05汽轮机原理.

1汽轮机原理Principleofsteamturbine广东工业大学能源工程系GDUTDept.ofEnergyEngineering2第五章汽轮机的变工况特性1、工况：设计工况、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：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。3第五章汽轮机的变工况特性5-1变工况下及的压力与流量关系5-2变工况下比焓降和反动度的关系5-3配汽方式和调节级的变工况特性5-4凝汽式汽轮机的工况图5-5蒸汽初终参数变化对汽轮机工作的影响5-6汽轮机变工况热力核算45-1变工况下级的压力与流量的关系研究喷嘴的变动工况，主要是分析喷嘴前后压力与流量之间的变化关系，喷嘴的这种关系是以后研究汽轮机级和整个汽轮机变工况特性的基础。一、渐缩喷嘴压力与流量的关系一、渐缩喷嘴压力与流量的关系通过喷嘴的任意流量G可表示为：*0*0648.0pAGGnc当喷嘴前、后蒸汽参数同时改变时，不论喷嘴是否达到临界状态，通过喷嘴的流量：*01*0111648.0pAGn*0*0*01*0111ppGG*01*0*0*0111TTppGG若为理想气体：一、渐缩喷嘴压力与流量的关系如果设计工况和变动工况均为临界工况，则β1=β=1故有：*01*0*0*011TTppGGcc*0*011ppGGcc*01*0*0*0111TTppGG7一、渐缩喷嘴压力与流量的关系对渐缩喷嘴，在定熵指数k和流量系数μn都不变的条件下，当其初参数p*0、ρ*0及出口面积An不变时，通过喷嘴的蒸汽流量G与喷嘴前、后压力比εn的关系可用流量曲线ABC表示。渐缩喷嘴流量与出口压力的关系曲线8一、渐缩喷嘴压力与流量的关系当εnεc时，当εn≤εc时，渐缩喷嘴流量与出口压力的关系曲线μnμn9一、渐缩喷嘴压力与流量的关系对应另一组初参数(p*01、ρ*01)，可得到另一条相似的流量曲线A1B1C1(p*01p*0)渐缩喷嘴流量与出口压力的关系曲线10一、渐缩喷嘴压力与流量的关系彭台门根据计算指出，曲线BC段与椭圆的1/4线段相当近似，若用椭圆弧段代替它，误差较小，故根据椭圆方程，曲线段BC可表示为:1122cncncnGG2*012)(111ccncncncppppGG渐缩喷嘴流量与出口压力的关系曲线11一、渐缩喷嘴压力与流量的关系彭台门系数的精确式:压力比εn0.6000.7000.8000.9000.9500.9750.9850.9901.000误差‰-0.35-2.26-4.36-7.56-8.66-9.33-9.60-11.200计算结果对比:2*012)(111ccncncncppppGG12一、渐缩喷嘴压力与流量的关系假定最大初压力为p*0.max，其对应的最大临界流量为G0.max，当喷嘴前后的蒸汽参数分别为p*0、T*0、和p1时，则通过喷嘴的蒸汽流量G与最大流量G0.max之比可表示为：max,0max,0maxGGGGGGcc211ncncncGG*01*0*0*011TTppGGcc*0*max,02*max,0*0max,0max,0max)1(1TTppGGGGGGncncncc13一、渐缩喷嘴压力与流量的关系*max,0*00pp*max,011pp相对初压相对背压10n*0*max,02*max,0*0max,0max,0max)1(1TTppGGGGGGncncncc14一、渐缩喷嘴压力与流量的关系椭圆方程：渐缩喷嘴，临界压力比为常数：1)12(kknck因此：0),,(10maxf15一、渐缩喷嘴压力与流量的关系m10abdc渐缩喷嘴流量锥：0),,(10maxf16一、渐缩喷嘴压力与流量的关系渐缩喷嘴流量网图：图3-3渐缩喷嘴流量网图17一、渐缩喷嘴压力与流量的关系渐缩喷嘴流量网图应用：计算β图3-3渐缩喷嘴流量网图已知p0*,p1,求β：任取p0,max*，计算ε0，ε1，查图得到βm，计算得到β*max,0*0max,0max,0maxppGGGGGGcc18二、级的变工况当喷嘴前、后压比变化时，流经喷嘴的蒸汽流量要相应发生变化。