汽轮机的调节方式及调节级变工况解析PPT课件

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1、3.3 3.3 配汽方式及其配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响对定压运行机组变工况的影响汽轮机的汽轮机的内功率内功率为为当当初初参参数数不不变变或或变变化化不不大大时时，汽汽轮轮机机的的内内功率就取决于进汽量功率就取决于进汽量 的大小。的大小。因因此此，对对汽汽轮轮机机的的功功率率进进行行调调节节，主主要要是是对进汽量对进汽量 进行调节。进行调节。常常用用的的配配汽汽方方式式有有：节节流流配配汽汽、喷喷嘴嘴配配汽汽、旁通配汽、变压配汽。旁通配汽、变压配汽。一、节流配汽一、节流配汽1 1、节节流流调调节节：这这种种调调节节方方式式就就是是用用一一个个或或几几个个调调节节阀阀对对进进入入汽汽轮

2、轮机机的的全全部部进进汽汽量量 进进行行调调节，然后流向第一级喷嘴。节，然后流向第一级喷嘴。进入汽轮机的全部进汽量都受到节流作用。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。当机组功率变化时，流量和焓降都要变化。2 2、节流调节的热力过程曲线、节流调节的热力过程曲线特特点点：各各级级通通流流面面积积不不变变，变变工工况况时时各各级级级级前前压压力力与与流流量量成成正正比比，htht几几乎乎不不变变，、x x1 1、i i基基本本不不变变（凝凝汽汽式式汽汽轮轮机机），但整机效率降低。但整机效率降低。缺缺点点：低低负负荷荷节节流流损损失失大大，理理想想焓焓降降减减小

3、很多。小很多。3 3、节流调节的效率、节流调节的效率 蒸蒸汽汽经经节节流流之之后后，蒸蒸汽汽焓焓值值不不变变，压压力力降降低（低（降到降到 ），节流后的内效率为：），节流后的内效率为：式中，式中，通流部分的相对内效率；通流部分的相对内效率；调调节节阀阀的的节节流流效效率率，其其大大小小与与通通流流部部分分结结构构无无关关，它它是是蒸蒸汽汽初初终终参参数数和和流流量量的函数。的函数。节流效率曲线节流效率曲线同一背压下同一背压下，流，流量比设计值小得量比设计值小得越多，调节汽门越多，调节汽门中的节流越大，中的节流越大，节流效率越低。节流效率越低。同一流量下同一流量下，背，背压越高，节流效压越高，节

4、流效率越低，率越低，优优点点：无无调调节节级级，结结构构简简单单，成成本本低低；流流量量变变化时，各级温度变化小，负荷适应性较好；化时，各级温度变化小，负荷适应性较好；应用：应用：滑压运行滑压运行承担基本负荷，还可用于调峰；承担基本负荷，还可用于调峰；定压运行定压运行承担基本负荷。承担基本负荷。旁通调节旁通调节1 1、旁通调节有、旁通调节有外旁通调节外旁通调节和和内旁通调节内旁通调节外旁通调节外旁通调节内旁通调节内旁通调节2 2、旁通调节的工作原理：、旁通调节的工作原理：（1 1）当当经经济济功功率率时时，调调节节阀阀2 2全全开开，旁旁通通阀阀3 3、4 4关闭。相当于节流调节；关闭。相当于

5、节流调节；（2 2）当当过过负负荷荷时时，调调节节阀阀2 2全全开开，旁旁通通阀阀部部分分开开启启。由由于于后后几几级级有有较较大大的的通通流流面面积积，可可以以多进汽、多作功；多进汽、多作功；（3 3）过过负负荷荷时时，通通过过旁旁通通阀阀部部分分的的蒸蒸汽汽有有节流损失，旁通阀不能全开，效率有所降低；节流损失，旁通阀不能全开，效率有所降低；（4 4）当当开开旁旁通通阀阀时时，旁旁通通室室压压力力升升高高，旁旁通通级级焓焓降降减减小小，速速度度比比增增大大，功功率率减减小小，效效率率降低。降低。3 3、旁旁通通调调节节汽汽轮轮机机的的变变工况曲线压力与流量的关系。工况曲线压力与流量的关系。O

