1、第三章第三章 透平變工況特性透平變工況特性 設(shè)計(jì)工況設(shè)計(jì)工況：經(jīng)濟(jì)工況經(jīng)濟(jì)工況： 汽輪機(jī)在設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行時(shí)，汽輪機(jī)在設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行時(shí)， 通常具有最高的效率，通常具有最高的效率， 設(shè)計(jì)工況也稱為經(jīng)濟(jì)工況。設(shè)計(jì)工況也稱為經(jīng)濟(jì)工況。 變工況變工況：外界負(fù)荷外界負(fù)荷 凝汽器凝汽器 鍋鍋爐爐供供汽汽 圖圖5.1 汽輪機(jī)裝置示意圖汽輪機(jī)裝置示意圖凡是與設(shè)計(jì)工況不同的其它凡是與設(shè)計(jì)工況不同的其它運(yùn)行工況（非設(shè)計(jì)工況），運(yùn)行工況（非設(shè)計(jì)工況），統(tǒng)稱為變工況。統(tǒng)稱為變工況。 對應(yīng)于設(shè)計(jì)參數(shù)的運(yùn)行工況稱為設(shè)計(jì)工況。對應(yīng)于設(shè)計(jì)參數(shù)的運(yùn)行工況稱為設(shè)計(jì)工況。 汽輪機(jī)的功率汽輪機(jī)的功率: : nMMGHNese21 1）

2、汽輪機(jī)內(nèi)特性：）汽輪機(jī)內(nèi)特性： eseGHN2 2）汽輪機(jī)外特性：）汽輪機(jī)外特性： nMNe2 研究透平變工況的研究透平變工況的目的目的1 1）分析、了解汽輪機(jī)在不同工況下）分析、了解汽輪機(jī)在不同工況下: : 熱力參數(shù)、氣動(dòng)參數(shù)的變化規(guī)律、熱力參數(shù)、氣動(dòng)參數(shù)的變化規(guī)律、 各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)變化情況、各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)變化情況、 主要零部件的受力情況；主要零部件的受力情況； 2 2）在進(jìn)行汽輪機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)：）在進(jìn)行汽輪機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)： 能預(yù)先估計(jì)汽輪機(jī)在變工況運(yùn)行時(shí)的機(jī)組性能變化，能預(yù)先估計(jì)汽輪機(jī)在變工況運(yùn)行時(shí)的機(jī)組性能變化， 使設(shè)計(jì)的汽輪機(jī)在各種工況下均具有良好的經(jīng)濟(jì)性。使設(shè)計(jì)的汽輪機(jī)在各種工況下均具有良好的經(jīng)濟(jì)性

3、。 研究研究內(nèi)容內(nèi)容: : 研究研究步驟步驟: : 1 1）流量與熱力參數(shù)之間的變化規(guī)律；）流量與熱力參數(shù)之間的變化規(guī)律；2 2）功率與流量、焓降以及汽輪機(jī)效率之間的變化規(guī)律。）功率與流量、焓降以及汽輪機(jī)效率之間的變化規(guī)律。 噴管與動(dòng)葉的變工況噴管與動(dòng)葉的變工況 級的變工況級的變工況 級組的變工況級組的變工況 透平的變工況透平的變工況 關(guān)于噴管通流能力關(guān)于噴管通流能力及流量系數(shù)及流量系數(shù)復(fù)習(xí)復(fù)習(xí) 噴管的通流能力及流量系數(shù)噴管的通流能力及流量系數(shù) 噴管的噴管的通流能力通流能力：就是一個(gè)設(shè)計(jì)加工好的噴管，在一定的就是一個(gè)設(shè)計(jì)加工好的噴管，在一定的 參數(shù)下所能通過的蒸汽參數(shù)下所能通過的蒸汽流量流量。

4、確定參數(shù)確定參數(shù)：噴管的流量噴管的流量G0p0t0c1p1A已知參數(shù)已知參數(shù)：1 1）噴管進(jìn)口蒸汽狀態(tài)參數(shù)（）噴管進(jìn)口蒸汽狀態(tài)參數(shù)（ ， ）；）； 2 2）噴管進(jìn)口蒸汽動(dòng)力參數(shù)（）噴管進(jìn)口蒸汽動(dòng)力參數(shù)（ ）；）； 3 3）噴管出口截面上的蒸汽壓力（）噴管出口截面上的蒸汽壓力（ ）；）； 4 4）噴管出口截面積（）噴管出口截面積（ ）。）。1） 噴管噴管理論通流能力理論通流能力 sG根據(jù)根據(jù)連續(xù)方程連續(xù)方程： 111AcGsss能量方程：能量方程： kkspkkc11*0*01112過程方程：過程方程： kspp1*01*01得到：得到： )(121121*0*01kkkspkkAG其中：其中：

