第三章 汽轮机的变工况特性
汽轮机的热力设计就是在已经确定初终参数、功率和转速的条件下，计算和确定蒸汽流量，级数，各级尺寸、参数和效率，得出各级和全机的热力过程线等。汽轮机在设计参数下运行称为汽轮机的设计工况。由于汽轮机各级的主要尺寸基本上是按照设计工况的要求确定的，所以一般在设计工况下汽轮机的内效率达最高值，因此设计工况也称为经济工况。
汽轮机运行时所发出的功率，将根据外界的需要而变化，汽轮机的初终参数和转速也有可能变化，从而引起汽轮机的蒸汽流量和各级参数、效率等变化。汽轮机在偏离设计参数的条件下运行，称为汽轮机的变工况。 ，
汽轮机工况变动时，各级蒸汽流量、压力、温度、比焓降和效率等都可能发生变化，零、部件的受力、热膨胀和热变形也都有可能变化。为了保证汽轮机安全、经济地运行，就必须弄清汽轮机的变工况特性。
电站汽轮机是固定转速汽轮机，限于篇幅，这里仅讨论等转速汽轮机的变工况。主要讨论蒸汽流量变化和初终参数变化时的变工况，其中也就包含了功率变化问题。汽轮机变工况是以级的交工况和喷嘲、动叶的变工况为基础的，因此，必须首先介绍喷嘴、动叶的变工况。
第一节 喷嘴的变工况特性
缩放嘴嘴的交工况已由流体力学介绍道了，其中一个重要概念，就是缩放喷嘴背压逐渐高于设计值时，将先在喷嘴出口处，后在喷嘴渐放段内产生冲波(或称激波)。超音速汽流经过冲波，流速大为降低，损失很大。所以，缩放喷嘴处于背压高于设计值的工况下运行时效率很低。
缩放喷嘴的速度系数ϕ与压比n ε、膨胀度f 的关系如图3．1．1所示。膨
胀度c
n A A
f =，表示缩放喷嘴出口而积n A ，与喉部临界截面而积c A 之比。每条
曲线上ϕ最高的点(图示a,b,c,d)是该缩放喷嘴的设计工况点。由图可见，缩放喷嘴设计压比n ε越小，膨胀度f 越大，而f 越大的缩放喷嘴在实际压比1n ε增大时，
ϕ降得越多，因而喷嘴效率也降得越多。
渐缩喷嘴背压高于设计值时不会出现冲波，速度系数ϕ仍然较高，如图3.1.1中最上面一根虚线所示，因而变工况效率仍然较高，仅在n ε小于临界压比时，ϕ与效率才下降。
一、渐缩喷嘴初压不变时背压与流量的关系
喷嘴的流量公式为
])()[(12)1(00
120010
000k k k n
n t n p p p p v p k k A G G +--==μμ （3.1.1） 对于渐缩喷嘴，在定熵指数k 和流量系数n μ都一定的条件下，若喷嘴前滞
止参数00p 、0
0v 和出口而积n A 都不变，则喷嘴流量G 与背压1P 的关系如图3．
1．2中的曲线ABC 所示。
当C P P ≤1时，G ＝C G 不变，如直线AB 所示；当1P 〉C P 时，流量沿曲线BC 变化，曲线BC 是根据式(3．1．1)画出的。
曲线BC 段与椭圆的l ／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 —1
P ，关
βεεε=---=---=220
01)1(1)(1nc nc n c c c p p p p G G
（3.1.2） 式中，β是彭台门系数，各文字代号均同第一章式(1．2．19)。式(3．1．2)比式(3.1.1)简便得多。下面分析式(3．1．2)的误差，将式(3，1．1)除以式(1．2．24)得
n t c n tc G G G G μβμ=== （3.1.3） 表3．1．1中列出了近似式(3．1．2)代替精确式(3．1．3)的计算误差。这一误差由式(3．1．2)的计算结果减去式(3．1．3)的计算结果，再除以式(3．1．3)的计算结果而得，计算中取κ＝1．3，即nc ε＝0．5457。由表3．1．1可见，用椭圆方程算得的流量比，都比精确值略小．但误差一般只有千分之几，
工程上是允
许的。
表3.1.1 以椭圆公式代替精确公式计算流量比的误差(‰)
二、渐缩喷嘴前后参数都变化时的流量变化
分临界工况与亚临界工况来讨论。 1．设计工况与变工况下喷嘴均为临界工况
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。若设计工况和变工况下喷嘴内流速均达到和超过临界速度，则此两种工况下的临界流量之比为
001
00
0001
00100100000
000100
00
001
001
1
648.0648.0T T p p v p v p p p v p An
v p A G G n c
c === （3.1.4） 式中 1c G ，C G ——变工况和没计工况下的临界流量；
01
001001,,V T P ——变工况下喷嘴前的滞止初压、滞止初温、滞止比容，(凡变工况参数，右下角都多加一角标“l ”，以下均相同)。
若喷嘴前的压力变动是由蒸汽节流引起的，或工况变动前后00T 未变或00T 的变化较小或作近似计算而可忽略，则
00
01
1P P G G C C = （3.1.5） 参照式(3．1．1)，对于喷赏进口截面积'
n A ：，可写出设计工况下由滞止状
态点假想膨胀到实际进口状态点的连续方程：
'
c n G A p =变工况下同样可写出
'1c n G A p =上两式中，0ε与01ε是由喷嘴前滞止状态点假想膨胀到喷嘴前实际状态点的压力
比，即0000p p ε=，0010101p p ε=；'n A 是喷嘴进口面积，因是假想膨胀，并无损
失，效流量系数从n μ＝l 。上两式相比得
1c c G G =
根据式（3.1.4）得
()
()
12
010112
00
1κκκκκκ
εε
εε++-=-
0ε=01ε是上式得解，即
01
0001
p p p p =
或
001
01
00
p p p p =
（3.1.6）
代入式(3．1．
4)与式(3，1．5)
≈
1c c G G = （3.1.7）
01
1p p G G c c = （3.1.8） 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，或喷嘴前温度未变(如滑压运行)，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(包括级和级组，后面凡不考虑温度变化时都是这四个方面的原因不再重复)，则喷嘴临界流量仅正比于初压或滞止初压。
≈
所带来的误差问题，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超过临界速度。对于调节级，不论定压运行还是滑压运行，新蒸汽温度都应不变，且调节级喷嘴进口韧速00c ≈，000T T =，
≈
对于凝汽式汽轮机最末一两级，它们都处于湿蒸汽区，级前
后压力和温度都很低，例如，流量由没计值增大20
≈
，的
误差仅为0.19％左右。
2．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速度时，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
