不平衡力151节流配汽节流配汽n所有阀门保持相同开所有阀门保持相同开度，通过改变阀门开度，通过改变阀门开度调节流量，称为节度调节流量，称为节流配汽。流配汽。n因节流，汽机理想比因节流，汽机理想比焓降减小，与无节流焓降减小，与无节流时的理想比焓降之比，时的理想比焓降之比，称为节流效率。称为节流效率。n背压越低，节流效率背压越低，节流效率越高。越高。n背压式汽轮机不宜采背压式汽轮机不宜采用节流配汽用节流配汽。152旁通配汽旁
36、通配汽153n常见常见的主汽压力控的主汽压力控制方制方式：式：定压、滑定压、滑压压n定定压运行压运行：汽轮机：汽轮机主汽门前压力维持主汽门前压力维持不变，此时汽轮机不变，此时汽轮机采用喷嘴配汽或节采用喷嘴配汽或节流配汽。流配汽。n滑压运行滑压运行：汽轮机：汽轮机进汽门全开、或部进汽门全开、或部分全开，同时维持分全开，同时维持阀位不变，初温不阀位不变，初温不变（调节锅炉燃变（调节锅炉燃烧）。烧）。154n不不同运行方同运行方式的比较式的比较n从三个方面比较：经济性、安从三个方面比较：经济性、安全性（负荷适全性（负荷适应性）、应性）、负荷响应速度负荷响应速度经济性经济性安全性安全性负荷响应速度负荷
37、响应速度喷嘴配汽喷嘴配汽较高较高负荷时较好负荷时较好差差较快较快节流配汽节流配汽部分负部分负荷时较差荷时较差好好最快最快滑滑压配汽压配汽部分负部分负荷时较好荷时较好好好较慢较慢155喷嘴、滑压配汽方式小结喷嘴、滑压配汽方式小结n喷嘴配汽：从额定负荷开始，随负荷喷嘴配汽：从额定负荷开始，随负荷，调节，调节级比焓降级比焓降，级后温度，级后温度，高压缸排汽温度，高压缸排汽温度，再热吸热量再热吸热量，循环热效率，循环热效率；有部分节流损失、；有部分节流损失、部分进汽损失，且随负荷部分进汽损失，且随负荷而而。n滑压配汽：滑压配汽：随负荷随负荷，初压，初压，初温不变，初焓，初温不变，初焓，调节级后温度不变
38、或略，调节级后温度不变或略，高压缸排汽温度，高压缸排汽温度不变或略不变或略，再热吸热量，再热吸热量，循环热效率，循环热效率；采；采用变速给水泵节约功耗，部分负荷时经济性用变速给水泵节约功耗，部分负荷时经济性。n喷嘴配汽能快速实现负荷变化，滑压配汽依靠喷嘴配汽能快速实现负荷变化，滑压配汽依靠燃料量调节负荷，响应速度慢。燃料量调节负荷，响应速度慢。n采用喷嘴配汽滑压运行，调节级后温度变化小，采用喷嘴配汽滑压运行，调节级后温度变化小，安全性（负荷适应性）好。安全性（负荷适应性）好。156n实实际采用喷嘴调节时，常使第际采用喷嘴调节时，常使第1、2个调门个调门同步动作，第同步动作，第3、4个调门顺序开
39、启。个调门顺序开启。复合配汽方式复合配汽方式157n随负荷上升，采用：定压随负荷上升，采用：定压滑压滑压定压定压n低负荷：采用定压，锅炉金属温度变化率较小，蒸汽低负荷：采用定压，锅炉金属温度变化率较小，蒸汽初参数较高，循环热效率较高。初参数较高，循环热效率较高。n中间负荷：采用滑压方式，汽机金属温度变化小。中间负荷：采用滑压方式，汽机金属温度变化小。n高负荷：采用喷嘴配汽，使汽机内效率提高。高负荷：采用喷嘴配汽，使汽机内效率提高。n例：浙江北仑电厂例：浙江北仑电厂#2#2机（法国机（法国ALSTHOM 600MWALSTHOM 600MW机组）的机组）的配汽方式随负荷变化：配汽方式随负荷变化：
40、n0 05050时时#1#1、#2#2、#3#3阀同步参与调节（定压节流）；阀同步参与调节（定压节流）；n50509494时时#1#1、#2#2、#3#3阀全开（滑压运行）；阀全开（滑压运行）；n9494100100时时#4#4阀开启并参与调节（定压喷嘴调节）。阀开启并参与调节（定压喷嘴调节）。复合配汽方式复合配汽方式158课堂练习课堂练习n例：例：凝汽式汽轮机初参数凝汽式汽轮机初参数16.7MPa16.7MPa，550C550C，有，有4 4个调个调节级喷嘴组，喷嘴数依次为节级喷嘴组，喷嘴数依次为8 8、6 6、4 4、4 4。设计工况下。设计工况下4 4个调节汽门开足，额定进汽量个调节汽门