5、 噴管壓比噴管壓比*011pp分析分析1：通過噴管的流量與噴管通過噴管的流量與噴管 進(jìn)口參數(shù)進(jìn)口參數(shù)（ 、 ）和）和壓比壓比（ ）有關(guān)）有關(guān)； *0p*01分析分析2：在噴管進(jìn)口參數(shù)在噴管進(jìn)口參數(shù) 、 一定的條件下，一定的條件下， 有：有： *0p*0)(1ssGG 當(dāng)壓比當(dāng)壓比 時(shí)，時(shí)，01110sG噴管噴管流量流量： )(121121*0*01kkkspkkAG 流量達(dá)到最大值（流量達(dá)到最大值（臨界流量臨界流量）：）： crsGGmax 表明：函數(shù)表明：函數(shù) 存在存在極大值極大值；)(1ssGG 漸縮噴嘴的流量線漸縮噴嘴的流量線 汽流速度達(dá)到音速；汽流速度達(dá)到音速； 此種情況只能發(fā)生在：收

6、縮噴管的出口截面此種情況只能發(fā)生在：收縮噴管的出口截面 縮放噴管的喉部截面縮放噴管的喉部截面 對應(yīng)的壓比（臨界壓比）：對應(yīng)的壓比（臨界壓比）：得：得： 1*011)12(kkcrkpp01ddG利用求極值方法，令：利用求極值方法，令： )(121111*0*01kkkspkkAG分析分析3：當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， cr1當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， cr111*0*0min)12(kkcrskkpAGG （收縮噴管） （縮放噴管） 1minAAcrAAmin2） 噴管噴管實(shí)際通流能力實(shí)際通流能力 Gs111是噴管流量系數(shù)。它與蒸汽性質(zhì)、葉柵流道形狀等有關(guān)。是噴管流量系數(shù)。它與蒸汽性質(zhì)、葉柵流道形狀等有關(guān)。98. 0

7、96. 0104. 102. 11對過熱蒸汽：對過熱蒸汽： 濕蒸汽：濕蒸汽：根據(jù)連續(xù)方程：根據(jù)連續(xù)方程： AcG11sssssssGGcccA1111111111其中：其中：圖1.12 蒸汽的流量系數(shù)曲線 顯然：顯然：當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，cr1)(121111*0*011kkkpkkAGcr111*0*0min1)12(kkkkpAG噴管理論噴管理論流量流量： )(121121*0*01kkkspkkAG噴管噴管實(shí)際流量：實(shí)際流量：)(121121*0*0111kkkspkkAGG11*0*0minmax)12(kkscrskkpAGG11*0*0min1max)12(kkcrkkp

8、AGGA A1 1- -噴管出口截面積噴管出口截面積A Aminmin- -噴管出口截面積噴管出口截面積第一節(jié)第一節(jié) 噴管的變工況噴管的變工況 噴管兩種類型：噴管兩種類型： 收縮噴管收縮噴管 縮放噴管縮放噴管 幾何結(jié)構(gòu)和氣動(dòng)特性不同，幾何結(jié)構(gòu)和氣動(dòng)特性不同， 變工況特性也不相同。變工況特性也不相同。 a)a) 收縮噴管收縮噴管 b)b) 縮放噴管縮放噴管 圖圖1.9 1.9 兩種噴管類型兩種噴管類型一、一、收縮噴管的變工況（壓力收縮噴管的變工況（壓力 流量關(guān)系）流量關(guān)系） 對一個(gè)特定的噴管而言對一個(gè)特定的噴管而言 1 1）噴管進(jìn)口蒸汽狀態(tài)參數(shù)為）噴管進(jìn)口蒸汽狀態(tài)參數(shù)為 和和 ； 2 2）噴管出

9、口（背壓）為）噴管出口（背壓）為 ； 3 3）噴管出口面積為）噴管出口面積為 ； 4 4）噴管流量系數(shù)為）噴管流量系數(shù)為 。 *0p*0t1p1A1圖圖5.2 收縮噴管示意圖收縮噴管示意圖*0p*0t1p1A 通過噴管的流量與壓比的關(guān)系式為：通過噴管的流量與壓比的關(guān)系式為： )(121121*0*011kkkvpkkAGcr111*0*011)12(kkcrkvpkAGGcr1*0p*0t1p1A*011pp噴管壓比噴管壓比： 噴管的流量與壓力關(guān)系曲線如圖所示：噴管的流量與壓力關(guān)系曲線如圖所示： 圖圖5.3 5.3 收縮噴管的流量與壓力關(guān)系曲線收縮噴管的流量與壓力關(guān)系曲線 分析分析1 1：在初

