弗留格尔公式计算说明

基于运行数据的汽轮机阀门流量特性参数优化王志杰;陈厚涛;唐桢淇【摘要】进行汽轮机阀门流量特性试验有可能对机组的安全稳定运行带来不利影响,为此提出了一种基于机组运行数据的汽轮机阀门流量特性参数优化方法.首先通过DCS获取大量相关的机组运行数据,并对数据进行初步筛选和信息挖掘,获取机组在各运行工况下的特征数据;然后利用特征数据并根据变工况流量计算方法获取汽轮机的阀门流量特性;最后实现对汽轮机阀门流量特性参数的优化.该方法仅利用机组的运行数据便可实现对机组最大历史运行区间的阀门流量特性参数的优化,不需要对汽轮机进行阀门流量特性试验,从而减轻了工作量和提高了机组的安全稳定性.【期刊名称】《广东电力》【年(卷),期】2019(032)003【总页数】5页(P32-36)【关键词】运行数据;阀门流量;数据筛选;信息挖掘;参数优化【作者】王志杰;陈厚涛;唐桢淇【作者单位】高效清洁火力发电技术重点实验室(湖南省湘电试验研究院有限公司),湖南长沙 410007;高效清洁火力发电技术重点实验室(湖南省湘电试验研究院有限公司),湖南长沙 410007;神华国能宁夏煤电有限公司,宁夏银川 750409【正文语种】中文【中图分类】TK323汽轮机阀门流量特性参数是指能够反映出汽轮机的进汽流量与汽轮机高压调门开度之间对应关系的1组参数[1]。

当汽轮机数字式电液控制系统中设置的阀门流量特性参数与实际的阀门流量特性相匹配时，汽轮机将表现出良好的被控性能；否则，就可能出现诸如调阀晃动、单阀/顺序阀切换时负荷波动大，以及在机组变负荷和一次调频时，出现负荷突变或调节缓慢的问题，有时甚至还会造成电力系统振荡事故，使得机组控制困难，影响机组的安全稳定性及经济性能[2-6]。

在实际应用中，由于设备改造或运行老化等原因，控制系统中设置的阀门流量特性参数常常会偏离其实际的流量特性，以至于上述异常情况时有发生。

因此，在机组进行改造或长期运行后，对其进行阀门流量特性参数的优化是非常必要的[7-12]。

第一章一.概念题:级:由一列喷嘴叶栅和紧邻其后的一列动叶栅所组成的热能到机械能转换的基本单元。

反动度:蒸汽在动叶中的理想焓降与级的滞止理想焓降之比。

部分进气度:工作喷嘴所占的弧段长度与整个圆周长之比。

速度比：级的圆周速度u与喷嘴出口速度c1或与级的假想出口速度ca的比值。

级的最佳速度比:对应轮周效率最高点的速度比。

级的轮周效率:单位蒸汽量流过某级时所产生的轮周功Pu1与蒸汽在该级中所具有的理想能量E0之比。

级的相对内效率:级的有效焓降与级的理想能量之比。

w1,w2大小比较:w1=(c12+u2-2uc1cosα1)½w2=ψ(2(h1-h2t)+w12)½=(2Δh b*)½=(c22+u²+2u1c1cosα2*)½纯冲动级:Ωm=0, Δh=0,w2=ψw1反动级: Ωm=0.5,Δh n=Δh b=Δh t*/2,α2=90°时，w1=w2cosβ2*冲动级: Ωm=0.05∽0.20,可大可小，具体计算。

各种级的最佳速度比:纯冲动级:X1＝COSα1/2 反动级:X1＝COSα 1冲动级:X1＝COSα1/2(1-Ωm) 复数级:X1=COSα1/4二.综合性题:1.级的分类与特点:（一）按反动度分1.纯冲动级Ωm＝0的级，Δhb＝0, Δh*n= Δh*t，做功能力较大，但效率较低。

