汽輪機(jī)在變工況下的工作

汽輪機(jī)在變工況下的工作級(jí)組變工況機(jī)組變工況調(diào)節(jié)級(jí)變工況蒸汽參數(shù)變化的變工況第一種情況，無(wú)窮級(jí)數(shù)的級(jí)組中各級(jí)變工部前后均處于亞臨界時(shí)的流量比為弗留格爾公式，如下亞臨界變工況的流量與級(jí)組前后壓力平方差的開(kāi)方成正比。若級(jí)組中級(jí)數(shù)足夠多，即p11》pz1，p1》pz，則第二種情況，變工況前后級(jí)組中的末級(jí)均達(dá)到臨界狀態(tài)（思考：為何通常是末級(jí)首先達(dá)臨界？）例如級(jí)組由三級(jí)組成,如圖示P0P1P2P3P4P5P6GⅠⅢⅡ?qū)Φ诙?jí)有：總結(jié)：可近似地認(rèn)為，通過(guò)級(jí)組的流量和級(jí)組中每一個(gè)級(jí)的級(jí)前初壓都成正比！同理有：（二）機(jī)組壓力與流量公式的應(yīng)用條件

1、通過(guò)同一級(jí)組中各級(jí)的流量相等；

2、不同工況級(jí)組中各級(jí)的通流截面保持不變；

3、通過(guò)各級(jí)的汽流是一股均質(zhì)流；

4、級(jí)組的級(jí)數(shù)越多,佛留格爾公式計(jì)算結(jié)果越精確。變工況規(guī)律總結(jié)：對(duì)于采用噴嘴調(diào)節(jié)的凝汽式汽輪機(jī)，當(dāng)工況變化，進(jìn)汽量發(fā)生改變時(shí)，整機(jī)焓降基本不變，中間級(jí)的焓降基本不變，當(dāng)進(jìn)汽量增大時(shí)，調(diào)節(jié)級(jí)焓降減小，反動(dòng)度增大；末級(jí)焓降增大，反動(dòng)度減小。中間級(jí)焓降不變,反動(dòng)度也不變,因此速比也不變,則效率不變。流量增大時(shí)，調(diào)節(jié)級(jí)焓降減小，反動(dòng)度增大，速比增大，效率降低。末級(jí)焓降增大，反動(dòng)度減小，速比減小，效率降低。變工況時(shí)軸向推力的變化情況可簡(jiǎn)單地認(rèn)為，整機(jī)軸向推力大約和機(jī)組的功率成正比。需要注意一些特殊工況時(shí)軸向推力異常增大的情形，如：水沖擊；葉片結(jié)垢等。變工況知識(shí)的應(yīng)用實(shí)例監(jiān)視段壓力：調(diào)節(jié)級(jí)汽室壓力和各段抽汽壓力的統(tǒng)稱。(1)監(jiān)視汽輪機(jī)通流部分運(yùn)行是否正常。在已知汽輪機(jī)功率或流量的條件下，根據(jù)弗留格爾公式的計(jì)算結(jié)果監(jiān)視某些級(jí)組(監(jiān)視段)前的壓力，借此判斷該級(jí)組是否損壞或結(jié)垢等異?，F(xiàn)象。(2)可以推算出不同流量(功率)時(shí)各級(jí)的壓差和比焓降，從而計(jì)算出相應(yīng)的功率、效率及零部件的受力情況。也可以由壓力推算出通過(guò)各級(jí)的流量。實(shí)際運(yùn)行故障分析舉例：某臺(tái)一次再熱超高壓凝汽式汽輪機(jī)的功率突然下降40％，此時(shí)機(jī)組無(wú)明顯振動(dòng)，機(jī)組參數(shù)變化如表3-2所示，負(fù)號(hào)表示降低。功率降低后，一些參數(shù)又基本穩(wěn)定不變，各監(jiān)視段壓力近似成比例降低。分析原因：調(diào)節(jié)級(jí)后壓力和中間再熱后壓力降低，表明蒸汽流量變小，這由給水流量也相應(yīng)變小而證實(shí)。由于各監(jiān)視段壓力與流量近似成正比，故可以認(rèn)為各非調(diào)節(jié)級(jí)的工作是正常的，流量的突降是調(diào)節(jié)級(jí)或調(diào)節(jié)級(jí)之前的通流部分故障所致。