41、开足，额定进汽量300t/h300t/h，此时调节级，此时调节级后压力为后压力为10MPa10MPa。假定调门开启无重迭度、调节级反。假定调门开启无重迭度、调节级反动度为零。全开调门的级相对内效率为动度为零。全开调门的级相对内效率为0.70.7，调门部，调门部分开启的级相对内效率为分开启的级相对内效率为0.650.65，调门全开时喷嘴组前，调门全开时喷嘴组前的压力为的压力为15.88MPa15.88MPa。试求当进汽量为。试求当进汽量为225t/h225t/h时：时：（1 1）各调门的流量分配；）各调门的流量分配；（2 2）部分开启调门后的压力；）部分开启调门后的压力；（3 3）调节级后蒸汽状
42、态点。）调节级后蒸汽状态点。159（1 1）当进汽量从）当进汽量从300t/h300t/h降降为为225t/h225t/h时，调节级后时，调节级后压力降低：压力降低： 此时，全开调门后调节此时，全开调门后调节级喷嘴的流动状态：级喷嘴的流动状态： 而设计工况调节级喷嘴而设计工况调节级喷嘴压比：压比： 设计工况喷嘴流量比：设计工况喷嘴流量比：MPappGGpp5 . 73002251021211221982. 011630. 088.151047. 088.155 . 721crcrcr160调节级的临界流量：调节级的临界流量：单个喷嘴的临界流量：单个喷嘴的临界流量：各喷嘴组的临界流量：各喷嘴组的
43、临界流量：各喷嘴组的流量分配：各喷嘴组的流量分配：htGhtGGGhtGhtGhtGGhtGGhtGGhtGGhtGGhtGGnnnnnncrscrcrscrcrscrcrscrcrcrscr/0/59.30225/32.83/09.111/55.554/55.554/32.836/09.1118/886.134468/5 .3054213214321161（2 2）部分开启调门后压力即第）部分开启调门后压力即第3 3个喷嘴组前的个喷嘴组前的压力。压力。方法一方法一：对第：对第3 3个喷嘴组及后面的动叶应用弗个喷嘴组及后面的动叶应用弗留格尔公式留格尔公式 MPappppppGG2 .10108
44、8.155 . 7982. 055.5559.303 ,0122223 ,012223 , 022123 ,0131 , 3162MPappppGGcrn892. 959.30546. 01546. 0/5 . 7155.5588.1559.3055.5588.153 ,0123 ,013 ,011 , 33 ,011 , 31 , 33方法二方法二：应用流量方程。由第一节知道，喷嘴：应用流量方程。由第一节知道，喷嘴的临界流量与初压成正比（忽略初温变化）：的临界流量与初压成正比（忽略初温变化）：163（3 3）调节级后蒸汽状态，即两股汽流混合后的状）调节级后蒸汽状态，即两股汽流混合后的状态态汽
45、流汽流理想焓降理想焓降实际焓降实际焓降级后比焓级后比焓全开调门后喷嘴组全开调门后喷嘴组232kJ/kg232kJ/kg162.4kJ/kg162.4kJ/kg3271.6kJ/kg3271.6kJ/kg部分开调门后喷嘴组部分开调门后喷嘴组105kJ/kg105kJ/kg68.25kJ/kg68.25kJ/kg3365.8kJ/kg3365.8kJ/kg调节级后两股汽流混合调节级后两股汽流混合: : h=3284.4kJ/kg h=3284.4kJ/kg p=7.5MPa p=7.5MPa t=451.4t=451.4C C本题结束。本题结束。164例：例：喷嘴配汽凝汽式汽轮机，有喷嘴配汽凝汽式