01
001
10
01
0000
01
1111T T P P T T p p G G G G c c ββββββ=== (3.1.9) 若不考虑温度变化，则
01
10
00
0111P P P P G G ββββ== （3.1.10） 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nc n εε=处再用亚临界工况公式由nc n εε=算到变动后的工况。若相反，则计算方法也相反。
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初温变化的影响，则对于每一个初压都可画出一条与图3．1．2中曲线ABC 相似的流量与背压的关系曲线，示于图3．1．3中。图中力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nc ε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，因这些交点的纵横坐标成正比。由图3．1．3可一目了然地看出不考虑初温变化时流量与初压、背压的相互关系。
以上所介绍的渐缩喷嘴变工况的结论，也适用于具有渐缩形通道的动叶。因从相对运动的观点来分析，动叶栅中的流动与喷嘴叶栅中的流动是完全一样的，只要把喷嘴前的热力参数换为动叶前的相对热力参数即可。
附带说明一点，固3．1．2中的虚线BO ，虽对渐缩喷嘴不适用，但它适用
于缩放喷嘴的各设计工况。因虚线BO 是根据式(3．1．1)在κ与n μ都一定旦00p 、0
v 与喷嘴出口面积n A 都不变的条件下画出的1c p p <的G —1p 关系曲线，而式(2．1，1)是由连续方程、能量方程与等比嫡过程方程严密推导而得的，因此曲
线BO 应该有物理意义。疑问在于00p 、00v 与n A 都不变时，1p 减小为什么会使喷
嘴流量降低?原因是00 00v ,p 不变时，随着设计背压P1的减小，设计压比n ε减小，
缩放喷嘴的膨胀度c
n
A A f =
必然增大(见图3．1．1)，而出口而积n A 已规定不变，故f 增大必然使缩放喷嘴喉部面积c A 减小，如图3．1．4所示，于是缩放喷嘴流
量0.648n c G G A ==将随c A 减小而减小。另外，也可从连续方程
11t
t n
t c G A v =来分沂：
由于超音速区域随着压比减小，即随着比焓降增大，比容1t
v
增大得较大而流速1t c 相对地增大得较小(见图1．2．3)，因此，当00p 、0
0v 一定的缩放喷嘴的设计背压1p 降低时，若连续方程中n A 不变，则t G 必将减小。当00p 不
变而10p →时，f →∞，而n A 为定值，只能使0c A →，则缩放顷嘴流量0G →。达就表明图3．1．2中的虚线BO 是各缩放喷嘴设计背压1p 与流量的关系曲线，这些缩放喷嘴的出口面积n A 不变，但喉部截面c A 将随1p 减小而减小，因而 这些缩放喷嘴的流量也将随1p 的减小而减小。
级：能完成蒸汽的热能转变为转子的机械能的最基本的单元 反动度：蒸汽在动叶栅中膨胀时的理想焓降与在整个级的滞止理想焓降之比，称级的反动度，用来衡量蒸汽在动叶栅中的膨胀程度 纯冲动级：反动度等于零的级称为纯冲动级 反动级：反动度等于0.5的级称为反动级 压力级：蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程在级内只进行一次的级称为压力级 速度级：蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程在级内只进行一次的级称为速度级 调节级：流通面积能随负荷改变而改变的级称为调节级 喷嘴的压比：喷嘴后压力与喷嘴前滞止压力值比 喷嘴的速度系数：喷嘴出口的实际速度与喷嘴出口的理想速度之比 喷嘴的能量损失系数：喷嘴损失与喷嘴理想滞止焓降之比 临界速度：与当地音速相等的汽流速度称为临界速度 临界压比：汽流达到音速时的压力与滞止初压之比只与蒸汽的性质有关 喷嘴流量系数：喷嘴的实际流量与理想流量之比 彭太门系数：通过喷嘴的任一流量与同一初始状态下的临界流量之比，称为彭太门系数它的大小只与压力比和等熵指数有关 喷嘴的膨胀极限：当喷嘴的背压降低，使最后一根特性线与出口边重合时的情况，称为喷嘴的膨胀极限 极限压比：当喷嘴发生膨胀极限时的压比，称为极限压比 轮周功率：单位时间内圆周力在动叶片所做的功称为轮周功率，它等于圆周力与圆周速度的乘积 动叶速度系数：动叶出口的实际相对速度与理想相对速度之比，称为动叶速度系数 动叶能量损失系数：动叶损失与动叶理想滞止焓降之比称为动叶栅的能量损失系数 轮周效率：蒸汽在级内所做的轮周功与蒸汽在该级中作具有的理想能量之比 速比：通常把轮周速度U与喷嘴出口汽流速度C1之比称为速度比，简称速比 最佳速比：对应轮周效率最大值的速比称为最佳速比 部分近期度：蒸汽进汽弧长与整个圆周长之比，称为部分进气度 盖度：动叶栅的进口高度与喷嘴出口高度之差，即为盖度 径高比：动叶平均直径与叶片高度之比 级的相对内效率：级的有效焓降与级的理想能量之比 级的内功率：即汽轮机的有效功率，由级的有效焓降和蒸汽流量来确定 内部损失：直接影响蒸汽状态的损失，称为内部损失，包括进汽部分的节流损失、中间再热管道的压力损失、排汽管道中的压力损失 外部损失：指不直接影响蒸汽状态的损失，包括机械损失和外部漏气损失 相对效率：汽轮机的内效率与蒸汽在汽轮机中的理想焓降之比，称为汽轮机的相对效率 绝对效率：以没千克蒸汽在锅炉中的吸热量作为输出能量，以汽轮机发电机组不同的功率座位输出能量所得到的一组效率成为绝对效率 汽耗率：汽轮发电机组每发1KW·H的电所消耗的蒸汽量成为汽耗率 热耗率：汽轮发电九组每发1KW·H的电所消耗的热量称为热耗率 极限功率：在一定的蒸汽初终参数和转速下，单排气口凝汽式汽轮机所能获得的最大功率胀差：当汽轮机受热膨胀是汽缸以死点为中心向前膨胀，使转子被拖拉着也向前移动，而转子又同时以其轴向定点为中心，向后膨胀，这就产生了转子与汽缸的相对膨胀问题，出现了相对的膨胀差，简称为胀差 转子的临界转速：专四胜诉过程中，到某一转速时突然出现的剧烈震动，此时的准苏称转子
第八节 汽轮机的工况因与热电联产汽轮机 一、凝汽式汽轮机工况图 汽轮发电机组的功率与汽耗量问的关系曲线称汽轮发电机组的工况图，也称汽耗线。 1．节流配汽凝汽式汽轮机工况图 实践表明，蒸汽流量在设计值的30％ 100％范围内变化时，节流配汽凝汽式汽轮机的蒸汽流量D 与电功率el p 之间的关系如图3.8.l(a)所示，用一根直线表示，误差不超过1％。虚线部分为小功率区域，无实际意义。汽耗特性方程可表示为： el nl p d D D 1+= （3.8.1） 式中，nl D 是汽轮发电机组的空载汽耗，即汽轮发电机组保持空转时，为克服机械损失所消耗的蒸汽量。nl D 一般是设计流量的3％ l0％。机组容量越大，nl D 所占百分比越小。1d 是汽耗微增率，是图中直线D 的斜率，表示每增加单位功率所需增加的汽耗量。初终参数相同的同类型机组并列运行时，应让1d 较小的机组多带负荷，才能使总的汽耗量最小，这是因为机组己在运行，空载汽耗已不可避免，多带负荷所增加的汽耗量，由式 （3.8.1）可见，与汽耗微增率1d 成正比。对节流配汽凝汽式汽轮机进行变工况核算，可得各种功率下的汽耗量D 、汽耗率
