1、1第五章汽轮机的变工况特性第五章汽轮机的变工况特性第一节第一节 变工况下级的压力与流量的关系变工况下级的压力与流量的关系 第二节第二节 变工况下级的比焓降和反动度的变化规律变工况下级的比焓降和反动度的变化规律第三节第三节 配汽方式和调节级的变工况特性配汽方式和调节级的变工况特性第四节第四节 凝汽式汽轮机的工况图凝汽式汽轮机的工况图第五节第五节 蒸汽初终参数变化对汽轮机工作的影响蒸汽初终参数变化对汽轮机工作的影响第第六节六节 汽轮机变工况热力核算汽轮机变工况热力核算2 1.什么是工况？什么是工况？n设计工况、变动工况。设计工况、变动工况。n设计工况设计工况:运行时各种参数都保持设计值，即汽轮机在
2、运行时各种参数都保持设计值，即汽轮机在设计条件下的工况。也称为经济工况。设计条件下的工况。也称为经济工况。n变动工况：外界负荷、蒸汽参数及转速等运行参数发变动工况：外界负荷、蒸汽参数及转速等运行参数发生变动，偏离设计值的工况。生变动，偏离设计值的工况。第五章汽轮机的变工况特性第五章汽轮机的变工况特性2.研究变动工况的目的研究变动工况的目的n了解汽轮机在不同工况下的效率变化了解汽轮机在不同工况下的效率变化n不同调节方式对汽轮机工作的影响不同调节方式对汽轮机工作的影响n了解汽轮机在不同工况下受力情况了解汽轮机在不同工况下受力情况从而保证机组在变工况下安全、经济运行。从而保证机组在变工况下安全、经济
3、运行。3 3.引起工况变化的原因引起工况变化的原因第五章汽轮机的变工况特性第五章汽轮机的变工况特性4.研究方法研究方法a.蒸汽初、终参数变化蒸汽初、终参数变化 b.通流部分工作状态变化通流部分工作状态变化c.转速、进汽调节方式转速、进汽调节方式d.回热系统运行方式发生变化回热系统运行方式发生变化n外扰：外扰：a.一次调频的要求一次调频的要求 b.二次调频的要求二次调频的要求n内扰：内扰：第一类负荷变化引起的频率偏差而产生的负荷调节过程。该负荷变化具有变化周期短，变动幅度很小的特点，是一种随机负荷波动。第二类负荷变化引起的频率偏差而产生的负荷调节过程。该负荷变化具有负荷变化慢，幅度大的特点，具有
4、一定的可预测性。在选定在选定参考工况参考工况（如设计工况或最大工况下），以（如设计工况或最大工况下），以喷嘴及喷嘴及动叶非设计工况的运行特性动叶非设计工况的运行特性和和小参数变化简化分析小参数变化简化分析为基础，为基础，分析估算流量与热力参数相对于参考工况的变化。分析估算流量与热力参数相对于参考工况的变化。4一、渐缩一、渐缩喷嘴的流量变化喷嘴的流量变化21*1100*02(5 1)1kkknnoppkGApkpp*000.648(52)crnGGAp第一节第一节 变工况下级的压力与流量的关系变工况下级的压力与流量的关系时，（2）当喷嘴前后压力比ncr1crpp（临界），流量为ncr1crpp（
5、1）当喷嘴前后压力比（亚临界），流量为时，上二式中：*00p、喷嘴前压力、密度；1crpp、喷嘴后压力、临界压力；1*0=npp压力比；nA喷嘴出口截面积。51、分析：对于式（51）*001()nnnp（1）当、A、不变时，G只与p有关；*110*0(),10;npapppGA当时，则（点）*10(),crcrnbpppG当时，则如 图 5-1曲 线 AB;1(),;crncrcrcppGGB当时，达 到 临 界 值（点）21*1100*021kkknnoppkGApkpp1(),Gcrdpp当时保 持 临 界 流 量 不 变;(BC)*000101 pp111（2）当、变为另一值、时，流量曲
