喷嘴的变工况特性2级与级组的变工况特性.ppt

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1、涡轮机械原理第三章 汽轮机的变工况特性1 2,胡长兴联系电话：,第三章 汽轮机的变工况特性,引言1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 二、渐缩喷嘴前后参数都变化时的流量变化2 级与级组的变工况特性一、级内压力与流量的关系二、级组压力与流量的关系三、各级组的p0-G曲线四、压力与流量关系式的应用五、级的比焓降和反动度的变化规律六、撞击损失七、各级p0、ht、m、a、i、Pi的变化规律练习,第三章 汽轮机的变工况特性引言,汽轮机的运行工况:1、设计工况（经济工况）：汽轮机是按一定的热力参数、转速和功率设计，对应设计参数的工况称为设计工况。2、变工况：偏离设计工况的运行工况，称为

2、变动工况。原因：1)外界负荷变化；2)季节环境变化，如循环水进口温度变化；3)锅炉运行参数的变化，如主汽温度、压力、再热汽温等波动；4)汽轮机本体、辅机设备缺陷，如通流部分磨损、结垢、断叶，凝 汽器泄漏。,第五章 汽轮机的变工况特性引言,研究变动工况目的：1)分析汽轮机在不同工况下的效率，各项热经济指标，各级压力、温度的变化，主要零部件的受力情况等。2)了解变工况时，汽轮机的各工况参数的变化规律，从而在进行设计时，就预先估计到变工况时机组的性能变化，使设计的机组不仅在设计工况时，而且在变工况时，都具有良好的性能。特别对调峰运行的机组更重要。本章主要讨论等速汽轮机的变工况。,1、喷嘴的变工况特性

3、一、渐缩喷嘴初压不变时背压与流量的关系,研究喷嘴变工况，主要分析喷嘴前、后压力与流量之间的变化。,0.546 过热蒸汽0.577 饱和蒸汽,当,讨论汽轮机的变工况特性,级的变工况特性,喷嘴的变工况特性,当初参数为P0*,T0*,0*，出口面积An时，通过喷嘴的流量？,1、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,彭台门系数,n,原点(nc,0)，长轴1，短轴（1nc）椭圆方程：,变动工况参数用下标1表示,喷嘴前：，,喷嘴后：,变工况：,1、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,当变工况和设计工况均为临界工况时，,设计工况：,变工况：,不考虑初温变化,不考虑初温变

4、化,当喷嘴前、后蒸汽参数同时改变时：,流量与喷嘴前、后参数有关,流量只与喷嘴前参数有关,2 级与级组的变工况特性一、级内压力与流量的关系,1）若不考虑叶顶漏汽，则动叶流量等于喷嘴流量，不考虑温度变化,结论：级变工况前后均为临界时，级的流量与级前的滞止压力成正 比，与级后压力无关。,定义：级内喷嘴叶栅或动叶栅两者之一的流速达到或超过临界速度,1、级内为临界工况,考虑温度变化,2、级在亚临界工况下工作级内亚临界工况定义：级内喷嘴和动叶出口流速均小于临界速度。,通过喷嘴的流量为（设计工况）,同理，另一种工况（变工况）：,2 级与级组的变工况特性一、级内压力与流量的关系,一般情况下：令，,将前两式相比

5、，并考虑,2、级在亚临界工况下工作,则,2 级与级组的变工况特性一、级内压力与流量的关系,结论：当级内未达到临界时，级内流量不仅与初参数有关，还与级 后参数有关。,若，,不考虑初温变化,3、一种工况为临界，另一种为亚临界这种工况一般只发生在调节级、末级中，没有统一的公式。,2、级在亚临界工况下工作,2 级与级组的变工况特性一、级内压力与流量的关系,级组：一些流量相等，每级的通流面积保持不变的相邻级的组合。级组亚临界工况：级组内各级流速均小于临界速度。级组临界工况：级组内至少有一列叶栅（喷嘴或动叶）的出口流速达到临界速度。级组临界压比：亚临界工况级组中某一级（一般最末级）流速刚升到临界速度时，级