2.冲动级（带反动度的冲动级）Ωm＝0 .05～0.20的级，Δhb＞0, 但Δhb＜Δhn，做功能力和效率介于纯冲动级和反动级之间。

3.反动级Ωm≈0 .5的级，Δhb＝Δhn，动、静叶型相同，做功能力较小，但效率高。

（二）按能量转换过程分1.速度级以利用蒸汽流速为主的级，有双列和多列之分。

双列速度级又称复速级。

复速级做功能力比单列冲动级大，但效率低。

2.压力级以利用级组中合理分配的压力降（焓降）为主的级，又称单列级。

做功能力较小，但效率高。

（三）按负荷变化时通流面积是否改变分1.调节级喷嘴调节的汽轮机的第一级，负荷变化时，其通流面积是改变的。

《汽轮机原理》思考题杨建明康松编东南大学动力工程系2000年10月第1章汽轮机级的工作原理1．何谓滞止参数？喷嘴和动叶的滞止参数如何计算？2．叶栅通道的速度系数代表了什么意义？影响速度系数大小的主要因素有哪些？3．反动度的意义是什么？汽轮机的级按反动度的大小如何分类？在叶栅通道结构上又是如何实现反动度设计的？4．速度系数、能量损失系数和喷嘴及动叶损失系数三者间的关系如何？5．什么是级的热力过程线？它在分析级的能量转换、认识级工作过程中有何特别作用？6．什么是速度三角形，其意义是什么？7．何谓轮周功率？何谓轮周功？何谓理想能量？轮周功在级热力过程线上如何表示？8．什么是余速损失？什么是余速利用系数？影响余速利用的主要因素有哪些？9．何谓速比？何谓假想速比？10．轮周效率的意义是什么？影响轮周效率的因素有哪些？11．什么是最佳速比？为什么会存在最佳速比？当余速利用后，轮周效率与速比之间的关系发生了哪些主要变化？12．最佳速比与反动度的关系怎样？对相同容量的汽轮机，为什么冲动式的级数一般少于反动式？13．何谓单列级？何谓复速级？它们各自有何优缺点？14．何谓流量系数？流量系数的大小有何特点？15．对汽轮机弯曲形渐缩叶栅通道，最大出口汽流速度能否超过音速？为什么？16．何谓叶栅通道的临界压比？在叶栅通道汽流速度和通流量计算中，临界压比计算有何特别意义？17．叶栅通道的最大出口流速和通过的最大流量是否出现于同一前后压比？为什么？18．何谓叶栅出口汽流偏转角？在什么工况下发生？19．喷嘴调节汽轮机，为什么调节级总为冲动式？20．何谓盖度？其主要起什么作用？21．为什么冲动式汽轮机总会有一定的反动度？22．为什么要采用长扭叶片？23．长扭叶片有哪些主要特点？24．何谓轮周损失？何谓级内损失？两者间的关系怎样？25．什么是叶高损失？其物理意义是什么？采取何种措施减小叶高损失？26．决定叶片高度的主要因素有哪些？27．什么是二次流损失？如何减小二次流损失？28．何谓撞击损失？主要发生在何种情况？29．何谓冲角？正、负冲角是如何定义的？30．何谓扇形损失？采取何技术措施可消除或减小扇形损失？31．叶轮摩擦损失的机理是什么？对冲动级和反动级，此项损失有何差别？32．什么是部分进汽度？为什么要采用部分进汽？33．部分进汽损失的机理是什么？如何减小部分进汽损失？34．什么是湿汽损失？产生湿汽损失的机理有哪些？如何减小湿汽损失？35．什么是漏汽损失？冲动级和反动级在此项损失上有何不同？36．试述级理想焓降、理想能量、轮周功率、级内功率的关系，它们在级热力过程线上如何表示？37．什么是级内效率？它与轮周效率的关系又怎样？38．冲动级和反动级在级焓降和级内损失方面存在哪些主要差别？论文：①冲动级与反动级的优劣之比较②最佳速度比与反动度、动叶出口绝对汽流角的关系第2章多级汽轮机1．为什么要采用多级汽轮机？多级汽轮机有何显著优点？2．何谓重热现象？何谓重热系数？重热系数的大小主要与哪些因素有关？3．多级汽轮机计及重热后，级数是增多还是减少？为什么？4．对冲动式中间再热汽轮机，为什么级的平均反动度随蒸汽膨胀流程逐级增大？5．为什么一次中间再热机组高压缸叶栅通道的平均直径变化不大，但低压缸变化较大？6．为什么一次中间再热汽轮机的焓降是逐级增大的？7．试分析一次中间再热汽轮机高、中、低三个汽缸相对内效率的大小分布和各自级内损失的特点。