6、线为A B C。第一节第一节 变工况下级的压力与流量的关系变工况下级的压力与流量的关系BBCABA6图5-1渐缩喷嘴流量与出口压力的关系曲线1122crcrcrnGG211crcrncrGG*0*0/648.0pAGGncr2、当初压不变，对于任意一背、当初压不变，对于任意一背压，通过渐缩喷嘴的流量为压，通过渐缩喷嘴的流量为：3、将、将BC段流量曲线近似为椭圆段流量曲线近似为椭圆1/4线段线段第一节第一节 变工况下级的压力与流量的关系变工况下级的压力与流量的关系彭台门系数的近似计算彭台门系数的近似计算公式，比较简单公式，比较简单7第一节第一节 变工况下级的压力与流量的关系变工况下级的压力与流量
7、的关系一一.渐缩喷嘴压力与流量的关系渐缩喷嘴压力与流量的关系 分析：分析：*0*0/648.0pAGGncr 11c*001 pp,(1)0.648/crnGGAp临界工况 11c22 pp,11ncrcrcrGG亚临界工况*0*0/648.0pAGGncr1.初压初压*0p变化变化 时，时，Gp 的关系的关系 不变，不变，背压背压1p8第一节第一节 变工况下级的压力与流量的关系变工况下级的压力与流量的关系一一.渐缩喷嘴压力与流量的关系渐缩喷嘴压力与流量的关系*n*nvpA.GvpA.G01011100648064802.当喷嘴前后参数同时变化时，当喷嘴前后参数同时变化时，压力流量关系式压力流
8、量关系式*vpvpGG01000111RTpv 作为理想气体，*TTppGG01000111*ppGG00111分析分析(1)前后两种工况都为亚临界(11,1),通过喷嘴的流量和喷嘴前、后的参数变化都有关系；(2)前后两种工况都为临界(1=1),通过喷嘴的流量只和喷嘴前的参数变化有关系。忽略温度的变化*01*0*0*011TTppGGcrcr*0*011ppGGcrcr*ppGG001119图5-2 减缩喷嘴的流量压力曲线前面所讲流量曲线ABC，每一工况对应一根曲线，不方便。为了扩大适应性，改用压力比、流量比作为坐标，作出流量曲线。3.流量压力曲线流量压力曲线000*0*mmcrcrmcrom
9、omGG GGpGG GGp*011mpp相对背压：*0mmGG流量比：*0*00mpp*0mp最大初压：相对初压：则流量比为：根据前面所讲椭圆方程：02*1*01crmcr 根据上式作图(52)的流量压力曲线流量压力曲线。图中，、三个中只要已知其中的二个，则可以求得第三个。01m第一节第一节 变工况下级的压力与流量的关系变工况下级的压力与流量的关系对于一种工况采用一根相应的流量曲线与之对应。22221xyab xy轴轴、轴轴、原原点点 cos()sinxayb 为为参参数数x焦焦点点在在 轴轴上上y焦焦点点在在 轴轴上上1212|2(2|)MFMFaaF F 0ab 22221yxab xy
10、OxyO|xayb|xbya xy轴轴、轴轴、原原点点 cos()sinxbya 为为参参数数定义定义标准方程标准方程对称轴对称轴参数方程参数方程焦点位置焦点位置图形图形顶点顶点(0)(0 )ab ，、，(0)(0 )ba，222abc 11第一节第一节 变工况下级的压力与流量的关系变工况下级的压力与流量的关系一一.渐缩喷嘴压力与流量的关系渐缩喷嘴压力与流量的关系 例：已知：p0=1MPa，p01=0.9MPa，p1=0.7 MPa，p11=0.8Mpa，t0=320，t01=305。求流量的变化。解：首先假定温度温度不变，并取最大初压p0m=1MPa。对于原工况对于原工况：0=p0/p0m=
