汽轮机的变工况特性课件.ppt
《汽轮机的变工况特性课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《汽轮机的变工况特性课件.ppt(166页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、,汽轮机的变工况特性,第一节喷嘴的变工况特性第二节机与机组的变工况特性第三节配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响第四节滑压运行的经济性与安全性第五节小容积流量工况与叶片颤振第六节变工况下汽轮机的热力核算第七节初终参数变化对汽轮机工作的影响第八节汽轮机的工况图与热电联产汽轮机,第三章 汽轮机的变工况特性,设计工况:汽轮机在设计参数(进行汽轮机热力设计时确定的各参数)下运行为设计工况,也称经济工况(在此工况下运行效率最高)。(汽轮机的热力设计:给定初终参数、功率和转速的条件下,计算和确定蒸汽流量、级数、各级尺寸、蒸汽参数、反动度、功率和效率等,进而得出各级和全机的热力过程线等。)唯一。,第三章
2、汽轮机的变工况特性,变工况:汽轮机在偏离设计参数的条件下运行的工况。,第三章 汽轮机的变工况特性,本章任务:研究汽轮机在偏离(流量、进汽温度、压力、转速、排汽压力等)设计(off-design)工况下各级流量与热力参数(主要是蒸汽压力)的相对变化关系,以及反动度、内功率、效率和轴向推力等的变化,分析计算这些参数变化对机组安全性、经济性的影响。研究等转速的情况。,研究顺序: 喷嘴(动叶)、级、多级(级组)、整机。,汽轮机内喷嘴有两种型式:渐缩喷嘴和缩放喷嘴。由于两种喷嘴的结构不同,其变工况特性差别很大。,第一节 喷嘴的变工况特性,气体在渐缩喷管中的流动,气体在缩放喷管中的流动,第一节 喷嘴的变工
3、况特性,图3.1.1可见,对缩放喷嘴,喷嘴膨胀度f (f=An/Ac)越大,缩放喷嘴设计压比越小,在实际压比增大时速度系数 降低的越多,即效率下降越多。但渐缩喷嘴在背压高于设计值时不会出现激波,效率仍然较高,只在设计压比小于临界压比时,效率才下降。,缩放喷嘴在变工况时,由于背压升高,会在渐扩段某处出现激波,产生损失,效率下降。,汽轮机中多采用渐缩喷嘴(一般只在调节级采用缩放喷嘴),本节主要分析渐缩喷嘴的变工况特性。,对渐缩喷嘴,在定熵指数k和流量系数n都不变的条件下,若喷嘴前滞止参数p00、v00和出口面积An都不变,喷嘴的流量G与背压pc的关系如图所示。,当时,不变,如直线AB所示;当 时,
4、流量沿曲线BC变化。,曲线BC段与椭圆的1/4线段相当近似,若椭圆曲线代替它,误差较小,故可用椭圆方程表示BC段的G-P1关系:,图3.1.2 渐缩喷嘴的流量与背压关系曲线,第一节 喷嘴的变工况特性,一、渐缩喷嘴初压不变时背压与流量的关系,第一章给出了通过渐缩喷嘴的流量与喷嘴前后参数关系为,的精确计算式:,第一节 喷嘴的变工况特性,用椭圆方程计算得的流量比略小于精确值,约千分之几,满足工程要求。,表3.1.1 以椭圆公式代替精确公式计算流量比的误差(),第一节 喷嘴的变工况特性,二、 渐缩喷嘴前后参数都变化时的流量变化,1. 设计工况与变工况下喷嘴均为临界工况,存在三种情况:设计工况与变工况下