10、壓：在初壓 一定下，背壓一定下，背壓 的變化引起流量的變化。的變化引起流量的變化。 *0p1p 在在 時(shí)：時(shí)：*01pp 當(dāng)背壓降低到時(shí)當(dāng)背壓降低到時(shí) ： 噴管流量逐漸增大：噴管流量逐漸增大： crppp1*0)(121121*0*011kkkvpkkAG 當(dāng)背壓繼續(xù)減小到時(shí)當(dāng)背壓繼續(xù)減小到時(shí) ： 為臨界流量：為臨界流量： crpp 1 當(dāng)背壓繼續(xù)減小到時(shí)當(dāng)背壓繼續(xù)減小到時(shí) ： 為臨界流量：為臨界流量： crpp 111*0*011)12(kkcrkvpkAG11*0*011)12(kkcrkvpkAG0G通過噴管的流量通過噴管的流量 彭臺門系數(shù)彭臺門系數(shù) ( (相對流量相對流量) ) 一定初

11、壓下，通過噴管的實(shí)際流量一定初壓下，通過噴管的實(shí)際流量 與與對應(yīng)于初壓下對應(yīng)于初壓下 的臨界流量的臨界流量 之比。之比。 G*0pcrG*0p*0t1p1AGcrG臨界流量：臨界流量： 11*0*011)12(kkcrkvpkAG實(shí)際流量：實(shí)際流量： )(121121*0*011kkkvpkkAG)()21(12112111kkkkkcrkkGGcr11crGGcr1彭臺門系數(shù)彭臺門系數(shù): : 彭臺門系數(shù)彭臺門系數(shù)( (相對流量相對流量) )與壓比的關(guān)系曲線與壓比的關(guān)系曲線圖5.4 收縮噴管的彭臺門系數(shù)曲線)()21(12112111kkkkkcrkkGG圖5.3 收縮噴管流量與壓力關(guān)系曲線

12、1crGG 橢圓公式描述：橢圓公式描述： 1crGGcr11110212crcrcrGG1)1()(212crcrcrGG21)1(1crcrcrGGcr1彭臺門系數(shù)彭臺門系數(shù)( (相對流量相對流量) )： 彭臺門系數(shù)彭臺門系數(shù)( (相對流量相對流量) )與壓比的關(guān)系公式與壓比的關(guān)系公式21112111)1(1)()21(12crcrcrkkkkkcrGGkkGG近似橢圓關(guān)系理論公式關(guān)系分析分析2 2：噴管初壓：噴管初壓 和初溫和初溫 *0p*0t變化變化到到: : 、*01p*01t 初壓為初壓為 時(shí)，時(shí)， 對應(yīng)臨界流量對應(yīng)臨界流量: : *0p11*0*011)12(kkcrkvpkAG1

13、1*01*01111)12(kkcrkvpkAG 初壓為初壓為 時(shí)，時(shí)， 對應(yīng)臨界流量對應(yīng)臨界流量: : *01p 不同初壓下的不同初壓下的 臨界流量變化臨界流量變化: : *0*0*01*011/vpvpGGcrcrcrG1crGcrcrGG1對應(yīng)的最大（臨界）流量變化對應(yīng)的最大（臨界）流量變化 *0*0*01*011/vpvpGGcrcr將理想氣體將理想氣體狀態(tài)方程狀態(tài)方程: : *01*01*01pRTv*0*0*0pRTv 結(jié)論結(jié)論：不同工況下，噴管的臨界流量與初壓成正比，不同工況下，噴管的臨界流量與初壓成正比， 與溫度的平方根成反比。與溫度的平方根成反比。 *01*0*0*011TT

14、ppGGcrcr得到得到：不同初壓下的：不同初壓下的 臨界流量變化臨界流量變化 分析分析3 3：噴管初壓：噴管初壓 、初溫、初溫 背壓背壓 *0p1p*0tG對應(yīng)流量對應(yīng)流量對應(yīng)流量對應(yīng)流量1G變化到變化到 、*01p11p*01t對應(yīng)的流量變化：對應(yīng)的流量變化： 1GG 初壓為初壓為 時(shí)，背壓為時(shí)，背壓為 時(shí)，時(shí)， 對應(yīng)的臨界流量為對應(yīng)的臨界流量為: : 通過的實(shí)際流量為通過的實(shí)際流量為: : *0p1pcrGG相對流量為：相對流量為： 21)1(1crcrcrGG1crGGcr1cr1相對流量為：相對流量為： 211111)1(1crcrcrGG1111crGGcr11cr11*01p11