11、1，1=p1/p0m=0.7，在流网图中可查得：m=G/G0m=0.94；对于新工况对于新工况：01=p01/p0m=0.9，11=p11/p0m=0.8，在流网图中可查得：m1=G1/G0m=0.589。故在不考虑温度变化时可得：627.094.0589.010011mmmmGGGGGG考虑温度变化有：635.0273305273320627.0627.00101TTGG即在新工况下，通过喷嘴的流量为原来的0.635倍。12第一节第一节 变工况下级的压力与流量的关系变工况下级的压力与流量的关系一一.渐缩喷嘴压力与流量的关系渐缩喷嘴压力与流量的关系 例：用解析法求一例中流量的变化。对于原工况：
12、94.01546.02010crcrcrcrpppppp对于新工况：655.01491.02101111011crcrcrcrpppppp635.001000111TTppGG从而：13第一节第一节 变工况下级的压力与流量的关系变工况下级的压力与流量的关系习习 题题1、在设计工况下渐缩喷嘴前的蒸汽压力、在设计工况下渐缩喷嘴前的蒸汽压力 =2.16MPa，温度，温度 =350 ，喷嘴后的压力，喷嘴后的压力 =0.589MPa，流量为，流量为3kg/s。若流量保持为临界值，则最大背压（若流量保持为临界值，则最大背压（）可以为多少？）可以为多少？若要流量减少为原设计值的若要流量减少为原设计值的1/3
13、，则在初压、初温不变时，则在初压、初温不变时，背压应增高至何值？背压应增高至何值？又设背压维持为又设背压维持为 0.589MPa不变，则初压不变，则初压 应降低到何数值应降低到何数值（假定初温不变）才能使流量为原设计值的（假定初温不变）才能使流量为原设计值的4/7？2、工况变动前，渐缩喷嘴的初压、工况变动前，渐缩喷嘴的初压 =8.83MPa，初温，初温 =500 ,背压背压 =4.9MPa，工况变动后，初压降为，工况变动后，初压降为 =7.06MPa，背，背压降为压降为 =4.413MPa。试用分析法和查流量网图解法确定工况。试用分析法和查流量网图解法确定工况变动前后通过喷嘴的流量比系数（温度
14、变化忽略）。变动前后通过喷嘴的流量比系数（温度变化忽略）。max1)(p0t1p0p0p0t1p01p11p0p14第一节第一节 变工况下级的压力与流量的关系变工况下级的压力与流量的关系二二.级的变工况级的变工况*ppGG00111（一）（一）级前的压力级前的压力-流量关系流量关系 1.级在临界工况下工作级在临界工况下工作因此可得出结论：因此可得出结论：只要级在临界状态下工作，不论临界状态发生在喷嘴还只要级在临界状态下工作，不论临界状态发生在喷嘴还是动叶中，通过该级的流量均与级前压力成正比，而与级后压力无关！是动叶中，通过该级的流量均与级前压力成正比，而与级后压力无关！*TTppGG01000
15、111同样适用于动叶*0*011ppGGcrcr15第一节第一节 变工况下级的压力与流量的关系变工况下级的压力与流量的关系二二.级的变工况级的变工况 22202212011ppppGG（一）（一）级前的压力级前的压力-流量关系流量关系 2.级在亚临界工况下工作级在亚临界工况下工作结论：结论：当级内流动未达到临界状态时，通过该级的流量不仅与级前压当级内流动未达到临界状态时，通过该级的流量不仅与级前压力有关，而且与级后压力也有关。力有关，而且与级后压力也有关。01022202212011TTppppGG忽略温度的变化设计工况为亚临界工况的流量方程：设计工况为亚临界工况的流量方程：变工况为亚临界工况
16、的流量方程：变工况为亚临界工况的流量方程：可得变工况前后级的流量变化关系：可得变工况前后级的流量变化关系：两式相比，忽略反动度的变化，并假设16第一节第一节 变工况下级的压力与流量的关系变工况下级的压力与流量的关系二二.级的变工况级的变工况（一）（一）级前的压力级前的压力-流量关系流量关系 3.一种工况在临界状态，另一种状态在亚临界状态一种工况在临界状态，另一种状态在亚临界状态n 该情况一般只发生在凝汽式汽轮机最后一级和调节级中。n 无法给出级的流量与蒸汽参数之间的具体关系式。n 对于该情况就需要对变工况进行详细的核算。17第一节第一节 变工况下级的压力与流量的关系变工况下级的压力与流量的关系
