噴嘴的變工況特性級(jí)與級(jí)組的變工況特性市公開(kāi)課一等獎(jiǎng)省賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件

渦輪機(jī)械原理

第三章汽輪機(jī)變工況特征

§1~§2胡長(zhǎng)興E-mail:huchx@聯(lián)絡(luò)電話嘴的變工況特性級(jí)與級(jí)組的變工況特性第1頁(yè)第三章汽輪機(jī)變工況特征

引言§1噴嘴變工況特征

一、漸縮噴嘴初壓不變時(shí)背壓與流量關(guān)系

二、漸縮噴嘴前后參數(shù)都改變時(shí)流量改變§2級(jí)與級(jí)組變工況特征

一、級(jí)內(nèi)壓力與流量關(guān)系

二、級(jí)組壓力與流量關(guān)系

三、各級(jí)組p0-G曲線

四、壓力與流量關(guān)系式應(yīng)用

五、級(jí)比焓降和反動(dòng)度改變規(guī)律

六、撞擊損失

七、各級(jí)p0、Δht、Ωm、χa、ηi、Pi改變規(guī)律練習(xí)

噴嘴的變工況特性級(jí)與級(jí)組的變工況特性第2頁(yè)第三章汽輪機(jī)變工況特征

引言

汽輪機(jī)運(yùn)行工況:

1、設(shè)計(jì)工況（經(jīng)濟(jì)工況）：

汽輪機(jī)是按一定熱力參數(shù)、轉(zhuǎn)速和功率設(shè)計(jì)，對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)參數(shù)工況稱為設(shè)計(jì)工況。

2、變工況：

偏離設(shè)計(jì)工況運(yùn)行工況，稱為變開(kāi)工況。

原因：

1)外界負(fù)荷改變；

2)季節(jié)環(huán)境改變，如循環(huán)水進(jìn)口溫度改變；

3)鍋爐運(yùn)行參數(shù)改變，如主汽溫度、壓力、再熱汽溫等波動(dòng)；

4)汽輪機(jī)本體、輔機(jī)設(shè)備缺點(diǎn)，如通流部分磨損、結(jié)垢、斷葉，凝

汽器泄漏。

噴嘴的變工況特性級(jí)與級(jí)組的變工況特性第3頁(yè)第五章汽輪機(jī)變工況特征

引言研究變開(kāi)工況目標(biāo)：

1)分析汽輪機(jī)在不一樣工況下效率，各項(xiàng)熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，各級(jí)壓力、溫度改變，主要零部件受力情況等。

2)了解變工況時(shí)，汽輪機(jī)各工況參數(shù)改變規(guī)律，從而在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，就預(yù)先預(yù)計(jì)到變工況時(shí)機(jī)組性能改變，使設(shè)計(jì)機(jī)組不但在設(shè)計(jì)工況時(shí)，而且在變工況時(shí)，都含有良好性能。

尤其對(duì)調(diào)峰運(yùn)行機(jī)組更主要。

本章主要討論等速汽輪機(jī)變工況。噴嘴的變工況特性級(jí)與級(jí)組的變工況特性第4頁(yè)§1、噴嘴變工況特征

一、漸縮噴嘴初壓不變時(shí)背壓與流量關(guān)系研究噴嘴變工況，主要分析噴嘴前、后壓力與流量之間改變。0.546過(guò)熱蒸汽0.577飽和蒸汽當(dāng)討論汽輪機(jī)變工況特征級(jí)變工況特征噴嘴變工況特征當(dāng)初參數(shù)為P0*

,T0*,ν0*，出口面積An時(shí)，經(jīng)過(guò)噴嘴流量？噴嘴的變工況特性級(jí)與級(jí)組的變工況特性第5頁(yè)§1、噴嘴變工況特征

一、漸縮噴嘴初壓不變時(shí)背壓與流量關(guān)系彭臺(tái)門系數(shù)βεn原點(diǎn)(εnc,0)，長(zhǎng)軸1，短軸（1－εnc）橢圓方程：變開(kāi)工況參數(shù)用下標(biāo)1表示噴嘴前：，，噴嘴后：變工況：噴嘴的變工況特性級(jí)與級(jí)組的變工況特性第6頁(yè)§1、噴嘴變工況特征

二、漸縮噴嘴前后參數(shù)都改變時(shí)流量改變當(dāng)變工況和設(shè)計(jì)工況均為臨界工況時(shí)，設(shè)計(jì)工況：變工況：不考慮初溫改變不考慮初溫改變當(dāng)噴嘴前、后蒸汽參數(shù)同時(shí)改變時(shí)：流量與噴嘴前、后參數(shù)相關(guān)流量只與噴嘴前參數(shù)相關(guān)噴嘴的變工況特性級(jí)與級(jí)組的變工況特性第7頁(yè)§2級(jí)與級(jí)組變工況特征