15、p 初壓為初壓為 時(shí)，背壓為時(shí)，背壓為 時(shí)，時(shí)， 對應(yīng)的臨界流量為對應(yīng)的臨界流量為: : 通過的實(shí)際流量為通過的實(shí)際流量為: : 1crG1G1*01*0*0*01111TTppGGGGcrcr忽略溫度的影響，有：忽略溫度的影響，有： 1*0*01111ppGGGGcrcr 噴管初壓、初溫由噴管初壓、初溫由 、 變?yōu)樽優(yōu)?、 時(shí)，時(shí)， 背壓由背壓由 變?yōu)樽優(yōu)?時(shí)，時(shí)， 實(shí)際流量由實(shí)際流量由 變?yōu)樽優(yōu)?*01p11p1GG*0t*01t*01p1p圖5.5 收縮噴管的流量錐 流量錐流量錐：將不同初壓、背壓下的流量：將不同初壓、背壓下的流量壓力關(guān)系壓力關(guān)系 曲線按比例畫在同一張曲線圖上。曲線按比例

16、畫在同一張曲線圖上。比較標(biāo)準(zhǔn)比較標(biāo)準(zhǔn)：以設(shè)計(jì)工況的參數(shù)（：以設(shè)計(jì)工況的參數(shù)（ 、 ） 和所對應(yīng)的臨界流量和所對應(yīng)的臨界流量 為基準(zhǔn)。為基準(zhǔn)。 *0p*0tcrG橫坐標(biāo)橫坐標(biāo)2 2： 反映反映初壓初壓的變化；的變化； *0*010pp橫坐標(biāo)橫坐標(biāo)1 1： 反映反映背壓背壓的變化；的變化； *011pp縱坐標(biāo)：縱坐標(biāo)： 反映流量相對變化反映流量相對變化crmGG圖5.6 收縮噴管的流量網(wǎng)錐 流量網(wǎng)圖流量網(wǎng)圖：將流量錐投影到一個(gè)平面上，得到流量網(wǎng)圖。：將流量錐投影到一個(gè)平面上，得到流量網(wǎng)圖。 利用流量錐（或流量網(wǎng)）圖利用流量錐（或流量網(wǎng)）圖 已知：已知： 、 、crmGG*0*010pp*011pp

17、中任意兩個(gè)參數(shù)，可以查出第三個(gè)參數(shù)。中任意兩個(gè)參數(shù)，可以查出第三個(gè)參數(shù)。流量錐流量錐-流量網(wǎng)圖流量網(wǎng)圖對應(yīng)的方程：對應(yīng)的方程： 計(jì)算實(shí)例計(jì)算實(shí)例：已知某一收縮噴管：已知某一收縮噴管 設(shè)計(jì)工況設(shè)計(jì)工況： 初壓：初壓： MPa 初溫：初溫： 背壓背壓: : MPa通過流量：通過流量：83. 8*0p500*0t18. 61pG變工況變工況： 初壓：初壓： MPa 初溫：初溫： 背壓背壓: : MPa通過流量：通過流量：06. 7*01p500*01t41. 411p1G計(jì)算計(jì)算：通過噴管的蒸汽流量的變化：通過噴管的蒸汽流量的變化 ?1GG求解過程求解過程：1 1）設(shè)計(jì)工況壓比：）設(shè)計(jì)工況壓比： 7

18、 . 083. 818. 6*011pp546. 0cr 沒有達(dá)到臨界沒有達(dá)到臨界 有：有： 21)1(1crcrcrGG9407. 0)546. 01546. 07 . 0(122 2）變工況壓比：）變工況壓比： 6246. 006. 741. 4*011111pp546. 0cr 有：有： 211111)1(1crcrcrGG9849. 0)546. 01546. 06246. 0(12沒有達(dá)到臨界沒有達(dá)到臨界 3 3）從設(shè)計(jì)工況）從設(shè)計(jì)工況變工況時(shí)，流量的相對變化為：變工況時(shí)，流量的相對變化為：*01*0*0*0111TTppGG84. 083. 806. 79407. 09849. 0

