《汽轮机》一、喷嘴变工况

* Gcr1 p01 * Gcr p0
二、缩放喷管的变工况 设计背压p1：保持蒸汽在斜切部分不膨胀 的最低背压。 特征背压p1a：喷嘴喉部保持临界状态的 最高背压。 极限背压p1d：在斜切部分膨胀达到极限 时对应的压力。
膨胀度
图3-5 速度系数随压力比的变化曲线
第二节
级与级组的变工况
亚临界工况下，按弗留格尔公式计算。末级p0
沿双曲线变化。
倒数第三级之前的各级pg1＜＜p01 ，pz ＜＜p0
2 p01 p z21 T0 G1 G p02 p z2 T01
=
p z1 2 p 1 ( ) p01 T0 p z 2 T01 2 p0 1 ( ) p0
1 m1 1 m

前提条件： 亚临界工况下比容变化较小；
近似计算中，对上式近似假定： (1)工况变动时，反动级的反动度基本不变，冲
动级的速比变化不大时，反动度的变化较小， (2)亚临界级的较大
m m1 m 0 p2
p0
p 较大， 0 p2 较小，
忽略大根号内分子、分母的第二项。
四、压力与流量关系式的应用
1. 应用条件
1) 通汽面积不变；
若因结垢或腐蚀等使变工况下通汽面积有了改 变，应进行修正。即：
Gc1 p 01 Gc p0 T0 T01
G1 G
2 2 p01 p g1 2 2 p0 p g
T0 T01
A1 a A
——面积变化之比。
对于调节级，只有当第一调节汽门开大或关小
§3.1 喷嘴的变工况特性 分析：喷嘴前后参数与流量之间的变化关系 激波：缩放喷嘴背压逐渐高于设计值时，将先 再喷嘴出口处，后在喷嘴段渐放段内产生冲波，超 音速汽流经过冲波，流速大大降低，损失很大，

（１）两种工况下，通过喷嘴的流量均为临 界流量
* * Gcr1 0.648 An p01 01 * * Gcr 0.648 An p0 0
式中，下标“1”为工况变动后的参数（以下 均同）。
若把蒸汽当成理想气体，利用其状态方程 P/ρ=RT，则上式可写成
Gcr1 Gcr
* * p01 01 * * p0 0 p01 T0 p0 T01
在作级的变工况估算时，通常略去动 叶顶部的间隙漏汽，这样两工况下的流量 Gcr、Gcr1又可用喷嘴的汽流参数表示，即 有
Gcr 2k 1 * k k n p0 ( ) n n * An k 1 RT0 Gcr1 2k 1 * n p01 ( * An k 1 RT01
（二）设计工况和变动工况下，级 均为亚临界状态
在此条件下，汽轮机任意一级喷嘴出口 截面的连续方程式为 G=μnAnCıtρıt 或
G [ n An 2t
1t 2ht ] 1 m 2t
方括号内的部分表示级的反动度等于零 （P1=P2）时，通过该喷嘴的流量，用G‘表 示，G’流量也可以表示为（假定初速度为零）
（二）级组前、后压力与流量的关系
第一节 喷嘴的变工况
一、渐缩喷嘴压力与流量的关系
研究喷嘴变工况，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。
（一）喷嘴初压P0*不变而背压P1变 化时
（1）当Pı>Pсr（εn>εcr）时，随着背压Pı的减 小，如图3－1所示，流量G沿CB线逐渐增加， 可按下式计算：
2 k n1 k 1 k n1
2
k 1
)
p1 n * p0