一、級(jí)內(nèi)壓力與流量關(guān)系1）若不考慮葉頂漏汽，則動(dòng)葉流量等于噴嘴流量，不考慮溫度改變結(jié)論：級(jí)變工況前后均為臨界時(shí)，級(jí)流量與級(jí)前滯止壓力成正比，與級(jí)后壓力無(wú)關(guān)。定義：級(jí)內(nèi)噴嘴葉柵或動(dòng)葉柵二者之一流速到達(dá)或超出臨界速度1、級(jí)內(nèi)為臨界工況考慮溫度改變噴嘴的變工況特性級(jí)與級(jí)組的變工況特性第8頁(yè)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。經(jīng)過(guò)噴嘴流量為（設(shè)計(jì)工況）同理，另一個(gè)工況（變工況）：§2級(jí)與級(jí)組變工況特征

一、級(jí)內(nèi)壓力與流量關(guān)系噴嘴的變工況特性級(jí)與級(jí)組的變工況特性第9頁(yè)①普通情況下：②

③

④令，將前兩式相比，并考慮2、級(jí)在亞臨界工況下工作則

§2級(jí)與級(jí)組變工況特征

一、級(jí)內(nèi)壓力與流量關(guān)系噴嘴的變工況特性級(jí)與級(jí)組的變工況特性第10頁(yè)結(jié)論：當(dāng)級(jí)內(nèi)未到達(dá)臨界時(shí)，級(jí)內(nèi)流量不但與初參數(shù)相關(guān)，還與級(jí)后參數(shù)相關(guān)。若，不考慮初溫改變3、一個(gè)工況為臨界，另一個(gè)為亞臨界這種工況普通只發(fā)生在調(diào)整級(jí)、末級(jí)中，沒(méi)有統(tǒng)一公式。

2、級(jí)在亞臨界工況下工作§2級(jí)與級(jí)組變工況特征

一、級(jí)內(nèi)壓力與流量關(guān)系噴嘴的變工況特性級(jí)與級(jí)組的變工況特性第11頁(yè)級(jí)組：一些流量相等，每級(jí)通流面積保持不變相鄰級(jí)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)最少有一列葉柵（噴嘴或動(dòng)葉）出口流

速到達(dá)臨界速度。級(jí)組臨界壓比：亞臨界工況級(jí)組中某一級(jí)（普通最末級(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)剛到達(dá)臨界時(shí)級(jí)組背壓級(jí)組初壓普通最終一級(jí)焓降最大，流速最大，蒸汽溫度最低，當(dāng)?shù)匾羲僮钚?，所以，末?jí)常先到達(dá)臨界。§2級(jí)與級(jí)組變工況特征

二、級(jí)組壓力與流量關(guān)系噴嘴的變工況特性級(jí)與級(jí)組的變工況特性第12頁(yè)比如：級(jí)組中含有三級(jí)，末級(jí)到達(dá)臨界，其余各級(jí)亞臨界。最終一級(jí)（臨界）倒數(shù)第二級(jí)（亞臨界）結(jié)論：若級(jí)組中某一級(jí)一直處于臨界狀態(tài)，則級(jí)組流量與該級(jí)組全部各級(jí)級(jí)前壓力成正比。不考慮溫度改變即：p0p2p4p6=pg1、工況改變前后級(jí)組均為臨界狀態(tài)

考慮流量相等，且§2級(jí)與級(jí)組變工況特征

二、級(jí)組壓力與流量關(guān)系噴嘴的變工況特性級(jí)與級(jí)組的變工況特性第13頁(yè)弗留格爾公式：級(jí)組內(nèi)級(jí)數(shù)越多，弗留格爾公式誤差越小。結(jié)論：若級(jí)組在變工況前后均為亞臨界時(shí)，級(jí)組流量是級(jí)組前壓力平方與級(jí)組后壓力平方之差平方根成正比。2、工況改變前后級(jí)組均為亞臨界狀態(tài)

變工況：設(shè)計(jì)工況：§2級(jí)與級(jí)組變工況特征

二、級(jí)組壓力與流量關(guān)系噴嘴的變工況特性級(jí)與級(jí)組的變工況特性第14頁(yè)對(duì)于凝汽式機(jī)組，當(dāng)級(jí)數(shù)較多時(shí)，級(jí)組前壓力，這么：結(jié)論：1）凝汽式汽輪機(jī)各級(jí)（除最終一、二級(jí)外），不論是否發(fā)生臨界，其流量均與級(jí)前壓力成正比。2）對(duì)于最終幾級(jí)，因?yàn)橄鄬?duì)較低，就不能忽略，應(yīng)按弗留格爾公式計(jì)算。3）對(duì)于回?zé)岢槠?，可近似?yīng)用弗留格爾公式，誤差不大。

