3.3汽轮机的调节方式及调节级变工况

3.喷嘴调节的特点：
（1）喷嘴调节的结构较复杂、制造成本高；
（2）工况变动时，调节级汽室温度变化大，
从而增加了由温度变化而引起的热变形与热应力，
限制了机组的运行可靠性和机动性；
（3）在部分负荷下的效率高于节流调节。 喷嘴调节的应用：大容量机组和背压机组
四、配汽方式对定压运行机组变工况的影响：
在不同负荷下，调节级的比焓降是变化的，
节阀进入旁通级的流量，过程线为
01 线 ， 终 焓 为 h 1 ， 有 效 焓 降 为
h i 1 h 0 h1
；D x 为通过旁通 ，
阀进入旁通室的流量，压力为 终焓为 px 为
hx 。
h0 ，而混合后的焓值
hx
D 1 h1 D x h 0 D1 D x

D 1 ( h 0 h i1 ) D x h 0 D
调节级的变工况 先假定：（1）调节级的反动 度 0 ， p 11 p 21 ； 各阀无重叠度。
m
调节级的热力过程曲线
在一工况下，第一、二阀全
开 p 0 p 0 ，阀后压力为 p 0 ' ；
第三阀部分开启，阀后压力
' 为 p 0 p "0 p 0
(因有节流)
• 两全开阀的调节级热力过程曲线如0’2’，理想焓
焓值、内效率。
为了求得调节级在变工况下的内效率，必须
先确定各调节阀的流量、阀后压力、调节级后汽
室压力。 2、调节级后汽室压力
P2
的确定：
对于凝汽式汽轮机来说，调节级后汽室压力 就是第一压力级级前压力，可用弗留格尔公式求
得：
p 21 p2 G1 G
3、通过调节级任意一喷嘴组的流量：
G i 0 . 648 A ni 1 p0i 0i 0 . 648 A ni 1 p 0 i p0 0
二、喷嘴调节
全开自动主汽门
第一级为调节级，调节级分为几个喷嘴组(3～ 6)，一个调节汽门控制一个喷嘴组。
当汽轮机负荷变化时，汽流先经过全开的自动
主汽门，依次开启和关闭调节阀以调节汽轮机的
进汽量。
在部分负荷下，只有一个调节阀部分开启，其 它全开阀门节流减到最小,效率较高。
喷嘴调节的特点： 优点：定压运行时，喷嘴配汽比节流配汽节 流损失小，效率较高。 缺点：喷嘴组间存在间壁，使调节级总是部
降
ht ht ht

，有效焓降
hi hi

，终焓为

；
h2
'
• 部分开启阀的调节级热力
过 程 曲 线 如 0”2” ， 理 想 焓
降
ht

，有效焓降为 。
P2
hi

，
h2
''
终焓为 h 2''
• 调节级后压力为 合后的焓值为 h 2 .
，混
调节级的内效率和流量计算： 根据热力过程曲线，有热平衡：
'' mac t '' mac t
''
i th
'
式中， i' ——通流部分的相对内效率；
th
——调节阀的节流效率，其大小
与通流部分结构无关，它是蒸汽初终参数和流量 的函数。
节流效率曲线
同一背压下，流 量比设计值小得 越多，调节汽门 中的节流越大， 节流效率越低。 同一流量下，背 压越高，节流效 率越低，
' 0
变，而 p 2 上升，所以焓降逐渐减少。
•最危险的工况不是在汽轮机的最大负荷。而是第
一调节汽门全开，其它调节汽门全闭时，第一喷
嘴组的流量最大，动叶受力最大，危险工况。
综上所述，调节级焓降是随汽轮机流量的变化而 改变的。流量增加时，部分开启阀门所控制的喷 嘴组焓降增大，全开阀门所控制的喷嘴组焓降减 小。 在第一调节阀全开而第二调节阀尚未开启时，① 调节级焓降达最大值；②级前后的压差最大，③ 流过该喷嘴的流量亦最大；④级的部分进汽度则 最小，致使调节级叶片处于最大的应力状态。 所以当进行调节级强度核算时，最危险工况不是 汽轮机的最大负荷，而是第一调节阀刚全开时的 运行工况。
' 0
(3)四个调节汽门依次开启，没有重叠度；
(4)凡全开调节汽门后的喷嘴组前压力均为 p
变。
不
调节阀后即各喷嘴组前的压力p01 、p02是变 动的，其值取决于各调节阀的开度大小，喷嘴
后压力p1各喷嘴都相同。 各调节阀全开时所能通过的最大流量，彼
此不一定相等，最后一个开启的调节阀通常在 超负荷时投入。
Dx
h0
D1 D
h i1
注意：（1）
不能太小，因旁通阀开
启后，压力 p x 升高，温度 t 升高。为了 x 冷却旁通级，必需有一定流量通过旁通级组， 以带走热量；
（2）旁通调节不能独立使用，只 能联合使用。
5、内旁通
这种调节方式和喷嘴调节联合使用。
需要过负荷时，打开内旁通阀，使调节级
后的蒸汽进入某中间作功。
§3.3
配汽方式及其 对定压运行机组变工况的影响
汽轮机的内功率为 Pi D 0 h t i B D 0 当初参数不变或变化不大时，汽轮机的内
功率就取决于进汽量 对进汽量
D0
的大小。
因此，对汽轮机的功率进行调节，主要是
D0
进行调节。
常用的配汽方式有：节流配汽、喷嘴配汽、 旁通配汽、变压配汽。
4，第四阀开启过程：L4=0~1.0时，
G1 G 1
，过负荷，亚临界流动。
•调节级的焓降是随工况变动而变化的，
•当流量增加时，调节级的焓降先增大而后减
少。
•在第一个调节阀全开而第二个调节阀未开时，
达到最小，而级前温度上升到最高值，调节级 ' p
0
p 21
焓降达到最大值。
•而后随着流量的增加，由于级前压力 p 基本不