反之，当流过喷嘴的蒸汽流量变化时，喷嘴及动叶前后的压力也要随之变化，从而引起级内各项损失、反动度、级的功率、效率、轴向推力及其他的特性的变化。研究汽轮机级的变工况特性，主要是分析级中诸参数随流量变化而变化的基本规律。19（一）级前后压力与流量的关系1.设计工况和变动工况级均为临界状态此时通过该级的流量只与级前蒸汽参数有关，而与喷嘴后和级后压力无关：*01*0*0*011TTppGGcc*0*011ppGGcc20（一）级前后压力与流量的关系连续方程式(喷嘴出口截面)：*22'ttnnhAG变形得：其中：反动度等于0，p1=p2G’另一种推导方式（忽略初速）：2*01)(1'cccppppGG*0*0648.0'pAGGnc2*0200)(1648.0'ccnpppppAG]2.级在亚临界工况下工作21在亚临界工况下，经推导得：当级内未达到临界状态时，通过级的流量不仅与初参数有关，而且与级后参数有关。（一）级前后压力与流量的关系2.级在亚临界工况下工作22（二）级组压力与流量的关系级组：是一些流量相等，通流面积不随工况而变(或变化程度相同)的依次串联排列的若干级的组合；亚临界工况；临界工况；讨论级组的变工况主要是研究级组前后蒸汽参数与流量之间的变化关系。231.级组内达到临界状态通常最后一级最先达到临界工况亚临界工况级组中某一级(一般是最末级)的喷嘴或动叶的汽流速度刚升到临界速度时，级组前后的压力比称为级组临界压力比，以εgc表示，级组背压pg称为级组在初压p0下的级组临界压力，以pgc表示，这时的流量为级组的临界流量，仍以Gc表示。（二）级组压力与流量的关系24T0/T01≈T2/T21≈T4/T411.级组内达到临界状态（二）级组压力与流量的关系25第三级前的汽流未达到临界：第二级前压力也与流量成正比！1.级组内达到临界状态（二）级组压力与流量的关系26同理，可得到该级组前的压力与流量成正比的关系式：1.级组内达到临界状态（二）级组压力与流量的关系27级组内任一级(第i级)流量与级前后参数间的关系为iiiippppTTGG)()()()(2212012220001212.级组内各级均未达到临界状态（二）级组压力与流量的关系281221201122201001211)()()()(ppppTTGG假设级组内共有z级，可列出从i=l到i=z的各个类似的方程式：2221201222202001221)()()()(ppppTTGGzzzzppppTTGG)()()()(2212012220001212.级组内各级均未达到临界状态（二）级组压力与流量的关系29将上面z个式子的左右分别相加可得：)()()()(2120122000121zzppppTTGG弗留格尔公式：2.级组内各级均未达到临界状态（二）级组压力与流量的关系30凝汽式汽轮机2.级组内各级均未达到临界状态（二）级组压力与流量的关系31（二）压力与流量的关系式应用1.应用条件(1)应用这些关系式时，也必须保持设计工况和变工况下通汽面积不变。若因结垢或腐蚀等使变工况下通汽面积有了改变，则应进行修正，即G1不变：1，p01升高，1，p01降低。32(2)级组内各级流量相同：凝汽式汽轮机回热抽汽，由于量小且同向变化，可按一个级对待；供热抽汽必须分两级考虑。