6、AOA为为调调节节阀阀后后（第第一一级级前前）的的压压力力随随流流量量的的变变化化情情况况。全全开开时时，流流量量为为 ，压压力力为为 ；OBOB为为旁旁通通室室的的压压力力变变化化情情况况。当当流流量量为为 ，压压力力为为 ；过过负负荷荷时时，流流量量增增加加，压压力力 升高升高 。图图b b为流量的变化曲线为流量的变化曲线：当当流流量量从从0-0-时时，流量为流量为oaoa，在，在 时达时达a a；过过负负荷荷时时，旁旁通通级级流流量呈双曲线减少。量呈双曲线减少。4 4、旁通调节的热力过程曲线、旁通调节的热力过程曲线当当旁旁通通阀阀投投入入后后，其其热热力力过过程程曲曲线线如如图图所所示示

7、：其其中中，为为通通过过调调节节阀阀进进入入旁旁通通级级的的流流量量，过过程程线线为为0101线线，终终 焓焓 为为 ，有有 效效 焓焓 降降 为为 ；为为通通过过旁旁通通阀阀进进入入旁旁通通室室的的流流量量，压压力力为为 ，终终焓焓为为 ，而而混混合后的焓值为合后的焓值为 。注注意意：（1 1）不不能能太太小小，因因旁旁通通阀阀开开启启后后，压压力力 升升高高，温温度度 升升高高。为为了了冷冷却却旁旁通通级级，必必需需有有一一定定流流量量通通过过旁旁通通级级组组，以带走热量；以带走热量；（2 2）旁旁通通调调节节不不能能独独立立使使用用，只只能能联合使用。联合使用。5 5、内旁通、内旁通 这

8、种调节方式这种调节方式和喷嘴调节联合使用和喷嘴调节联合使用。需需要要过过负负荷荷时时，打打开开内内旁旁通通阀阀，使使调调节节级级后的蒸汽进入某中间作功。后的蒸汽进入某中间作功。二、喷嘴调节二、喷嘴调节全开自动主汽门全开自动主汽门第第一一级级为为调调节节级级，调调节节级级分分为为几几个个喷喷嘴嘴组组(3(36)6)，一个调节汽门控制一个喷嘴组。，一个调节汽门控制一个喷嘴组。当当汽汽轮轮机机负负荷荷变变化化时时，汽汽流流先先经经过过全全开开的的自自动动主主汽汽门门，依依次次开开启启和和关关闭闭调调节节阀阀以以调调节节汽汽轮轮机机的的进汽量。进汽量。在在部部分分负负荷荷下下，只只有有一一个个调调节节

9、阀阀部部分分开开启启，其其它全开阀门节流减到最小它全开阀门节流减到最小,效率较高。效率较高。喷嘴调节的特点：喷嘴调节的特点：优优点点：定定压压运运行行时时，喷喷嘴嘴配配汽汽比比节节流流配配汽汽节节流损失小，效率较高。流损失小，效率较高。缺缺点点：喷喷嘴嘴组组间间存存在在间间壁壁，使使调调节节级级总总是是部部分分进进汽汽的的，带带有有部部分分进进汽汽损损失失且且调调节节级级的的余余速速不不能能被被利利用用（调调节节级级后后为为汽汽室室，蒸蒸汽汽速速度度为为），因因此此在在额额定定功功率率下下，喷喷嘴嘴配配汽汽汽汽轮轮机机的的效效率率比比节节流配汽稍低。流配汽稍低。主主要要缺缺点点：定定压压运运行

10、行时时，调调节节级级和和各各高高压压级级在在变变工工况况下下温温度度变变化化大大，热热应应力力较较大大，负负荷荷适适应应性差；性差；应应用用：定定压压运运行行、滑滑压压运运行行承承担担基基本本负负荷荷、调峰调峰 定定压压运运行行的的背背压压式式和和调调节节抽抽汽汽式式汽汽轮轮机机宜宜采用喷嘴配汽，减少节流损失。采用喷嘴配汽，减少节流损失。调节级的变工况调节级的变工况先假定：（先假定：（1 1）调节级的反动）调节级的反动度度 ，；各阀无重叠度。各阀无重叠度。调节级的热力过程曲线调节级的热力过程曲线在一工况下，第一、二阀全在一工况下，第一、二阀全开，阀后压力为开，阀后压力为 ；第三阀部分开启，阀后