d 及相对电效率el η，它们与el p 的关系曲线都画在图3.8.l （a ）中。 2．喷嘴配汽凝汽式汽轮机工况图 图3.8.1（b ）所示为某喷嘴配汽凝汽式汽轮机的汽耗量D 、汽耗率d 、相对电效率el η与电功率el p 的关系阳线。在el p 等于经济功率e el p )(时，el η最高，如点a 所示。这时前三个调节汽门刚全开，节流损失最小，因此相应的汽耗率d 最小，蒸汽流量D 处在波浪线低谷点J 。点b 与点c 表示前两个或第一个调节汽门全开，节流损失很小，el η较高，a ，b 之间，b ，c 之间，点a 之右侧，都相应有一个调节汽门部分开启，节流损失较大，故效率el η较低。因此D 、el η、d 三根曲线都呈波浪形。 图3.8.1（b ）中所画的汽耗线D 的波动是很小的，可用折线IJK 近似代替，该折线的I J 段和JK 都可视为直线，则汽耗特性方程在小于经济功率e el p )(时为 el nl p d D D 1+= (3.8.2) 在大于经济功率()el e p 时为 ()'11nl el el el e D D d p d p p ??=++-?? （3.8.3） 式中，1d 与'1d 是小于e el p )(与大于e el p )(时的汽耗微增率。 二、背压式汽轮机 凝汽式汽轮机的排汽热量是冷源损失，数量很大。若能把排汽压力提高，把排汽热量加以利用，或从汽轮机中抽出作过部分功的蒸汽来供热 就可大大提高蒸汽动力装置的热效率。这种既发电又供热的汽轮机称为热电式汽轮机或称供热式汽轮机。热电式汽轮机主要有背压式、调节抽汽式与调节抽汽背压式三种。常用的是前两种。 图3.8.2(a)是背压式汽轮机示意图。背压式汽轮机的排汽全部供热用户使用，所以没有冷源损失，热效率最高。背压式汽轮机的调节汽门开度主要由排汽管调压器的压力信号控制，可维持排汽压力基本不变，保证供热质量。也就是说，热负荷增大，排汽压力降低、则调节汽门开大；反之关小。可见，该机组发电量的大小完全取决于热负荷的多少，多余或不足的电力由电网或并列机组调节。背压
第三章第三章汽轮机的变工况 chapter 3 The changing condition of Steam turbine 设计工况：运行时各种参数都保持设计值。 变工况：偏离设计值的工况。 经济功率：汽轮机在设计条件下所发出的功率。 额定功率：汽轮机长期运行所能连续发出的最大功率。 研究目的：不同工况下热力过程，蒸汽流量、蒸汽参数的变化，不同调节方式对汽轮机工作的影响；保证机组安全、经济运行。 第一节喷嘴的变工况 The changing condition of a nozzle 分析：喷嘴前后参数与流量之间的变化关系 一、渐缩喷嘴的变工况 The changing condition of a contracting nozzle 试验：调整喷嘴前后阀门，改变初压和背压，测取流量的变化。 （一）（一）初压P*0不变而背压P1变化 （1）（1）εn=1，P1= P*0，G=0，a-b，d （2）（2）0＜εn＜εcr，G＜G cr，a-b1-c1，1 （3）（3）εn=εcr，G=G cr，a-b2-c2，e （4）（4）ε1d＜εn＜εcr，G=G cr，a-b3-c3，3 （5）（5）εn=ε1d，G=G cr，a-c4，4 （6）（6）εn＜ε1d，G=G cr，a-c4-c5，5 列椭圆方程： （二）（二）流量网图 改变p*0可得出一系列曲线，即流量网图 横坐标：ε1= p1/p*0m； 纵坐标：βm=G/G 0m； 参变量：ε0= p*01 /p*0m p*0m、G*0m：分别为初压最大值和与之相应的临界流量的最大值。 例1：已知：p0 =9MPa ，p01 =7.2MPa，p1 =6.3MPa，p11 =4.5MPa 求：流量的变化。
分析喷嘴面积的变化规律 当Ma<1时，即气流为亚声速。因为Ma 2-1<0所以气道截面积的变化同气流速度变化符号相反，就是说亚声速汽流在汽道中的膨胀加速时，通道的横截面积随气流速而逐渐减少，这样喷嘴成为渐缩喷嘴。 当Ma>1时，即汽流为超声速时，因为Ma 2-1>0所以汽道横截面积的变化同汽流速度的变化符号相同。与亚声速汽流相反，超速波汽流的汽道横截面积应随汽流加速而逐渐增加。这样的喷嘴称为渐扩喷嘴。 当Ma=1时，即汽流速度等于当地声速，此时汽道的横截面积变化等于0，即dA=0喷嘴的横截面积达到最小值。 何为多级汽轮机的重热现象和重热系数 答 重热现象：各级累计理想比焓降t h ?∑大于整机理想比焓降t H ?的现象。 重热系数：增大那部分比焓降与没有损失时整机总理想比焓降之比：0>= ??-?∑t t t H H h a 其大小与下列因素有关： 1) 和级数有关，级数多，α大； 2) 与各级内效率有关，级内效率低，则α大； 3) 与蒸汽状态有关，过热区α大，湿汽区α小。 汽轮机的相对内效率 蒸汽实际比焓降与理想比焓降之比 。 电功率：el m el P P η?=轴端功率乘以发电机效率 轴端功率:汽轮机内功率Pi 减去机械损失δPm 即为了汽轮机主轴输出的轴端功率。 热耗率 每生产电能所消耗的热量 。 汽耗率：每产生1KW*h 电能所消耗的蒸汽量 汽轮发电机组的汽耗率 汽轮发电机组每发1KW ·h 电所需要的蒸汽量。 汽轮机的极限功率 在一定的初终参数和转速下?单排气口凝汽式汽轮机所能发出的最大功率。 汽轮机的绝对内效率 蒸汽实际比焓降与整个热力循环中加给1千克蒸汽的热量之比。 汽轮发电机组的相对电效率和绝对电效率 答 1千克蒸汽所具有的理想比焓降中最终被转化成电能的效率称为汽轮发电机组的相对电效率。 1千克蒸汽理想比焓降中转换成电能的部分与整个热力循环中加给1千克蒸汽的热量之比称为绝对电效率。 轴封装置中齿形汽封的基本原理 答 齿形气封的基本原理：漏入的蒸汽从高压侧流向低压侧，当流经第一个汽封片形成的齿隙时，通道的面积减少，蒸汽流速增大，压力由p0降低到p1，然后蒸汽进入汽封片的环形汽室，通道面积突然扩大，流速降低，产生涡流和碰撞，使蒸汽具有的动能损失转变为热能。汽封的作用是将一个较大的压差分割成若干个减少的压差，从而达到降低漏气的速度，减少漏气量的作用。 影响凝汽器内压力的因素有哪些是怎么影响的 1.冷却水进口温度1w t :在其它条件不变的情况下，冷却水进口温度越低，凝汽器压力c P 越低。