（3）过负荷时，通过旁通阀部分的蒸汽有
节流损失，旁通阀不能全开，效率有所降低；
（4）当开旁通阀时，旁通室压力升高，旁
通级焓降减小，速度比增大，功率减小，效率 降低。
3、旁通调节汽轮机的变 工况曲线压力与流量的关系。
OA为调节阀后（第一级前）
的压力随流量的变化情况。 全开时，流量为 G 0 ，压力
分进汽的，带有部分进汽损失且调节级的余速不
能被利用（调节级后为汽室，蒸汽速度为０），
因此在额定功率下，喷嘴配汽汽轮机的效率比节
流配汽稍低。
主要缺点：定压运行时，调节级和各高压级在
变工况下温度变化大，热应力较大，负荷适应
性差；
应用：定压运行、滑压运行——承担基本负荷、
调峰 定压运行的背压式和调节抽汽式汽轮机宜 采用喷嘴配汽，减少节流损失。
一、节流配汽
1、节流调节：这种调节方式就是用一个或几
个调节阀对进入汽轮机的全部进汽量 D 0 进行调
节，然后流向第一级喷嘴。 进入汽轮机的全部进汽量都受到节流作用。 当机组功率变化时，流量和焓降都要变化。
2、节流调节的热力过程曲线
特点：各级通流面积不变，变工况时各 级级前压力与流量成正比，δht几乎不变，

ht

G G G
i

G G
i

G , G , G
—分别为第一、二、三阀的流量；G——
总流量；
hi

、h i 、 —分别为两全开阀调节级有效焓降、
i
焓值、内效率；
h
i
、 h 、 i
i

—分别为部分开启阀调节级有效焓降、
Dx
h0

第三章 汽轮机变工况习题答案 1．什么是设计工况、经济工况和变工况？汽轮机在设计条件下的工况称设计工况；对应于汽轮机效率最高的工况称汽轮机的经济工况；与设计条件不相符合的汽轮机工况称汽轮机的变工况。

2．当背压变化时，在渐缩斜切喷嘴和缩放斜切喷嘴中将分别出现哪些现象？汽轮机为什么应尽量采用渐缩斜切喷嘴？ 对于渐缩喷嘴：（1）当，即压力比*01p p =n ε=l 时，喷嘴中无压力降，蒸汽不流动，其流量为零。

（2）当＞＞，即1＞*0p 1p cr p n ε＞cr ε时，此时蒸汽在喷嘴中膨胀加速，压力逐渐下降，至最小截面处压力为，斜切部分只起导向作用，蒸汽在其内不发生膨胀，通过喷嘴的蒸汽流量随着压力或1p 1p n ε的下降而大致按椭圆规律增加。

（3）当=，即压力比1p cr p n ε=cr ε时，此时最小截面处刚好达到临界状态，斜切部分仍无膨胀，流量则增至最大值。

（4）当＜，即cr G 1p cr p n ε＜cr ε时，此时蒸汽在最小截面上仍为临界状态，而蒸汽在斜切段内发生膨胀、至出口压力；若继续下降，直至达到极限压力，压力比1p 1p 1p d p 1n ε=d 1ε，则蒸汽在斜切段内的膨胀已达极限。

若继续下降，使＜即1p 1p d p 1n ε＜d 1ε，则蒸汽由至的膨胀将在喷嘴外进行，这部分是紊乱膨胀。

不能用来提高汽流速度，故是附加损失，此种现象通常称为膨胀不足现象。

d p 11p 对于缩放喷嘴：（1）当背压＜，即11p 1p 1n ε＜n ε时，蒸汽在喷嘴内只膨胀到设计压力，自从到的膨胀须在斜切部分内完成。

蒸汽在斜切部分膨胀将发生偏转。

（2）当=(为喷嘴斜切部分膨胀的极限压力)，即1p 1p 11p 11p d p 1d p 11n ε=d 1ε时，此时喷嘴斜切部分的膨胀能力得到了完全的发挥，汽流在喷嘴出口的偏转角达最大值。

（3）当＜，即11p d p 11n ε＜d 1ε时，蒸汽在斜切部分膨胀所能达到的最低压力只能为极限压力、自至的降落将在斜切段外进行，这部分在斜切段外的突然膨胀不能增加汽流的动能，因此是一种能量损失，此种现象称膨胀不足现象。