。負(fù)荷給水流量調(diào)節(jié)級(jí)后壓力中間再熱后壓力中低壓缸效率高壓缸效率-40％-36％-42％-44％1.8％0.4％由于通流部分故障并未引起機(jī)組振動(dòng)情況的改變，因而可以認(rèn)為流量突降不是轉(zhuǎn)動(dòng)部分的機(jī)械損壞所致，調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴、動(dòng)葉損壞常使流量增大；調(diào)節(jié)級(jí)葉片斷落可能使非調(diào)節(jié)級(jí)第一級(jí)噴嘴堵塞而使調(diào)節(jié)級(jí)后壓力升高。但上述情況均與事實(shí)相反，因此不大可能是調(diào)節(jié)級(jí)的損壞。調(diào)節(jié)汽門閥桿斷裂將使汽門一直處于關(guān)閉或近于關(guān)閉的位置。為了判斷故障，移動(dòng)油動(dòng)機(jī)。提起閥桿，在第一調(diào)節(jié)汽門應(yīng)該開(kāi)大的范圍內(nèi)，發(fā)現(xiàn)流量并不增大，表明這一閥門動(dòng)作失靈。

停機(jī)檢查，結(jié)果是第一調(diào)節(jié)汽門閥桿斷裂一超高壓汽輪機(jī)在運(yùn)行21個(gè)月后發(fā)現(xiàn)功率不斷下降，已持續(xù)了一兩個(gè)月。分析每天數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)功率是以不變的速率下降的，而不是突降的。與21個(gè)月前的運(yùn)行數(shù)據(jù)相比，變化如下。

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％

分析原因：調(diào)節(jié)級(jí)后壓力增加21.2％，既然不是由于流量增加，那就只能是由于非調(diào)節(jié)級(jí)通流部分堵塞，由于這種堵塞是穩(wěn)定增加的，故不是機(jī)械損壞所致，極大的可能是通流部分結(jié)垢所致。又因?yàn)楦邏焊仔蚀鬄榻档?，故可能是高壓缸結(jié)垢。

開(kāi)缸檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高壓缸通流部分嚴(yán)重結(jié)垢，垢的成分中不少是銅。某機(jī)三年運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，在調(diào)節(jié)汽門的同一開(kāi)度下，功率是漸漸增加的，三年前后的同一調(diào)節(jié)汽門開(kāi)度下的運(yùn)行數(shù)據(jù)之差如表3-4所示。在發(fā)現(xiàn)上述問(wèn)題后，曾進(jìn)行試驗(yàn)，證明在各個(gè)調(diào)節(jié)汽門的不同開(kāi)度下，功率都變大。

功率調(diào)節(jié)級(jí)后壓力中間再熱后壓力高壓缸效率+11.0％+11.0％+10.2％-1.8％分析原因：功率增加，流量必然增加。從調(diào)節(jié)級(jí)后各處壓力基本上正比于流量增加來(lái)看，調(diào)節(jié)級(jí)以后各級(jí)的工作是正常的，那么功率變大就可能是調(diào)節(jié)級(jí)或調(diào)節(jié)級(jí)之前通流面積增大所致。各個(gè)調(diào)節(jié)汽門開(kāi)度下功率(蒸汽流量)都變大，估計(jì)不應(yīng)是調(diào)節(jié)汽門的問(wèn)題，因?yàn)椴豢赡軒讉€(gè)調(diào)節(jié)汽門都同時(shí)發(fā)生問(wèn)題。較大可能是調(diào)節(jié)級(jí)通流面積變大。這就有三種可能；①調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴腐蝕；②調(diào)節(jié)級(jí)葉片損壞；③調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴弧段漏汽。若是后兩種情況則高壓缸效率要大大降低。但并未大大降低，故多半是調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴腐蝕。

開(kāi)缸檢查，結(jié)果是第一、二、三噴嘴組的噴嘴出口邊腐蝕嚴(yán)重，調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉腐蝕較輕。

