5汽轮机变工况特性1

汽轮机设备运行（中级工）章节练习及答案第一篇汽轮机运行第一章汽轮机的工作原理一、名词解释1、冲动力答：由力学可知，当一运动物体在碰到另一物体时，就会受到阻碍而改变其速度和方向，同时给阻碍它运动的物体一作用力，通常称这个作用力为冲动力。

2、轮周功率答：周向力F u在动叶片上每秒钟所作的功，它等于周向力F u与圆周速度之积。

P u＝F uｕ3、汽耗率答：汽轮发电机每发1kw.h电所消耗的蒸汽量，称为汽耗率d，单位为kg／（kw.h）。

4、最佳速比答：圆周速度u与出口汽流速度c1之比称作速比，用符号x1表示。

人们把轮周效率最高的速比称作最佳速比（x1）op。

x1＝u／c1。

二、填空题1、汽轮机是一种以具有一定温度和压力的水蒸汽为工质，将热能转换为机械能的回转式原动机。

2、反动力是由原来静止或运动速度较小的物体，在离开或通过另一物体时，骤然获得一个较大的速度增加而产生的。

3、汽轮机按工作原理可分为冲动式汽轮机、反动式汽轮机和冲动反动联合式汽轮机。

4、型号“N300-16.7／537／537-3型”中，N表示凝汽式，额定功率为300M ，主蒸汽压力为16.7mpa，主、再热蒸汽温度为537℃，3表示第三次改型设计。

5、对于具有反动度的冲动式叶片，不仅受蒸汽的冲动力作用，而且受蒸汽的在动叶片内膨胀加速所产生的反动力作用。

6、多级汽轮机由若干个级，按压力高低顺序依次排列组成。

7、蒸汽作用在动叶片的轴向力，由叶片反动度引起叶片前后产生压力差产生的轴向力和蒸汽对动叶片作用力轴向分力两部分组成。

8、汽轮机损失分为外部损失和内部损失两种。

9、汽轮机级内损失包括叶高损失、扇形损失、叶栅损失、余速损失、叶轮摩擦损失、撞击损失、部分进汽损失湿汽损失及漏汽损失。

10、汽轮机的外部损失包括机械损失和外部漏汽损失两种。

11、汽轮机变工况时，如果级的焓降增加，则反动度减少。

12、供热式汽轮机有背压式和调整抽汽凝汽式汽轮机两类。

13、汽轮发电机组每小时所耗用的蒸汽量叫汽耗量。

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cn A Af =，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。

汽轮机原理思考题11．汽轮机有那些⽤途，我国的汽轮机是如何进⾏分类的，其型号和型式如何表⽰？汽轮机的⽤途：把蒸汽的热能转化为机械能⽤于发电；除此之外，还⽤于⼤型舰船的动⼒装备，并⼴泛作为⼯业动⼒源，⽤于驱动⿎风机、泵、压缩机等设备。

汽轮机的分类：A、按做功原理分类：冲动式汽轮机、反动式汽轮机。

B、按热⼒过程特性分类：凝汽式汽轮机、背压式汽轮机、调整抽汽式汽轮机、中间再热式汽轮机。

C、按蒸汽压⼒分类：低压汽轮机，新汽压⼒1.2～2MPa中压汽轮机，新汽压⼒2.1～4.0MPa⾼压汽轮机，新汽压⼒8.1～12.5MPa超⾼压汽轮机，新汽压⼒12.6～15.0MPa亚临界压⼒汽轮机，新汽压⼒15.1～22.5MPa超临界压⼒汽轮机，新汽压⼒⼤于22.1MPa超超临界压⼒汽轮机，新汽压⼒27MPa以上或蒸汽温度超过600/620℃汽轮机的型号表⽰：我国制造的汽轮机的型号有三部分。

第⼀部分：由汉语拼⾳表⽰汽轮机的形式（如表⼀），由数字表⽰汽轮机的容量（MW）；第⼆部分：⽤⼏组由斜线分隔的数字分别表⽰新蒸汽参数、再热蒸汽参数、供热蒸汽参数等；第三部分：⼚家设计序号。

