第五章1變工況下級(jí)壓力與流量關(guān)系

引言設(shè)計(jì)工況：汽輪機(jī)是按一定的熱力參數(shù)、轉(zhuǎn)速和功率設(shè)計(jì)，對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)參數(shù)的工況稱為設(shè)計(jì)工況。（經(jīng)濟(jì)工況）變工況：偏離設(shè)計(jì)工況的運(yùn)行工況，稱為變動(dòng)工況。外界負(fù)荷變化；季節(jié)環(huán)境變化，如循環(huán)水進(jìn)口溫度變化；鍋爐運(yùn)行參數(shù)的變化，如主汽溫度、壓力、再熱汽溫等波動(dòng)；汽輪機(jī)本體、輔機(jī)設(shè)備缺陷，如通流部分磨損、結(jié)垢、斷葉，凝汽器泄漏。研究目的：分析汽輪機(jī)在不同工況下的效率，各項(xiàng)熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，各級(jí)壓力、溫度的變化，主要零部件的受力情況等。了解變工況時(shí)，汽輪機(jī)的各工況參數(shù)的變化規(guī)律，從而在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，就預(yù)先估計(jì)到變工況時(shí)，機(jī)組的性能變化，使設(shè)計(jì)的機(jī)組不僅在設(shè)計(jì)工況時(shí)，而且在變工況時(shí)，都具有良好的性能。特別對(duì)調(diào)峰運(yùn)行的機(jī)組更重要。本章主要等速汽輪機(jī)的變工況。浙江大學(xué)熱工與動(dòng)力系統(tǒng)Institute

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Thermal

Scienceand

PowerSystems§1、變工況下級(jí)的壓力與流量的關(guān)系一、漸縮噴嘴壓力與流量的關(guān)系研究噴嘴變工況，主要分析噴嘴前、后壓力與流量之間的變化。＝0.546

過(guò)熱蒸汽＝0.577

飽和蒸汽*

*

*0

0

0p

,T

,

v當(dāng)初參數(shù)為

，出口面積

n

時(shí)，通過(guò)噴嘴的流量A*0np0v*G

0.648

A

1nncpp*

0n

nc

1

1nc當(dāng)0

0

0p*,T

*,

v*p1

An浙江大學(xué)熱工與動(dòng)力系統(tǒng)Institute

of

Thermal

Scienceand

PowerSystems§1、變工況下級(jí)的壓力與流量的關(guān)系一、漸縮噴嘴壓力與流量的關(guān)系βεn原點(diǎn)(εnc

,0)，長(zhǎng)軸1，短軸（1－εnc

）橢圓方程：

系數(shù)GGc2

1

n nc

1

nc用下標(biāo)1表示變動(dòng)工況參數(shù)噴嘴前：

0

01

，

0 01

，001p*

p*

T

*

T

*

v*

v*噴嘴后：p1

p11浙江大學(xué)熱工與動(dòng)力系統(tǒng)Institute

of

Thermal

Scienceand

PowerSystems§1、變工況下級(jí)的壓力與流量的關(guān)系一、漸縮噴嘴壓力與流量的關(guān)系0101v*G1

0.6481

An

0

0

01001p*

v*p*

T

*p*v*p*T

*G

G

1

101

0

1

0100p*p*

p

p

1

01

1

011

1

0

001p*

T

*GGp*T

*1

0100p*pp*p

01

01當(dāng)變工況和設(shè)計(jì)工況均為臨界工況時(shí)，00p*v*G

0.648

An設(shè)計(jì)工況：變工況：不考慮初溫變化不考慮初溫變化當(dāng)噴嘴前、后蒸汽參數(shù)同時(shí)改變時(shí)：p*浙江大學(xué)熱工與動(dòng)力系統(tǒng)Institute

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PowerSystems二、級(jí)的變工況（一）級(jí)前后壓力與流量的關(guān)系1、級(jí)在臨界工況下工作定義：級(jí)內(nèi)噴嘴葉柵或動(dòng)葉柵兩者之一的流速達(dá)到或超過(guò)臨界速度（1）級(jí)內(nèi)噴嘴達(dá)到臨界（變工況前后）0p*p*