2.调节级的实际压力与流量的关系
1)实际上调节级后温度随流量变化而变化。
阀点：调节汽门依次全开时节流损失比较小的
工况点。由于节流损失小，在这些工况点后的作
功较多，故调节后的焓和温度均处于较低点。 2)实际上调节级有反动度
3)调节汽门均有重叠度
4)实际上流量不断增大时，自动主汽门、
调节汽门和导管处的节流损失增大，从而使
其中，
1
——流量比； ——喷嘴组截面积； ——主汽阀前参数；
A ni
p 0 、 0
p 0 i 、 0 i ——该喷嘴组前参数。
上式改写成：
Gi
0 . 648 A ni 1 p0 p1
p1 i Ai p1
0
p0i
式中， A i —系数
A ni
Ai
0 . 648 A n i p0



G G h0 G
G h i h i G
1、调节级的内效率：
i
hi ht h0 h2 ht G G h i G

ht

G h i G
点n之后，p 2 <
，流量为临界。
（4）通过喷嘴组的流量：如ILMN所示。
3、第三阀开启过程：
（1）阀后（喷嘴组前）压力：p 0
5-7”所示； （2）临界压力为： 级从 ’H’ 点后
p， 2Fra Baidu bibliotek

，如 “4线，（整个 ；
’d-e-g’
p> c

）；
p cr
（3）喷嘴组后的压力： p 2 >
（4）亚临界流动。
全开调节汽门后的压力 p
' 01
略低于 p
' 0
调节级的效率曲线：
在前面的讨论中，就可以求得
任意流量下通过各阀的流量、 阀后压力、级后压力、各组喷
嘴的焓降。这样就可以求得整
个调节级的效率。如图3—28 所示的效率曲线 0-a-b-c-d， 曲线呈波折状。原因在于各阀 在开启过程中有节流存在。

从图中可见，调节级效率曲线具有明显的波折状。 这是因为阀全开时，节流损失小，效率较高。在其 它工况下，通过部分开启阀的汽流受到较大的节流， 使效率下降。
1、第一阀开启过程： （1）阀后压力
p0

当开度L1=0～1时，
pc c p0

如曲线0137所示；
（2）喷嘴组1的临界压力
，曲线0ag；
（3）喷嘴组1后的压力 p 1
，曲线“0-2”；
（4）通过喷嘴组1的流量为临界流量，如OI所示，其 后IJK为二三四调节汽门开启时，流量的变化。
为
p0
'
；
，压力
OB为旁通室的压力变化情 况。当流量为 为 p x0 ；
G0
过负荷时，流量增加，压
力
px
升高
。
图b为流量的变化曲线： 当流量从0G0
时，
流量为oa，在 G 0 时达a；
过负荷时，旁通级流
量呈双曲线减少。
4、旁通调节的热力过程曲线
当旁通阀投入后，其热力过程
曲线如图所示：其中，D 1 为通过调
( G G ) h G h ( G G G ) h 2 Gh 2
' 2 " 2
混合后的焓值
h2 ( G G ) h 2 G h 2
' "

1 G
G
( G

G )( h 0 h i ) G ( h 0 h i )
2、第二阀开启过程： 因为喷嘴相通。
当开度L2=0～1.0时，
p0

（1）阀后（喷嘴组前）压力
（2）阀2的临界压力： p （3）喷嘴组2 后的压力 其中，点r之前， p 2 >
c
如“2-m-3-7”，
如 b-r-c-g 所示；
p 1 ： 如2-r-4所示；
p cr p cr
,流量为亚临界，
；
0
—喷嘴组截面积；
1
p1 p0i
i —系数， i
。
上式对于全开阀、部分开启阀都适用：
三、调节级压力与流量的关系：
1.简化的调节级压力与流量的关系
以凝汽式汽轮机中具有四组渐缩喷嘴的单列动叶 调节级为例 简化假设： (1)调节级后的压力p2∝G
(2) 设 m
0 , 则 p 11 p 21
（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
Ω、x1 、ηi 基本不变（凝汽式汽轮机），
但整机效率降低。
缺点：低负荷节流损失大，理想焓降减
小很多。
3、节流调节的效率
蒸汽经节流之后，蒸汽焓值不变，压力降
低（ p 0 降到
i
p0
mac i mac
''
），节流后的内效率为：
h

''
ht

h h
mac i mac t
h h
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、
优点：无调节级，结构简单，成本低；流量 变化时，各级温度变化小，负荷适应性较好； 应用： 滑压运行——承担基本负荷，还可用于调峰；
定压运行——承担基本负荷。
★旁通调节
1、旁通调节有外旁通调节和内旁通调节
外旁通调节
内旁通调节
2、旁通调节的工作原理：
（1）当经济功率时，调节阀2全开，旁通
阀3、4关闭。相当于节流调节； （2）当过负荷时，调节阀2全开，旁通阀 部分开启。由于后几级有较大的通流面积，可 以多进汽、多作功；
调节级的排汽温度也是变化的。 节流——喷嘴混合配汽。 实际上，喷嘴配汽的高压缸排汽温度较低， 再热后蒸汽温度也略低，使低压缸湿汽损失增大， 效率降低。 图3.3.8
(a)喷嘴配汽热力过程线，
节流配汽热力过程线
图3-三种配汽方式 下高压缸的热力过程线 ABC-喷嘴配汽设计 工况， A1B3C3-节流-喷嘴 混合配汽的40％设计功 率工况； AB4C4-喷嘴配汽的 40％设计功率工况， AD-节流配汽设计 工况， A2D2-节流配汽的40 ％设计功率工况