(3)流过级组内各级的蒸汽应是一股均质流：调节级不能包含在级组内。(4)严格地讲，弗留格尔公式适合具有无穷多级数的级组。（二）压力与流量的关系式应用1.应用条件33(1)监视汽轮机通流部分运行是否正常。(2)可以推算出不同流量(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。（二）压力与流量的关系式应用1.工程应用应用举例34应用举例35应用举例3637习题工况变动前，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）。385-3汽轮机的配汽方式和调节级的变工况出力调节措施：汽轮机功率：蒸汽量：D0焓降：Δhtmac喷嘴配汽、节流配汽、旁通配汽。配汽方式：39一、喷嘴调节和调节级的变工况(一)喷嘴配汽40(一)喷嘴配汽41(一)喷嘴配汽42(一)喷嘴配汽43(一)喷嘴配汽44(一)喷嘴配汽喷嘴配汽4546主要特点：部分负荷时机组的经济性较好。一、喷嘴调节和调节级的变工况(一)喷嘴配汽调节级仍是部分进汽，在最大功率下调节级仍有部分进汽损失，而且调节级的直径比第一非调节级大，调节级的余速不能被利用。47第Ⅰ、Ⅱ调节汽门全开，第Ⅲ调节汽门部分开启，第Ⅳ调节汽门关闭时的调节级热力过程线。一、喷嘴调节和调节级的变工况(一)喷嘴配汽48一、喷嘴调节和调节级的变工况(一)喷嘴配汽新蒸汽流经第Ⅰ、Ⅱ调节汽门：ΔhtI=ΔhtII=Δht新蒸汽流经流经部分开启的第Ⅲ调节汽门：理想比焓降为ΔhtIII，有效比焓降为ΔhiIII。两股初压不同的汽流在调节级中同样膨胀到p2，在调节级汽室中混合后，流入第一压力级。49两股汽流混合后的比焓计算：一、喷嘴调节和调节级的变工况(一)喷嘴配汽GhhGhGGIIIiIIIIII)0(')(2GhhGhhGGIIIiIIIIiIII)())((00))((0GhGGhGGhIIIiIIIIiIII50调节级的相对内效率ηi为：一、喷嘴调节和调节级的变工况(一)喷嘴配汽GI，GII，GIII，--第I、II、III喷嘴组中的流量；ηIi，ηIIIi--全开与部分开启调节汽门后喷嘴组和动叶的相对内效率。tIIIiIIItIiIIItihGhGhGhGGhhh)(20IIIiIIIIiIIIGGGGG)(51简化假定：(二)调节级压力与流量的关系1.简化的调节级压力与流量的关系1)忽略调节级后温度变化的影响，调节级后压力p2正比于全机流量；2)各种工况下级的反动度都保持为零，p11=p21；3)四个调节汽门依次开启，没有重叠度；4)凡全开调节汽门后的喷嘴组前压力均为p0’不变。52简化的调节级的压力与流量的关系pG10187654320p0p0pV0p调节级出口压力线G10.8G0.4GGQULIMKNVJGⅡ0abyzmcrdefgscpIIcpIIIcpIVcp设计工况下，前三个调节汽门全开，第Ⅳ调节汽门关闭，流量为G。最大流量下，四个调节汽门全开，流量为1.2G。G153调节级汽室压力p21变化线，以辐射线0S表示：凝汽式汽轮机以全部非调节级为一级组，忽略调节级后温度变化，有G1/G=p21/p2，故p21与流量G1成正比。已设调节级的反动度始终为零，则p11/p21，故直线0S也代表p11。1.简化的调节级压力与流量的关系调节级汽室参数：pG0187654320p0p0pV0pG10.8G0.4GGQULIMKNVJGⅡ0abyzmcrdefgscpIIcpIIIcpIVcpH54第I调节汽门开始开启到全开之后1.简化的调节级压力与流量的关系第I喷嘴组前压力pI0的变化由折线017表示；02H段(表示的p21，也是p11)低于虚线0aH(表示pcI)，故第I喷