19、二、縮放噴管的變工況二、縮放噴管的變工況 圖圖5.7 縮放噴嘴示意圖縮放噴嘴示意圖 縮放噴管特點(diǎn)：縮放噴管特點(diǎn)：1 1）可以在較大的壓差下工作（可以在較大的壓差下工作（ ），利用焓降大，），利用焓降大，2 2）獲得較大的出口蒸汽速度（超音速）；）獲得較大的出口蒸汽速度（超音速）；結(jié)論結(jié)論：當(dāng)噴管的壓比低于臨界壓比的：當(dāng)噴管的壓比低于臨界壓比的1520%時(shí)，時(shí)， 就應(yīng)考慮采用縮放噴管。就應(yīng)考慮采用縮放噴管。 cr11 1）縮放噴管變工況時(shí)的壓力、流量變化）縮放噴管變工況時(shí)的壓力、流量變化 cdcMAdA) 1(（適用噴管任何一個(gè)截面適用噴管任何一個(gè)截面） 在收縮段：在收縮段： 截面積逐漸縮小截面

20、積逐漸縮小 （ ），）， 汽流速度為亞音速（汽流速度為亞音速（ ）；）；1M0dA 喉部：喉部： ，汽流速度正好達(dá)到音速（，汽流速度正好達(dá)到音速（ ）；）； 0dA1M擴(kuò)張段：擴(kuò)張段： ，汽流速度可以達(dá)到超音速（，汽流速度可以達(dá)到超音速（ ）。）。 0dA1M分析分析1 1：在設(shè)計(jì)工況（：在設(shè)計(jì)工況（abc） 收縮段收縮段: :汽流膨脹加速，汽流膨脹加速， 亞音速流動(dòng)；亞音速流動(dòng)； 喉部截面喉部截面: :汽流速度達(dá)到臨界；汽流速度達(dá)到臨界； 擴(kuò)張段擴(kuò)張段: :汽流繼續(xù)膨脹汽流繼續(xù)膨脹, , 直到噴管出口設(shè)計(jì)背壓值直到噴管出口設(shè)計(jì)背壓值, , 超音速流動(dòng)，超音速流動(dòng)， 壓力變化曲線壓力變化曲線:

21、 : abc 11*0*01)12(kkcrcrkvpkAGG（喉部截面喉部截面） )(121121*0*011kkkvpkkA（出口截面出口截面）)(1212*0*01kkkvpkkA（任何截面任何截面） 縮放噴管的縮放噴管的流量流量: :達(dá)到初壓對應(yīng)的最大（臨界）流量：達(dá)到初壓對應(yīng)的最大（臨界）流量： 分析分析2 2：變工況下的壓力、流量變化（假定：變工況下的壓力、流量變化（假定 保持不變）保持不變） *0p 運(yùn)行背壓運(yùn)行背壓低于低于設(shè)計(jì)背壓時(shí)：設(shè)計(jì)背壓時(shí)： 111ppcrGG 縮放噴管縮放噴管流量流量: : 噴管中噴管中: :膨脹過程、壓力與速度的膨脹過程、壓力與速度的 變化規(guī)律如同設(shè)計(jì)

22、工況；變化規(guī)律如同設(shè)計(jì)工況； 壓力變化壓力變化：abce 噴管出口噴管出口：膨脹波使壓力：膨脹波使壓力降低降低到到 11p111pp 運(yùn)行背壓運(yùn)行背壓高于高于設(shè)計(jì)背壓時(shí)：設(shè)計(jì)背壓時(shí)： 噴管中噴管中: :膨脹過程、壓力與速度的膨脹過程、壓力與速度的 變化規(guī)律如同設(shè)計(jì)工況；變化規(guī)律如同設(shè)計(jì)工況； 壓力變化壓力變化：abcf / abcgcrGG 縮放噴管縮放噴管流量流量: : 噴管出口噴管出口：斜激波斜激波使壓力使壓力升高升高到到 11p 運(yùn)行背壓運(yùn)行背壓升高到某一值升高到某一值: : 斜激波變成斜激波變成正激波正激波gpp111 運(yùn)行背壓運(yùn)行背壓繼續(xù)增大繼續(xù)增大到：到：gpp111 正激波逆汽流

23、向噴管內(nèi)部推進(jìn)：正激波逆汽流向噴管內(nèi)部推進(jìn)：激波前：汽流的膨脹過程如同設(shè)計(jì)工況，激波前：汽流的膨脹過程如同設(shè)計(jì)工況， 激波前的汽流速度為激波前的汽流速度為超音速超音速；激波面：汽流激波面：汽流壓力發(fā)生突跳壓力發(fā)生突跳升高；升高； 汽流從汽流從超音速變?yōu)閬喴羲俪羲僮優(yōu)閬喴羲倭鲃?dòng)；流動(dòng)；激波后：汽流為減速擴(kuò)壓亞音速流動(dòng)，激波后：汽流為減速擴(kuò)壓亞音速流動(dòng)， 壓力逐漸升高到運(yùn)行背壓。壓力逐漸升高到運(yùn)行背壓。 壓力變化壓力變化： / /mmmab nnnab crGG 縮放噴管縮放噴管流量流量: : 運(yùn)行背壓運(yùn)行背壓繼續(xù)增大繼續(xù)增大到：到：cpp11crGG 縮放噴管縮放噴管流量流量: : 正激波前移

