华电保定汽轮机原理ppt3

第一节喷嘴的变工况特性第二节级与级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汽轮机的热力设计---在已经确定的初终参数、功率和转速的条件下，计算和确定蒸汽流量，级数，各级尺寸、参数和效率，尽而得出各级和全机的热力过程线等。经济工况汽轮机在设计参数下运行为设计工况即经济工况。变工况汽轮机在偏离设计参数的条件下运行的工况。任务研究汽轮机在偏离设计(off-design)工况下各级流量与热力参数的相对变化关系，以及由此产生的反动度、内功率、效率和轴向推力等的改变，分析和估算这些变化对机组安全、经济运行产生的影响。研究方法在选定参考工况(如额定设计工况或最大工况)下，以喷嘴非设计工况的运行特性和小参数变化简化分析为基础，将汽轮机通流部分划分为调节级、中间级组和末级组三部分，分析、估算流量与热力参数相对于参考工况的相对变化。第三章汽轮机的变工况特性小参数----在一般情况下，参数不影响未知数的求解（即对未知数的解影响小到可以忽略），比如在工程估算是一般忽略不计，但在某些特殊情况下就不能忽略了.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。喷嘴又分渐缩喷嘴和缩放喷嘴两种型式。缩放喷嘴在变工况时，由于背压升高，有可能在渐扩段某处出现激波，降低流速，产生损失，效率下降。第一节喷嘴的变工况特性膨胀度f=An/Ac表示缩放喷嘴出口面积与喉部面积之比。每条曲线上的顶点就是缩放喷嘴的设计工况点。缩放喷嘴设计压比越小，f越大，在实际压比增大时，就小，使效率下降。但渐缩喷嘴只在设计压比小于临界时与效率才下降，故本节主要分析渐缩喷嘴的变工况特性。n对渐缩喷嘴，在定熵指数k和流量系数都不变的条件下，若喷嘴前滞止参数和出口面积都不变，则喷嘴的流量G与背压的关系如图所示。0000、pnAcp当时，不变，如直线AB所示；当时，流量沿曲线BC变化。1cpp1cppcGG曲线BC段与椭圆的1/4线段相当近似，若用椭圆曲线代替它，误差较小，故可用椭圆方程表示BC段的关系：1GpP00P1pcAGcGBCOD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由第一章知：喷嘴的流量公式为02100010100021kkkntnnpkGGAppppkvn22100111cnncccncppGGpp上式可继续化简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。1设计工况与变工况下喷嘴均为临界工况喷嘴出口流速达到或超过临界速度时，称喷嘴处于临界工况。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：111222112kkkkkntnncntcGGkGGk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0000000010110100010000000000101001000.6480.648nccnApvGppvpTGppvpTApv略去温度的影响，则喷嘴进口滞止点假想膨胀到实际进口点处，变工况前、后流量比：比较a、b两式则而010100()ccGpaGp1010ccGpGp由此可知，喷嘴临界流量仅正比与初压或滞止初压121200101001010000100()kkkkkkccGpTbGpT12120101010001即kkkkkk0010100000001001010,故则pppppppp第一节喷嘴的变工况特性2.设计工况与变工况下喷嘴均为亚临界工况喷嘴出口流速小于临界流速时，称喷嘴处于亚临界工况。若设计工况与变工况下，喷嘴都是亚临界工况，流量为：001110101010100001001ccGpTpTGGGpTpT若不考虑温度的变化，则01011011000ppGGpp若工况变动前为临界工况，变动后为亚临界工况，则可用临界工况公式算到处，再用亚临界工况公式由算到变动后的工况。若相反，则计算方法相反。nncnnc第一节喷嘴的变工况特性3.渐缩喷嘴初压，背压与流量的关系若渐缩喷嘴前后的蒸汽参数都变化，仅初温不变或不考虑温度变化的影响，则对与每一个初压都可以画出一条流量与背压关系曲线，示于右图中。图中AOB区域是临界工况区，临界流量与初压成正比，BOC区域是亚临界工况区，同一初压下流量与背压近似成椭圆曲线关系。若各初压下的临界压力比不变，则各曲线水平段与椭圆段的交点必位于同一直线OB上，因这些交点的横坐标成正比。可一目了然的看出不考虑初温变化时的流量与初压、背压的相互关系。第一节喷嘴的变工况特性第一节喷嘴的变工况特性4、虚线BO对缩放喷嘴的物理意义BO线对渐缩喷嘴不适用，但对缩放喷嘴适用于各设计工况。当K、μn都一定且滞止参数和喷嘴出口面积An都不变的条件下p1pc的G-p1关系曲线。由连续方程、能量方程与等比熵过程方程得到的，因此BO线具有物理意义。随着背压下降，设计压比εn减小，缩放喷嘴的膨胀度f=An/Ac必然增大，而出口面积An不变，故f增大必然使缩放喷嘴喉部面积Ac减小，于是缩放喷嘴的流量随喉部截面减小而减小。1.简述渐缩喷嘴初压，背压与流量的关系渐缩喷嘴初压，背压与流量的关系。2.分析渐缩喷嘴的流量与背压的关系。***1第一节喷嘴的变工况特性(作业与思考)一、级内压力与流量的关系1.