汽轮机变工况运行的经济性和安全性核算詳解.docVIP

1绪言 1.1变工况核算的必要性 汽轮机在设计参数下运行称为汽轮机的设计工况。由于汽轮机的主要尺寸基本上是按设计工况要求确定的，而汽轮机功率在运行时将根据外界的需要而变化，汽机参数均有可能变化，从而引起蒸汽流量、各级参数和效率的变化，称为汽轮机的变工况。为了估计汽轮机在新工况下运行的经济性，可靠性与安全性，有必要对新工况进行热力核算。核算项目有：喷嘴、动叶前后参数、级效率、级功率、反动度、速度比、漏汽量、轴向推力等。 变工况热力计算能获得各级的状态参数，理想比焓降，反动度，效率，出力等较详尽的数据，这就为强度分析，推力计算以及了解效率及出力变化提供了科学的参考依据。因此，变工况热力核算常成为了解机组运行情况，预测设备系统改进所产生的效果，乃至分析事故原因的重要手段。 1.2变工况核算的基本方法与特点 汽轮机的热力计算是以级为基础的，目前，在变工况计算中，根据不同的给定原始条件，单级的详细热力核算可分为顺序计算和倒序计算两种基本方法，此外还有将倒序和顺序结合起来的混合算法。顺序算法以给定的级前状态为起点，由前向后计算；倒序算法则以给定的级后状态为起点，由后向前计算。混合算法中，每级都包含若干轮先是倒序后是顺序的混合计算，只有当倒序与顺序的计算结果相符合时，级的核算才可以结束，然后逐级向前推进。三种方法都建立在喷嘴和动叶出口截面连续性方程和单级工作原理的基础上，并且计算时，级流量和几何尺寸是已知的。与此相对应，单级的数值计算也有顺序、倒序和混合三种算法。 两种方法可概述如下：? （1）由级前向级后核算? 由已知的级前初参数开始，根据流量比求得压力比，然后求出喷嘴后压力，求出相应的喷嘴理想比焓降，计算出喷嘴出口汽流理想速度。然后进行动叶核算，方法与上述类同，求出新工况下动叶后压力，求出动叶理想比焓降，计算出动叶出口汽流速度。上述方法适用于在喷嘴和动叶中全是亚临界流动的情况。当喷嘴中或动叶中出现超临界流动时，可以假定喷嘴后或动叶后的压力，继续使用该方法进行计算，但需要根据已知条件进行假定压力的校核。一般来说，顺算法在超临界流动中很少使用。???? （2）由级后向级前推算? 从已知的级后压力开始，假设新工况下排汽比焓、级后各项损失，求出动叶后参数，并对前面假设的余速损失进行校核及修正；继而假定动叶进口相对速度，求出动叶前参数、喷嘴后参数，再对动叶进口相对速度进行校核并修正；最后确定喷嘴前蒸汽状态点，并对最初估计的各项损失进行校核及修正；待各项假设都校核通过，即可求出新工况下级的反动度、级效率和内功率。判断动叶和喷嘴内是否出现超音速流动，当级内出现超音速流动时，还需确定临界状态点，并计算出口汽流偏转角。 汽轮机在级在偏离设计工况工作时，在许多情况下，常常已知级后的压力以及流量，此时采用以级后状态为起点的倒序算法较为方便。这种情况常出现在凝汽式和被压式机组的末级或是抽汽机组抽汽点前面的压力级，也可能出现在通流部分被拆除级前面的压力级，由于凝汽器内的压力或是抽汽压力或是被压发生变化，需要对其级前的功率，效率进行校核。? 在另外一些情况下，则可能已知级前的状态与级流量，此时应采用以级前状态为起点的顺序算法比较方便，例如通过计算得到或通过实验测得调节级室的压力和温度，因此压力级组前的状态是已知的，在此情况下，对压力级的校核就应采用顺序算法。 2设计工况核算 2.1原始数据 2.2.1 50MW纯凝式汽轮机的基本参数 汽轮机类型 机组型号：N50-8.82/535 机组形式：高压、单缸单轴凝汽式汽轮机 （2）基本参数 额定功率=50MW 新蒸汽压力=8.82MPa，新蒸汽温度=535℃ 凝汽器压力=6kPa 汽轮机转速n=3000r/min 其他参数 给水泵出口压力=13.73 凝结水出口压力=1.33MPa 机械效率=0.98 发电机效率=0.98 加热器效率=0.98 相对内效率的估计 根据已有同类机组相关运行数据选择汽轮机的相对内效率，=85.5% 损失的估算 主汽阀的调节气阀节流压力损失：=0.05=0.441MPa 排气阻力损失： （6）热力过程线 图2-1 50MW机组热力过程线 回热系统简图 图2-2 N50-8.83/535型汽轮机回热系统示意图 变工况数据 背压=0.006MPa 负荷=90% 2.1.2阀杆数据与轴封系统 表2-1 50MW汽轮机主汽阀和调节气阀阀杆数据 项目 符号 单位 主汽阀 调节气阀 1段 2段 3段 1段 2段 3段 阀杆数 Z 1 4 阀杆直径 cm 3.4 3.6 径向间隙 cm 0.02 0.02 间隙面积 0.214 0.227 分段长度 l cm 41.8 11 5.8 33.3 4 3.8 表2-2