010p

0

010

01

c1

01c

0

01

0

01G

p*

T

*Gp*

T

*p

T1p*p*

111ppc

0

0

0

1p

p*

*G

Gp*

p*p

p

p

pc1

01

11

01

11

p

T

不考慮初溫變化＝

p（2）級(jí)內(nèi)動(dòng)葉達(dá)到臨界（變工況前后）1

111

11

c1

11c

1

11

1

11G

p*

T

*Gp*

T

*p

T

p

T

不考慮初溫變化＝若不考慮葉頂漏汽，則動(dòng)葉流量等于噴嘴流量，不考慮溫度變化結(jié)論：級(jí)變工況前后均為臨界時(shí)，級(jí)的流量與級(jí)前的滯止壓力成正比，也與級(jí)前的實(shí)際壓力成正比，而與溫度的平方根成反比。結(jié)論：級(jí)變工況前后均為臨界時(shí)，級(jí)的流量與級(jí)前的滯止壓力成正比，也與級(jí)前的實(shí)際壓力成正比，而與溫度的平方根成反比。Institute

of

Thermal

Scienceand

PowerSystems

1mtm1t

1t2t1tn n

1t

v

n n

vvG

A

c1

A

12

1

h*

A2h*

v2t

1

t

nn

v二、級(jí)的變工況（一）級(jí)前后壓力與流量的關(guān)系2、級(jí)在亞臨界工況下工作級(jí)內(nèi)亞臨界工況定義：級(jí)內(nèi)噴嘴和動(dòng)葉出口流速均小于臨界速度。噴嘴出口流量：1G

Gc

n

An2t

0p*

p

p

22h*

0.648At

n

v*01

2

c

v*p

p

0

c

t2h*

仍為亞音速）00nmp*v*

p

p

2

vG

0.648A1

1

2

c

2t*p

p

v

0

c

1t令：Gc（表示m

＝0時(shí)，通過(guò)噴嘴的流量，并假設(shè)c

a

設(shè)計(jì)工況：β浙江大學(xué)熱工與動(dòng)力系統(tǒng)Institute

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PowerSystems①一般情況下：②③二、級(jí)的變工況（一）級(jí)前后壓力與流量的關(guān)系0101m1p*v*p*2v

p

pG1

0.648An1

1

21

c1

2t1

p

v

01

c1

1t1同理，另一種工況（變工況）：兩式相比，并考慮v1t

v1t12

tv

v2

t1

2*0020

010101cc1pp*

v*T

*p*v*T

*p

01

0

p*

p

22*2201212101

c1

21c1ncnc

01pp

p

2

p

p

1

p

p

p④令，

m1

m浙江大學(xué)熱工與動(dòng)力系統(tǒng)Institute

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PowerSystems二、級(jí)的變工況（一）級(jí)前后壓力與流量的關(guān)系結(jié)論：當(dāng)級(jí)內(nèi)未達(dá)到臨界時(shí)，級(jí)內(nèi)流量不僅與初參數(shù)有關(guān)，還與級(jí)后參數(shù)有關(guān)。但若簡(jiǎn)化條件不滿足時(shí)，計(jì)算誤差較大。2222

0

20

m

0c

0,

0,

p

p

p

p0201pG2

p21

0121

0

G

p

p2

2T2221222p01

pp0

p

*

22*0121012102*22*010

20

2.ncncmmncncT

*GT

*2

p

p

p

p/(1

)1

G

11p

p

p

p

/(1

)若，T

不考慮初溫變化3、一種工況為臨界，另一種為亞臨界這種工況一般只發(fā)生在調(diào)節(jié)級(jí)、末級(jí)中，沒(méi)有的公式。浙江大學(xué)熱工與動(dòng)力系統(tǒng)Institute