24、到縮放噴管的喉部，正激波前移到縮放噴管的喉部， 正激波轉(zhuǎn)化為正激波轉(zhuǎn)化為馬赫波馬赫波， 汽流汽流速度在喉部正好達(dá)到速度在喉部正好達(dá)到音速音速；波前波前（收縮段）（收縮段）：汽流膨脹過程如設(shè)計(jì)工況，：汽流膨脹過程如設(shè)計(jì)工況， 亞音速流動(dòng)亞音速流動(dòng)（M1 ）；波面（喉波面（喉 部）：部）：壓力沒有突跳；壓力沒有突跳； 汽流達(dá)到音速（汽流達(dá)到音速（M=1）波后波后（擴(kuò)張段）（擴(kuò)張段）：汽流減速擴(kuò)壓：汽流減速擴(kuò)壓 亞音速流動(dòng)亞音速流動(dòng)（M1 ）， 壓力逐漸升高到運(yùn)行背壓。壓力逐漸升高到運(yùn)行背壓。 壓力變化壓力變化：abdcp極限壓力極限壓力是保證縮放噴管的流量為臨界流量的是保證縮放噴管的流量為臨界流量

25、的最大運(yùn)行背壓最大運(yùn)行背壓。*0ppcc極限壓比極限壓比 運(yùn)行背壓繼續(xù)增大到：運(yùn)行背壓繼續(xù)增大到： cpp11 收縮段：汽流膨脹加速，收縮段：汽流膨脹加速， 亞音速流動(dòng)（亞音速流動(dòng)（M1）；）； 喉喉 部：沒有達(dá)到音速（部：沒有達(dá)到音速（M1）；）； 擴(kuò)張段：汽流減速擴(kuò)壓，擴(kuò)張段：汽流減速擴(kuò)壓， 亞音速流動(dòng)（亞音速流動(dòng)（M1 ）。）。crkkkGvpkkAG)(12111211*0*011crGG 縮放噴管縮放噴管流量流量: : 壓力變化壓力變化：aef*011pp 運(yùn)行背壓繼續(xù)增大到：運(yùn)行背壓繼續(xù)增大到： 噴管前后沒有壓差（噴管前后沒有壓差（ ），）， 壓比：壓比： 汽流汽流沒有流動(dòng)沒有流動(dòng)

26、；011*0 pp1/*01111pp 壓力變化壓力變化：af0G 縮放噴管縮放噴管流量流量: : 分析分析3 3：縮放噴管的：縮放噴管的 流量變化流量變化 運(yùn)行背壓運(yùn)行背壓 時(shí)，臨界流量：時(shí)，臨界流量： cpp11)(1212*0*011kkckccrvpkkAGG11*0*01)12(kkcrkvpkA 運(yùn)行背壓運(yùn)行背壓 時(shí)，非臨界流量：時(shí)，非臨界流量： cpp11)(12111211*0*011kkkvpkkAGcrGG crGG cp2 2）極限壓比極限壓比 的確定的確定 c 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，通過縮放噴管的流量為臨界流量。有：時(shí)，通過縮放噴管的流量為臨界流量。有：c1（適用任何截面適用任何截

27、面）)(1212*0*01kkkvpkkAG 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，噴管喉部截面壓力正好是臨界壓力。時(shí)，噴管喉部截面壓力正好是臨界壓力。 通過喉部的流量通過喉部的流量 = = 通過出口截面的流量通過出口截面的流量cpp 1crG1G對噴管對噴管喉部喉部： 11*0*01)12(kkcrcrkvpkAG對噴管對噴管出口出口： )(1212*0*0111kkckcvpkkAG11*0*01)12(kkcrcrkvpkAGGvpkkAkkckc)(1212*0*011得到：得到： )()21(1212111kkckckkcrkkAA同樣可以用橢圓公式來表示，有：同樣可以用橢圓公式來表示，有： 21)1(1crc