17、二二.级的变工况级的变工况（二）（二）级组前后压力级组前后压力-流量关系流量关系级组由流量相同的若干连续排列的级所组成，可以是汽轮机中的某几个流量相同的连续级，也可以是整个汽轮机。END13l级组的临界压力：当级组中任一级处于临界状态时级组的最高背压。l级组的临界压力比：级组的临界压力pzcr与级组的初压之比，用zcr表示。其大小与级组中级数的多少有关。l级组前后有压力测点，中间一般不装，级组前后的压力测点称为监视压力。各级（级组）各级（级组）第二抽汽口 调节级第一抽汽口18第一节第一节 变工况下级的压力与流量的关系变工况下级的压力与流量的关系二二.级的变工况级的变工况 22011012200
18、1(5 10)zzppTGaGppT（二）（二）级组前后压力级组前后压力-流量关系流量关系1.级组内各级均未达到临界状态级组内各级均未达到临界状态l是否处于临界状态的判据：末级的状态。当末级处于临界状态时，机组就处于临界状态，否则处于亚临界状态。当末级处于临界状态时，机组就处于临界状态，否则处于亚临界状态。（5-10a)和（5-10b)称为弗留格尔公式220111220(5 10)zzppGbGpp忽略温度影响END13l由级的压力流量关系式（书5-8a）推导可得级组内各级均未达到临界级组内各级均未达到临界状态时，状态时，变工况前后级组的前后的蒸汽参数与流量变化关系式变工况前后级组的前后的蒸汽
19、参数与流量变化关系式。19弗留格尔公式，它表明：当工况变化前后级组均未达到临弗留格尔公式，它表明：当工况变化前后级组均未达到临界状态时，级组的流量与级组前后压力平方差的平方根成界状态时，级组的流量与级组前后压力平方差的平方根成正比。正比。010220212011TTppppGGzz第一节第一节 变工况下级的压力与流量的关系变工况下级的压力与流量的关系二二.级的变工况级的变工况（二）（二）级组前后压力级组前后压力-流量关系流量关系1.级组内各级均未达到临界状态级组内各级均未达到临界状态20第一节第一节 变工况下级的压力与流量的关系变工况下级的压力与流量的关系二二.级的变工况级的变工况 01022
20、0212011TTppppGGzz（二）（二）级组前后压力级组前后压力-流量关系流量关系1.级组内各级均未达到临界状态级组内各级均未达到临界状态(2)弗留格尔公式分析对于凝汽式汽轮机，如果机组的级数足够多，末级的压力相对与初始压力而言很小。则公式可简化为：00110100011ppGGTTppGG，忽略温度影响则：可见：除了最后一、二级以外，凝汽式汽轮机各级级组前压可见：除了最后一、二级以外，凝汽式汽轮机各级级组前压力与流量成正比关系。力与流量成正比关系。212210 1220 10 11001222200 10 1001()1()zzzzpppppTTGGppTTppp去掉第一压力级，将剩余
21、压力级取成一个级组，与上同理可得去掉第一压力级，将剩余压力级取成一个级组，与上同理可得010112111212020,ppGpGGpGpGpGpp由于依次类推，凝汽式汽轮机高、中压各级，均有依次类推，凝汽式汽轮机高、中压各级，均有nnppppppGG12210011 凝汽式汽轮机高、中压各级级前压力与流量成正比。凝汽式汽轮机高、中压各级级前压力与流量成正比。对于凝汽式汽轮机，如果机组的级数足够多，末级的压力相对与初始压力而言很小。则公式可简化为：第一节第一节 变工况下级的压力与流量的关系变工况下级的压力与流量的关系00110100011ppGGTTppGG，忽略温度影响则：22除了最后一、二级