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PowerSystems二、級(jí)的變工況（二）級(jí)組壓力與流量的關(guān)系gc級(jí)組：一些流量相等，每級(jí)的通流面積保持不變的相鄰級(jí)的組合。級(jí)組亞臨界工況：級(jí)組內(nèi)各級(jí)流速均小于臨界速度。級(jí)組臨界工況：級(jí)組內(nèi)至少有一列葉柵（噴嘴或動(dòng)葉）的出口流速達(dá)到臨界速度。級(jí)組臨界壓比：亞臨界工況級(jí)組中某一級(jí)（一般最末級(jí)）流速剛升到臨界速度時(shí)，級(jí)組前后壓比。

級(jí)組中某一級(jí)剛達(dá)到臨界時(shí)級(jí)組的背壓

級(jí)組初壓級(jí)組中，級(jí)數(shù)

z

越多，gc

越小，z

,

0gc1、級(jí)組內(nèi)各級(jí)均未達(dá)臨界狀態(tài)2、級(jí)組內(nèi)達(dá)到臨界狀態(tài)一般最后一級(jí)焓降最大，流速最大，蒸汽溫度最低，當(dāng)?shù)匾羲僮钚。?，末?jí)常先達(dá)到臨界。浙江大學(xué)熱工與動(dòng)力系統(tǒng)Institute

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PowerSystems二、級(jí)的變工況（二）級(jí)組壓力與流量的關(guān)系1、凝汽式汽輪機(jī)非調(diào)節(jié)級(jí)各級(jí)組對(duì)于凝汽式機(jī)組，可將包括末級(jí)在內(nèi)的各級(jí)作為一個(gè)級(jí)組，該級(jí)組后壓力為汽輪機(jī)排汽壓力pz，當(dāng)級(jí)數(shù)較多時(shí)，級(jí)組前壓力，p0

pz結(jié)論：1）凝汽式汽輪機(jī)各級(jí)（除最后一、二級(jí)外），無(wú)論是否發(fā)生臨界，其流量均與級(jí)前壓力成正比。忽略，應(yīng)按

公式計(jì)算。3）對(duì)于回?zé)岢槠?，可近似?yīng)用這樣：

p

2

p2

z

0,

z1

0

p0

p01

010102z1z1p2

p2zpp2ppp2

1

p0101

G1

Gp2

p20z2

p

1

0

p

0

p

2

p22）對(duì)于最后幾級(jí)，由于

p0

,p01

相對(duì)較低，

z

,

z1

就不能

p0

p01

公式，誤差不大。級(jí)組p0

pz浙江大學(xué)熱工與動(dòng)力系統(tǒng)Institute

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PowerSystems東方N200N300哈爾濱N300浙江大學(xué)熱工與動(dòng)力系統(tǒng)Institute

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PowerSystems二、級(jí)的變工況（二）級(jí)組壓力與流量的關(guān)系2、背壓式汽輪機(jī)非調(diào)節(jié)級(jí)各級(jí)組背壓式汽輪機(jī)的特點(diǎn)，背壓（汽輪機(jī)排汽壓力pz）高于大氣壓，排汽比容小，末級(jí)直徑較小，末級(jí)焓降較小，流速較低。一般情況下，背壓級(jí)組末級(jí)也處于亞臨界工況。所以，只能應(yīng)用

公式計(jì)算（呈雙曲線變化）。調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)，其調(diào)節(jié)抽汽口壓力基本保持不變，且大于大氣壓，所以抽汽口各級(jí)都處于亞臨界工況，也用

公式計(jì)算。熱用戶pz浙江大學(xué)熱工與動(dòng)力系統(tǒng)Institute

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PowerSystems二、級(jí)的變工況（三）壓力與流量關(guān)系式(1、

公式的應(yīng)用條件（1）在不同工況下，級(jí)組中各級(jí)通流面積不變?nèi)缤鞑糠纸Y(jié)垢或磨損等，應(yīng)進(jìn)行修正公式)的應(yīng)用結(jié)垢，則同一流量G1下，p01

