汽轮机原理第四章

4.1 凝汽系统的作用、原理与组成
冷却介质可用水或空气。目前、电力汽轮机的凝汽设备主要用表 面式。在北方严重缺水地区，采用空气冷却，但大多数采用水冷。 表面式凝汽器分为进口冲击区、主凝区和空气冷却区。冷却水分 为单流程和双流程。冷却水的流程为进口水室、冷凝管、转向水室、 出口水室。 单压凝汽器，多压凝汽器 循环水系统 循环水系统是由循环水泵、水源、管道等组成，由 循环水泵泵送冷却水，来输运蒸汽释放的汽化潜热。根据循环水源 的不同，分为开式循环和闭式循环两种。 开式循环 对以江、河、湖、海为水源的循环水系统，循环水泵 抽取冷却水，在凝汽器中吸收蒸汽释放的汽化潜热后，排放到江、 河、湖、海中。这样的系统称为开式循环。
管外凝结 影响管外凝结的主要因素是不凝结气体、管束排列和 管表面特性。 不凝结气体在管表面附近聚积，形成气膜，相当于增加了气膜导 热层，凝结放热系数减小。管外表面不凝结气体聚积，在总压一定 时，使蒸汽分压力下降，导致凝结水过冷。
4.2 凝汽器的压力及其影响因素
管束排列不合理，上层凝水滴落在下层管束上产生冲击，水滴飞 飞溅破坏流场分布，增大汽流流动阻力，致使凝结水的温度低于凝 汽器入口处压力所对应的蒸汽饱和温度，即造成凝结水过冷加剧。 管壁导热 管壁导热热阻增大，使总体传热系数减小，引起端差 增大。管材采用导热性能优良的铜，对耐腐蚀有较高要求时可选用 钛管或不锈钢管 管外结垢 管外结垢使导热热阻增大，总体传热系数减小，端差 增大。管外垢主要是物理垢(如矿物垢，污垢)和生物垢。运行中采 用胶球清洗和添加抗生物药剂。 管外对流换热 尽管影响对流换热的因素很多，但对结构确定的 传热管，主要因素是流速和冷却水温度。增大流速可以增大对流传 热，但增大流速是以增大循环水泵功耗为代价。另外，可以采用强 化传热措施，着力加强扰动，破坏或减薄附面层。

一次调频：当外界负荷变化引起电网频率变动时，各机组 的调速系统将根据各自的静态特性，自动增、减负荷，以 维持电网的周波。这一过程称为一次调频。
如果电网频率与额定频率的偏离量为 n ，那么由调节 系统静态特性曲线和速度变动率的定义可由求得机组功率 改变的相对量为： P n 1 功率分配 （4-4） P n0 0 速度变动率愈大，单位转速变化所引起的功率变化就愈小。 带尖峰负荷机组，速度变动率应取小些，对带基本负荷的 机组，速度变动率则应取大些。 速度变动率范围：3% 6% (1.10 ~ 1.12)n0 保护装置动作转速： 由式(4-4)定义的速度变动率称为总体速度变动率，而 将下式定义的速度变动率称为局部速度变动率：
三、油动机
我国电站调节系统中主要采用断流式双侧进油或单 侧进油两种型式油动机。
优点：体积小，提升力大 双侧进油断流式 缺点：一旦压力油失去无法调节 单侧进油式 优点：失去压力油时能关闭汽门 缺点：提升力小，体积大
图4-28 油动机原理方框图
对油动机的性能评价，在静态方面是提升力系数，在 动态方面是时间常数。 1、最大提升力和提升力系数 产生开启汽门的最大提升力：
（2）并列运行时，同步器可改变汽轮机功率，并可在各 机组间进行负荷重新分配，保持电网频率基本不变，这个 过程称为二次调频。 通过平移转速感受特性线的同步器为第一类同步器； 平移中间传递放大特性线来实现的同步器，称为第二类同 步器。
图4-14 同步器平移静态特性曲线
（a）第一类同步器 （b）第二类同步器
图4-32 单座阀升程流量特性
3.阀门的重叠度 在喷管调节配汽中，如 果在前一调节阀门完全开 启，后续调节汽阀才开启， 这样就会形成图4-33点滑 线所示的波折形行程—流 量曲线，反映在调节系统 图4-33调节汽阀的重叠度 静 态 特 性 线 上 ， 速 度变动率同样是波折形曲线，不符合调节系统设计要求， 因此在前一调节汽阀尚未完全开启，后续调节汽阀必须提 前开启，以补偿前一调节汽阀的非线性特性，得到图中实 线所示的光滑曲线。汽阀的这种开启方式称为重叠度。重 叠度的选择要经过方案比较，过大的重叠度也会破坏升程 流量特性的线性度，是局部速度变动率过小，引起负荷晃 动。