级内为临界工况级内的喷嘴叶栅或动叶栅两者之一的流速达到或超过临界速度，称该工况为级的临界工况。喷嘴临界忽略温度的影响00101001000001001ccGpTpTGpTpT010101000ccGppGpp第二节级与级组的变工况特性动叶临界通过喷嘴的流量及流量平衡,喷嘴的变工况结论可以用到动叶上，故：略去温度影响，得由于叶顶漏汽不大，可认为喷嘴流量等于动叶流量。这时喷嘴在设计工况和变工况下的连续方程之比为:00111111100111111ccGpTpTGpTpT011111011ccGppGpp10021010111110012001111kkkcnnkkkcnnGpTpTGpTpT第二节级与级组的变工况特性可见处于临界工况时，级的流量与滞止初压或初压成正比，与滞止初温或初温成反比；若不考虑温度的变化，则流量只与滞止初压或初压成正比。方程解为。这样有1nn00101001000001001ccGpTpTGpTpT略去温度的影响010101000ccGppGpp第二节级与级组的变工况特性120111101101210kkknnnkkknnnpppp忽略温度的影响，则2.级内为亚临界工况级的出口方程连续性方程为设，则，代入上式得设计工况为亚临界工况与工况变为亚临界工况的流量比11tnntGAc00c121tmtch''22'2112'02200112110.64811ttnntmcmtttctnmctGAhGpppApp22201210121012220102021111ncncmmncncppppTGGTpppp第二节级与级组的变工况特性二、级组压力与流量的关系流量相等而依次串联排列的若干级称为级组。当级组内各级的汽流速度均小于临界速度时，称级组为亚临界工况；当级组内至少有一列叶栅(如某一级的喷嘴或动叶)的出口流速达到或超过临界速度时，称级组为临界工况。假设比容变化较小、反动度基本不变且忽略小项后得22012101220201ppTGGppT略去温度的影响，则22012112202ppGGpp第二节级与级组的变工况特性1.级组工况变化前后均为临界工况在各级通流面积不变的条件下，处于亚临界工况的级组，若级组前后压差由小变大，则各级流量和流速也要增大，这时一般是级组内最后一级最先达到临界速度，这是因为：a.后面的级的比容较大，其平均直径往往比前面的级要大，若相邻两级的速比和反动度基本相同，则后一级的比焓降较大，也就是最后一级的比焓降最大，流速也最大。b.最后一级的蒸汽绝对温度最低，当地音速最小。故最后一级最先达到临界速度。现讨论末级为临界，其余级为亚临界，并忽略温度影响。第二节级与级组的变工况特性若变工况前后级组的末级都是临界工况，则：因末级前的汽流未达临界，故对倒第二级可写出下式由于通过各级的流量相等，从而有由此得：11czczGpGp221211222zzcczzppGGpp222212111222zzczczzzppGpGppp21112zczczzpGpGpp第二节级与级组的变工况特性同理可见级组为临界工况时，级组流量与级组前压力成正比，与级组前绝对温度的平方根成反比，若不考虑温度的变化，则级组流量只与级组前压力成正比。2.工况变化前后级组均为亚临界工况由斯托陀拉(stodola)实验所得到的级组蒸汽流量与初压背压的关系曲线推得：若不考虑温度的变化10110czczGppGpp220110122010ggppTGGTpp220111220ggppGGpp第二节级与级组的变工况特性→上两式就是著名的弗留格尔(flugel)公式，是级组在亚临界工况下的级组流量与压力的关系式。上式若初压不变(p0=p01)，则流量与背压为椭圆方程；若背压不变(pg=pg1)，则流量与背压为双曲线方程；由弗留格尔公式可见，级组内级数越多，同一初压下的临界压力相对的越接近零，应用它计算的误差越小，反之误差越大；不论级组内级数多少，在设计工况下应用弗留格尔公式时，各参数相等，因此没有误差，偏离设计工况越近，误差越小，反之误差越大；背压与初压相等，设计流量为零时，应用弗留格尔公式的计算误差为零。三、各级组的曲线0pG第二节级与级组的变工况特性1.弗留格尔公式的应用条件四、压力与流量关系式的应用a)通流面积不变。如通流部分面积发生变化，则应进行修正。0110pGaGp1AaAb)同一工况下各级的流量相等或成相同的比例，流量不同时应分组c)通过各级的气流为一股均质流调节级不能包括级组内d)级数3-4以上(越多公式越精确)2.用于分析运行问题*****2121,(1)exGkGGkG第二节级与级组的变工况特性五、级的比焓降和反动度的变化规律1.级的比焓降变化规律①凝汽式汽轮机a)中间级(除调节级与末级以外)级的比焓降由120011kktpkhRTkp0112122102001pGpppGpppp第二节级与级组的变工况特性1010tthThT得0101ttTThh即凝汽式汽轮机中间级,流量变化时级的理想比焓降基本不变。b)末级0pGth由于，中间级、末级的最危险工况为：最大流量工况。pGth流量大于临界流量最小值时，虽P0正比于，但背压不于成正比；若不变，则流量增大，增大；反之，G流量减小，减小。流量小于临界流量最小值时，p0~G为双曲线，G下降时减得稍慢。GcpGcpth第二节级与级组的变工况特性thth②背压式汽轮机如果背压式汽轮机的最后一级在工况变动前后均达到临界状态，则各级级前压力与流量成正比。在此情况下，这些级(除末级外)的比焓降的变化规律，与凝汽式汽轮机的中间级