求解得
pA21 pA2
pC21 pC2

pB21 pC21 pB2 pC2
即有 G1 G
pA21 pC21 pA2 pC2
3.1 级与级组非设计工况下的特性
➢通流部分面积按比例变化 在通流部分面积按比例变化时，将流
量公式折算为单位面积流量进行计算。
例如：机组长期运行后通流部分产生均匀性结垢，通流面积减小，
❖Flugel公式的推广应用 ➢有抽汽回热级组 大量试验表明：Stodola实验的结论对抽汽回热、
中间再热机组同样成立。即在所研究级组中含有抽汽级时，只要是 非调整抽汽，抽汽量通常比例于主流流量，此时流量公式仍能使用。
设 Gex kG1, G2 (1 k )G1
对这2个级组建立Flugel计算式
3.1 级与级组非设计工况下的特性
级组后压力没变；第I级的级后压力发生了变化，第6级拆除前，第I
级组后压力为0.282MPa，第6级拆除后第I级组后的压力即为第III级
组前的压力，即0.179MPa。由此得调节级后压力的变化
p2 01

p62

p2 0.1792 01
1,
p02 p52 1.1762 0.2822
T01 T0
例：某汽轮机设计工况下蒸汽流量为132.6t/h，调节级汽室压力为
1.67MPa。当机组流量降为90t/h时，试问此工况下调节级汽室的压
力为多少？又压力级结垢后使通流面积减少5%，则在90t/h工况下
3.1 级与级组非设计工况下的特性
调节级汽室压力是多少？
解：排汽压力远小于调节级汽室压力，故用工况变化前、后的流量 比等于压力比的计算公式，并略去温度变化的影响。有
Gc
p0 T01
➢级组亚临界工况 级组亚临界时，由单级亚临界计算公式作递推
计算，在各级初温相对变化相等假设下，得
G1 G
p021

p2 z1
p2 p2
0
z
T0 T01
3.1 级与级组非设计工况下的特性
上世纪30年代初，Flugel在无穷级、亚临界、各级效率相同且不 变、反动度为常数等假设下，理论上对上式作了证明，故称此上式 为stodola-Flugel公式，简称Flugel公式。
压，则流量与初压按双曲线关系变化。
stodola试验结果的数学描述和Flugel公式
➢高真空时，级组的流量比例于初压，即 G1 ；p01
G
p0
基于前面分析，考虑温度变化的影响，则
G1 p01 T0
G
p0 T01
3.1 级与级组非设计工况下的特性
➢级组临界工况 对级组中第一个达到临界的级，由单级流量特性
导致第一级前的蒸汽压力升高。如果蒸汽流量不变，结垢前后第一
级前的蒸汽压力分别为 p0 , p，01试求通流部分面积的变化率。
设结垢前、后通流面积分别为 A ，, A则1 工况改变前后的单位面积流
量与初压的关系为： G1 / A1 p01 T0
G / A p0 T01
由此求得
A1 A

p0 p01
1 m T01
3.1 级与级组非设计工况下的特性
假设比容变化较小、反动度基本不变。简化得
G1 G
p021 p221 T0 p02 p22 T01
❖亚临界与临界的混合工况 对工况变化前亚临界、变化后为临界，
或相反的混合工况，流量相对变化估算时，应分步进行。
3.1.2 级组非设计工况的流量特性
知，流量的相对变化正比于级前的压力相对变化，即 Gc1 px1
该级的前一级为亚临界，流量相对变化为
Gc
px
Gc1 Gc
p2 p2
x1,1
x1
p2 p2
x1
x
求解得
Gc1 px1,1 px1
Gc
p x 1
px
依次类推，得级组临界时工况中流量的相对变化关系
Gc1 p01 T0
级反动式机组上对非设计工况的流量与压力关系进行试验研究，通 过改变初压和背压研究流量、功率的对应关系。其主要结论是：
➢通流面积不变、高真空运行时，机组的流量近似正比于初压； ➢电功率近似正比于初压； ➢高真空运行时，中间级的级前压力比例于初压； ➢高背压且初压不变时，流量与背压呈椭圆关系；反之，保持高背
根据机组负荷和运行方式不同，各调门可顺序开启或同时开启。
3.2 功率调节的配汽方式及其运行特性
顺序开启时，可使调门的节流损失减小。同时开启时，退化为节 流调节。
喷嘴配汽时机组的运行特性，着重研究部分负荷工况下通过调节
3.2 功率调节的配汽方式及其运行特性
级各喷嘴组的流量、调节级后状态点和调节级各喷嘴组前的进汽 状态点。通常假设：调节级的反动度为零，级后压力比例于流量， 各调节汽门顺序开启时没有重迭度。
3.2 功率调节的配汽方式及其运行特性
改变汽轮机的运行功率，可采取的措施是改变蒸汽在叶栅通流部 分的焓降和改变进汽量。这种改变进汽量和焓降的方式称为汽轮机 的配汽。 汽轮机的配汽主要有节流配汽、喷嘴配汽和旁通配汽三种方式。 3.2.1 节流配汽 利用调节汽门的节流、等焓过程特点，由 一个或多个调节汽门同时开启来改变汽轮 机的进汽量和焓降。 采用节流配汽的汽轮机，不设专门的调节 级，调节汽门后的压力即为汽轮机的进口 压力。在部分负荷运行时，阀后压力决定 于流量比，进汽温度基本保持不变。
第3章 汽轮机非设计工况的运行特性
❖任务 研究汽轮机在偏离设计(off-design)工况下各级流量与热力
参数的相对变化关系，以及由此产生的反动度、内功率、效率和轴
向推力等的改变，分析和估算这些变化对机组安全、经济运行产生
的影响。
❖研究方法 在选定参考工况(如额定设计工况或最大工况)下，以喷
嘴非设计工况的运行特性和小参数变化简化分析为基础，将汽轮机
G
Gcr
p00 T001
➢流量网、流量锥 描述了初、终参数改变时，相对于最大工况的
流量相对变化。即由工况改变时的初参数求得临界流量相对于最大
工况最大流量的相对变化，由终参数相对于最大工况的压比求得新
工况下流量相对于最大工况最大流量的相对值。
第三章 汽轮机非设计工况的运行特性
3.1 级与级组非设计工况下的特性
实际流量
G