五、汽輪機(jī)的配汽方式和調(diào)節(jié)級(jí)的變工況目前常用的定壓配汽方式有：噴嘴配汽和節(jié)流配汽。（一）噴嘴配汽333322221G工作過(guò)程：幾個(gè)依次啟閉的調(diào)節(jié)閥主要特點(diǎn)：①機(jī)組在部分負(fù)荷時(shí)，效率較高。②機(jī)組的高壓部分在工況變化時(shí)溫度變化很大，從而引起較大的熱應(yīng)力。噴嘴調(diào)節(jié)級(jí)壓力與流量的關(guān)系

分析過(guò)程中，為了突出調(diào)節(jié)級(jí)主要變工況特點(diǎn)首先對(duì)上頁(yè)所示的調(diào)節(jié)級(jí)的工作過(guò)程作如下假定：1）忽略調(diào)節(jié)級(jí)后溫度變化的影響，調(diào)節(jié)級(jí)后壓力P2正比于全機(jī)流量；2）各種工況下級(jí)的反動(dòng)度都等于零，p11=p21；3）四個(gè)調(diào)節(jié)汽門依次開(kāi)啟，沒(méi)有重疊度；4）凡全開(kāi)調(diào)節(jié)汽門后的噴嘴組前壓力均為p0不變。噴嘴組壓力分配曲線（158頁(yè)）噴嘴組流量分配曲線調(diào)節(jié)劑效率與流量的關(guān)系（160頁(yè)）調(diào)節(jié)級(jí)、系數(shù)，焓降反動(dòng)度、壓力反動(dòng)度和輪軸效率計(jì)算（162~163頁(yè)）調(diào)節(jié)級(jí)最危險(xiǎn)工況：第一調(diào)節(jié)閥剛?cè)_(kāi)，而其余調(diào)節(jié)閥還未開(kāi)啟時(shí)。原因：此時(shí)調(diào)節(jié)級(jí)焓降達(dá)到最大值，同時(shí)通過(guò)第一噴嘴組的流量也達(dá)到最大值，調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉受到的應(yīng)力大大增加，再加上部分進(jìn)汽造成的激振力，更使調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉的應(yīng)力急劇上升。解決辦法:節(jié)流-噴嘴聯(lián)合配汽（三）節(jié)流配汽工作過(guò)程：進(jìn)入汽輪機(jī)的所有蒸汽都通過(guò)一個(gè)或幾個(gè)同時(shí)啟閉的調(diào)節(jié)汽門，然后進(jìn)入汽輪機(jī)。調(diào)節(jié)汽門控制流量大小。GP0,t0主汽門調(diào)節(jié)汽門汽輪機(jī)hsh0t0p0p”0p’0pc工作特點(diǎn)：1）機(jī)組在低負(fù)荷時(shí)調(diào)節(jié)汽門中節(jié)流損失較大，使扣除進(jìn)汽機(jī)構(gòu)節(jié)流損失后的理想比焓降減小得較多。（節(jié)流效率ηth）2）沒(méi)有調(diào)節(jié)級(jí)，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單；3）在工況變動(dòng)時(shí)，各級(jí)比焓降變化不大，同時(shí)級(jí)前溫度變化也較小?；瑝哼\(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與安全性滑壓運(yùn)行的概念汽輪機(jī)滑壓運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)汽門全開(kāi)或開(kāi)度不變。根據(jù)負(fù)荷大小調(diào)節(jié)進(jìn)入鍋爐的燃料量，給水量和空氣量，使鍋爐出口汽壓和流量隨負(fù)荷升降而升降，但出口汽溫不變，因此汽輪機(jī)的進(jìn)汽溫度維持額定值不變，而進(jìn)汽壓力與流量都隨負(fù)荷升降而增減，可借以調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的功率。汽輪機(jī)的進(jìn)汽壓力隨外界負(fù)荷增減而上下滑動(dòng)，故稱滑壓運(yùn)行，也稱變壓運(yùn)行?