28、rccrAA)()21(12112111kkkkkcrkkGG解得：解得： 21)(1)1 (AAcrcrcrc分析分析1 1：極限壓比有兩個(gè)解：極限壓比有兩個(gè)解 21)(1)1 (AAcrcrcrc21)(1)1 (AAcrcrcrc 代表極限壓比代表極限壓比 代表設(shè)計(jì)壓比代表設(shè)計(jì)壓比 21)1(1crcrccrAA分析分析2 2：當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， ， 表示是收縮噴管，兩個(gè)解合為一個(gè)解。表示是收縮噴管，兩個(gè)解合為一個(gè)解。 11AAcrcrc分析分析3 3：如果以擴(kuò)壓段任一個(gè)截面的如果以擴(kuò)壓段任一個(gè)截面的壓比壓比和和面積面積代入上式，代入上式， 得：得： 2)(1)1 (AAcrcrcr分析分析

29、4 4：縮放噴管的極限壓比與縮放噴管的極限壓比與 有關(guān)有關(guān) 臨界壓比臨界壓比/ /幾何尺寸幾何尺寸 對對特定特定的縮放噴管，極限壓比是一個(gè)的縮放噴管，極限壓比是一個(gè)確定值確定值； 對對不同不同的縮放噴管，其極限壓比的縮放噴管，其極限壓比也不同也不同。 21)(1)1 (AAcrcrcrc3 3）縮放噴管）縮放噴管變工況變工況時(shí)的壓力時(shí)的壓力流量關(guān)系流量關(guān)系 c1)(121121*0*011kkkvpkkAGc1)(1212*0*011kkckccrvpkkAGG11*0*01)12(kkcrkvpkA 在初壓在初壓 一定一定下，背壓下，背壓 的的變化變化引起流量的變化引起流量的變化 *0p1p

30、21)1(1cccrGGc11crGGc1彭臺門系數(shù)彭臺門系數(shù): :)()21(12112111kkkkkcrkkGGc11crGGc1橢圓公式表示橢圓公式表示: : 初壓和初溫變化，初壓和初溫變化， 對應(yīng)的對應(yīng)的臨界流量的變化：臨界流量的變化： *01*0*0*011TTppGGcrcr 當(dāng)初壓、背壓都變化時(shí)，當(dāng)初壓、背壓都變化時(shí)， 流量的變化：流量的變化： 1*01*0*0*01111TTppGGGGcrcr 同樣畫出縮放噴管的流量錐圖或流量網(wǎng)線圖。同樣畫出縮放噴管的流量錐圖或流量網(wǎng)線圖。 圖圖5.9 5.9 縮放噴嘴的流量網(wǎng)錐縮放噴嘴的流量網(wǎng)錐 三、變工況時(shí)噴管速度系數(shù)的變化三、變工況時(shí)

31、噴管速度系數(shù)的變化圖5.11 噴管速度系數(shù)的 曲線 1第二節(jié)第二節(jié) 汽輪機(jī)級的變工況汽輪機(jī)級的變工況 噴嘴前、后壓力發(fā)生變化引起流量的變化。反之，當(dāng)流經(jīng)噴嘴的流量變化時(shí)，噴嘴和動(dòng)葉前后的壓力也要隨之變化，從而引起級內(nèi)各個(gè)參數(shù)發(fā)生變化。一、設(shè)計(jì)工況和變動(dòng)工況均為臨界工況（其噴嘴或動(dòng)葉必定處于臨界狀態(tài)）1.1.噴嘴在臨界工況下工作時(shí)噴嘴在臨界工況下工作時(shí) 11*0*0min111*01*01min11)12()12(kkcrkkcrkkpAGkkpAG設(shè)計(jì)工況變工況*0*01*01*0*0*011ppTTppGGcrcr2 2、動(dòng)葉在臨界狀態(tài)（噴嘴未達(dá)臨界）、動(dòng)葉在臨界狀態(tài)（噴嘴未達(dá)臨界）只要采用

32、動(dòng)葉的相對參數(shù)，可直接應(yīng)用噴嘴變工況的結(jié)論：*1*111ppGGcrcrkkppRTkkw1*11*11112從“1*”到“1”之間：kkbbcrppRTkkAwAG1*11*1111112kkkkppRTppppp1*11*1*11*11*1111*1*1kkkbbcrppppRTkkpAwAG1*112*11*1*111112有：而：又：得：kkkkkkcrcrppppRTpppppRTpGG1*112*11*1*11*11112*1111*11*11111則：111*1*11*11*1111pppppppp得：111*1*111ppppGGcrcr則：同理，用噴嘴參數(shù)表示則有：111*0

