第三章 汽轮机的变工况 第一节 喷嘴的变工况 第二节 级组压力与流量的关系 第三节 工况变动时各级焓降及反动度的变化

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1 第三章 汽轮机的变工况 第一节 喷嘴的变工况 第二节 级组压力与流量的关系 第三节 工况变动时各级焓降及反动度的变化
第一节 喷嘴的变工况 第二节 级组压力与流量的关系 第三节 工况变动时各级焓降及反动度的变化 第四节 汽轮机调节方式和调节级的变工况 第五节 凝汽式汽轮机工况图 第六节 变工况时汽轮机轴向推力的变化 第七节 汽轮机调节方式和调节级的变工况 第八节 初终参数变化对汽轮机工作的影响 第九节 变转速汽轮机

2 设计(经济)工况：设计参数下运行 变工况： 偏离设计工况的运行，包括负荷、蒸汽状态参数、转速、通流面积等。 蒸汽初、终参数：
设计参数： 功率、转速： 通流面积： 变工况： 偏离设计工况的运行，包括负荷、蒸汽状态参数、转速、通流面积等。

3 第一节 喷嘴的变工况

4 一、渐缩喷嘴压力与流量的关系： （一）、初压不变背压变化时（出口面积不变）：

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6 A B C 彭台门系数 定义及近似关系： 对渐缩喷嘴，在定熵指数k和流量系数都不变的条件 下，若喷嘴前滞止参数,和出口面积都不变，则喷嘴的流
彭台门系数 定义及近似关系： 对渐缩喷嘴，在定熵指数k和流量系数都不变的条件 下，若喷嘴前滞止参数,和出口面积都不变，则喷嘴的流 量G与背压的关系如图所示： A B C

7 当 时， 不变，如直线AB所示；当 ≥ 时，流量沿曲线BC变化。
曲线BC段与椭圆的1/4线段相当近似，若用椭圆曲线代替它，误差较小，故可用椭圆方程表示BC段的G-关系： ≤

8 对比14页 1-34式 式中， 是彭台门系数

9 （二）、喷嘴前后参数同时变化时的流量变化：
变化前： 变化后：

10 根据理想气体状态方程

11 若不考虑温度的变化，则

12 工况变化前与工况变化后喷嘴均为临界工况：
略去温度的影响，则

13 略去滞止参数的影响，则有： 由此可知，喷嘴临界流量仅正比与初压或 滞止初压

14 若工况变动前为临界工况，变动后为亚临界工况，
则可用临界工况公式算到 处，再用亚临 界工况公式由 算到 变动后的工况。若相反，则计算方法相反。

15 二、渐缩喷嘴的流量网图： （一）、初压不变背压变化时（出口面积不变）： 初压 初压

16 初压 初压0.9 同理…….. 修正系数:

17 第二节 级与级组的变工况

18 一、级前后压力与流量的关系： （一）设计工况和变动工况下级均为临界状态： 1、喷嘴在临界工况下工作时： 2、动叶在临界工况下工作时：

19 由:

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21 结论： （二）设计工况和变动工况下级均为亚临界状态：

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25 二、级组压力与流量的关系： （一）工况变化前后级组均为临界工况：

26 二、级组压力与流量的关系： （一）工况变化前后级组均为临界工况：

27 （二）工况变化前后级组均为亚临界工况：

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29 弗留格尔公式： 当级组内级数较多时，公式简化为：

30 三、压力与流量关系式的应用： （一）应用条件： （二）在工程当中的应用： （1）监视汽轮机通流部分运行是否正常： （2）由压力推算各级流量：也可推算不同流量时的压差、焓降及功率、效率，从而判断机组的经济性和安全性。

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32 第三节 汽轮机的配汽方式和调节级的变工况

33 汽轮机的功率方程： 一、节流调节：

34 节流调节热力过程：

35 节流效率： 节流调节的优缺点： 1、结构简单，成本低： 2、部分负荷时存在节流汽损失，效率偏低：
3、工况变动时温度变化不大，引起的热应力不大，负荷适应性好。

36 二、喷嘴调节： （一）、喷嘴调节的工作特点：

37 调节级热力过程：

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39 （二）调节级压力与流量的关系： 1、简化的调节级压力与流量的关系： （1）调节级后压力 正比于全机流量： （2）级的反动度为零： （3）调节汽门没有重叠度： （4）全开调节汽门后的级前压力为主汽压，均为 不变：

40 未达临界状态： 临界状态：

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42 2、调节级的实际压力与流量的关系： （1）调节级后温度随流量变化而变化： （2）反动度不为零： （3）重叠度： （4）当流量增大时，

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44 调节级的级效率：

45 三、配汽方式对定压运行机组变工况的影响：
四、滑压运行的经济性与安全性： （一）滑压运行方式 1、纯滑压运行方式 2、节流滑压运行方式 3、复合滑压运行方式 （二）机组滑压运行的热经济性

46 第四节 工况变动时各级比焓降及反动度的变化
第四节 工况变动时各级比焓降及反动度的变化

47 一、工况变动时各级比焓降的变化：

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49 （一）凝汽式汽轮机各中间级的情况： 当忽略温度变化时： 结论：各中间级比焓降不变；由于级的 理想速度不变，速度比也不变，其他损失 变化不大，因此级效率不变，所以级的 内功率与流量成正比

50 （三）最末级的比焓降变化特性：

51 1、工况变化时，比焓降的变化主要在调节级和最末级中。 2、工况变化时，汽轮机效率下降，主要发生在调节级和最末级中。
（四）变工况时调节级的比焓降特点： 1、调节阀开度不同，喷嘴组的比焓降不同 2、当调节阀全开时，蒸汽流量增加，比焓降减 小；蒸汽流量减小，比焓降增加。 结论： 1、工况变化时，比焓降的变化主要在调节级和最末级中。 2、工况变化时，汽轮机效率下降，主要发生在调节级和最末级中。