6、组前后压比。,级组中某一级刚达到临界时级组的背压,级组初压,一般最后一级焓降最大，流速最大，蒸汽温度最低，当地音速最小，所以，末级常先达到临界。,2 级与级组的变工况特性二、级组压力与流量的关系,例如：级组中含有三级，末级达到临界，其余各级亚临界。最后一级（临界）倒数第二级（亚临界）,结论：若级组中某一级始终处于临界状态，则级组流量与该级组所有各级级前压力成正比。,不考虑温度变化,即：,1、工况变化前后级组均为临界状态,考虑流量相等，且,2 级与级组的变工况特性二、级组压力与流量的关系,弗留格尔公式：,级组内级数越多，弗留格尔公式误差越小。,结论：若级组在变工况前后均为亚临界时，级组的流量是级

7、组前压力平方与级组后压力平方之差的平方根成正比。,2、工况变化前后级组均为亚临界状态,变工况：,设计工况：,2 级与级组的变工况特性二、级组压力与流量的关系,对于凝汽式机组，当级数较多时，级组前压力，这样：,结论：1）凝汽式汽轮机各级（除最后一、二级外），无论是否发生 临界，其流量均与级前压力成正比。2）对于最后几级，由于 相对较低，就不能 忽略，应按弗留格尔公式计算。3）对于回热抽汽，可近似应用弗留格尔公式，误差不大。,级组,p0,pz,2 级与级组的变工况特性四、压力与流量的关系(弗留格尔公式)的应用,结垢，则同一流量G1下，必然升高；磨损，则同一流量G1下，必然降低。,1、弗留格尔公式的

8、应用条件，需满足：（1）在不同工况下，级组中各级通流面积不变 如通流部分结垢或磨损等，应进行修正,（2）在同一工况中，通过级组的流量相等 调节抽汽口（供热、取暖、其他厂用汽等）应作为分级组的界限。（3）流过级组的蒸汽流应是均质流 不能把调节级取在级组内（4）严格讲，弗留格尔公式适用于无穷多级数的级组，但一般多于45级，就能得到满意的结果。级组内级数越多，精度越高。,2 级与级组的变工况特性四、压力与流量的关系(弗留格尔公式)的应用,监视汽轮机通流部分运行是否正常。如：在已知功率（流量）情况下，根据各级（级组）前压力与流量关系，判断级组通流面积是否结垢或腐蚀而发生改变。可推算出不同功率（流量）时

9、，各级的压差和比焓降，从而计算出相应的功率、速度比、效率及零部件的受力情况。,弗留格尔公式形式简单，使用方便，除用作级组变工况计算外，还可用来分析级组运行问题。,2 级与级组的变工况特性四、压力与流量的关系(弗留格尔公式)的应用,汽轮机工况变化时，会引起级比焓降的变化一般级前温度变化不大，级的理想焓降主要取决于级的前后压力比（p2/p0）。由于各级在汽轮机所处位置不同，其比焓降的变化规律有所不同。,2 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（一）凝汽式汽轮机各中间级比焓降的变化规律 凝汽式汽轮机压力级（除最后一、二级外），其流量均与级前压力成正比，忽略温度

10、变化。,结论：变工况时，凝汽式汽轮机各中间级压比基本不变，各级的理想焓降基本不变。,？,1）背压式汽轮机压力级理想焓降变化规律主要取决流量变化。流量减小，级比焓降减小；反之，增大。2）p0越高，流量变化对焓降的影响越小。降低至40%以下，一、二级才急剧下降。背压机组，背压是调节参数，变化范围不大。,1、2、3、4、5为级的代号 背压式汽轮机在工况变动时各级焓降与流量的关系曲线,1、级的比焓降变化规律（二）背压式汽轮机中间级的变工况,2 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,级反动度,速比(定转速汽轮机主要为焓降),面积比 fAn/Ab,压比(主要为密度变化),级内漏汽量,在变工