2．汽轮机课程研究的主要内容有那些，如何从科学研究及⼯程应⽤的不同⾓度学习该课程？研究内容：（1）绪论：本课程的主要内容及在⽣产实践中的应⽤；国内外汽轮机的展及应⽤；汽轮机的型式、分类及型号；汽轮机装置及现代⼤型单元制机组的概念；本课程的学习要求及学习⽅法。

（2）汽轮机级的⼯作原理：⼀元流动的⼏个主要⽅程及应⽤；蒸汽在喷嘴及动叶中的流动、速度三⾓形及计算；级的轮周功率和轮周效率；级内损失和级的相对内效率；级的热⼒设计原理。

(3）多级汽轮机：多级汽轮机的⼯作过程及其特点；进、排汽机构的流动阻⼒损失；汽轮机及其装置的经济性评价指标；轴封及其系统；轴向推⼒及平衡；汽轮机的极限功率及其影响因素。

(4）汽轮机变⼯况特性：喷嘴变⼯况时流量与压⼒的关系；级与级组的变⼯况特性；配汽⽅式对汽轮机变⼯况运⾏经济性和安全性的影响；滑压运⾏经(5）汽轮机的凝汽设备：凝汽设备的⼯作原理及任务；凝汽器的真空与传热；凝汽器的结构布置；抽⽓器；凝汽器变⼯况。

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。

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01001010000011T T P P T T P P G G c == （3.2.1） 若不考虑温度变化，则00100011p pp 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1111111101010111T T P P T T p p G G c c == （3.2.3） 若不考虑温度变化，则11101111p pp 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01010010000011T 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00100011p pp 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。

汽轮机课后思考题与答案汽轮机思考题1汽轮机有那些⽤途，我国的汽轮机是如何进⾏分类的，其型号和型式如何表⽰？答：汽轮机除了发电，还被⽤作⼤型舰船动⼒设备，并⼴泛作为⼯业动⼒源，⽤于驱动⿎风机、泵、压缩机等设备。

按做功原理分：冲动式汽轮机、反动式汽轮机。

按热⼒过程特性分：凝汽式汽轮机、背压式汽轮机、调整抽汽式汽轮机、中间再热式汽轮机。

按蒸汽压⼒分：低压汽轮机、中压汽轮机、⾼压汽轮机、超⾼压汽轮机、亚临界压⼒汽轮机、超临界压⼒汽轮机、超超临界压⼒汽轮机。

另外，按⽓缸数可以分为单缸汽轮机和多缸汽轮机；按机组转轴数可以分为单轴汽轮机和双轴汽轮机；按⼯作状况可以分为固定式汽轮机和移动式汽轮机等。

我国制造的汽轮机的型号⼤多包含三部分信息。

第⼀部分信息由汉语拼⾳字母表⽰汽轮机的形式，由数字表⽰汽轮机的容量，即额定功率（MW）；第⼆部分信息⽤⼏组由斜线分割的数字分别表⽰新蒸汽参数、再热蒸汽参数、供热蒸汽参数等。

第三部分为⼚家设计序号。

型式表⽰为：热⼒过程特性+做功⽅式+⼏缸⼏排⽓+蒸汽压⼒。

1.汽轮机课程研究的主要内容有那些，如何从科学研究及⼯程应⽤的不同⾓度学习该课程？答：该课程研究主要内容有：汽轮机级内能量转换过程、汽轮机的变⼯况特性等、汽轮机零件强度与振动、⾃动调节基本理论等。

从科学研究⽅⾯，我们需要细致的了解汽轮机做功原理及每个零部件的运动受⼒情况，从⼯程应⽤⽅⾯学习，我们则侧重于汽轮机的安全运⾏过程。

2.研究汽轮机原理要⽤到那些基本假设与基本⽅程，要⽤到那些经验及试验修正？答：基本假设：①流动是稳定的；②绝热；③理想⽓体；④⼀元流。

基本⽅程：①连续⽅程；②状态⽅程；③能量平衡⽅程。

修正系数：速度系数?、动叶速度系数ψ3. 简述汽轮机级的组成及⼯作过程。

答：级是由⼀列环排的静叶栅和动叶栅所组成的做功单元。

当蒸汽通过汽轮机级时，⾸先在喷嘴叶栅中将热能转变成动能，然后在动叶栅中将剩余的热能及动能转变成机械能，使得叶轮和轴转动，从⽽实现汽轮机的利⽤蒸汽做功的任务。