Ga
v2 t v1t
1 m
2
Ga Gcr 0.648An
p0 v0
1

p2 p0

pc pc

设计工况与非设计工况的流量比
G1 ( p021 p221) ( p01 p21)2nc /(1 nc ) 1 m T0
G
( p02 p22 ) ( p0 p2 )2nc /(1 nc )
3.1.1 级内流量与级前压力、温度的关系
临界工况 喷嘴或动叶在临界工况下，通过的流量仅与进口初
参数有关。
❖喷嘴临界 Gcr1 p001
Gcr
p00
T00 T001
❖动叶临界 Gcr1 p101 T10 p11 T1
Gcr
p10 T101
p1 T11
通过喷嘴的流量及流量平衡
G1 G

率基本不变。所以，节流配汽在部分负荷下相对内效率下降的主要
原因是调节汽门的节流损失，并且随负荷下降而损失增大。
3.2.2 喷嘴配汽
将汽轮机高压缸的第一级设为调节级，并将该级的喷嘴分成4组或 更多组。每一喷嘴组由1个独立的调节汽门供汽，通常认为调节级 后的压力相等。为减小喷嘴配汽调节级的漏汽量，调节级采用低反 动度(约0.05）的冲动式。
T0 T01
3.1 级与级组非设计工况下的特性
亚临界工况 喷嘴和动叶的设计工况与非设计工况均为亚临界。
由假想流量建立起通过喷嘴的流量与级前后蒸汽参数的关系。
G n Anc1t 1t [n An 2t
2ht0
]
1t 2t
1 m
假想流量 Ga n An 2t 2ht
在工程实际应用中，因某种需要拆除某此级，此种情况下分析拆除
前后一些级的压力、流量关系和分析一些级的强度等。针对这些综 合应用问题，分析的原则是合理划分级组，从结构没有改变的级组
3.1 级与级组非设计工况下的特性
开始分析。 例如：某凝汽式汽轮机共有10级，第6级因故障被迫拆除。试问拆 除第6级后若流量仍为设计值，则调节级汽室的压力变化多少？哪 个级所受影响最大？ 解：将通流部分划分为3个级组，第I级组是调节级到第5级，第II级
级次 调节 2 3 4 5 6 7 8 9 10
级后 1.176 0.862 0.612 0.426 0.282 0.179 0.104 0.062 0.032 0.004 压力 MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa 2M～10级。这样，第I、III级组在第6级拆除 前、后的结构没变。 在第6级拆除后，第III级组前的压力没有变化，因为通过的流量和
结构与工况划分原则
➢级组 由流量相等集依次串联排列的若干级组成
➢级组临界工况 级组内只要有一列叶栅(喷嘴或动叶)达到临界时，
则该级组为临界工况
➢级组亚临界工况 级组内的汽流速度均小于当地音速。
stodola试验 早在上世纪20年代初，stodola在转速为4000rpm、8
3.1 级与级组非设计工况下的特性
1
p001 p00
T00 T001

p11 p1
T1 T11
略去温度影响，得
(1 cr )2 (11 cr )2 (1 cr )2 (1 cr )2
11 1
方程解为 11