弗劳德数fr的计算公式弗劳德数（Fr）是一个在流体力学中非常重要的无量纲数。

它在研究流体流动的特性，比如明渠流、水坝泄流等情况时，能给我们提供很关键的信息。

弗劳德数的计算公式是：Fr = v / √(gL) 。

这里的 v 表示流体的流速，g 是重力加速度，L 是特征长度。

咱就拿一个常见的例子来说吧，比如说公园里的人工湖，有时候湖水会通过一个小渠道流出去。

咱们要是想知道这水流得稳不稳，快不快，会不会出现啥乱流之类的情况，这弗劳德数就能派上用场。

假设这个小渠道宽 2 米，水深 1 米，水的流速是 2 米每秒，重力加速度咱们就取 9.8 米每二次方秒。

那咱来算算这弗劳德数。

先算特征长度 L，对于这种矩形的渠道，一般就用水深来当作特征长度，所以 L = 1 米。

然后把数值都带进公式里，Fr = 2 / √(9.8×1) ，算出来大约是 0.64 。

要是弗劳德数小于 1 ，那就说明这是个缓流，水流比较平稳；要是等于 1 呢，就是临界流；大于 1 那就是急流，水流比较湍急。

像刚才算出来是 0.64 ，小于 1 ，所以这水流就是缓流，相对比较平稳。

再比如说，有一次我去一个山区的小瀑布那里玩。

那瀑布的水冲下来，形成了一条小溪流。

我就好奇这水流属于啥情况，就琢磨着用弗劳德数来算算。

我先大致测了一下水流的速度，又估量了一下溪流的深度，当作特征长度。

然后一通计算，发现这弗劳德数大于1 ，果然，那水流冲得特别急，溅起好多水花。

在实际的工程应用中，弗劳德数可太重要啦。

比如设计水坝的泄洪道，工程师就得根据弗劳德数来确定泄洪道的形状和尺寸，保证水流能安全、有效地排出去，不会对坝体造成损害。

还有在河道治理的时候，也得考虑弗劳德数，来判断水流的状态，采取合适的措施防止洪水灾害啥的。

总之，弗劳德数虽然只是一个简单的计算公式，但它能帮我们搞清楚很多流体流动的奥秘，让我们在处理和流体相关的问题时更加得心应手。

不管是大自然中的水流，还是人工设计的管道里的流体，弗劳德数都像是一个神奇的小钥匙，能帮我们打开理解它们的大门。

一、填空题1．汽轮机按热力过程特性可分为凝汽式汽轮机、背压式汽轮机、抽汽式汽轮机、抽汽背压式汽轮机等。

2．汽轮机按工作原理可分为、两种。

3．汽轮机的级是由和其后紧邻的构成的工作单元。

4．联轴器一般有、和三种形式。

6．评定调节系统动态特性的指标有稳定性、超调量、过渡时间。

7．汽轮机的调节系统是由DEH控制器、DEH控制系统、油系统、执行机构及保护系统组成。

9．叶片振动的基本振型为和。

10．蒸汽流过喷嘴时，压力降低，速度增加，将蒸汽的热能转换为动能。

11．叶片是由，和三部分组成。

12．单元机组目前采用的控制方式有、、。

14．汽封按其安装位置的不同，可分为、和。

15．DEH调节系统是由DEH控制器、DEH控制系统、油系统、执行机构及保护系统组成。

16．离心式油泵供油系统的主要设备有．主油泵、辅助油泵、主油箱、注油器、冷油器17．工作转速低于一阶临界转速的转子称为。

18．减小汽轮机轴向推力的方法有、、。

19．汽轮机的滑压运行方式分为、和。

20．按主轴与其它部件间的组合方式，轮式转子有、、和四种结构型式。

21．从结构上，现代大型汽轮机的调节方式可分为节流调节和喷嘴调节。

二、单项选择题（20分，每题1分）1．汽轮机超速保护装置的动作转速应为额定转速的（）。

（A）110%～112%（B）112%～114% （C）110%～118% （D）100%～108% 2．蒸汽在汽轮机中的工作过程是（）。

（A）定压吸热（B）定压放热（C）绝热膨胀（D）绝热压缩3．超临界汽轮机的进汽参数为（）MPa。

（A）6～10 （B）12～14 （C）16～18 （D）﹥22.14．汽轮机的绝对内效率是（）。

（A）理想焓降与吸热量之比（B）实际焓降与理想焓降之比（C）实际焓降与吸热量之比（D）理想焓降与实际焓降之比5.在反动级中，下列哪种说法正确（）（A）蒸汽在喷嘴中的理想焓降为零（B）蒸汽在动叶中的理想焓降为零（C）蒸汽在喷嘴与动叶中的理想焓降相等（D）蒸汽在喷嘴中的理想焓降小于动叶中的理想焓降6.蒸汽在喷嘴斜切部分膨胀的条件是（）。