5、喷嘴均为临界工况、均为亚临界工况、设计工况为临界变工况为亚临界,忽略温度的影响,有,临界工况:喷嘴出口流速达到或超过临界速度。若设计工况和变工况下,喷嘴内流速均达到或超过临界速度,则此两种工况下的临界流量之比为:,滞止参数不易获得,若(1) 喷嘴前压力变动由节流引起( ),(2) 喷嘴前温度不变(如滑压运行),(3) 温度变化很小可以忽略,(4) 近似计算忽略温度变化。(后面凡是变工况时不考虑温度变化都是这四方面的原因,不再重复) 假想由喷嘴入口的滞止状态点到入口实际状态点的等熵过程线是在一个假想喷嘴中完成的,则这个假想喷嘴的出口截面即为实际喷嘴的入口截面 ,其流量等于实际喷嘴的流量,这个假想
6、喷嘴的出口处于亚临界工况,按亚临界喷嘴流量计算公式分别写出变工况前后这个假想喷嘴的流量计算式,实际喷嘴在变工况前后都是临界工况的流量比还可写为:,由此可知,喷嘴临界流量仅正比与初压或滞止初压,第一节 喷嘴的变工况特性,而,第一节 喷嘴的变工况特性,P16(1.2.19),第一节 喷嘴的变工况特性,近似认为 ,有,忽略温度变化则有:,第一节 喷嘴的变工况特性,结论:喷嘴的临界流量正比于初压或滞止初压,反比于喷嘴前热力学温度的平方根或制止热力学温度的平方根。,在电站汽轮机中,只有凝汽式汽轮机的最末一两级和调节级的喷嘴流速可能达到临界速度。对于调节级,不论定压运行还是滑压运行,新蒸汽温度都不变,且调
7、节级喷嘴进口初速为0,有 ,故有 。,第一节 喷嘴的变工况特性,假设带来误差的讨论:,对于凝汽式汽轮机的最末一两级,它们都处于湿蒸汽区,即前后压力和温度都很低,这种假设造成的误差很小,如流量由设计值增大20%, 误差仅为0.19%。,关于,设计工况与变工况下喷嘴均为亚临界工况,喷嘴出口流速小于临界流速时,称喷嘴处于亚临界工况。若设计工况与变工况下,喷嘴都是亚临界工况,流量比为:,若不考虑温度的变化,则有,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。,第一节 喷嘴的变工况特性,3. 若工况变动前为临界工况,变动后为亚临界工况,4. 渐缩喷嘴初压,背压与
8、流量的关系,图中AOB区域是临界工况区,临界流量与初压成正比,BOC区域是亚临界工况区,同一初压下流量与背压近似成椭圆曲线关系。若各初压下的临界压力比不变,则各曲线水平段与椭圆段的交点必位于同一直线OB上,因这些交点的横坐标成正比。该图可以很直观的看出不考虑初温变化时的流量与初压、背压的相互关系。,第一节 喷嘴的变工况特性,图3.1.3 渐缩喷嘴初压、背压与流量的关系,若渐缩喷嘴前后的蒸汽参数都变化,仅初温不变或不考虑温度变化的影响,则对与每一个初压都可以画出一条流量与背压关系曲线,示于图3.1.3中。,第一节 喷嘴的变工况特性,图3.1.2 渐缩喷嘴的流量与背压关系曲线,图3.1.2中虚线B
9、O, 虽然对于渐缩喷嘴没有实际意义,但对于缩放喷嘴是有实际意义的。CBO曲线上各点,表示蒸汽初参数、物性和喷嘴出口面积给定时,不同背压时,各缩放喷嘴的设计工况点。 喷嘴入口蒸汽参数不变,背压越低,喷嘴的膨胀度f=An/Ac就会越大,出口截面积An维持不变,喷嘴喉部截面Ac也就越小。当P10时,f, Ac 0,Gc0。,渐缩喷嘴流量锥,第一节 喷嘴的变工况特性,作业: 习题集第90页,第155题。,155. 渐缩喷嘴在设计工况下,喷嘴前的蒸汽压力p0=2.16MPa,温度t0=350,喷嘴后的压力p1=0.589MPa,流量为3kg/s。如蒸汽流量保持为临界值,则最大背压(p1)max可以为多少
