汽轮机课程设计.docx

汽轮机课程设计.docx

《汽轮机课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽轮机课程设计.docx（43页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

汽轮机课程设计

CHANGSHAUNIVERSITYOFSCIENCE&TECHNOLOGY

课程设计

题目：

600MW超临界汽轮机通流部分设计

（中压缸）

学生姓名：

丁艳平

院（系）名称：

能源与动力工程

班

级:

热能与动力工程

03-03班

指

导教师：

谭欣星

2006年11月

能源与动力工程学院

课程设计任务书

热能动力工程专业036503班

课程名称

题目

汽轮机原理

600MW超临界汽轮机通流部分设计（中压缸）

任务起止日期：

2006年11月13日~2006年12月4日

学生姓名

丁艳平

2006

年12

月4日

指导教师

谭欣星

2006

年11

月5日

教研室主任

年

月

日

院

长

年

月

日

能源与动力工程学院

课题内容与要求

设计内容

1.根据给定参数分析并选择汽轮机的型式、通流部分形状及有关参数；

2.拟定汽轮机近似热力过程曲线和原则性回热系统，计算高压缸排汽到中压缸进汽段的压力损失（即确定中压缸进汽压力）；

3.根据通流部分形状和回热抽汽点要求，确定压力级即非调节级的级数，并进行各级比焓降分配；

4.对各级进行详细的热力计算，求出各级通流部分的几何尺寸、相对内效率和内功率，确定汽轮机实际的热力过程曲线；

5.根据各级热力计算的结果，修正各回热抽汽点压力以符合实际热力过程曲线的要求，并修

正回热系统的热平衡计算；

6.根据需要修正汽轮机热力计算结果；

设计要求

1．运行时具有较高的经济性；

2．不同工况下工作时均有高的可靠性；

3．在满足经济性和可靠性要求的同时，还应考虑到汽轮机的结构紧凑、系统简单、布置合

理。

已知技术条件与参数

2.转速3000r/min

3.主汽压力：

；主汽温度：

566℃

4.高压缸排汽压力

5.给水温度284℃，中压缸进汽量h

课题完成后应提交的文件（设计说明书、图表、设计图纸等）

1．绘制通流部分方案图及纵剖面图。

2．设计、计算说明书一册。

3．详细的设计过程、思路说明。

参考文献资料

1.汽轮机课程设计参考资料冯慧雯，水利电力出版社，1998

2.汽轮机原理翦天聪，水利电力出版社，1985

3.叶轮机械原理舒士甄等，清华大学出版社，1991

4.有关超临界600MW汽轮机培训教材

同组设计者

李国勇，那昕，丁艳平

胡风华，欧阳海特，陈超

注：

1.此任务书应由指导教师填写。

2.此任务书最迟必须在课程设计开始前三天下达给学生。

600MW超临界汽轮机通流部分设计（中压缸）

摘要

本文根是根据给定的设计条件,确定通流部分的几何尺寸,以求获得较高的相对内效率。

设计原则是保证运行时具有较高的经济性；在不同的工况下工作均有高的可靠性；同时在满足经济性和可靠性要求的同时，考虑了汽轮机的结构紧凑，系统简单，布置合理，成本低廉，安装与维修方便，心以及零件的通用化和系列化等因素。

主要设计过程是：

分析与确定汽轮机热力设计的基本参数，选择

汽轮机的型式，配汽机构形式，通流部分及有关参数；拟定汽轮机近

似热力过程曲线，并进行热经济性的初步计算；根据通流部分形状和

回热抽汽点的要求，确定中压级组的级数并进行各级比焓降的分配，

对各级进行详细的热力计算，确定汽轮机实际热力过程曲线，根据热

力计算结果，修正各回热汽点压力以符合热力过程曲线的要求，并修

正回热系统的热平衡计算，汽轮机热力计算结果。

1

:

2

:

3

:

9

:

:

10

:

14

;

17

:

600MW19

:

20

23

第一章汽轮机热力计算的基本参数

主蒸汽压力

主蒸汽温566℃

转速3000r/min

给水温度284℃

额定功率600MW

高压缸排汽压力MPa

中压缸进汽量h

设计参考机型:

566/566型超临界参数、一次中间再热、单轴、三缸、四排汽反

动式汽轮机

第二章汽轮机蒸汽流量的初步计算

一．近似热力过程曲线的拟定。

（一）进排汽机构及连接管道的各项损失。

损失名称符号估算范围取值说明

主汽门调节阀

节流损失

排汽管中压力

损失

中间再热器及

连接管道中压

力损失

中压快速截止

阀和调节阀中

节流损失

中低压连通管

中压力损失

P0P00.030.05P0P00.968MPaP024.2MPa

PcPc0.020.06PcPc0.2KPaPc4.9KPa

PrPr0.1PrPr0.381MPaPr3.81MPa

PrPr0.02PrPr0.0762MPa

PsPs0.020.03PsPs0.106KPaPs4.23KPa

（二）汽轮机相对内效率的估算

取i91%

（三）汽轮机近似热力过程的拟定

p0p2

p0

p0

0

3

1

4

mac

p2

hi1

mac

ht1

mac

hi2

2

mac

ht2

pc

2

6

h

5

he2

s

0点：

P0

24.2MPa

，t0

566，

P0

0.968MPa

，

P0

23.232MPa，查表

得：

h0

3398.78kJ/kg

。

过

0点做等比熵线交高压缸排汽压力等压线于

2‘点，查表得：

h2

2919.05KJ/kg。

由此得：

（

mac

ht！

）

h0

h2

479.73KJ/kg，

hi1

mac

（ht1

mac）

436.55KJ

/kg

得2点，考虑损失

Pr，得

3点；

P3

3.849MPa

，t3

566。

查表得：

h3

3598.19KJ/kg考虑损失

Pr

，得

4点。

过

3点做等比熵线交低压缸

排汽压力等压线于

3点，查表得：

h3

2223.02KJ/kg，由此得：

（ht2

mac）

h3

h3

1375.17KJ/kg，

hi2

mac

（ht2

mac）

1251.4KJ/kg。

可

知：

整级的理想比焓降：

（

htmac）（

mac）（ht！

ht2

mac）

1854.9KJ/kg

整级有效比焓降：

himac

hi1

mac

hi2

mac

1688KJ/kg

由此得排汽点

6，考虑末级余速损失

hc2

，

hc2（himac）0.02168832.67KJ/kg

得动叶后蒸汽状态点5，连接4、5，在中间点7‘处，沿等压线下降

约7kJ/kg得7点，用光滑曲线连接点4、7、5，初步完成热力过程曲线的拟订。

二．

汽轮机总进汽量的初步估算

D0

3.6Pe

m

D

htmax

im

g

取i

91%，m

99%

，g

99%，m

1.2，D

3%D0，Pe

600000MW，

htmax

1854.9kj/kg

则D0

1615.22t/h

三．回热系统的热平衡初步计算

（一）回热抽汽压力的确定

1．除氧器的工作压力

根据SDJ1-80《火力发电厂设计技术规程》规定，本机组及大容量机组易采用滑压除氧器，作为独立一级回热加热器，使回热分配接近最佳值。

额定工况时，除氧器工作压力为。

2.回热抽汽压力的确定

回热抽汽点的不同以及各抽气点抽汽量的不同，会造成循环效率的不同。

提高回热抽汽循环系统节能效果的重要原则：

高品位（即处于高

热焓，低熵值蒸汽状态）处不抽汽或少抽汽，低品位处则尽可能地多

抽汽由此确定中压缸的两级抽汽：

一段抽汽从中压缸4段抽汽口抽

出，供给3号高压加热器；一段抽汽从中压缸6段抽汽口至抽汽总管，然后再由总管上引出三路，分别供给出氧器、给水泵驱动汽轮机和辅助蒸汽系统。

额定工况时，除氧器工作压力，对应的饱和水温度180.3℃，考虑到非调节抽汽随负荷变化的特点，取除氧器的回热抽汽压力为。

因低加进口水温33℃，根据给水温度tfw=284℃可得1号高加给水温为

275℃。

则每级平均温升约为（275-33）/83≈30℃。

则低加级数Z=/30≈5，去除氧器一台，则系统有四台低压加器。

高压级数Z=/30≈3，则系统有三台高压加热器。

（二）回热系统的热平衡初步估算

1.加热器汽水参数

根据给水温度284℃,可得1号高加给水出口水温275.1℃,且除氧器出口水温180.3℃,根据等温升分配原则选择各加热器出口水温。

根据各加热器的出口水温及出口端差,可得加热器疏水温度

ttw2t,查得tl′对应的饱和压力Pe′—加热器的工作压力,考

虑抽汽管压损后确定各级回热抽汽压力Pe。

在拟定的近似热力过程曲线上求出各回热抽汽的焓值。

加抽汽抽汽比抽汽加热器饱和饱和水出口给水出给水出

热压力管压工作压水温温差口温口比焓

器

Pe

焓he

损

力P

'