46、汽轮机，有4 4个调门及等面积的喷嘴个调门及等面积的喷嘴组，调门顺序开启无重叠度，调门全开时喷嘴组前压组，调门顺序开启无重叠度，调门全开时喷嘴组前压力为力为16.67MPa16.67MPa，温度，温度538C538C。3 3阀点时阀点时G=1095.72t/hG=1095.72t/h，调节级后压力调节级后压力p p1 1=12.762MPa=12.762MPa，t t1 1=505.5C=505.5C，设调节，设调节级反动度为级反动度为0 0。（1 1）计算主汽流量为）计算主汽流量为855t/h855t/h时各调门的流量分配。时各调门的流量分配。（2 2）若考虑调节级后温度变化的影响，此时调节
47、级后压）若考虑调节级后温度变化的影响，此时调节级后压力有何变化，对流量分配产生什么影响？力有何变化，对流量分配产生什么影响？165（1 1）额定工况全开调门喷嘴组）额定工况全开调门喷嘴组的压比、流量比的压比、流量比 由此求得全开调门喷嘴组的最由此求得全开调门喷嘴组的最大流量为：大流量为： 当主蒸汽流量降为当主蒸汽流量降为855t/h855t/h时，时，不计调节级后蒸汽温度变化，不计调节级后蒸汽温度变化，则调节级后压力为则调节级后压力为 全开调门喷嘴组的压比、流量全开调门喷嘴组的压比、流量比比 此时对应全开调门喷嘴组的流此时对应全开调门喷嘴组的流量量 结果：结果：I I、II II调门全开，通过
48、的调门全开，通过的蒸汽流量分别为蒸汽流量分别为414.6t/h414.6t/h；IIIIII调门部分开启，通过的蒸汽调门部分开启，通过的蒸汽流量为流量为25.75t/h25.75t/h。 htGGMPapGGphtGGcrcr/62.4149936. 05973. 067.16958. 9958. 9/31.417318752. 0117656. 067.16762.12max1111111max2166（2 2）主蒸汽流量减小，调节级焓降增大，调节级后蒸汽温度）主蒸汽流量减小，调节级焓降增大，调节级后蒸汽温度下降，由下降，由 考虑调节级后温度影响，在蒸汽流量为考虑调节级后温度影响，在蒸汽流量
49、为855t/h855t/h时，调节级时，调节级后压力低于上述计算得的后压力低于上述计算得的9.958MPa9.958MPa。对应全开调门的喷嘴。对应全开调门的喷嘴组，压比减小，流量增大。故考虑调节级后蒸汽温度变化组，压比减小，流量增大。故考虑调节级后蒸汽温度变化影响，影响，I I、II II喷嘴组流量增多，而喷嘴组流量增多，而IIIIII喷嘴组流量减少。喷嘴组流量减少。 由于不考虑调节级后蒸汽温度时，全开调节对应喷嘴组已由于不考虑调节级后蒸汽温度时，全开调节对应喷嘴组已十分接近于临界，故流量改变很小。十分接近于临界，故流量改变很小。 1111111TTppGG1674、比焓降、反动度的变化、比
50、焓降、反动度的变化n假定蒸汽在级前后假定蒸汽在级前后0到到2之间定熵膨胀，比焓降之间定熵膨胀，比焓降n当初温不变，比焓降取决于压比；当初温不变，比焓降取决于压比；n压比减小，比焓降增大。压比减小，比焓降增大。kktkktppRTkkhRTpppppkkh102000022002200111168比焓降的变化比焓降的变化n凝汽式汽轮机的中间级凝汽式汽轮机的中间级n取某个中间级，连同后面所有的级构成一个临取某个中间级，连同后面所有的级构成一个临界级组，流量与级组前压力关系为界级组，流量与级组前压力关系为n去除选定的级，剩余级组流量与压力关系为去除选定的级，剩余级组流量与压力关系为0011ppGG2