10、?若流量减少为原设计值的1/3,则在初温、初压不变时,背压应为多少?若背压维持0.589MPa不变,则初压p0应为多少,才能使流量变为原设计值的4/7?,第一节 喷嘴的变工况特性,上节课回顾,(1)缩放喷嘴的变工况性能较差,只要偏离设计工况,效率就下降;渐缩喷嘴只有在压比小于临界压比试,效率才下降。,(2)渐缩喷嘴变工况前后均为临界时,喷嘴流量与喷嘴前蒸汽(滞止)压力成正比,与喷嘴前(滞止)热力学温度的平方根成反比。,(3)渐缩喷嘴变工况前后均为亚临界时,喷嘴流量与喷嘴前蒸汽(滞止)压力与该工况下彭台门系数的乘积成正比,与喷嘴前(滞止)热力学温度的平方根成反比。 。,一、 级内压力与流量的关系
11、,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过临界速度,称该工况为级的临界工况。级的喷嘴或者动叶的汽流速度刚达到临界速度时,级前后的压力比称为级临界压力比。,第二节 级与级组的变工况特性,分两种情况讨论: 级内为临界工况、级内为亚临界工况,分两种情况讨论:喷嘴为临界和动叶为临界。,第二节 级与级组的变工况特性,1.1 喷嘴为临界,忽略温度的影响有:,无论动叶是否为临界,均有如下关系,即,通过级的流量,与滞止初压或初压成正比,与滞止初温或初温的平方根成反比。,1.2 动叶为临界,如级变工况前后喷嘴均为亚临界,动叶均为临界,则仿照喷嘴的变工况公式,以动叶的相对热力参
12、数带入,得到变工况前后动叶临界流量的比值:,略去温度影响,得,第二节 级与级组的变工况特性,动叶前参数不易获得,第二节 级与级组的变工况特性,由于叶顶漏汽不大,可认为喷嘴流量等于动叶流量。这时喷嘴在设计工况和变工况下的连续方程之比为(设计工况和变工况下,喷嘴均为亚临界工况,故蒸汽在喷嘴斜切部分不发生膨胀,喷嘴出口面积An不变 ):,设计工况:,变工况:,两式相比有,第二节 级与级组的变工况特性,等于流过动叶的流量之比,对于实际汽轮机,动叶为临界而喷嘴为亚临界的情况,仅出现在汽轮机的末两级,此处蒸汽温度已经很低,且工况变化时,蒸汽温度变化较小,可以认为(流量增大20%,误差为0.24%):,上式
13、变为,,第二节 级与级组的变工况特性,于是有,上式的解为:,也就是,,带入到动叶临界流量的比表达式,并近似认为,第二节 级与级组的变工况特性,有,,即,通过级的流量,与滞止初压或初压成正比,与滞止初温或初温的平方根成反比。,忽略温度的影响有:,结论:如变工况前后级均为临界工况,无论是喷嘴或动叶为临界,通过级的流量,与滞止初压或初压成正比,与滞止初温或初温的平方根成反比。,第二节 级与级组的变工况特性,级内喷嘴和动叶出口的流速均小于临界速度,则该级为亚临界工况。,级内为亚临界工况,喷嘴出口的连续性方程为,设,代入连续性方程得,,则有,上式中括号内部分为假想级的理想比焓降全部发生在喷嘴内时的假想流
14、量,用G表示,,为由级的入口状态等比熵膨胀,到P2的假想出口比容。,G,第二节 级与级组的变工况特性,设全部焓降都发生在喷嘴中时,喷嘴为亚临界,则全级肯定为亚临界。通过喷嘴的假想流量为,设计工况下,通过喷嘴流量为,变工况下,通过喷嘴流量为,第二节 级与级组的变工况特性,两式相比,经化简可得(P136),该式用于级亚临界变工况计算,是较为准确的。在不进行精确计算,用于级的变工况估算时,该式显得较繁琐。如对级的变工况进行估算,可以对该式进行简化。,为简化该式两点近似假定:(1)工况变化时,级的反动度不变。工况变动时,反动级的反动度基本不变;当速比变化不大时,冲动级的反动度变化也很小。(2)级处于亚