級(jí)組p0pz§2級(jí)與級(jí)組變工況特征

四、壓力與流量關(guān)系(弗留格爾公式)應(yīng)用噴嘴的變工況特性級(jí)與級(jí)組的變工況特性第15頁(yè)結(jié)垢，則同一流量G1下，必定升高；磨損，則同一流量G1下，必定降低。

1、弗留格爾公式應(yīng)用條件，需滿足：（1）在不一樣工況下，級(jí)組中各級(jí)通流面積不變

如通流部分結(jié)垢或磨損等，應(yīng)進(jìn)行修正（2）在同一工況中，經(jīng)過(guò)級(jí)組流量相等

調(diào)整抽汽口（供熱、取暖、其它廠用汽等）應(yīng)作為分級(jí)組界限。（3）流過(guò)級(jí)組蒸汽流應(yīng)是均質(zhì)流

不能把調(diào)整級(jí)取在級(jí)組內(nèi)（4）嚴(yán)格講，弗留格爾公式適合用于無(wú)窮多級(jí)數(shù)級(jí)組，但普通多于4～5級(jí)，就能得到滿意結(jié)果。級(jí)組內(nèi)級(jí)數(shù)越多，精度越高?！?級(jí)與級(jí)組變工況特征

四、壓力與流量關(guān)系(弗留格爾公式)應(yīng)用噴嘴的變工況特性級(jí)與級(jí)組的變工況特性第16頁(yè)監(jiān)視汽輪機(jī)通流部分運(yùn)行是否正常。

如：在已知功率（流量）情況下，依據(jù)各級(jí)（級(jí)組）前壓力與流量關(guān)系，判斷級(jí)組通流面積是否結(jié)垢或腐蝕而發(fā)生改變?？赏扑愠霾灰粯庸β剩髁浚r(shí)，各級(jí)壓差和比焓降，從而計(jì)算出對(duì)應(yīng)功率、速度比、效率及零部件受力情況。

弗留格爾公式形式簡(jiǎn)單，使用方便，除用作級(jí)組變工況計(jì)算外，還可用來(lái)分析級(jí)組運(yùn)行問(wèn)題。§2級(jí)與級(jí)組變工況特征

四、壓力與流量關(guān)系(弗留格爾公式)應(yīng)用噴嘴的變工況特性級(jí)與級(jí)組的變工況特性第17頁(yè)汽輪機(jī)工況改變時(shí)，會(huì)引發(fā)級(jí)比焓降改變普通級(jí)前溫度改變不大，級(jí)理想焓降主要取決于級(jí)前后壓力比（p2/p0）。

因?yàn)楦骷?jí)在汽輪機(jī)所處位置不一樣，其比焓降改變規(guī)律有所不一樣?！?級(jí)與級(jí)組變工況特征

五、級(jí)比焓降和反動(dòng)度改變規(guī)律1、級(jí)比焓降改變規(guī)律（一）凝汽式汽輪機(jī)各中間級(jí)比焓降改變規(guī)律凝汽式汽輪機(jī)壓力級(jí)（除最終一、二級(jí)外），其流量均與級(jí)前壓力成正比，忽略溫度改變。結(jié)論：變工況時(shí)，凝汽式汽輪機(jī)各中間級(jí)壓比基本不變，各級(jí)理想焓降基本不變。？噴嘴的變工況特性級(jí)與級(jí)組的變工況特性第18頁(yè)1）背壓式汽輪機(jī)壓力級(jí)理想焓降改變規(guī)律主要取決流量改變。流量減小，級(jí)比焓降減小；反之，增大。2）p0越高，流量改變對(duì)焓降影響越小。降低至40%以下，一、二級(jí)才急劇下降。背壓機(jī)組，背壓是調(diào)整參數(shù)，改變范圍不大。1、2、3、4、5為級(jí)代號(hào)

背壓式汽輪機(jī)在工況變動(dòng)時(shí)各級(jí)焓降與流量關(guān)系曲線1、級(jí)比焓降改變規(guī)律（二）背壓式汽輪機(jī)中間級(jí)變工況§2級(jí)與級(jí)組變工況特征

五、級(jí)比焓降和反動(dòng)度改變規(guī)律噴嘴的變工況特性級(jí)與級(jí)組的變工況特性第19頁(yè)級(jí)反動(dòng)度速比(定轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)主要為焓降)面積比f(wàn)＝An/Ab壓比(主要為密度改變)級(jí)內(nèi)漏汽量在變工況前后，級(jí)面積比不變，并忽略級(jí)內(nèi)漏汽。2、級(jí)反動(dòng)度改變規(guī)律§2級(jí)與級(jí)組變工況特征