52 设计工况调节级的焓降分配特点：

53 二、工况变动时级的反动度变化规律： （一）、工况变动所引起的动叶进口处汽流撞击损失：

54 要满足流动的连续性，则要有： 但由动叶进口速度三角可知：

55 （二）、工况变动所引起级内反动度的变化：
1、当级的理想比焓降减小时，反动度将增大： 2、当级的理想比焓降增大时，反动度将减小： 当级的反动度设计值小时，变工况焓降变化引起的反动度变化将较大： 当级的反动度设计值大时，变工况焓降变化引起的反动度变化将较小： （三）、通流面积 变化所引起级内反动度的变化： 1、当面积比减小时，反动度将增大： 2、当面积比增大时，反动度将减小：

56 （四）、级内反动度的估算：

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58 第五节 凝汽式汽轮机的工况图

59 汽轮机的汽耗特性：指汽轮发电机组功率与蒸汽耗量之间的关系（可通过变工况计算得出或汽轮机的热力实验确定）
汽轮机的工况图：反映汽轮机的汽耗特性的曲线，称为工况图。

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61 1、节流配汽凝汽式汽轮机工况图：

62 2、喷嘴配汽凝汽式汽轮机工况图： 小于经济功率 时：

63 大于经济功率 时：

64 三、蒸汽流量调节方式的比较与选择：

65 第六节 变工况时汽轮机轴向推力的变化

66 一、冲动式(反动式)汽轮机轴向推力的变化：
1、凝汽式汽轮机轴向推力的变化：

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69 2、背压式汽轮机轴向推力的变化：

70 二、特殊工况轴向推力的变化： 新汽温度下降 水冲击 负荷突增 放热 甩负荷 叶片结垢

71 第七节 蒸汽初终参数变化对汽轮机工作的影响
第七节 蒸汽初终参数变化对汽轮机工作的影响

72 一、初压 改变时对汽轮机功率的影响： 汽轮机功率方程：

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74 由于：

75 背压不变时，功率的相对变化量与初压的相对变化
量成正比 背压变化时，功率的变化量与背压有关

76 流量保持不变：

77 初压变化大对安全性的影响： 1、主汽压力升高，除调节级外，各压力级均 会过负荷 2、主汽压力降低，要保持负荷，则必须增加 流量，则各压力级均会过负荷，同时，轴 向推力增加。因此，需降负荷运行。

78 二、初温 改变对汽轮机功率的影响： 由于： 背压不变时，功率的变化量与初温的变化量近似成正比，且设计焓降越大，影响越小。

79 初温、再热汽温变化大对安全性的影响： 1、导致蠕变加剧 2、初温降低后为保证负荷，需增加流量，则 叶片过载，轴向推力增加，在末级，冲蚀 加剧，因此，需降负荷运行。 3、对于再热温度变化，将对高低压级段产生 影响

80 三、背压改变对汽轮机功率的影响：

81 真空恶化和排汽温度过高对安全性的影响：

82 第八节 变工况下的热力计算

83 一、汽轮机级的详细核算： 汽轮机变工况核算 逐级详细核算 近似核算 级的变工况核算 顺算法 倒推核算法 已知通流面积 给定蒸汽流量

84 （一）、已知级后压力的倒推核算法： 1、确定汽轮机的排汽 状态点1 2、确定动叶出口蒸汽 状态点2

85 3、动叶通道最小截面临界压力 的确定

86 4、计算动叶出口汽流速度 （1）、亚临界流动： （2）、超临界流动：

87 5、确定汽流状态点3和点4

88 6、确定汽流状态点5 7、喷嘴通道最小截面临界压力 的确定 8、计算喷嘴出口汽流速度 （1）、亚临界流动：

89 （2）、超临界流动： 9、确定喷嘴出口理想状态点6和喷嘴进口滞止 状态点0*

90 10、计算新工况下的反动度 11、校核计算

91 （二）、已知级前参数的顺算法：

92 1、确定新工况下级前状态点0（0*） 2、确定喷嘴出口状态点1和2 3、确定动叶进口状态点3（3*）

93 4、确定动叶出口状态点4（5） 5、计算级的反动度

94 6、确定级后状态点6 7、级的内效率、内功率

95 二、汽轮机整机的变工况核算： （一）、节流配汽汽轮机： （二）、喷嘴配汽汽轮机： 1、若计算得到的第一级前比焓高于新汽实际比焓，说明
开始假定的效率偏低，相反，则效率偏高。 如比焓相差不大，平移即可；如比焓相差较大，则 以计算所得效率为准，重新确定1点。 2、若计算得到的第一级前压力低于新汽压力，说明需节 流，若计算得到的第一级前压力高于新汽压力，说明无法 达到此工况 （二）、喷嘴配汽汽轮机：

96 第九节 变转速汽轮机

97 一、变转速汽轮机驱动给水泵 变转速汽轮机驱动给水泵的优点： 1、可满足给水泵向高转速发展的要求
2、以主汽轮机抽汽作为工质可减少末级蒸汽量，可 降低末级叶片高度和末级余速损失，提高内效率 3、独立于电网之外，不受网频影响 4、机、泵直接连接，减少传动中的损失 5、利用小型启动锅炉或其他汽源即可启动，灵活好

98 变转速汽轮机驱动给水泵的缺点： 投资大、系统复杂、启动时间长、小机效率要高于 75%才具有经济性。

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100 二、变转速汽轮机的运行特点： 1、小机通流部分的相对内效率较高，可达到主机水平 2、最根本的区别是主汽轮机可定压运行，而小机则是
变参数、变转速、变功率的动力机械。