11、压力第三阀部分开启，阀后压力为为 (因有节流因有节流)两两全全开开阀阀的的调调节节级级热热力力过过程程曲曲线线如如0202，理理想想焓焓降降 ，有有效效焓焓降降 ，终终焓焓为为 ；部部分分开开启启阀阀的的调调节节级级热热力力过过程程曲曲线线如如0”2”0”2”，理理想想焓焓降降 ，有有效效焓焓降降为为 ，终焓为终焓为 。调调节节级级后后压压力力为为 ，混混合后的焓值为合后的焓值为 .调节级的内效率和流量计算调节级的内效率和流量计算：根据热力过程曲线，有热平衡：根据热力过程曲线，有热平衡：混合后的焓值混合后的焓值1 1、调节级的内效率：、调节级的内效率：分分别别为为第第一一、二二、三三阀阀的的流

12、流量量；GG总流量；总流量；、分分别别为为两两全全开开阀阀调调节节级级有有效效焓焓降降、焓值、内效率；焓值、内效率；、分分别别为为部部分分开开启启阀阀调调节节级级有有效效焓焓降降、焓值、内效率。焓值、内效率。为为了了求求得得调调节节级级在在变变工工况况下下的的内内效效率率，必必须须先先确确定定各各调调节节阀阀的的流流量量、阀阀后后压压力力、调调节节级级后后汽汽室压力室压力。2 2、调节级后汽室压力、调节级后汽室压力 的确定：的确定：对对于于凝凝汽汽式式汽汽轮轮机机来来说说，调调节节级级后后汽汽室室压压力力就就是是第第一一压压力力级级级级前前压压力力，可可用用弗弗留留格格尔尔公公式式求求得：得：

13、3 3、通过调节级任意一喷嘴组的流量：、通过调节级任意一喷嘴组的流量：其中，其中，流量比；流量比；喷嘴组截面积；喷嘴组截面积；、主汽阀前参数；主汽阀前参数；、该喷嘴组前参数。该喷嘴组前参数。上式改写成：上式改写成：式中，式中，系数系数 ；喷嘴组截面积；喷嘴组截面积；系数，系数，。上式对于全开阀、部分开启阀都适用：上式对于全开阀、部分开启阀都适用：三、调节级压力与流量的关系：三、调节级压力与流量的关系：1.1.简化的调节级压力与流量的关系简化的调节级压力与流量的关系以以凝凝汽汽式式汽汽轮轮机机中中具具有有四四组组渐渐缩缩喷喷嘴嘴的的单单列列动动叶叶调节级为例调节级为例简化假设简化假设：(1)(1

14、)调节级后的压力调节级后的压力p2Gp2G(2)(2)(3)(3)四个调节汽门依次开启，没有重叠度；四个调节汽门依次开启，没有重叠度；(4)(4)凡凡全全开开调调节节汽汽门门后后的的喷喷嘴嘴组组前前压压力力均均为为 不不变。变。调调节节阀阀后后即即各各喷喷嘴嘴组组前前的的压压力力p p0101 、p p0202是是变变动动的的，其其值值取取决决于于各各调调节节阀阀的的开开度度大大小小，喷喷嘴嘴后压力后压力p p1 1各喷嘴都相同。各喷嘴都相同。各各调调节节阀阀全全开开时时所所能能通通过过的的最最大大流流量量，彼彼此此不不一一定定相相等等，最最后后一一个个开开启启的的调调节节阀阀通通常常在在超负

15、荷时投入。超负荷时投入。1 1、第一阀开启过程：、第一阀开启过程：当开度当开度L1=0L1=01 1时，时，（1 1）阀后压力）阀后压力 如曲线如曲线01370137所示；所示；（2 2）喷嘴组）喷嘴组1 1的临界压力的临界压力 ，曲线，曲线0ag0ag；（3 3）喷嘴组）喷嘴组1 1后的压力后的压力 ，曲线，曲线“0-2”“0-2”；（4 4）通通过过喷喷嘴嘴组组1 1的的流流量量为为临临界界流流量量，如如OIOI所所示示，其其后后IJKIJK为二三四调节汽门开启时，流量的变化。为二三四调节汽门开启时，流量的变化。2 2、第二阀开启过程：、第二阀开启过程：当开度当开度L2=0L2=01.01