第三章汽轮机在变工况下的工作 汽轮机的热力设计就是在已经确定初终参数、功率和转速的条件下，计算和确定蒸汽流量、级数、各级尺寸、参数和效率，得出各级和全机的热力过程线等。汽轮机在设计参数下运行称为汽轮机的设计工况。由于汽轮机各级的主要尺寸基本上是按照设计工况的要求确定的，所以一般在设计工况下汽轮机的内效率达最高值，因此设计工况也称为经济工况。 汽轮机在实际运行中，因外界负荷、蒸汽的状态参数、转速以及汽轮机本身结构的变化等，均会引起汽轮机级内各项参数以及零部件受力情况的变化，进而影响其经济性和安全性。这种偏离设计工况的运行工况叫做汽轮机的变工况。研究变工况的目的，在于分析汽轮机在不同工况下的效率、各项热经济指标以及主要零部件的受力情况。以便设法保证汽轮机在这些工况下安全、经济运行。 本章主要讨论电厂使用的等转速汽轮机在不同工况下稳态的热力特性，即讨论汽轮机负荷的变动、蒸汽参数的变化以及不同调节方式对汽轮机工作的影响。 同研究设计工况下的特性一样，分析汽轮机的变工况特性也应从构成汽轮机级的基本元件一一喷嘴和动叶开始。喷嘴和动叶虽然作用不同，但是如果对动叶以相对运动的观点进行分析，则喷嘴的变工况特性完全适用于动叶。 第一节渐缩喷嘴的变工况 研究喷嘴的变动工况，主要是分析喷嘴前后压力与流量之间的变化关系，喷嘴的这种关系是以后研究汽轮机级和整个汽轮机变工况特性的基础。喷嘴又分渐缩喷嘴和缩放喷嘴两种型式。本节主要分析渐缩喷嘴的变工况特性。 一、渐缩喷嘴的流量关系式 本书第一章已指出，对渐缩喷嘴，在定熵指数k和流量系数μn都不变的条件下，当其初参数p*0、ρ*0及出口面积A n不变时，通过喷嘴的蒸汽流量G与喷嘴前、后压力比εn的关系可用流量曲线(如图3-1中曲线ABC)表示。 当εnεc时，其流量为 (3-1) 当εn≤εc，时，其流量为 (3-2) 显然，对应另一组初参数(p*10、ρ*01)，可得到另一条相似的流量曲线A1B1C1(p*01p*0)，此时通过该喷嘴的临界流量亦相应地改变为
第二节 级与级组的变工况特性 在了解喷嘴与动叶的变工况特性后，就可分析级与级组的变工况特性。 一、级内压力与流量的关系 分级内为临界工况与亚临界工况两种情况来讨论。 1．级内为临界工况 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。。 1)级的工况变化前后喷嘴流速均达到或超过临界值时，不论动叶中流速是否达到临界值，此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，即 01 001 01 0000 01 1T T P P T T P P G G c == （3.2.1） 若不考虑温度变化，则 00100 011p p p p G G C c == （3.2.2） 2）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，只要采用动叶的相对热力参数，喷嘴变工况的结论都可用在动叶上，故 11 1 111 11 0101 011 1T T P P T T p p G G c c == （3.2.3） 若不考虑温度变化，则 11101 111p p p p G G c c == （3.2.4） 若冲动级动叶顶部采用曲径汽封，则叶顶漏汽量极小，漏汽效率近于[]491，其他情况下叶顶漏汽也不大。为了简化，可以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可写成 c n n G p A μ=
1c n n G p A μ=由于喷嘴在设计工况和变工况下处于亚临界工况，故斜切部分没有偏转，喷嘴出口面积n A 不变。将上两式相比后代入式(3．2．3)得 1c c G G == ≈对于动叶处于临界工况的凝汽式汽轮机末级是可行的， 例如流量增大20％时，其误差小于0.24％。则上式变为 01 01 0010000 01 1T T P P T T p p G G c c == （3.2.5） 若不考虑温度变化的影响，则 00100 011p p p p G G c c == （3.2.6） 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，与滞止初温或初温的平方根成反比；若不考虑温度变化，则流量只与滞止初压或初压成正比。 2．级内为亚临界工况 若级内喷嘴和动叶出口汽流速度均小于临界速度，则称该级工况为亚临界工况。这时级的喷嘴出口连续方程为 t n n t c A Gv 11μ= 设00c ≈，则1t c = n n G A μ?= ? （3.2.7） 式(3．2．7)括号中的数值表示级的反动度为零时流过该级喷嘴的流量'G ， 这时喷嘴出口理想比容' 2t v 是由状态点0p 、0t 等比嫡膨胀到2p 的比容。若这时喷 嘴出口速度仍小于临界值，则全级肯定是亚临界工况，那么 '0.648c G G A β== 代入式(3.2.7)得设计工况为亚临界工况的流量方程：
第三章 汽轮机的变工况特性 汽轮机的热力设计就是在已经确定初终参数、功率和转速的条件下，计算和确定蒸汽流量，级数，各级尺寸、参数和效率，得出各级和全机的热力过程线等。汽轮机在设计参数下运行称为汽轮机的设计工况。由于汽轮机各级的主要尺寸基本上是按照设计工况的要求确定的，所以一般在设计工况下汽轮机的内效率达最高值，因此设计工况也称为经济工况。 汽轮机运行时所发出的功率，将根据外界的需要而变化，汽轮机的初终参数和转速也有可能变化，从而引起汽轮机的蒸汽流量和各级参数、效率等变化。汽轮机在偏离设计参数的条件下运行，称为汽轮机的变工况。 ， 汽轮机工况变动时，各级蒸汽流量、压力、温度、比焓降和效率等都可能发生变化，零、部件的受力、热膨胀和热变形也都有可能变化。为了保证汽轮机安全、经济地运行，就必须弄清汽轮机的变工况特性。 电站汽轮机是固定转速汽轮机，限于篇幅，这里仅讨论等转速汽轮机的变工况。主要讨论蒸汽流量变化和初终参数变化时的变工况，其中也就包含了功率变化问题。汽轮机变工况是以级的交工况和喷嘲、动叶的变工况为基础的，因此，必须首先介绍喷嘴、动叶的变工况。 第一节 喷嘴的变工况特性 缩放嘴嘴的交工况已由流体力学介绍道了，其中一个重要概念，就是缩放喷嘴背压逐渐高于设计值时，将先在喷嘴出口处，后在喷嘴渐放段内产生冲波(或称激波)。超音速汽流经过冲波，流速大为降低，损失很大。所以，缩放喷嘴处于背压高于设计值的工况下运行时效率很低。 缩放喷嘴的速度系数ϕ与压比n ε、膨胀度f 的关系如图3．1．1所示。膨 胀度c n A A f =，表示缩放喷嘴出口而积n A ，与喉部临界截面而积c A 之比。每条 曲线上ϕ最高的点(图示a,b,c,d)是该缩放喷嘴的设计工况点。由图可见，缩放喷嘴设计压比n ε越小，膨胀度f 越大，而f 越大的缩放喷嘴在实际压比1n ε增大时， ϕ降得越多，因而喷嘴效率也降得越多。