15、临界工况时,压降较小,p2/p0较大,(p0-p2)较小,(p02-p22) (p0-p2)2。上式可以简化为,略去温度的影响,有,第二节 级与级组的变工况特性,在得到上述关系式时,由于进行了一些假定,因此利用它们计算得到是近似值,但误差不大。例如,对BP-25型背压式汽轮机进行全机变工况计算表明,在流量比设计值小于30% 时,计算误差为3.14% ;偏离设计值越近,误差越小。,结论:如果变工况前后级均为亚临界工况,通过级的流量,与初压和背压平方差的平方根成正比,与初温的平方根成反比。,第二节 级与级组的变工况特性,二、级组压力与流量的关系,级组:流量相等而依次串联排列的若干级称为一个级组。,
16、当级组内各级均为亚临界工况时,称级组为亚临界工况;当级组内至少有一列叶栅(如某一级的喷嘴或动叶)的出口流速达到或超过临界速度时,称级组为临界工况。,同样也分别对级组为临界与亚临界两种工况进行讨论。,工况变化前后级组均为临界工况,在各级通流面积不变的条件下,处于亚临界工况的级组,若级组前后压差由小变大,则各级流量和流速也要增大,随着压差的增大,一般是级组内最后一级最先达到临界工况,这是因为:,a)后面级的蒸汽比容较大,其平均直径比前面的级要大,若相邻两级的速比和反动度基本相同,则后一级的比焓降较大,也就是最后一级的比焓降最大,流速也最大。,第二节 级与级组的变工况特性,亚临界工况级组中某一级(一
17、般是最末级)的喷嘴或动叶的汽流速度刚升到临界速度时,级组前后的压力比称为级组临界压力比。,b) 最后一级的蒸汽绝对温度最低,当地音速最小。,第二节 级与级组的变工况特性,设变工况前后末级为临界,其余级为亚临界。,对于本级组的末级有,对于除末级外的其余级有,近似认为:,第二节 级与级组的变工况特性,有:,有,根据分式运算原则有,第二节 级与级组的变工况特性,可得通过机组流量与级组前压力关系,如考虑温度变化的影响,有,将级组的第二级到末级的所有级视为一个级组,有,第二节 级与级组的变工况特性,将级组的第三级到末级的所有级视为一个级组,有,以此类推,有,结论:如果变工况前后级组均为临界工况,通过级组
18、的流量,与级组内各级前压力正比,与级前初温的平方根成反比。,第二节 级与级组的变工况特性,斯托陀拉(stodola)实验得到了一个级数为8级的级组蒸汽流量与初压背压的关系曲线(a),该级组的临界压比为gc=0.08。当级组级数为无穷多时,级组的临界压比为0,图(b)所示。,机组流量与压力的关系曲线(a)机组临界压力pgc0 (b)机组临界压力pgc=0,工况变化前后级组均为亚临界工况,第二节 级与级组的变工况特性,图(b)曲线的圆弧部分近似为椭圆曲线,对设计工况和变工况分别有,设计工况,变工况,两式相比,并注意,若不考虑温度的变化,有,第二节 级与级组的变工况特性,上两式是级组在亚临界工况下的