11、况前后，级的面积比不变，并忽略级内漏汽。,2、级的反动度变化规律,2 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,设计工况，喷嘴出口和动叶进口流量相等。,式中：An 为喷嘴出口面积，为动叶进口面积。,同理：,Ab 为动叶出口面积,2、级的反动度变化规律,2 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,同样，变工况时（当ht 减小时）：ht1=mht(m1)，C11=C1,从速度三角形看,说明动叶反动度要变化，喷嘴以c11流出的汽流来不及以w21的速度流出动叶栅，在动叶栅内形成阻塞，造成动叶栅与叶栅轴向间隙中压力升高，即反动度增大。,?,当 ht增大时也同样成立。,2、级的反

12、动度变化规律,2 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,小结：1）工况变化时，若级焓降 减小，反动度 增大；若级焓降 增大，反动度 减小。2）设计工况的反动度较小的级，焓降变化时，反动度变化较大；设计工况的反动度较大的级，焓降变化时，反动度变化较小。3）反动级的反动度在变工况时，反动度基本不变。,2、级的反动度变化规律,2 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,当 增大时，C11 C1，u不变，0，为正冲角。汽流冲击在动叶内弧段,定义：冲角(叶型进汽角汽流进汽角)设计工况时，汽流进汽角与动叶进汽角一致，变工况时，级的焓降变化，汽流偏离设计方向，产生冲角。,当 减

13、小时，C11 C1，u不变，0，为负冲角。汽流冲击在动叶背弧段。,2 级与级组的变工况特性六、撞击损失,试验表明：变工况时产生的撞击损失与：冲角绝对值大小有关。，与冲角正、负有关。正冲角的撞击损失大于负冲角的撞击损失。与反动度有关。反动式叶型受汽流进口角度影响较小；冲动式叶型受汽流进口角度影响较大。撞击损失近似计算公式为：目前使用的叶型均有反动度，进汽边为圆弧形。这样对汽流的冲角的敏感性减弱，扩大最佳进汽角范围，在实用的变工况范围内，冲角不大，可以不考虑撞击损失。,2 级与级组的变工况特性六、撞击损失,2 级与级组的变工况特性级的经济性和安全性,汽轮机在设计工况下效率最高。偏离设计工况，效率就

14、会降低，偏离越大，降低越多。调峰机组，负荷变化相当大，效率降低特别大。喷嘴调节凝汽式汽轮机，工况变动流量（功率）变化，焓降变化主要发生在调节级和末级，各中间级焓降近乎不变级效率不变。调节级和末级焓降变化，速比偏离最佳速比级效率降低整个机组经济性降低。,工况变化时，喷嘴调节的凝汽式汽轮机调节级和末级受力情况发生变化。当流量减小时，调节级的级前压力仍为新汽压力，而级后压力降低，则级焓降增大，级前后压力差增大。调节级叶片受汽流力增大。相反，当流量增大时，末级级前压力升高，而末级级后压力受凝汽器控制近乎不变，则级焓降增大，级前后压力差增大。叶片受汽流力增大。在工况变动时，需对调节级和末级叶片受力进行核算，以保证机组的安全性。,2 级与级组的变工况特性级的经济性和安全性,练习,变动工况参数用下标 表示。以下说法不正确的是（）A、当喷嘴前、后蒸汽参数同时改变，变工况和设计工况均为临界工况时，流量只与喷嘴前参数有关。B、级变工况前后均为临界时，级的流量与级前的滞止压力成正比，与级后压力成反比。C、当级内未达到临界时，级内流量不仅与初参数有关，还与级后参数有关。D、若级组在变工况前后均为亚临界时，级组的流量是级组前压力平方与级组后压力平方之差的平方根成正比。级组为临界工况时，级组的流量与 成正比，与 成反比。,