1、汽轮机级内漏汽主要发生在 隔板 与 动叶顶部 。

2、叶轮上开平衡孔可以起到 减小轴向推力 的作用。

3、部分进汽损失包括 鼓风 损失与 斥汽 损失。

4、汽轮机的外部损失主要有 机械损失 与 轴封损失 。

5、湿气损失主要存在于汽轮机的 末级与次末级 。

6、在反动级、冲动级与速度级三种方式中,要使单级汽轮机的焓降大,损失较少,应采用 反动级 。

7、轮周损失包括: 喷嘴损失 、 动叶损失 、 余速损失 。

3.汽轮机的级答:汽轮机的级就是汽轮机中由一列静叶栅与一列动叶栅组成的将蒸汽热能转换成机械能的基本工作单元。

6.临界压比答:汽流达到音速时的压力与滞止压力之比。

7.级的相对内效率答:级的相对内效率就是指级的有效焓降与级的理想能量之比。

9.级的反动度答:动叶的理想比焓降与级的理想比焓降的比值。

表示蒸汽在动叶通道内膨胀程度大小的指标。

10.余速损失答:汽流离开动叶通道时具有一定的速度,且这个速度对应的动能在该级内不能转换为机械功,这种损失为余速损失。

13.部分进汽损失 答:由于部分进汽而带来的能量损失。

14.湿气损失 答:饱与蒸汽汽轮机的各级与普通凝汽式汽轮机的最后几级都工作与湿蒸汽区,从而对干蒸汽的工作造成一种能量损失称为湿气损失。

17.冲动级与反动级的做功原理有何不同？在相等直径与转速的情况下,比较二者的做功能力的大小并说明原因。

答:冲动级做功原理的特点就是:蒸汽只在喷嘴中膨胀,在动叶汽道中不膨胀加速,只改变流动方向,动叶中只有动能向机械能的转化。

反动级做功原理的特点就是:蒸汽在动叶汽道中不仅改变流动方向,而且还进行膨胀加速。

动叶中既有动能向机械能的转化同时有部分热能转化成动能。

在同等直径与转速的情况下,纯冲动级与反动级的最佳速比比值: op x )(1/ op x )(1=(1c u )im /(1c u )re =(1cos 21α)/1cos α=re t h ∆21/im t h ∆re t h ∆／im t h ∆=1/2上式说明反动级的理想焓降比冲动级的小一倍18.分别说明高压级内与低压级内主要包括哪几项损失？答:高压级内:叶高损失、喷嘴损失、动叶损失、余速损失、扇形损失、漏气损失、叶轮摩擦损失等;低压级内:湿气损失、喷嘴损失、动叶损失、余速损失,扇形损失、漏气损失、叶轮摩擦损失很小。