第三章汽轮机的变工况 一．名词解释 1、设计工况： 2、节流调节： 3、喷嘴调节： 4、滑压调节： 5、级组： 二．填空题 1、彭台门系数。 2、忽略初温变化，只要级在临界状态下工作，不论临界状态是发生在喷嘴中还是发生在动叶中，其流量均与成正比，而与无关。 3、当级内未达到临界状态时，通过级的流量不仅与有关，而且与参数有关。 4、级组是一些相等，不随工况而变的相邻的若干级的组合。 5、级组临界压力是指当级组中的处于临界状态时级组的。 6、级组包含的级数越多，其临界压力比越。 7、在变工况下，忽略初温变化，如果级组处于临界状态，则通过该级组的流量与。 8、弗留格尔公式的表达式是。 9、留格尔公式的应用条件是：(1) ；(2) ； (3) ；（4）。 10、当蒸汽流量增加时，对于采用喷嘴调节的凝汽式汽轮机，调节级焓降，最末级焓降，中间级焓降，汽轮机总的轴向推力，效率。 11、在工况变动时，当级的焓降减小，即速比时，级的反动度。 12、当面积比f一定，焓降Δh t变化时，反动度Ω设计值较小的级，Ω变化较。 13、如果喷嘴配汽式汽轮机各调节阀依次启闭，没有重叠度，当时，为调节级最危险工况。 14、调节级焓降是随汽轮机流量的变化而改变的。流量增加时，部分开启阀所控制的喷嘴组焓降，全开阀所控制的喷嘴组焓降。 15、滑压调节方式分为滑压调节、滑压调节、滑压调节。 16、一般可近似认为，凝汽式汽轮机总的轴向推力与成正比变化，且时达最大值。 17、新蒸汽温度降低，整机理想焓降，各级反动度，轴向推力。 18、水冲击会造成蒸汽温度，反动度，轴向推力。 19、甩负荷时由于转速瞬时上升，速比，反动度，轴向推力。 20、动叶片结垢会造成轴向推力。 21、初终参数相同的同类型机组并列运行时，应让较小的机组多带负荷，才能使总的汽耗量最小。 22、采用喷嘴调节方式的汽轮机，在经济功率下经济性比节流调节方式。在最大功率下经济性比节流调节方式。 23、主蒸汽压力升高时，如其它参数和调门开度不变，则进入汽轮机的蒸汽流量，机组的焓降，使机组负荷，如保持机组负荷不变，则应调速汽门。 24、凝汽器压力升高，真空下降时，汽轮机总的焓降将，在进汽量不变时，机组的功率将。如果真空下降时维持满负荷运行，蒸汽流量必然，可能引起汽轮机级过负荷。
绪论 1、我国汽轮机系列标准和型号中，各字符代表什么意义？功率是什么单位？ 2、说明N200-130/535/535，N600-16.5/550/550，B10-8.83/3.33—1， CC12- 3.43/0.98/0.118的意义。 3、凝汽式机、背压机、调整抽汽机及中间再热机有什么区别？ 4、汽轮机作用及主要组成部件的作用？ 5、电厂汽轮机的发展方向有哪些？为什么？ 第一章级的工作原理 1、冲动力和反冲力是怎么产生的？ 2、汽轮机级的反动度是怎样定义的？ 3、什么是冲动级？什么是纯冲动级？什么是反动级？什么是复速级？ 4、汽轮机的级分为哪几种类型？各有什么特点？说明应用情况。 5、基本方程的内容及应用注意条件是什么？ 6、Ф、Ψ、μn 、β的定义及影响因素？ 7、什么是临界状态？什么是临界压力比？什么是喷嘴的临界流量？怎样判别喷 嘴或动叶是否达到临界状态？ 8、写出喷嘴出口速度的计算公式，喷嘴的流量计算公式。 9、写出级的热力计算的主要公式。 10、画出带反动度的冲动级的热力过程线，并标出喷嘴、动叶、余速损失、级 的滞止理想焓降、喷嘴、动叶的理想焓降。 11、气流在什么情况下在斜切部分会膨胀及偏转，在什么情况下不膨胀与偏转？ 12、什么是轮周效率？ 13、什么是速比？什么是最佳速比？ 14、试用两种方法推导纯冲动级。最佳速比 15、纯冲动级、反动级、复速级的最佳速比各是多少？哪种级做功能力最大？为什么？ 16、叶栅的主要几何参数有哪些？它们对叶栅损失有什么影响？ 17、说明冲动级的反动度及叶栅出口汽流角度α1 、β2的选择方法？ 18、喷嘴和动叶栅的出口高度怎么确定？ 19什么是级内损失？级内损失有哪些类型？ 20、分析叶高损失、扇形损失、叶轮摩擦损失、湿汽损失产生的主要原因？减少方法？ 21、怎样降低凝汽式汽轮机末级动叶片的被冲蚀作用？ 22、高压级哪些损失较大？反动级什么损失可忽略不计？ 23、高、中、低压缸内效率有什么特点？ 24、级的热力计算的有哪些主要步骤？ 25、级的热力计算过程中要注意那些问题？ 26、什么是长叶片级？ 27、长叶片级采用一元流动设计带来哪些附加损失 28、说明扭曲叶片的设计思想是什么？
一、汽轮机级的工作原理 1.汽轮机是以蒸汽为工质的将热能转变为机械能的旋转式原动机。 2.汽轮机的分类：按工作原理分（冲动式和反动式）、按热力特性分(凝气式 抽气式 背压式 抽气背压式 多压式)、按主蒸汽压力分。 3.汽轮机的型号：（汽轮机型式 额定功率 蒸汽参数 变型设计序数） 汽轮机型式代号： N 凝汽式.B 背压式.C 一次调整抽气式.CC 两次调整抽气式.CB 抽气背压式.CY 船用.Y 移动式.HN 核电汽轮机. 4.汽轮机是将工质的热能转变成动能，再将动能转变成机械能的一种热机。多级汽轮机由若干个级构成，而每个级就是汽轮机做功的基本单元，级是由喷管叶栅和与之相配合的动叶栅所组成。 5.无膨胀的动叶通道中，气流在动叶汽道内部不膨胀加速，而只随汽道形状改变其流动方向，汽流改变流动方向对汽道所产生的离心力，叫做冲动力，这是蒸汽所做的的机械功等于它在动叶栅中动能的变化量，这种级叫做冲动级。 6.蒸汽在动叶汽道内随汽道改变流动方向的同时仍继续膨胀、加速，加速的汽流流出汽道时，对动叶栅将施加一个与汽流流出方向相反的反作用的力，这个作用力叫做反动力，依靠反动力做功的级叫做反动级。 7.级的反动度Ω：它等于蒸汽在动叶栅中膨胀时的理想比焓降和整个级的滞止理想比焓降之比。 8.冲动级的四种形式：纯冲动级，带反动度的冲动级，复速级，反动级（Ωm =0.5）。 9.随着喷管背压的降低，斜切部分的膨胀程度不断增大，当蒸汽的膨胀充满整个斜切部分时，即斜切部分的膨胀能力用完时，则喷管的膨胀达到了极限，此时的工况称为喷管的膨胀极限工况，此时喷管的压比称为极限压比ε1d 。 10.达到极限膨胀后，若继续降低喷管背压，汽流一部分膨胀将发生在斜切部分之外（即口外膨胀），称为膨胀不足。 11.轮周功率：单位时间内周向力F u 在动叶片上所做的功称为轮周功率。(衡量级内蒸汽流动过程中能量转换程度的重要指标，不是最终指标)表达式为： P u =F u u=Gu （c 1cos α1+c 2cos α2*）=Gu （ω1cos β1+ω2cos β2*） 上式表示G=1kg/s 时，蒸汽所做的有效功，称为比功，用Pu1表示，即 Pu1= u （c 1cos α1+c 2cos α2*）= u （ω1cos β1+ω2cos β2*） 蒸汽在动叶栅中做功后，以2 22c 的余速动能离开动叶栅，它是未能在动叶栅中转换为机械功的一部分动能，称它为这一级的余速损失Δh c2，即Δh c2=2 22c 12.汽轮机级的轮周效率是指1kg/s 蒸汽在级内所做的轮周功P u1与蒸汽在该级中所具有的理想能量E 0之比。它是衡量汽轮机级的工作经济性的一个重要指标，但不是最终的经济指标。 13.由速度三角形可知，动叶出口绝对速度c 2在轴向排汽时，余速损失最小，有一特定的速度关系（u/c 1）可使最小余速损失得以实现，这个速度比称为最佳速度比。 14.部分进气度：工作喷管所占的弧段长度Zn ×tn 与整个圆周长π×dn 的比值表示部分进气的程度。 15.盖度：为了使蒸汽从喷管叶栅流出时不致与动叶栅顶部和根部发生碰撞，从而顺利地流进动叶栅，动叶栅的进口高度Lb 须稍大于喷管叶栅的出口高度Ln ，两者之差称为盖度。