；瑝哼\(yùn)行分為三種方式：純滑壓運(yùn)行方式：純滑壓運(yùn)行汽輪機(jī)不需要調(diào)節(jié)級(jí)，第一級(jí)應(yīng)全周進(jìn)汽，調(diào)節(jié)汽門全開(kāi)，只靠鍋爐出口蒸汽壓力和流量的改變來(lái)調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷，由于鍋爐存在熱慣性，調(diào)節(jié)存在滯后現(xiàn)象。節(jié)流滑壓運(yùn)行：節(jié)流滑壓運(yùn)行也不需要調(diào)節(jié)級(jí)，第一集全周進(jìn)汽，節(jié)流調(diào)節(jié)汽門預(yù)先關(guān)小，進(jìn)行滑壓運(yùn)行，這種調(diào)節(jié)方式的缺點(diǎn)是節(jié)流調(diào)節(jié)汽門中有節(jié)流損失。復(fù)合滑壓運(yùn)行方式，這是一種定壓與滑壓相結(jié)合的一種運(yùn)行方式，是目前調(diào)峰機(jī)組最常用的一種方式，它使機(jī)組在所有變負(fù)荷區(qū)域內(nèi)都有較高的經(jīng)濟(jì)性。即所謂定---滑---定運(yùn)行方式30%---90%MCR滑壓機(jī)組滑壓運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性滑壓運(yùn)行機(jī)組與定壓運(yùn)行機(jī)組在同一流量下，中低壓缸的熱力過(guò)程線都一樣，經(jīng)濟(jì)性只比較高壓缸的熱經(jīng)濟(jì)性即可?；瑝哼\(yùn)行機(jī)組高壓缸在部分負(fù)荷時(shí)的相對(duì)內(nèi)效率高于定壓運(yùn)行機(jī)組，這是因?yàn)榛瑝哼\(yùn)行時(shí)主蒸汽溫度不變，雖然主蒸汽質(zhì)量流量和壓力都隨負(fù)荷減小而減小，但各種負(fù)荷下新汽容積流量基本不變。容積流量不變使各級(jí)噴嘴，動(dòng)葉出口的流速不變，比焓降和內(nèi)效率都不變而噴嘴配汽定壓運(yùn)行機(jī)組在部分負(fù)荷下調(diào)節(jié)級(jí)效率下降較多，節(jié)流配汽定壓運(yùn)行機(jī)組在部分負(fù)荷下節(jié)流損失較大?；瑝哼\(yùn)行機(jī)組在部分負(fù)荷下的鍋爐給水壓力降低，用變速給水泵課降低給水泵耗功，這是一個(gè)不小的數(shù)值，因此低負(fù)荷時(shí)給水泵耗功的減小將給滑壓運(yùn)行機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性帶來(lái)明顯益處?；瑝哼\(yùn)行機(jī)組的安全性與靈活性定壓運(yùn)行噴嘴配汽汽輪機(jī)調(diào)峰時(shí)，若迅速改變負(fù)荷或夜間停機(jī)和啟動(dòng)，特別是調(diào)節(jié)級(jí)后存在較大的溫度變化或熱應(yīng)力，這是限制該機(jī)組調(diào)峰靈活性的主要障礙，也是影響機(jī)組的安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵問(wèn)題。定壓運(yùn)行節(jié)流配汽時(shí)，高壓缸各級(jí)溫度變化雖不大，但節(jié)流損失較大，熱經(jīng)濟(jì)性較低，只有滑壓運(yùn)行最適宜于調(diào)峰?；瑝哼\(yùn)行機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)高壓缸各級(jí)溫度幾乎不變，熱應(yīng)力和熱變形很小，這就大大增強(qiáng)了機(jī)組調(diào)峰的靈活性和安全性?；瑝哼\(yùn)行機(jī)組在負(fù)荷降低時(shí)，能保持再熱汽溫穩(wěn)定，噴嘴配汽定壓運(yùn)行機(jī)組負(fù)荷下降時(shí)，因高壓缸排汽溫度下降，中壓缸進(jìn)汽溫度有所下降，這不僅影響效率，而且引起熱應(yīng)力和熱變形?；瑝哼\(yùn)行機(jī)組高壓缸排汽溫度穩(wěn)定，中壓缸進(jìn)汽溫度也穩(wěn)定。由此可見(jiàn)，滑壓運(yùn)行機(jī)組的安全性和靈活性都高于定壓運(yùn)行。初終參數(shù)對(duì)汽輪機(jī)的影響

★初溫不變，初壓升高過(guò)多，使主蒸汽管道，主汽門，調(diào)節(jié)汽門，導(dǎo)管等承壓部件內(nèi)部應(yīng)力增加，若調(diào)節(jié)汽門開(kāi)度不變，初壓增加，致使新汽比容減小，蒸汽流量增加，零件受力增大，各級(jí)葉片的受力正比于流量而增大，特別是末級(jí)的