五、級(jí)比焓降和反動(dòng)度改變規(guī)律噴嘴的變工況特性級(jí)與級(jí)組的變工況特性第20頁(yè)An設(shè)計(jì)工況，噴嘴出口和動(dòng)葉進(jìn)口流量相等。式中：An為噴嘴出口面積，為動(dòng)葉進(jìn)口面積。同理：Ab

為動(dòng)葉出口面積2、級(jí)反動(dòng)度改變規(guī)律§2級(jí)與級(jí)組變工況特征

五、級(jí)比焓降和反動(dòng)度改變規(guī)律噴嘴的變工況特性級(jí)與級(jí)組的變工況特性第21頁(yè)一樣，變工況時(shí)（當(dāng)Δht減小時(shí)）：Δht1=

mΔht(m<1)，C11=C1從速度三角形看說(shuō)明動(dòng)葉反動(dòng)度要改變，噴嘴以c11流出汽流來(lái)不及以w21速度流出動(dòng)葉柵，在動(dòng)葉柵內(nèi)形成阻塞，造成動(dòng)葉柵與葉柵軸向間隙中壓力升高，即反動(dòng)度增大。?√當(dāng)Δht增大時(shí)也一樣成立。2、級(jí)反動(dòng)度改變規(guī)律§2級(jí)與級(jí)組變工況特征

五、級(jí)比焓降和反動(dòng)度改變規(guī)律噴嘴的變工況特性級(jí)與級(jí)組的變工況特性第22頁(yè)小結(jié)：1）工況改變時(shí)，若級(jí)焓降減小，反動(dòng)度增大；若級(jí)焓降增大，反動(dòng)度減小。2）設(shè)計(jì)工況反動(dòng)度較小級(jí)，焓降改變時(shí)，反動(dòng)度改變較大；設(shè)計(jì)工況反動(dòng)度較大級(jí)，焓降改變時(shí)，反動(dòng)度改變較小。3）反動(dòng)級(jí)反動(dòng)度在變工況時(shí)，反動(dòng)度基本不變。2、級(jí)反動(dòng)度改變規(guī)律§2級(jí)與級(jí)組變工況特征

五、級(jí)比焓降和反動(dòng)度改變規(guī)律噴嘴的變工況特性級(jí)與級(jí)組的變工況特性第23頁(yè)當(dāng)增大時(shí)，C11>C1，u不變，>0，為正沖角。汽流沖擊在動(dòng)葉內(nèi)弧段定義：沖角(葉型進(jìn)汽角－汽流進(jìn)汽角)設(shè)計(jì)工況時(shí)，汽流進(jìn)汽角與動(dòng)葉進(jìn)汽角一致，變工況時(shí)，級(jí)焓降改變，汽流偏離設(shè)計(jì)方向，產(chǎn)生沖角。當(dāng)減小時(shí)，C11

<C1，u不變，<0，為負(fù)沖角。汽流沖擊在動(dòng)葉背弧段?！?級(jí)與級(jí)組變工況特征

六、撞擊損失噴嘴的變工況特性級(jí)與級(jí)組的變工況特性第24頁(yè)試驗(yàn)表明：變工況時(shí)產(chǎn)生撞擊損失與：①?zèng)_角絕對(duì)值大小相關(guān)?！?，↑②與沖角正、負(fù)相關(guān)。正沖角撞擊損失大于負(fù)沖角撞擊損失。③與反動(dòng)度相關(guān)。反動(dòng)式葉型受汽流進(jìn)口角度影響較小；沖動(dòng)式葉型受汽流進(jìn)口角度影響較大。撞擊損失近似計(jì)算公式為：

當(dāng)前使用葉型都有反動(dòng)度，進(jìn)汽邊為圓弧形。這么對(duì)汽流沖角敏感性減弱，擴(kuò)大最正確進(jìn)汽角范圍，在實(shí)用變工況范圍內(nèi)，沖角不大，能夠不考慮撞擊損失?！?級(jí)與級(jí)組變工況特征

六、撞擊損失噴嘴的變工況特性級(jí)與級(jí)組的變工況特性第25頁(yè)§2級(jí)與級(jí)組變工況特征

級(jí)經(jīng)濟(jì)性和安全性

汽輪機(jī)在設(shè)計(jì)工況下效率最高。偏離設(shè)計(jì)工況，效率就會(huì)降低，偏離越大，降低越多。調(diào)峰機(jī)組，負(fù)荷改變相當(dāng)大，效率降低尤其大。噴嘴調(diào)整凝汽式汽輪機(jī)，工況變動(dòng)流量（功率）改變，焓降改變主要發(fā)生在調(diào)整級(jí)和末級(jí)，各中間級(jí)焓降近乎不變