16、.0时，时，（1 1）阀阀后后（喷喷嘴嘴组组前前）压压力力 如如“2-m-3-7”“2-m-3-7”，因为喷嘴相通。，因为喷嘴相通。（2 2）阀）阀2 2的临界压力：的临界压力：如如 b-r-c-g b-r-c-g 所示；所示；（3 3）喷嘴组）喷嘴组2 2 后的压力后的压力 ：如如2-r-42-r-4所示；所示；其中，点其中，点r r之前，之前，,流量为亚临界，流量为亚临界，点点n n之后，之后，）；）；（3 3）喷嘴组后的压力：）喷嘴组后的压力：；（4 4）亚临界流动。）亚临界流动。4 4，第四阀开启过程：，第四阀开启过程：L4=01.0L4=01.0时，时，过负荷，亚临界流动。，过负荷，

17、亚临界流动。调节级的焓降是随工况变动而变化的，调节级的焓降是随工况变动而变化的，当当流流量量增增加加时时，调调节节级级的的焓焓降降先先增增大大而而后后减减少。少。在在第第一一个个调调节节阀阀全全开开而而第第二二个个调调节节阀阀未未开开时时，达达到到最最小小，而而级级前前温温度度上上升升到到最最高高值值，调调节节级级焓降达到最大值。焓降达到最大值。而而后后随随着着流流量量的的增增加加，由由于于级级前前压压力力 基基本本不不变，而变，而 上升，所以焓降逐渐减少。上升，所以焓降逐渐减少。最最危危险险的的工工况况不不是是在在汽汽轮轮机机的的最最大大负负荷荷。而而是是第第一一调调节节汽汽门门全全开开，其

18、其它它调调节节汽汽门门全全闭闭时时，第第一一喷喷嘴组的流量最大，动叶受力最大，嘴组的流量最大，动叶受力最大，危险工况危险工况。v综上所述，调节级焓降是随汽轮机流量的变化而综上所述，调节级焓降是随汽轮机流量的变化而改变的。流量增加时，部分开启阀门所控制的喷改变的。流量增加时，部分开启阀门所控制的喷嘴组焓降增大，全开阀门所控制的喷嘴组焓降减嘴组焓降增大，全开阀门所控制的喷嘴组焓降减小。小。v在第一调节阀全开而第二调节阀尚未开启时，在第一调节阀全开而第二调节阀尚未开启时，调节级焓降达最大值；调节级焓降达最大值；级前后的压差最大，级前后的压差最大，流过该喷嘴的流量亦最大；流过该喷嘴的流量亦最大；级的部

19、分进汽度则级的部分进汽度则最小，致使调节级叶片处于最大的应力状态。最小，致使调节级叶片处于最大的应力状态。v所以当进行调节级强度核算时，最危险工况不是所以当进行调节级强度核算时，最危险工况不是汽轮机的最大负荷，而是第一调节阀刚全开时的汽轮机的最大负荷，而是第一调节阀刚全开时的运行工况。运行工况。2.2.调节级的实际压力与流量的关系调节级的实际压力与流量的关系1)1)实际上实际上调节级后温度调节级后温度随流量变化而变化。随流量变化而变化。阀阀点点：调调节节汽汽门门依依次次全全开开时时节节流流损损失失比比较较小小的的工工况况点点。由由于于节节流流损损失失小小，在在这这些些工工况况点点后后的的作作功

20、较多，故调节后的焓和温度均处于较低点。功较多，故调节后的焓和温度均处于较低点。2)2)实际上调节级有实际上调节级有反动度反动度3)3)调节汽门均有重叠度调节汽门均有重叠度4)4)实实际际上上流流量量不不断断增增大大时时，自自动动主主汽汽门门、调调节节汽汽门门和和导导管管处处的的节节流流损损失失增增大大，从从而而使使全开调节汽门后的压力全开调节汽门后的压力 略低于略低于调节级的效率曲线：调节级的效率曲线：在前面的讨论中，就可以求得任意流量下通过各阀的流量、阀后压力、级后压力、各组喷嘴的焓降。这样就可以求得整个调节级的效率。如图328 所示的效率曲线 0-a-b-c-d，曲线呈波折状。原因在于各阀