6
图5 短喉部射水抽气器结构 示意图
1工作水室2喷嘴3混合物4扩压 管5逆止阀6排水管
1 2
7
a d
6 5
3 4
b c
图8 水环式真空泵结构原理 1吃气管2泵壳3空腔4水环
5叶轮6叶片7吸汽管
a) 开设一条中央通道，以保证有一部分排汽直 接通向热井加热凝结水（称回热式凝汽器）
b) 凝结水集水箱位置应远离空气冷却区
3. 传热端差 t
定义式：
t ts tw2
tw2——冷却水出口温度
减小方法：
a) 采用传热效果好的铜管 b) 运行中要把空气及时抽出 c) 定时清洗铜管，防止结垢
4. 抽气器工作不正常 5. 凝汽器冷却水管结垢 6. 闭式循环冷却设备异常
抽气器
一、抽气器的任务： a) 启动时使凝汽器迅速建立真空 b) 正常运行时不断抽出空气，维持高度真空
二、抽气器的分类：
机械式 喷射式
射汽式 射水式
单级：启动抽气器 双级：主抽气器
1
2

···
··· 5
3
4
四、表面式凝汽器汽流形式 汽流向下；汽流向上；汽流向心；汽流向侧
五、凝汽器管束的布置方式
六、凝汽器管束在管板上的布置方式
七、凝汽器管束在管板上的固定方式
八、凝汽器的中间隔板
凝汽器内压力的确定
凝汽器压力与蒸汽饱和温度是一一对应关系
pc ts
ts tw1 tw t
一、冷却水进口水温 tw1 ：
a) 凝汽器铜管水侧结垢 b) 凝汽器铜管汽侧结垢 c) 汽侧漏空气
凝汽器真空下降
一、真空下降表征 ： 排汽温度升高、真空表指示降低、 凝汽器传热端差增大、在调门开度 不变时汽机负荷降低

轮和气缸）的高温强度和使用寿命问题。 一是不断研制新的耐高温的合金材料； 一是采用冷却透平热端高温部件。 着重研究叶轮和叶片的冷却问题： 工作叶轮的应力最大； 叶片承受的温度最高。 叶片冷却效果显著、费用低，称为突破性进展！
一、先进的透平材料和涂层
图4-26透平叶片材料发展趋势
图4-27先进涂层及其降温效应
二、叶片的冷却技术
两类冷却方式： 叶根冷却
一类把冷却空气吹向叶片外表进行冷却； 叶片冷却 一类把冷却空气通入叶片内部的专门流道进行冷却。
非常复杂：
叶片整个浸浴在高温燃气中，无法实现外部冷却； 叶片本身尺寸小，形状也较复杂，内部冷却复杂。
采用空气冷却叶片——从压气机引来一定量的空气，使 其流过叶片内部的冷却通道后，排入主燃气流中。
措施：在冷却空气入口处加装滤网；自压气机内径处引来冷 却空气；在动叶顶开清除孔 。
三、透平叶片的闭环蒸汽冷却
从外部引来蒸汽，对透平的静叶和动叶片冷却后再 引至外部，即蒸汽与燃气隔开而不流入燃气中.
优点：
①消除了冷却空气掺入导致的燃气温度降低； ②无冷却空气掺混引起的扰动，消除扰动损失； ③不需要从压气机中引气，减少了抽气损失。
i > 12~15°
用特性曲线定量估算这种影响。
二、透平特性线的表示方法
通常采用相似参数来绘制
以相似参数为坐标绘制的特性线为通用特性， 不受具体参数变化的影响。
qT T3* p3*
n T3*
T

p3* p4*
T
PT T3*
流量相似参数 转速相似参数
Macz
MauBiblioteka 流动相似=几何相似+运动相似+动力相似