汽轮机原理第五章 汽轮机的变工况特性

Chap 5 汽轮机的变工况特性设计工况——经济工况 经济工况 设计工况 蒸汽量的变化 等转速汽轮机的变工况喷嘴的变工况特性，级与级组的变工况特性， 配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响。

初终参数变化

§5-1变工况下级的压力与流量的关系1,缩放喷嘴处于背压高于设计值的工况下运行时效率很低 在喷嘴出口 ，缩放喷嘴处于背压高于设计值的工况下运行时效率很低: 处于背压高于设计值的工况下运行时效率很低处或其渐扩段内产生冲波，超音速汽流经过激波，流速大为降低，损失很大。 缩放喷嘴膨胀度f:f=An/Ac 缩放喷嘴膨胀度 图3-1给出了缩放喷嘴速度系数φ, 和其膨胀度f(f=An/Ac)、压比εn之间 的关系：

由图可见： 由图可见：

2,渐缩喷嘴背压高于设计值时不出现冲波，变工况效率仍然较高； ,渐缩喷嘴背压高于设计值时不出现冲波，变工况效率仍然较高； 背压高于设计值时不出现冲波2

一、渐缩喷嘴压力与流量的关系(一)、渐缩喷嘴初压不变时背压与流量的关系 )、渐缩喷嘴初压不变时背压与流量的关系2 k +1 k k 2k p p1 p1 0 0 p0 p0 k 1 v 0 0 0 0

G = µ nGt = µ n An

2k p 2 / k ε n ε k 1 v 0 0 0 0

k +1 k n

= µ n An

p1 ≤ pc时, G = Gc不变，如直线AB所示p1 ≥ pc时, 流量沿曲线BC变化

用椭圆方程式表示BC段的G p1关系

近似彭台门系数

实际： 实际：

实际彭台门系数

计算误差(‰): 计算误差 工程允许

(二)、渐缩喷嘴前后参数都变化时的流量变化 )、渐缩喷嘴前后参数都变化时的流量变化

Gntc = 0.6483 An临界工况：喷嘴出口流速达到或超过临界速度时， 临界工况：喷嘴出口流速达到或超过临界速度时，称喷嘴处于临界工况

0 p0 0 v0

未变， 或工况变动前后 T0 未变，或T0 变化很小可以忽略写出蒸汽由喷嘴前滞止状态点 喷嘴前滞止状态点假想膨胀到喷嘴前实际状态点 喷嘴前实际状态点的连续方程： 喷嘴前滞止状态点 喷嘴前实际状态点

0

0

p → p00 0

′ 0 设计工况: Gc = An p0变动工况: Gc1 = An p

2k 1 ( ε 02 / k ε 0k +1) / k k 1 RT00

[

]]

0 ε 0 = p0 / p0

尚未达到临界状态， 按理想流量计算公式 整理

′

0 01

2k 1 2 (k ε 01/ k ε 01 +1) / k 0 k 1 RT01

[

0 ε 01 = p01 / p01

因是假想膨胀，并无损失，故流量系数µn=1。4

ε 01 = ε 0Gc1 p01 T0 p010 = = 0 Gc p0 T01 p0 T0 0 T010

并认为

0 T00 T01 ≈ T0 T01

表明不同工况下的喷嘴临界流量正比于初压或滞止初压，反比于喷嘴前 表明不同工况下的喷嘴临界流量正比于初压或滞止初压，反比于喷嘴前 正比于初压或

滞止初压 热力学温度的平方根或滞止热力学温度的平方根。 热力学温度的平方根或滞止热力学温度的平方根。 若喷嘴前压力变动是由节流引起的，或因温度变化很小而可以忽略， 若喷嘴前压力变动是由节流引起的，或因温度变化很小而可以忽略，或 因近似计算而可以忽略温度变化， 因近似计算而可以忽略温度变化， 0 0

T0 T01 ≈ T0 T01 ≈ 1

则喷嘴临界流量仅正比于初压或滞止初压。 喷嘴临界流量仅正比于初压或滞止初压。

Gc1 p01 p010 = = 0 Gc p0 p05

考虑彭台门系数β后

Gnt = 0.6483β An

0 p0 = β Gntc 0 v0

亚临界工况：喷嘴出口流速小于临界速度时， 亚临界工况：喷嘴出口流速小于临界速度时，称喷嘴处于亚临界工况G1 β1Gc1 β1 p010 = = G β Gc β p0 0 T00 β1 p01 T0 = 0 T01 β p0 T01 Gc1 p01 T0 p010 = = 0 Gc p0 T01 p0 T0 0 T010