汽轮机第1~6章习题第1章一、选择填空1.下列哪个说法是正确的【C 】A. 喷嘴流量总是随喷嘴出口速度的增大而增大；B. 喷嘴流量不随喷嘴出口速度的增大而增大；C. 喷嘴流量可能随喷嘴出口速度的增大而增大，也可能保持不变；D. 以上说法都不对2.蒸汽在某反动级喷嘴中的滞止理想焓降为30 kJ/kg，则蒸汽在动叶通道中的理想焓降为：【 C 】A.0 kJ/kg；B.15 kJ/kg；C.30 kJ/kg；D. 45 kJ/kg3.关于喷嘴临界流量，在喷嘴出口面积一定的情况下，请判断下列说法哪个正确：（C）A．喷嘴临界流量只与喷嘴初参数有关B．喷嘴临界流量只与喷嘴终参数有关C．喷嘴临界流量与喷嘴压力比有关D. 喷嘴临界流量既与喷嘴初参数有关，也与喷嘴终参数有关4.在各自最佳速比下，轮周效率最高的级是反动级5.喷嘴出口方向α1和圆周速度u相等时，纯冲动级和反动级在最佳速比下能承担的理想比焓降之比为4：16.汽轮机采用部分进气的原因：叶片太短7.如何减少扇形损失：采用扭叶片8.大型汽机低压缸末级反动度>0.59.叶轮上开平衡孔可以减小轴向推力二、名词解释1.级的反动度：（p10）蒸汽在动叶的理想比焓降与级的滞止理想1比焓降之比, Ω=ΔℎbΔℎt2.轮周功：蒸汽带入动叶的汽流动能与蒸汽在动叶中膨胀获得的汽流动能之和，减去蒸汽离开动叶带走的动能3.速比x1：圆周速度u与动叶入口绝对速度之比c1假象速比x a：圆周速度u与级的理想比焓降全发生在喷嘴十四获得的喷嘴出口速度c a之比最佳速比(x)op：最高轮周效率时对应速比最佳假象速比(x a)op：最高轮周效率时对应假象速比4.临界状态：汽流速度等于当地音速的状态5.极限膨胀压力p1d：汽流在斜切部分能达到得最小压力p1d=εnc(sinα1g)2kk+1p006.膨胀不足：喷嘴背压小于极限膨胀压力时，汽流在斜切部分外继续膨胀的现象7.部分进汽度: 装有喷嘴的工作弧长与1/2叶高处的圆周长之比8.彭台门系数：不同进出口压比下蒸汽流量与同一初态下蒸汽临界流量之比三、简答1.汽流在斜切部分膨胀时汽流方向偏转的原因汽流在超音速时膨胀，比容的增加速度比速度的增加速度大，需要更大的通流面积2.纯冲动级的作功能力和反动级的作功能力哪一个更大?为什么？答：①纯冲动级动叶转折角较大，汽流相对速度角角较小，单位蒸汽做功较大，做功能力大；反动级动叶转折角较小，汽流相对速度角角较大，单位蒸汽做功较小，做功能力小②同一初参数、圆周速度u下，纯冲动级最佳速比(x a)op/反动级最佳速比(x a)op=cosα12cosα1=√2Δℎ0√2Δℎt，纯冲, 得到Δℎt，反动=14Δℎt，纯冲故纯冲动级的假象喷嘴出口流速c a更大，级的滞止理想比焓降更大，做功能力更大3.如何提高轮周效率？①提高余速利用系数。

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*0mp*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。

解：取=9Mpa原工况：ε0= p0 /p0m =1，ε1=p1 /p0m=0.7查出：βm =G/G0m=0.94新工况：ε01= p01 /p0m =0.8，ε11=p11 /p0m=0.5查出：βm1 =0.78则：例2：已知：p0 =1MPa ，p01 =0.9MPa，p1 =0.7 MPa，p11 =0.8Mpa，t0 =320℃，t01 =305℃求：流量的变化。

对汽轮机排汽焓计算方法简介与讨论车 洵1， 朱旻昊2，王明家3， 曹祖庆（1南京南瑞继保电气有限公司 南京211163；2.江苏瑞中数据有限公司 南京210003；43.南京华能电厂 南京210038；4.东南大学 南京210018）摘 要 汽轮机的排汽焓是汽轮机组运行中的一个重要经济指标。

因排汽在湿蒸汽区，其焓值不易简单测算，故现有很多方法提出，用以计算排汽焓法，各有特点。

现对这些方法简单介绍，说明其特点,并讨论应用中存在的问题。

关键词 汽轮机； 排汽焓； 湿蒸汽区Synopasis and Discussion About Calculation Methods of Steam Turbin e’sExhaust EnthalpyCh e Xun 1 Z h u Minhao 2 Wang Mingjia Cao Zuqing 1 NR Electric Co Ltd 2 Chain Realtime Detabase Co Ltd Sgepri443 Nanjing Huan eng Power Plant4 Southeast UniversityAbstract: Exhaust enthalpy of steam turbine is an important economic indexin operation. But it is located in wet steam region, so its value cannotbe measured directly. There are many papers are published that discussedthe calculation method. The characteristic and problem are discussed.Key words: steam turbine 、exhaust steam 、 enthalpy一、 前 言关于讨论排汽焓的汽轮机组，不言而喻的都是凝汽式机组，否则排汽焓很易于测定，不需要专门讨论。