33、*01pppp001*0*01pppp當(dāng)c0變化不大111*1*11001*0*011ppppppppGGcrcr最后：小結(jié)： 當(dāng)級在臨界狀態(tài)下工作時(shí)，不論臨界狀態(tài)是發(fā)生在噴嘴中還是動(dòng)葉中，其流量均與級前壓力成正比，而與級后壓力無關(guān)。二、設(shè)計(jì)工況和變動(dòng)工況均為亞臨界工況-級內(nèi)噴嘴和動(dòng)葉均未達(dá)到臨界狀態(tài)ttnncAG11tmthcc)1 (2010若：)1 (2)1 (2)1 (2212212111mttttnntmtttnntmtnnttnnhAhAhAcAG則：-表示級的反動(dòng)度為零時(shí)(p1=p2)時(shí)級內(nèi)實(shí)際流量。ttnnhAG2令：2022000220001212111111)1(1)1(1

34、crcrcrcrcrcrcrcrcrcrcrcrcrcrcrcrppppGppppppGppppppGGGGGG而實(shí)際流量與臨界流量的關(guān)系：級后壓力2p【復(fù)習(xí)(補(bǔ)充)】噴管噴管實(shí)際通流能力實(shí)際通流能力 s111是噴管流量系數(shù)。它與蒸汽性質(zhì)、葉柵流道形狀等有關(guān)。是噴管流量系數(shù)。它與蒸汽性質(zhì)、葉柵流道形狀等有關(guān)。98. 096. 0104. 102. 11對過熱蒸汽：對過熱蒸汽： 濕蒸汽：濕蒸汽：根據(jù)連續(xù)方程：根據(jù)連續(xù)方程： AcG11sssssssGGcccA1111111111其中：其中：圖1.12 蒸汽的流量系數(shù)曲線 顯然：顯然：當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，cr1)(121111*0*01

35、1kkkpkkAGcr111*0*0min1)12(kkkkpAG*0*0648. 0pAGncr202*0*01648. 0crcrncrpppppAGGG)1 (21648.0)1 (221202*0*021mttcrcrnmttpppppAGG則：)1 (21648.0112112101121*01*011mttcrcrnpppppAG則：mcrcrcrcrcrcrppppppppppppppGG11222021212101210120*0*0*01*011220222022022202220202022202002220202220222012222pppppppppppppppppp

36、pppppppppppcrcrcrcrcrcrcrcr）（）（）（）（而：0100001012201220000101210120*0*0*01*01TT11ppppppppppppcrcrcrcr其中：mcrcrcrcrppppppppGG1111TT2202220221012212010101則：2220221201122202212010101TTppppGGppppGG或：主意：主意：此式雖然在假定級前初速為零的條件下推導(dǎo)出來的，且有其他若干簡化條件。但是，計(jì)算表面，使用此式所得結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本相符。主要是因?yàn)樗圆糠种g具有相互補(bǔ)償作用。顯然，若有關(guān)簡化條件不滿足，采用此公式計(jì)算誤

37、差較大?？梢姡嚎梢姡寒?dāng)級內(nèi)未達(dá)臨界時(shí)，級內(nèi)流量不僅與出參數(shù)有關(guān)，且與級后參數(shù)有關(guān)；三、一種工況級達(dá)臨界；另一種工況為亞臨界工況l 重點(diǎn)討論：變工況下級組前后參數(shù)與流量的關(guān)系重點(diǎn)討論：變工況下級組前后參數(shù)與流量的關(guān)系l 級組：級組：多級汽輪機(jī)中一些流量相等，工況變化時(shí)通流面積不多級汽輪機(jī)中一些流量相等，工況變化時(shí)通流面積不變的相鄰若干級的組合。變的相鄰若干級的組合。l 級組的臨界壓力：級組的臨界壓力：當(dāng)級組中任一級處于臨界狀態(tài)時(shí)級組的最當(dāng)級組中任一級處于臨界狀態(tài)時(shí)級組的最高背壓高背壓。l 級組的臨界壓力比：級組的臨界壓力比：級組的臨界壓力級組的臨界壓力pzcr與與級組的初壓之比，級組的初壓之比，用用 zcr表示。其大小與級組中級數(shù)的多少有關(guān)。表示。其大小與級組中級數(shù)的多少有關(guān)。第三節(jié)第三節(jié) 汽輪機(jī)級組的變工況汽輪機(jī)級組的變工況 （一）變工況前后級組均達(dá)到了臨界狀態(tài)0011ppGG2211ppGGnnppppppGG12210011 結(jié)論：在變工況下，如果級組的最后一級始終處結(jié)論：在變工況下，如果級組的最后一級始終處于臨界狀態(tài)，則通過該級組的流量與級組中所有各于臨界狀態(tài)，則通過該級組的流量與級組中所有各級的級前壓力成正比。級的級前壓力成正比。 （二）變工況前后級組未達(dá)臨界狀態(tài)（二）變工況前后級組未達(dá)臨界狀態(tài) 此時(shí)級組的流量