G1 β1Gc1 β1 p010 β1 p01 = = = G β Gc β p0 0 β p0

在初压力变化所引起的温度变化可忽略时，

3.渐缩喷嘴初压、背压与流量的关系 .渐缩喷嘴初压、 初压

喷嘴临界流量Gc正 喷嘴临界流量 正 Gc1 = p01 = p01 比于初压或滞止初压 Gc p0 p0 0

0

1)图中AOB区域是临界工况区，临界流量与初压成正比 )图中 区域是临界工况区， 区域是临界工况区 2)图中BOC区域是亚临界工况区，同一初压下流量与背 )图中 区域是亚临界工况区， 区域是亚临界工况区 压近似成椭圆曲线关系 假设某初始 压力p下的蒸 汽质量流量 为(Gc)max。

3)若各初压下的临界压力比ε nc不变， 则各曲线水平段与椭圆段的交点 必位于同一条直线OB上 2 εn = k +1 k k 1

= ε nc0.6p 0.8p

在临界状态下，初压p0与临界流量成正比， 所以各曲线水平段与椭圆段交点处的倾角正 切值反映了背压与临界压力的比值。 在临界压力比为定值时， 倾角一定。

4.缩放喷嘴背压与流量的关系 .缩放喷嘴背压与流量的关系

G = µ nGt = µn An虚线BO适用于缩放喷嘴的各设计工况： 对于缩放喷嘴，在p1<pc时，流量出现减小？

2 k +1 0 k k 2k p0 p1 p1 0 0 0 k 1 v0 p0 p0

原因：设计背压p1减小，设计压比εn减小，f=An/Ac增大， 原因 An一定时，缩放喷嘴喉部面积Ac减小，喷嘴流量↓

Gc = 0.6483 Ac

0 p0 0 v0

二、级的变工况(一)级前后压力与流量的关系

1.级内为临界工况 .

级的临界工况：级内的喷嘴叶栅或动叶栅两者之一的流速达到或超 级的临界工况：级内的喷嘴叶栅或动叶栅两者之一的流速达到或超 过临界速度，就称该工况为级的临界工况 级的临界工况。 过临界速度，就称该工况为级的临界工况。 1) 级的工况变化前后喷嘴流速均达

到或超过临界值 级的工况变化前后喷嘴流速均达到或超过临界值0 0 Gc1 0.6483 An p01 v01 p010 = = 0 0 0 Gc p0 0.6483 An p0 v0 0 p0 0 v0 p010 = 0 0 0 p01 v01 p0

T0 0 p01 T0 = 0 T01 p0 T01

若不考虑温度变化， 若不考虑温度变化，则

Gc1 p010 p01 = 0 = Gc p0 p09

2) 级的工况变化前后喷嘴流速均未达到临界值 级的工况变化前后喷嘴流速均未达到临界值 而动叶内流速均达到或超过临界值时， 而动叶内流速均达到或超过临界值时 流速均达到或超过临界值Step 1.对于动叶应用临界流量比的公式 对于动叶应用临界流量比的公式——带入的是动叶的相对热力参数 对于动叶应用临界流量比的公式 带入的是动叶的相对热力参数

若不考虑温度变化， 若不考虑温度变化，则 Step 2.根据连续方程写出喷嘴的设计工况和变工况下的流量方程，并相比较 根据连续方程写出喷嘴的设计工况和变工况下的流量方程， 根据连续方程写出喷嘴的设计工况和变工况下的流量方程

喷嘴在设计工况连续方程

变工况下的连续方程

Step 3.认为喷嘴和动叶的流量相等，则两个流量比相等，求出相等时的压力比 认为喷嘴和动叶的流量相等， 认为喷嘴和动叶的流量相等 则两个流量比相等，

Gc1 p010 = 0 Gc p0

T0 0 p T0 = 01 T010 p0 T01

Gc1 p110 = 0 Gc p1

T10 p11 T1 = 0 T11 p1 T11

若不考虑温度变化，则 若不考虑温度变化，

Gc1 p010 p01 = 0 = Gc p0 p0

可见级处于临界工况时，级的流量与滞止初压或初压成正比， 可见级处于临界工况时，级的流量与滞止初压或初压成正比，与滞止初 滞 …… 此处隐藏：3579字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……