21、在开启过程中有节流存在。v从图中可见，调节级效率曲线具有明显的波折状。从图中可见，调节级效率曲线具有明显的波折状。这是因为阀全开时，节流损失小，效率较高。在其这是因为阀全开时，节流损失小，效率较高。在其它工况下，通过部分开启阀的汽流受到较大的节流，它工况下，通过部分开启阀的汽流受到较大的节流，使效率下降。使效率下降。3.3.喷嘴调节的特点：喷嘴调节的特点：（1 1）喷嘴调节的结构较复杂、制造成本高；）喷嘴调节的结构较复杂、制造成本高；（2 2）工况变动时，调节级汽室温度变化大，）工况变动时，调节级汽室温度变化大，从而增加了由温度变化而引起的热变形与热应力，从而增加了由温度变化而引起的热变形与热

22、应力，限制了机组的运行可靠性和机动性；限制了机组的运行可靠性和机动性；（3 3）在部分负荷下的效率高于节流调节。）在部分负荷下的效率高于节流调节。喷嘴调节的应用：大容量机组和背压机组喷嘴调节的应用：大容量机组和背压机组四、配汽方式对定压运行机组变工况的影响：四、配汽方式对定压运行机组变工况的影响：在不同负荷下，调节级的比焓降是变化的，在不同负荷下，调节级的比焓降是变化的，调节级的排汽温度也是变化的。调节级的排汽温度也是变化的。图图节流节流喷嘴混合配汽。喷嘴混合配汽。实际上，喷嘴配汽的高压缸排汽温度较低，实际上，喷嘴配汽的高压缸排汽温度较低，再热后蒸汽温度也略低，使低压缸湿汽损失增大，再热后蒸汽

23、温度也略低，使低压缸湿汽损失增大，效率降低。效率降低。(a)喷嘴配汽热力过程线，喷嘴配汽热力过程线，节流配汽热力过程线节流配汽热力过程线 图图3-三种配汽方式三种配汽方式下高压缸的热力过程线下高压缸的热力过程线 ABC-喷嘴配汽设计喷嘴配汽设计工况，工况，A1B3C3-节流节流-喷嘴喷嘴混合配汽的混合配汽的40设计功设计功率工况；率工况；AB4C4-喷嘴配汽的喷嘴配汽的40设计功率工况，设计功率工况，AD-节流配汽设计工节流配汽设计工况，况，A2D2-节流配汽的节流配汽的40设计功率工况设计功率工况 五、汽轮机轴向推力的变化规律五、汽轮机轴向推力的变化规律（一）蒸汽流量变化对轴向推力的影响（一

24、）蒸汽流量变化对轴向推力的影响1、节流配汽凝汽式汽轮机、节流配汽凝汽式汽轮机 一般可近似认为，凝汽式汽轮机总的轴向推力与一般可近似认为，凝汽式汽轮机总的轴向推力与流量成正比变化，且最大负荷时轴向推力达最大值。流量成正比变化，且最大负荷时轴向推力达最大值。2 2、喷嘴配汽凝汽式汽轮机、喷嘴配汽凝汽式汽轮机非调节级与节流配汽相同非调节级与节流配汽相同调节级：调节级：轴向推力变化复轴向推力变化复杂杂 图图3.3.10 3.3.10 最大轴向推力任在最大负最大轴向推力任在最大负荷处。荷处。3 3、背压式汽轮机、背压式汽轮机非调节级的压力与流量不成正比。故轴向非调节级的压力与流量不成正比。故轴向推力不与流量成正比，变化复杂。推力不与流量成正比，变化复杂。通过实测了解到，最大轴向推力在某一中通过实测了解到，最大轴向推力在某一中间负荷处，而不在最大负荷处。间负荷处，而不在最大负荷处。v（二）几种特殊工况的变化对轴向推力的影响二）几种特殊工况的变化对轴向推力的影响v 1新蒸汽温度降低新蒸汽温度降低v 此时全机理想焓降减少，导致各级焓降减少，从此时全机理想焓降减少，导致各级焓降减少，从而引起反动度增加，因此轴向推力增加。而引起反动度增加，因此轴向推力增加。v 2水冲击水冲击v 3负荷突增负荷突增v 4甩负荷甩负荷v 5叶片结垢叶片结垢