22、以外，凝除了最后一、二级以外，凝汽式汽轮机各级级组前压力汽式汽轮机各级级组前压力与流量成正比关系。因此流与流量成正比关系。因此流量压力曲线为直线关系。量压力曲线为直线关系。第一节第一节 变工况下级的压力与流量的关系变工况下级的压力与流量的关系23第一节第一节 变工况下级的压力与流量的关系变工况下级的压力与流量的关系（二）（二）级组前后压力级组前后压力-流量关系流量关系2.级组内达到临界状态级组内达到临界状态(2)弗留格尔公式分析(先忽略温度变化)01010110001ppTGGGpGpT,如果考虑温度影响则：可见：在工况发生变动时，如果级组的最后一级始终在临界状可见：在工况发生变动时，如果级组
23、的最后一级始终在临界状态下工作，则通过该机组的流量与级组中所有各级的初压成正态下工作，则通过该机组的流量与级组中所有各级的初压成正比。比。14134()GpGp2214411ppppGG汽轮机的各压力级的比焓降是从高压向低压逐级增加，因此如果级组内达到临界状态，首先是末级达到临界状态。221214122224()GppGpp假设第III级达到临界状态，则第II级达到未临界状态，则11123()()GGGGGG同一级组内各级流量相等，即24第一节第一节 变工况下级的压力与流量的关系变工况下级的压力与流量的关系（三）（三）弗留格尔公式的应用弗留格尔公式的应用1.应用条件应用条件220212011z
24、zppppaGG0011ppaGGAAa1或者其中，面积变化之比。(1)在不同工况下，级组各级的面积应保持不变。假设级组内各级通流面积发生了相同程度的变化，则弗留格尔公式须作修正：.对于调节级，只有当第一调节汽门开大或关小而其他调节汽门均关闭时，对于调节级，只有当第一调节汽门开大或关小而其他调节汽门均关闭时，通汽面积才不变，才可把调节级包括在级组内。通汽面积才不变，才可把调节级包括在级组内。若调节级在变工况过程中多若调节级在变工况过程中多开了或关闭了一个调节汽门，则改变了通汽面积，就不能包括在级组内，开了或关闭了一个调节汽门，则改变了通汽面积，就不能包括在级组内，也也不能对调节级单独应用级的流
25、量与压力的关系式进行计算。不能对调节级单独应用级的流量与压力的关系式进行计算。必然升高下，则同一流量若级组通流部分结垢（011)1.pGa 必然降低下，则同一流量若级组通流部分腐蚀（011)1.pGa 25第一节第一节 变工况下级的压力与流量的关系变工况下级的压力与流量的关系（三）（三）弗留格尔公式的应用弗留格尔公式的应用1.应用条件应用条件(2)通过同一级组各级的流量应相同；对于凝汽式机组，各级回热抽汽是按一定比例(与总进汽量之间存在着正比关系），可不考虑其影响，而把除调节级之外的所有压力级看成一个级组。(3)适用于“无穷多级”的级组，但一般来说，只要级数多于45级，计算结果就能满足工程精度
26、的需要。220212011zzppppaGG0011ppaGGAAa1或者其中，面积变化之比。(1)在不同工况下，组各级的面积应保持不变。假设级组内各级通流面积发生了相同程度的变化，则弗留格尔公式须作修正：26第一节第一节 变工况下级的压力与流量的关系变工况下级的压力与流量的关系二二.级的变工况级的变工况（三）（三）弗留格尔公式的应用弗留格尔公式的应用2.应用场合应用场合(1)进行变工况计算；(2)监视汽轮机通流部分运行是否正常。根据压力流量关系判断机组是否因结垢或腐蚀发生改变；2201101112200zzpppGGaaGppGp或者1,AaA其中面积变化之比。必然升高下，则同一流量若级组通