汽轮机原理沈士一 作者：沈士一等编 出版社：中国电力出版社 出版时间：1992-6-1 内容简介: 本书对“汽轮机原理”课程的三大部分内容，即汽轮机热力工作原理、汽轮机零件强度和汽轮机调节都作了介绍，主要内容有汽轮机级的工作原理、多级汽轮机、汽轮机变工况特性、凝汽设备、汽轮机零件强度及汽轮机调节。并结合大型汽轮机的运行特点，介绍了有关内容。本书为高等学校热能动力类专业本科“汽轮机原理”课程的基本教材，也可供有关专业的师生与工程技术人员参考。 目录: 前言 绪论 第一章汽轮机级的工作原理 第一节概述 第二节蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程。 第三节级的轮周功率和轮周效率 第四节叶栅的气动特性 第五节级内损失和级的相对内效率 第六节级的热力设计原理 第七节级的热力计算示例 第八节扭叶片级 第二章多级汽轮机 第一节多级汽轮机的优越性及其特点 第二节进汽阻力损失和排汽阻力损失 第三节汽轮机及其装置的评价指标 第四节轴封及其系统 第五节多级汽轮机的轴向推力及其平衡 第六节单排汽口凝汽式汽轮机的极限功率 第三章汽轮机的变工况特性 第一节喷嘴的变工况特性 第二节级与级组的变工况特性 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 第四章汽轮机的凝汽设备 第一节凝汽设备的工作原理、任务和类型 第二节凝汽器的真空与传热 第三节凝汽器的管束布置与真空除氧 第四节抽气器 第五节凝汽器的变工况
第六节多压式凝汽器 第五章汽轮机零件的强度校核 第一节汽轮机零件强度校核概述 第二节汽轮机叶片静强度计算 第三节汽轮机叶轮静强度概念 第四节汽轮机转子零件材料及静强度条件 第五节汽轮机静子零件的静强度 第六节汽轮机叶片的动强度 第七节叶轮振动 第八节汽轮发电机组的振动 第九节汽轮机主要零件的热应力及汽轮机寿命管理第六章汽轮机调节系统 第一节汽轮机自动调节和保护的基本原理 第二节液压调节系统 第三节中间再热式汽轮机的调节 第四节调节系统的试验和调整 第五节汽轮机功频电液调节 第六节背压式和抽汽式汽轮机的调节 参考文献
《汽轮机原理》课程教学大纲 华南理工大学东莞东阳教学中心 课程名称：汽轮机原理（英文）：Principle of Steam Turbine 课程性质：必修 课适用层次：专升本 总学时：80 学分：5 一、课程的作用、地位和任务 1、课程作用：本专业最重要的专业课之一。 2、教学方法：课堂讲授和课外自学相结合。 3、课程学习目标和基本要求：学生通过对本门课的学习应牢固掌握蒸汽在汽轮机中的流动过程和能量转换过程，以及为实现能量有效转换而对结构的要求；掌握和了解汽轮机变工况的规律，凝汽设备的工作原理、调节系统的工作原理、汽轮机叶片及其它主要零件的强度和振动的概念，供热式汽轮机的特点及机组运行方面的基础知识，为从事热能与动力各专业的技术工作打下必备的理论基础。 4、课程类型：专业课 二、课程内容和要求 绪论 知识点：汽轮机在国民经济中的地位。汽轮机发展简史，近年来汽轮机技术的发展概况。汽轮机分类、型号及其特点。汽轮机的基本工作原理和结构概貌。 第一章汽轮机级的工作原理
知识点：级的概念及工作原理，反动度，级的分类，基本方程；喷嘴中汽流的理想速度和实际速度，临界状态，喷嘴流量，蒸汽在喷嘴斜切部分的膨胀；动叶的进出口速度三角形，蒸汽作用在动叶片上的力，轮周功率；速度比，纯冲动级、反动级、和速度级的最佳速比；部分进汽度和盖度的概念。级内的各项损失，级的热力过程线，级的内功率及内效率；长叶片级的概念。 第二章多级汽轮机 知识点：多级汽轮机的结构及热力过程，多级汽轮机的优越性和特点；多级汽轮机中反动度和级做工能力的逐级变化规律；汽轮机的损失，汽轮机装置的效率及热经济指标；多级汽轮级的轴向推力；多级汽轮级的热力计算。通过对本部分学习，应熟悉多级汽轮机的工作特点，汽轮机的各种损失和减少损失的措施，明确汽轮机装置的各种评价指标，熟悉汽轮机的轴封原理和轴封系统，多级汽轮机轴向推力的组成及平衡措施和提高单排汽口凝汽式汽轮机极限功率的方法。 第三章汽轮机的变工况特性 知识点：变工况概念，渐缩喷嘴变工况；机组压力与流量的关系，级的焓降变化规律，级的反动度的变化规律；配汽方式及其对机组变工况影响；凝汽式汽轮机的工况图，变工况下的热力计算；蒸汽参数变化对汽轮机经济性和安全性的影响。通过对本部分学习，应掌握汽轮机级及级组的变工况特性，不同配汽方式对定压运行机组经济性和安全性（或灵活性）的影响，滑压运行与定压运行对机组运行的影响；熟悉初终参数对汽轮机工作的影响，变工况下汽轮机的的热力核算方法和程序，凝汽式汽轮机和一次调整抽汽式汽轮机的工况图。 第四章汽轮机凝汽设备 知识点：凝汽设备的组成、工作原理、任务的类型；运行对凝汽器结构的要求，过冷度，汽阻，传热端差和循环倍率；凝汽器的热力特性；抽汽器。
《汽轮机原理》教学大纲 一、课程地位与课程目标 （一）课程地位 《汽轮机原理》是能源与动力工程专业热能动力方向的专业必修课。本课程详细阐述了汽轮机工作原理、汽轮机本体结构和主要零件的振动、汽轮机调节系统、汽轮机热力系统及设备、汽轮机运行等内容。通过对课程的学习，使学生掌握蒸汽在汽轮机中的能量转换过程和规律、汽轮机变工况运行特性、凝汽设备和调节系统工作原理、汽轮机主要零件的强度校核方法以及机组运行等方面的基础知识，为将来从事汽轮机的运行、管理、实验、改造和科研打下必要的理论基础。 （二）课程目标 1.熟悉和掌握蒸汽在汽轮机各种级内的流动过程和能量转换规律，初步具有可运用基本理 论进行汽轮机通流部分设计的工程能力。 2.熟悉汽轮机主要设备结构以及机组运行基础知识，对工程实践中有关的汽轮机问题有较 广泛而系统的理论知识、一定的分析和解决问题的实际能力。 3.具有学生自主学习的意识。 4.具有收集和提炼信息的能力、团队合作能力、表达能力。 二、课程目标达成的途径与方法 以课堂教学为主，结合自学、团队大作业。 1.课堂教学主要讲解汽轮机工作原理及设备相关的基本概念、基本理论以及基本分析方法，并将实际工程中遇到的汽轮机运行问题以及现代汽轮机发展前沿技术等融入基本理论的讲解，使学生更好地掌握汽轮机基本原理和运行特点，提高学生对课程的学习兴趣。课堂教学中应注重将学科基础课程应用于本课程的学习，引导和培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。课堂教学尽量引入互动环节，使同学们能更好地融入课堂教学，提高教学效果。 2.对比较容易理解的章节让学生自学，以培养学生自主学习的意识、自主学习的能力和抓住要点的能力。 3.团组大作业能培养同学们的综合能力：熟练运用所学知识的能力、收集和提炼信息的能力、团队合作能力、表达能力等。 三、课程目标与相关毕业要求的对应关系
