汽轮机教材.

1第三章汽轮机在变工况下工作第一节喷嘴的变工况第二节级组压力与流量的关系第三节工况变动时各级比焓降及反动度的变化第四节汽轮机的调节方式和调节级的变工况第五节凝汽式汽轮机的工况图第六节变工况时汽轮机轴向推力的变化第七节初终参数变化对汽轮机工作的影响21.工况：设计工况、额定工况、变动工况。变动工况：当外界负荷变动、蒸汽参数和转速变动，都是变动工况。2.研究变动工况的目的：①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。②了解汽轮机在不同工况下受力情况，保证机组安全。3第一节喷嘴在变工况下的工作渐缩喷嘴的变动工况及其流量网缩放喷嘴的变工况及流量网（略）4一渐缩喷嘴的变动工况及其流量网1.渐缩喷嘴的流量变化（1）当喷嘴前后压力比时，（亚临界），流量为（3—1）（2）当喷嘴前后压力比≤时，≤（临界）流量为临界流量（3—2）上二式中：、——喷嘴前压力、密度；、——喷嘴后压力、临界压力；=——压力比；——喷嘴出口截面积。ncr1pcrpkkkonnppppkkpAG1*012*1*0*012*0*0648.0pAGGncr*0p*0n*01ppnAcrp1pncr1pcrp5分析：对于式（3—1）（1）当、、、不变时，G只与（）有关；*当=，==1，则G=0；（A点）*当时，1，G如图3—1之AB所示；*当=时，=，G达临界值（B点）*当时，G保持临界流量不变，（BC）（2）当、变为另一值、时，曲线为A’B’C’。2.用椭圆代替流量曲线：（略）3.当初压不变，对于任意一背压，通过渐缩喷嘴的流量为：==0.648(3—4)nnA*0p*01pn1p*0pn*01ppcrpcrcrG*01p*01G*0*0pAn1p*0pn1pcrpcrncrG1pcrp*0p*064.当喷嘴前后参数同时变化时，其流量变化为：由于温度比变化不大，则上式为：（3—5a）5.当两种工况均为临界流量时，则==1，则式（3—5a）为（3—6）或者（3—6a）*01*0*0*011*0*01*01*01*0*0*01*011*0*0*10*0111648.0648.0TTppppRTRTppppGG*0*0111ppGG*01*0*0*011TTppGGcrcr*0*011ppGGcrcr176.流量网前面所讲流量曲线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。横坐标：——相对背压，纵坐标：——流量比。——相对初压，——最大初压，（3—7）则流量比为：根据前面所讲椭圆方程：（3—8）根据上式作图(3—2)的流量网。图中，、、三个中只要已知其中的二个，则可以求得第三个。然后用温度修正。*011mppmmGG0*0*00mpp*0mpoomomcrmcrcrmmppGGGGGGGG**000201*01crcrm1m08作业与思考题：1、在设计工况下渐缩喷嘴前的蒸汽压力=2.16MPa，温度=350，喷嘴后的压力=0.589MPa，流量为3kg/s。•若流量保持为临界值，则最大背压（）可以为多少？•若要流量减少为原设计值的1/3，则在初压、初温不变时，背压应增高至何值？•又设背压维持为0.589MPa不变，则初压应降低到何数值（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=8.83MPa，初温=500，背压=4.9MPa，工况变动后，初压降为=7.06MPa，背压降为=4.413MPa。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（温度变化忽略）。0p0tC01pmax1)(p11p01p0p0tC01p01p11p9第二节级组压力与流量的关系级组前、后压力和流量的关系弗留格尔公式的应用条件10一级组前、后压力和流量的关系1.级组中各级均未达临界工况：级组为流量相同的若干连续几级组成，根据第二节式（3—31），级组中每一级均有同样的关系存在。将其改写成01022202212011TTppppGGiiiippppTTGG221201222000121设级内有Z级，则第一级：1221201122201001211ppppTTGG11第二级：2221201222202001221ppppTTGG…………第Z级：各级相加得：这里，有为常数，而温度比可看作不变，这样一来，有同理可得zzzzppppTTGG221201222000121zi1iziiiippppTTGG2212011222000121GG1izipp22201izipp221201121201zpp=220zpp=所以2120122000121zzppppTTGG经改写得：12010220212011TTppppGGzz当忽略温度影响时，为：（3---37a）上式称为弗留格尔公式。对于凝汽式汽轮机来说，可把调节级之外的所有级看成一个级组，这样，级组前后压力（、）相差很大，则（3—38）（3---37）220212011zzppppGG0pzp001220212011ppppppGGzz13二弗留格尔公式的应用条件1.通过同一级组各级的流量应相同；对于凝汽机组，各级回热抽汽是按一定比例，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。