27、流部分结垢（011)1.pGa 必然降低下，则同一流量若级组通流部分腐蚀（011)1.pGa（3）推算不同功率时各级的压差和焓降，分析效率和受力情况等。）推算不同功率时各级的压差和焓降，分析效率和受力情况等。27第一节第一节 变工况下级的压力与流量的关系变工况下级的压力与流量的关系二二.级的变工况级的变工况 2.应用场合应用场合(1)监视汽轮机通流部分运行是否正常。根据压力流量关系判断机组是否因结垢或腐蚀发生改变；必然升高下，则同一流量若级组通流部分结垢（011)1.pGa 28第一节第一节 变工况下级的压力与流量的关系变工况下级的压力与流量的关系二二.级的变工况级的变工况 2.应用场合应用场
28、合(1)监视汽轮机通流部分运行是否正常。根据压力流量关系判断机组是否因结垢或腐蚀发生改变；必然降低下，则同一流量若级组通流部分腐蚀（011)1.pGa 29第一节第一节 变工况下级的压力与流量的关系变工况下级的压力与流量的关系总结：总结：变工况变工况前后的压力前后的压力-流量关系流量关系*ppGG001111.级在临界工况下工作级在临界工况下工作结论：结论：只要级在临界状态下工作，不论临界状态发生在喷嘴还是动叶中，只要级在临界状态下工作，不论临界状态发生在喷嘴还是动叶中，通过该级的流量均与级前压力成正比，而与级后压力无关！通过该级的流量均与级前压力成正比，而与级后压力无关！*TTppGG010
29、00111 2.级在亚临界工况下工作级在亚临界工况下工作22202212011ppppGG结论：结论：当级内流动未达到临界状态时，通过该级的流量不仅与级前压当级内流动未达到临界状态时，通过该级的流量不仅与级前压力有关，而且与级后压力也有关。力有关，而且与级后压力也有关。01022202212011TTppppGG忽略温度的变化30第一节第一节 变工况下级的压力与流量的关系变工况下级的压力与流量的关系3.级组内达到临界状态级组内达到临界状态结论：结论：在工况发生变动时，如果级组的最后一级始终在临界状态下工作，则在工况发生变动时，如果级组的最后一级始终在临界状态下工作，则通过该机组的流量与级组中所
30、有各级的初压成正比。通过该机组的流量与级组中所有各级的初压成正比。总结：总结：变工况前后的压力变工况前后的压力-流量关系流量关系4.级组内未达到临界状态级组内未达到临界状态结论：结论：当工况变化前后级组均未达到临界状态时，级组的流量与级组当工况变化前后级组均未达到临界状态时，级组的流量与级组前后压力平方差的平方根成正比。前后压力平方差的平方根成正比。010220212011TTppppGGzz弗留格尔公式弗留格尔公式00110100011ppGGTTppGG，忽略温度影响则：结论：结论：除了最后一、二级以外，凝汽式汽轮机各级级组前压力与流量成除了最后一、二级以外，凝汽式汽轮机各级级组前压力与流
31、量成正比关系。正比关系。5、凝汽式汽轮机凝汽式汽轮机31第一节第一节 变工况下级的压力与流量的关系变工况下级的压力与流量的关系二二.级的变工况级的变工况 通流部分结垢后面积减少5，则解：对凝汽式汽轮机，略去温度变化的影响，正常情况下，流量与调节级汽室压力成正比：MPappppGG133.167.16.1329001010011，即MPappppGG193.167.195.06.1329001010011，即思考题：思考题：在设计工况下汽轮机的流量=132.6t/h，调节级汽室压力=1.67MPa。当流量变为=90t/h，试问调节级汽室压力应为多少？若压力级结垢使通流面积减少5%，则调节级汽室压力又为多少？1p0D01D