19、级组流量与级组前后蒸汽参数之间的关系式,称为弗留格尔(Flgel)公式。,有,弗留格尔公式是在假设级组临界压比为0时得到的,级组内级数越多,临界压比越接近零。因此,级组的级数越多,计算的误差越小;反之,误差越大。,第二节 级与级组的变工况特性,不论级组内级数多少,在设计工况下应用弗留格尔公式时,各参数相等,因此没有误差。偏离设计工况越近,误差越小;反之,误差越大。,结论:级组为亚临界工况时,初压不变时,流量与背压为椭圆关系;背压不变时,流量与初压为双曲线关系。,回顾与总结(级与级组的变工况特性),1. 变工况前后级均为临界工况,通过级的流量,与滞止初压或初压成正比,与滞止初温或初温的平方根成反
20、比。,2. 变工况前后级均为亚临界工况,通过级的流量与初压和背压平方差的平方根成正比,与初温的平方根成反比。,3. 变工况前后级组均为临界工况,通过级组的流量与级组内各级前压力正比,与级前初温的平方根成反比。,4. 级组为亚临界工况,初压不变时,流量与背压为椭圆关系;背压不变时,流量与初压为双曲线关系。(弗留格尔公式),第二节 级与级组的变工况特性,三、 汽轮机各级组的 p-G 关系曲线,1. 凝汽式汽轮机非调节级各级组,除很小容量的机组外,凝汽式汽轮机末级在设计工况下一般都处于临界工况。对于凝汽式机组,可以把除调节级外、包括末级在内串联布置的相邻的级看作为一个级组。,由于有回热抽汽,如果将抽
21、汽口包括在级组内,显然级组内个级的流量是不同的。但由于各级回热抽汽量与总进汽量同方向增减,且每段抽汽量相对主流量比较小(近似认为抽汽量与总流量为正比关系) 。因此,把抽汽口前后的级放在一个级组内,基本不影响比例关系。,如图所示,为相邻两级组,两级组间有回热抽汽,级组流量与抽汽量之间关系为,对两级组分别写出弗留格尔公式,第二节 级与级组的变工况特性,在实际应用中,往往把从某一抽汽口到末级视为一个级组。这是因为,对实际运行的级组,抽汽口处的蒸汽参数较易获得。,对于末级为临界工况,各级组的流量与各抽汽口的压力成正比,即,或,第二节 级与级组的变工况特性,对于末级为亚临界的工况,通过级组的流量与级组前
22、后蒸汽参数关系为,凝汽式汽轮机非调节级各级组的流量压力关系曲线,凝汽式汽轮机的排汽压力远小于各抽汽口处的压力,因此, p02 pg2 (p012 pg12) (某200MW、300MW机组抽汽口压力与排汽压力关系),上式可以简化为。,或,或,结论:对于凝汽式汽轮机,包含末级的各级祖,无论末级是否为临界工况,通过级组的流量与级组前的压力成正比,与级前热力学温度的平方根成反比。,无厂用汽,负荷较高时,末级为临界,或即使为亚临界,最末段抽汽压力远大于排汽压力,故末段级前压力与流量成正比;负荷很低时,末级为亚临界,抽汽压力也较低,排汽压力不能忽略,流量与抽汽压力为双曲线关系。,少量厂用汽,较多厂用汽,
23、有厂用汽,背压式汽轮机的排汽压力高于大气压力,末级在设计工况下一般为亚临界,其非调节级的流量与蒸汽参数关系为,第二节 级与级组的变工况特性,2. 背压式汽轮机非调节级各级组,调整抽汽汽轮机:其调整抽汽口的压力是基本不变的,且大于大气压,故抽汽口前各级都处于亚临界工况,抽汽口前级组流量与级组初压是双曲线关系;抽汽口后压力与流量,同凝汽式汽轮机。,或,结论:背压式汽轮机的排汽压力基本不变,因此,流量与级组初压为双曲线关系。,弗留格尔公式的应用条件,四、 压力与流量关系式的应用,如通流部分面积发生变化,则应进行修正。,b)同一工况下各级的流量相等或成相同的比例,大量抽汽供暖、动力或其他厂用抽汽口两侧
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 汽轮机 工况 特性 课件
限制150内