必然升高；磨損，則同一流量G1下，p01

必然降低。在同一工況中，通過(guò)級(jí)組的流量相等調(diào)節(jié)抽汽口（供熱、取暖、其他廠用汽等）應(yīng)作為分級(jí)組的界限。23

流過(guò)級(jí)組的蒸汽流應(yīng)是均質(zhì)流不能把調(diào)節(jié)級(jí)取在級(jí)組內(nèi)4嚴(yán)格講，

公式適用于無(wú)窮多級(jí)數(shù)的級(jí)組，但一般多于4～5級(jí)，就能得到滿意的結(jié)果。級(jí)組內(nèi)級(jí)數(shù)越多，精度越高。01

z10

zG

A

(

p2

p2

)

G

A

p0G1

A1

(

p2

p2

)

G1

A1p01浙江大學(xué)熱工與動(dòng)力系統(tǒng)Institute

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PowerSystems二、級(jí)的變工況（三）

公式的應(yīng)用監(jiān)視汽輪機(jī)通流部分運(yùn)行是否正常?？赏扑愠霾煌β剩髁浚r(shí)，各級(jí)的壓差和比焓降，從而計(jì)算出相應(yīng)的功率、速度比、效率及零部件的受力情況。汽輪機(jī)功率突然下降40％，無(wú)明顯振動(dòng)，故障汽輪機(jī)參數(shù)變化表負(fù)荷給水流量調(diào)節(jié)級(jí)后壓力中間再熱后壓力高壓缸效率中低壓缸效率－40％－36％－42％－44％－1.8％－0.4％分析：監(jiān)視段壓力與流量近似成正比，是由于調(diào)節(jié)級(jí)或調(diào)節(jié)級(jí)前故障所致，結(jié)果是第一調(diào)節(jié)汽門閥桿斷裂。浙江大學(xué)熱工與動(dòng)力系統(tǒng)Institute

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PowerSystems二、級(jí)的變工況（三）

公式的應(yīng)用運(yùn)行21個(gè)月后功率不斷下降故障汽輪機(jī)參數(shù)變化表分析：調(diào)節(jié)級(jí)后壓力增加21.2％，既然不是流量增加，就是壓力級(jí)通流部分堵塞。結(jié)果是高壓缸通流部分嚴(yán)重結(jié)垢。流量功率調(diào)節(jié)級(jí)后壓力高壓缸效率－17.2％－16.5％＋21.2％－12.2％浙江大學(xué)熱工與動(dòng)力系統(tǒng)Institute

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PowerSystems二、級(jí)的變工況（三）

公式的應(yīng)用運(yùn)行三年，在調(diào)節(jié)汽門的同一開(kāi)度下，功率漸漸增加故障汽輪機(jī)參數(shù)變化表分析：功率增加，流量增加，從調(diào)節(jié)級(jí)后各處壓力正比于流量增加來(lái)看，壓力級(jí)各級(jí)工作正常，可能原因①調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴磨損；②調(diào)節(jié)級(jí)葉片斷裂；③調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴漏汽。結(jié)果：調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴磨損嚴(yán)重功率調(diào)節(jié)級(jí)后壓力中間再熱后壓力高壓缸效率＋11.1％＋11.0％＋10.2％－1.8％浙江大學(xué)熱工與動(dòng)力系統(tǒng)Institute

of

Thermal

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PowerSystems浙江大學(xué)熱工與動(dòng)力系統(tǒng)Institute

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Thermal

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PowerSystems設(shè)計(jì)工況：公式結(jié)論：若級(jí)組在變工況前后均為亞臨界時(shí)，級(jí)組的流量是級(jí)組前壓力平方與級(jí)組后壓力平方之差的平方根成正比。0TTp2G

p21

01z1Gp2

p20

z

011、級(jí)組內(nèi)各級(jí)均未達(dá)臨界狀態(tài)陀拉流量與初壓關(guān)系曲線00zG變工況：cGp2

p

2p2

p2