汽轮机的级内变工况特性主要影响因素分析 常少辉;赵盟 【摘要】对现代大型汽轮机变工况时级内损失机理进行了理论分析,分别从渐缩喷嘴和级内两个方面进行了详细研究.通过研究汽轮机变工况对级气动性能的影响,为 改善机组变工况的性能,提高机组的效率及安全性提供了技术参考. 【期刊名称】《华北电力技术》 【年(卷),期】2013(000)008 【总页数】4页(P18-21) 【关键词】汽轮机;变工况;喷嘴;气动特性 【作者】常少辉;赵盟 【作者单位】华电(北京)热电有限公司,北京100055;华北电力科学研究院有限责任公司,北京100045 【正文语种】中文 【中图分类】TK263 0 前言 目前我国能源供需日趋紧张、用电需求量日益增大，用电结构也发生了很大的变化，因此机组经常处于变工况乃至深度变工况运行中［1－4］。与此同时电力行业节 能问题正受到越来越多的关注。因此需要对汽轮机进行详细的变工况计算从而得出在工况变化时汽轮机的运行经济性，进而达到优化运行实现节能降耗的目的，但目
前机组变工况理论明显滞后，已经成为影响电厂安全经济运行、实现现代化管理的主要制约因素之一［5－6］。汽轮机变工况计算的基础是级变工况。现有汽轮机 除了调节级以外，一般都采用渐缩喷嘴。本文研究了渐缩喷嘴以及整级变工况对于汽轮机通流部分的气动特性起到的重要影响。 1 渐缩喷嘴的变工况 研究喷嘴的变动工况，主要是分析喷嘴前后压力与流量之间的变化关系，喷嘴的这种关系是以后研究汽轮机级和整个汽轮机变工况特性的基础。下面主要分析渐缩喷嘴的变工况特性。 (1)渐缩喷嘴的流量关系式 对渐缩喷嘴，在定熵指数k和流量系数μn都不变的条件下，当其初参数及出口面积An不变时，通过喷嘴的蒸汽流量G与喷嘴前、后压力比εn的关系可用流量曲线(如图1中曲线ABC)表示。 当εn＞εc时，其流量为: 当εn≤εc时，其流量为: 显然，对应另一组初参数可得到另一条相似的流量曲线A1B1C1(p10，ρ10)，此 时通过该喷嘴的临界流量亦相应地改变。由于初参数不同的同一工质具有相同的临界压力比，故各条流量曲线的临界点B、B1…均在过原点的辐射线上，如图1所示。图1 渐缩喷嘴的流量与出口压力的关系曲线 (2)彭台门系数定义及近似关系 彭台门β根据计算获得，曲线BC段与椭圆的1/4线段相当近似，若用椭圆弧段代替他，误差较小，故根据椭圆方程，曲线段BC可表示为:
参考书目录： 第一篇热力 第一章燃料与燃烧 第一节燃料 第二节燃烧基本概念 第三节燃烧计算 第二章锅炉原理 第一节概述 第二节锅炉的热平衡 第三节锅炉受热面的结构布置 第四节锅炉水动力学 第五节锅炉的强度计算 第三章汽轮机原理 第一节汽车机级的工作原理 第二节多级汽轮机 第三节汽轮机的变工况特性 第四节汽轮机的凝汽设备 第五节汽轮机辅助系统 第四章锅炉房工艺设计 第一节锅炉房布置 第二节锅炉选择 第三节锅炉烟风系统 第四节锅炉给水处理 第五节锅炉给水设备 第六节锅炉房燃料贮运系统 第七节灰渣贮运系统
第八节热水供热系统 第九节锅炉烟气净化 第五章汽机房工艺设计 第一节发电厂热力系统 第二节热力系统主要设备选择 第三节供热机组的热经济性指标 第四节发电厂汽水管道设计 第五节发电厂主厂房布置 第六章热力网及热力站 参考文献 第二篇燃气 第七章制气原料的特性和评价 第八章制气原理及工艺 第九章煤气净化、化学产品回收与加工 第十章城镇燃气输配 第十一章燃气燃烧与应用 第十二章工程设计 参考文献 第三篇气体 第十三章气体压缩机 第十四章制冷与低温 第十五章供气制冷工程设计 参考文献 ★动力专业考试大纲★ 1．燃料与燃烧 1.1了解锅炉常用燃料的分类、成分、发热量范围。
1.2熟悉燃料各种发热量的概念。 1.3熟悉液体燃料的物理、化学特性，及气体燃料或液体燃料蒸汽爆炸极限浓度的概念和数据。 1.4了解各类燃料的燃烧方式和燃烧过程，灰熔点对燃烧的影响，燃烧时污染物的生成原理。 1.5熟悉固体燃料成分和发热量在不同基准之间的换算方法。 1.6熟悉固体或液体燃料的元素分析和工业分析成分数据。 1.7掌握计算燃料燃烧理论空气量和实际空气量的方法。 1.8掌握根据燃料的发热量，估算燃料燃烧所需空气量的方法。 1.9掌握燃料燃烧产生烟气量的计算方法。 1.10了解燃料燃烧烟气焓的计算方法。 2．锅炉原理 2.1了解锅炉分类、参数和锅炉型号表示方法。 2.2了解锅炉的工作原理、燃烧方式。 2.3了解层燃锅炉的炉排型式和循环流化床锅炉特点。 2.4了解悬浮燃烧锅炉的燃烧器型式。 2.5了解锅炉各类受热面的设计特点和锅炉受热面的结构布置。 2.6了解自然循环和强制循环锅炉水动力学的基本概念。 2.7熟悉炉膛容积’热负荷和炉排面积热负荷的概念。 2.8掌握锅炉热平衡测试方法和锅炉效率的计(估)算方法。 2.9掌握锅炉的燃料消耗量计算方法。 2.10掌握锅炉受热面漏风系数、过量空气系数的概念和不同类型锅炉取值范围，根据烟气含氧量估算过量空气系数的方法。 2.11掌握锅炉尾部受热面低温腐蚀的原因及防治的方法。 2.12了解锅炉强度计算方法。熟悉锅炉常用钢材。 3．汽轮机原理 3.1了解汽轮机组的工作原理，熟悉级内损失和级的相对效率。