2.在不同工况下，组各级的面积应保持不变。而调节级是部分进汽，而且进汽度要发生变化，因此调节级不能同压力级合为一组。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：220212011zzppppaGG0011ppaGGAAa1或者其中，——面积变化之比。14作业与思考题：1、已知某级组进汽压力=3.0MPa，温度=400，级组排汽压力=0.12MPa，通过级组的流量G=36t/h。试求：当级组初温和背压不变，而流量减半时级组的初压。2、已知某汽轮机级原设计在速度比=0.495下工作，这时喷嘴中的理想焓降=83.74kJ/kg，喷嘴出汽角=14。当工况改变时，喷嘴中的理想焓降减少一半（转速不变）。试计算当蒸汽进入叶片时，由于相对速度的大小和方向发生变化，因而产生的撞击损失，并计算汽流进入动叶的动能。3、某汽轮机级设计条件下=0.42，级的理想焓降=104.67kJ/kg，级别的反动度=0.05，工况改变后，=125.6kJ/kg，而圆周速度u不变。试计算工况改变后的反动度。1p0tC001p0p11cuxnh1aacuxthm1th1m15第三节工况变动时汽轮机各级焓降的变化工况变动时各级比焓降的变化工况变动时，级内反动度的变化16根据第一章的讨论，级的理想焓降可近似写成所以（3——41）kktappvpkkhc1*02*0*0*1122kkkktppRTkkppvpkkh102010200)(11111.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2210011ppppGG所以：012102pppp17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（3—41）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：=BG（3—42）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。itihGN2.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220212011zzppppaGG18上式经变换后为：（3—43）同样有：上式中，、、分别为某中间级前后压力和整机背压。对上式的两边同除以得（3—44）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，如图3---17所示。2122021201zzpppGGp2122221221zzpppGGp0p2pzp20p2021202202011ppGGppppzz19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。20二级内反动度的变化1.级内反动度的变化级内反动度的变化，不仅影响效率，而且也影响零件强度和轴向推力。经过讨论动叶通道的流动情况之后，得出下面的结论。结论：当级的焓降减小（速度比增加）时，则反动度增大；当级的焓降增加（速度比减小）时，则反动度减小。并且，反动度的变化与原设计值大小有关，原设计值大，变化就小；相反，原设计值小，变化就大。2.反动度变化的计算由于级的焓降变化引起反动度变化，通常用下式计算：①当在很大范围内变化时，可用下式计算（3—35）②当在（-0.10.2）范围内变化时，可用下式计算(3---36)thth1xm1xmthaaxx23.05.01aaaamxxxxxaamxxx4.01aaxxaaxx21作业与思考题：1、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？2、某级组在设计工况下调节级汽室压力=40MPa，凝汽器压力=0.006MPa。当负荷降低到76%额定负荷时，调节级汽室压力为多少？此时，凝汽器压力降到=0.005MPa。1p0D01D1pcp1cp22第四节汽轮机的调节方式和调节级的变动工况节流调节旁通调节喷嘴调节调节级的变工况滑压调节23汽轮机的内功率为：=B当初参数不变或变化不大时，汽轮机的内功率就取决于进汽量的大小。因此，对汽轮机的功率进行调节，主要是对进汽量进行调节。常用的调节方式有：节流调节、旁通调节、喷嘴调节、变压调节。一节流调节1.节流调节：这种调节方式就是用一个（或两个）调节阀对进入汽轮机的全部进汽量进行调节。当功率增加时，开大调节阀的开度（L）。在额定工况下，全开（L=1）。当功率减小时，关小调节阀的开度（L），进入汽轮机的全部进汽量都受到节流作用。当机组功率变化时，流量和焓降都要变化。如图3—19、3--20所示。2.节流调节的热力过程曲线（图3—20）；itiHDN00D0D0D243.节流调节的效率蒸汽经节流之后，焓值不变压力降低（降到），节流后的内效率为：=(34----3)式中，——通流部分的相对内效率；——调节阀的节流效率，为部分开启和全开时理想焓降之比。节流效率曲线（图3---21）（根据曲线分析）'0p0prithritttitiHHHHHH''rith25二旁通调节1.旁通调节有外旁通调节和内旁通