第三章+汽轮机的变工况特性

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1、第三章汽轮机的变工况特性第一节　喷嘴的变工况特性第二节　机与机组的变工况特性第三节　配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响第四节　滑压运行的经济性与安全性第五节　小容积流量工况与叶片颤振第六节　变工况下汽轮机的热力核算第七节　初终参数变化对汽轮机工作的影响第八节　汽轮机的工况图与热电联产汽轮机第三章汽轮机的变工况特性设计工况：汽轮机在设计参数（进行汽轮机热力设计时确定的各参数）下运行为设计工况，也称经济工况（在此工况下运行效率最高）。（汽轮机的热力设计：给定初终参数、功率和转速的条件下，计算和确定蒸汽流量、级数、各级尺寸、蒸汽参数、反动度、功率和效率等，进而得出各级和全机的热力过程线等。

2、）唯一。第三章汽轮机的变工况特性变工况：汽轮机在偏离设计参数的条件下运行的工况。第三章汽轮机的变工况特性本章任务：研究汽轮机在偏离（流量、进汽温度、压力、转速、排汽压力等）设计(off-design)工况下各级流量与热力参数（主要是蒸汽压力）的相对变化关系，以及反动度、内功率、效率和轴向推力等的变化，分析计算这些参数变化对机组安全性、经济性的影响。研究等转速的情况。研究顺序：喷嘴（动叶）、级、多级（级组）、整机。汽轮机内喷嘴有两种型式：渐缩喷嘴和缩放喷嘴。由于两种喷嘴的结构不同，其变工况特性差别很大。第一节喷嘴的变工况特性气体在渐缩喷管中的流动气体在缩放喷管中的流动第一节喷嘴的变工况特性

3、图3.1.1可见，对缩放喷嘴，喷嘴膨胀度f（f=An/Ac）越大，缩放喷嘴设计压比越小，在实际压比增大时速度系数降低的越多，即效率下降越多。但渐缩喷嘴在背压高于设计值时不会出现激波，效率仍然较高，只在设计压比小于临界压比时，效率才下降。缩放喷嘴在变工况时，由于背压升高，会在渐扩段某处出现激波，产生损失，效率下降。汽轮机中多采用渐缩喷嘴（一般只在调节级采用缩放喷嘴），本节主要分析渐缩喷嘴的变工况特性。对渐缩喷嘴，在定熵指数k和流量系数μn都不变的条件下，若喷嘴前滞止参数p00、v00和出口面积An都不变，喷嘴的流量G与背压pc的关系如图所示。当　　　时，　　　不变，如直线AB所示；当时，流

4、量沿曲线BC变化。曲线BC段与椭圆的1/4线段相当近似，若椭圆曲线代替它，误差较小，故可用椭圆方程表示BC段的G-P1关系：图3.1.2渐缩喷嘴的流量与背压关系曲线第一节喷嘴的变工况特性一、渐缩喷嘴初压不变时背压与流量的关系第一章给出了通过渐缩喷嘴的流量与喷嘴前后参数关系为的精确计算式：第一节喷嘴的变工况特性用椭圆方程计算得的流量比略小于精确值，约千分之几，满足工程要求。压比0.6000.7000.7500.8000.8500.8750.9000.9250.9500.9750.9850.9901.000误差-0.35-2.26-3.34-4.36-5.96-6.64-7.56-7.99-

5、8.66-9.33-9.60-11.20表3.1.1以椭圆公式代替精确公式计算流量比的误差（‰）第一节喷嘴的变工况特性二、渐缩喷嘴前后参数都变化时的流量变化1.设计工况与变工况下喷嘴均为临界工况存在三种情况：设计工况与变工况下喷嘴均为临界工况、均为亚临界工况、设计工况为临界变工况为亚临界忽略温度的影响，有临界工况：喷嘴出口流速达到或超过临界速度。若设计工况和变工况下，喷嘴内流速均达到或超过临界速度，则此两种工况下的临界流量之比为：滞止参数不易获得若(1)喷嘴前压力变动由节流引起()，(2)喷嘴前温度不变（如滑压运行），(3)温度变化很小可以忽略，(4)近似计算忽略温度变化。（后面凡是变工

6、况时不考虑温度变化都是这四方面的原因，不再重复）假想由喷嘴入口的滞止状态点到入口实际状态点的等熵过程线是在一个假想喷嘴中完成的，则这个假想喷嘴的出口截面即为实际喷嘴的入口截面，其流量等于实际喷嘴的流量，这个假想喷嘴的出口处于亚临界工况，按亚临界喷嘴流量计算公式分别写出变工况前后这个假想喷嘴的流量计算式，实际喷嘴在变工况前后都是临界工况的流量比还可写为：由此可知，喷嘴临界流量仅正比与初压或滞止初压第一节喷嘴的变工况特性而第一节喷嘴的变工况特性P16(1.2.19)第一节喷嘴的变工况特性→近似认为，有忽略温度变化则有：第一节喷嘴的变工况特性结论：喷嘴的临界流量正比于初压或滞止初压，反比于喷嘴

7、前热力学温度的平方根或制止热力学温度的平方根。在电站汽轮机中，只有凝汽式汽轮机的最末一两级和调节级的喷嘴流速可能达到临界速度。对于调节级，不论定压运行还是滑压运行，新蒸汽温度都不变，且调节级喷嘴进口初速为0，有，故有。第一节喷嘴的变工况特性假设带来误差的讨论：对于凝汽式汽轮机的最末一两级，它们都处于湿蒸汽区，即前后压力和温度都很低，这种假设造成的误差很小，如流量由设计值增大20%，误差仅为0.19%。关于设计工况与变工况下喷嘴均为亚