第七节 初终参数变化对汽轮机工作的影响 一、初终参数变化过大对安全性的影响 1．蒸汽初压0p 、再热压力r p 变化过大对安全性的影响 1 ) 初温不变，初压升高过多，将使主蒸汽管道、主汽门、调节汽门、导管及汽缸等承压部件内部应力增大。若调节汽门开度不变，则0p 增大，致使新汽比容减小、蒸汽流量增大、功率增大、零件受力增大。各级叶片的受力正比于流量而增大。特别是末级的危险性最大，因为流量增大时末级比治、焓降增大得最多，而叶片的受力正比于流量和比焓降之积，故对应力水平已很高的末级叶片的运行安全性可能带来危险。第一调节汽门刚全开而其他调节汽门关闭时，调节级动叶受力最大，若这时初压0p 升高，则调节级流量增大，比焓降不变，叶片受力更大，影响远行安全性。此外，初压0p 升高、流量增大还将使轴向推力增大。 因此未经核算之前，初压 0p 不允许超过制造厂规定的高限数值。我国姚孟 电厂的法国阿尔斯通生产的亚临界320MW 汽轮机规定初压 0p 应小于等于l05％ 额定值。当达到l05％额定韧压时，高压旁路调节阀自动开启，通过旁路排汽降低汽轮机的 0p 。如果旁路投入后0p 仍不能降低，则只允许0p 瞬时超过l05％额 定汽压，但不能超过112％额定汽压。同理，再热蒸汽压力Pr 也不能超过制造厂规定的高限数值。 2 ) 初温0t 不变、初压0p 降低一般不会带来危险。如滑压运行时0p 的下降，并未影响安全。然而P 。降低时，若所发功率不减小，甚至仍要发出额定功率，那么必将使全机蒸汽流量超过额定值，这时若各监视段压力超过最大允许值，将使轴向推力过大，这是危险的，不能允许的。因此蒸汽初压P 0降低时，功率必须相应地减小。对于 0p =8.83MPa 的高压机组，即使0p 降到3.0MPa ，也不会使 凝汽式机组的排汽过热，也就不会使汽缸和凝汽器过热 2．蒸汽初温0t 和再热汽温r t 变化过大对安全性的影响 1) 0p 与r p 不变，0t 与r t 升高将使锅炉过热器和再热器管壁，新汽和再热
第五节 小容积流量工况与叶片颤振 大功率汽轮机的最后几级，特别是未级，在小容积流量下远行时，出现叶片振动应力升高，转子和静子被加热，未级动叶出口边受到水珠冲蚀，级的有效功率可能是负值等现象，这将影内汽轮机的安全性与经济性。汽轮机负荷大幅度下降(包括只带厂用电及空载)时，蒸汽流量大大下降，供热抽汽式汽轮机抽汽量很大时，供热抽汽口后各级蒸汽量大大下降为利用凝汽式汽轮机排汽供热而提高其背压运行时，末级排汽口比容减小，这些都将使最后几级特别是未级的容积流量大为减小。 为了分析小容积流量下汽轮机的安全性与经济性，60年代初以来，苏联等国对小容积流量工况开展了研究，70年代末以来，我国一些高等院校与科研生产单位对此也进行了研究。最后几级(特别是末级)是高径比1 b b l d θ=较大的级，称为大扇度级。大扇度级小容积流量下的变工况是前面介绍的级的变工况的某些补充(有人称之为“深度变工况”)，这里作一些介绍。小容积流量工况下的长叶片有可能被诱发颤振，所以把叶片颤振也放在这里介绍。 一、小容积流量工况 1．小容积流量下大扇度级的流动特征 级的容积流的用相对值表示，2 211211111Gv v G Gv ,Gv v G Gv ==。G 和1G 分别表示没计工况下与变工况下的流量；21v ,v 与2111v ,v 分别表示没计工况下与变工况下喷嘴、动叶出口比容。容积流量减小过程中，大扇度级内的流动将发生很大变化。 图3.5.1所示是大扇度级流线变化图。图3．5．1(a)是 2.6θ=，120a = ＝常数， 0.46m Ω=的单级透平实验所得的流线变化图，20.97Gv =时，流线接近没计工况；20.65Gv =时，动叶后根部已出现沿圆周方向运动的涡流，但速度比u 小得 多，动叶根部流线向止倾斜；20.50Gv =时，动叶后根部涡流区与脱流高度增大； 20.37Gv =时，不但动叶后涡流和叶根脱流高度更大，而且喷嘴与动叶的外缘间隙出现涡流，这一涡流以接近叶顶圆周速度的速度沿圆周方向运动，涡流中心的
第一章汽轮机级的工作原理 第一节概述 汽轮机是将蒸汽工质的热能转变成动能，再将动能转变成机械能的一种热机。多级汽轮机由若干个级构成，而每个级就是汽轮机做功的基本单元，级是由喷管叶栅和与之相配合的动叶栅所组成。喷管叶栅将蒸汽的热能转变成动能，动叶栅将蒸汽的动能转变成机械能。 一、蒸汽的冲动原理和反动原理 高速汽流通过动叶栅时，发生动量变化对动叶栅产生冲力，使动叶栅转动做功而获得机械能。由动量定理可知，机械能的大小决定于工作蒸汽的质量流量和速度变化量，质量流量越大，速度变化越大，作用力也越大。图1—1所示为无膨胀的动叶通道，汽流在动叶汽道内不膨胀加速，而只随汽道形状改变其流动方向，汽流改变流动方向对汽道所产生的离心力，叫做冲动力，这时蒸汽所做的机械功等于它在动叶栅中动能的变化量，这种级叫做冲动级。 蒸汽在动叶汽道内随汽道改变流动方向的同时仍继续膨胀、加速，加速的汽流流出汽道时，对动叶栅将施加一个与汽流流出方向相反的反作用力，此力类似于火箭发射时，高速气体从火箭尾部流出，给火箭一个与流动方向相反的反作用力，这个作用力叫做反动力。依靠反动力做功的级叫做反动级，如图1—2所示。 现代汽轮机级中，冲动力和反动力通常是同时作用的，在这两个力的台力作用下，使动叶栅旋转而产生机械功。这两个力的作用效果是不同的，冲动力的做功能力较大，而反动力的流动效率较高，这一点会在以后的讨论中说明。 二、级的反动度 为了说明汽轮机级中反动力所占的比例，即蒸汽在动叶中膨胀程度的大小，常用级的反动度Ω表示，它等于蒸汽在动叶栅中膨胀时的理想比焙降厶Ab和整个级的滞止理想比焰降△ht。之比，即 第5页
截面上喷管和动叶中的理想比焙降所确定。平均直径是动叶项部和根部处叶 轮直径的平均值。 图1—3是级中蒸汽膨胀在焓熵图上的热力过程线。o点是级前的蒸汽状态点，o*点是蒸汽等熵滞止到初速等于零的状态点，Pl、F2分别为喷管出口压力和动叶出口压力。蒸汽从滞止状态o·点在级内等熵膨胀到P，时的比焙降厶AI。为级的滞止理想比焙降△hn为蒸汽在喷管中的滞止理想比焙降，厶A，为蒸汽在动叶中的理想比焙降。 实际上蒸汽参数沿叶高是变化的，在动叶不同直径截面上的理想比焓降是不同的，因此，反动度沿动叶高度亦不相同。对于较短的直叶片级，由于蒸汽参数沿叶高差别不大，所以通常不计反动度沿叶高的变化，均用平均反动度表示级的反动度。对于长叶片级，在计算不同截面时，须用相应截面的反动度。 三、汽轮机级的类型 根据蒸汽在汽轮机级的通流部分中的流动方向，汽轮机级可分为轴流式与辐流式两种。目前电站用汽轮机绝大多数采用轴流式级。轴流式级通常有下列几种分类方法。 (一)冲动级和反动级 冲动级有三种不同的形式 1．纯冲动级 反动度Ωm=o的级称为纯冲动级，它的特点是蒸汽只在喷管叶栅中膨胀，在动叶栅中不膨胀而只改变其流动方向。其动叶片的形式为对称叶片。因此动叶栅进出口压力相等，即p1=p2、△hb=o、△ht*=△hn*。纯冲动级做功能力大，流动效率较低，现代汽轮机中均不采用。 2．带反动度的冲动级 为了提高汽轮机级的效率，冲动级应具有一定的反动度(Ωm=0．05—0．20)，这时蒸汽的膨胀大部分在喷管叶栅中进行，只有一小部分在动叶栅中继续膨胀。因此P1>p2、△hn>△Abo由流体力学知识可知，加速汽流可改善汽流的流动状况，故冲动级具有做功能力大和效率较高的特点，得到了广泛的应用。 3．复速级(双列速度级) 复速级通常是一级内要求承担很大比焓降时才采用。它由喷管叶栅、装于同一叶轮上的两列动叶栅和两列动叶之间固定不动的导向叶栅组成，故又称双列速度级。第Ⅱ列动叶栅是为了将第1列动叶栅的余速动能进一步转换成机械能，导向叶栅的作用是改变汽流方向，使之与第Ⅱ列动叶栅进汽方向相符。 复速级的做功能力比单列冲动级要大，但流动效率较低，为了改善复速级的效率，也采 第二章多级汽轮机 第一节多级汽轮机的特点与损失