度t'e

比焓h

e

't

tw2

hw2

型

Pe/Pe

e

（℃）

号

（MPa）

（kj/kg）

（MPa）

（℃）

（kj/kg）

（℃）

（kj/kg）

（%）

Hd

5

0

H3

5

5

说明：

（1）加热器端差愈小，机组的热经济性降低也愈小，效益越大。

（2）不合理的抽汽管压降和加热器端差会带来汽轮机高压抽汽增

加，低压抽汽减少的不利趋势，从而导致汽轮机热经济性降低。

（3）配用高压除氧器，既可防止除氧器自生沸腾，又可减少高压加热器数目，节约钢材和初投资，而且有利于除氧效果。

（4）将中压缸4段抽汽用作除氧器汽源，可以避免高加疏水造成除

氧器自生沸腾，同时提高除氧器后给水温度，充分利用该段抽汽的加热热量，有利于提高系统效率。

2．各级加热器回热抽汽量计算

（1）H3高压加热器

确定各级加热器的效率h0.98，高加给水量Dfw=h，先不考虑漏

入H3高压加热器的那部分轴封漏汽量△D12以及上级加热器H3流入本级加热器的疏水量△D12，则该级加热器的计算抽汽量为：

De3

Dfw（hw3hw2）

1611.22（905.7779.5）

（he3

he3）h

83.475t/h

（3403.32917.75）0.98

考虑上级加热器疏水流入H3高压加热器并放热可使本级抽汽减少

的相当量为：

De2（he2

he3）110.73（1105.22917.75）

De2e

8.352t/h

he3he3

3403.32917.75

考虑前轴封一部分漏汽量△D12漏入本级加热器并放热可使本级回

热抽汽量减少的相当量为：

Dl2（h1

he3）

15（3281.52

917.75）

Dl2e

he3

3403.32

14.265t/h

he3

917.75

hl—轴封漏气比焓值，相当于调节级后汽室中蒸汽比焓

则本级高压加热器H3实际所需回热抽汽量为：

De3De3De2eDl2e83.4578.35214.26560.585t/h

（2）除氧器

除氧器为混合式回热器，根据热平衡图，列除氧器热平衡方程式

和质量平衡方程式。

{DedhedDe1De2De3Dl1Dl2he3DwhwDfwhed

DcwDl1Dl2DedDe1De3De2Dfw

代入已知数据，整理得：

{3178.28Ded

905.7Dcw

966383.375

DedDcw

1322.032

故：

除氧器抽汽量

Ded101.683t/h

凝结水量Dcw

1220.394t/h

说明：

由于除氧器是混合式加热器，其加热效率最高，因此其回

热系统在除氧器分配的抽汽量比较大，有利于系统效率的提高。

3．流经汽轮机各级组的蒸汽流量及其内功率的计算

对于中压缸部分：

第三级组：

D3D2De21423.67t/h

D3（he2

he3）

pi3

165.632mw

3.6

第四级组：

D4D3De3

1363.085t/h

D4（he3

hed）

pi4

85.178mw

3.6

中压缸排汽参数：

排汽温度：

372℃

排汽压力：

排汽比焓：

3205KJ/Kg

排汽量：

h

第三部分通流部分选型

一．排汽口数和末级叶片

根据汽轮机功率确定排汽口数和末级叶片

一般末级叶片应使经高比θ=d/l≥7，轴向排汽速度C2ax≤

300m/s。

二．配汽方式和调节级选型

1．采用喷嘴配汽，通过改变调节级的工作面积来改变蒸汽流

量。

2．为获得较高的热效率，采用单列调节级，其级效率约—。

三．压力级设计特点

对于中压级组，由于无湿汽损失，且工作在过热蒸汽区，蒸汽流过高压级组膨胀后容积流量较大，各级的叶高损失和漏汽

损失相对较小，级给内各级效率较高，可设计成有适中高度，光滑变化的通道形状。

中压非调节级的速度比a=为保证设计工况下叶片根部不吸汽不漏汽，选用根部反动度Ωr=3%--5%。

第四部分压力级比焓降分配及级数确定

一．蒸汽信道的合理形状

根据反动式汽轮机每级作功能力较冲动级小，为保证高压部分

全周进汽，选择较小的平均直径。

由此选择由三种不同等根径级给形成的通道形状。

二．各级平均直径的确定。

压力级比焓降分配的主要依据是各级要有合适的速度比a，同时使通道形状光滑变化以达到较高的内效率，所以首先要考虑到各级直径选取，各级直径的选择既要考虑通道光滑性，还要考虑通用性。

1．中压级组第一级平均直径的估取

dm'

0.2847xahtmn

3000r/min

取

ht60kJ/kg，a

0.49，则dm

1

1.08m

2.中压级组末级直径的估取

dmz

Gc2

htmax

140sin

2

取

Gc

1253.504

103

348.2kg/s,

20.25m

3

/kg,

8,

0.0207,ht

max

3600

393kj/kg

则dmz1.32m

根据作图法确定压力级平均直径的变化

在横坐标上任取长度为a的线段BD（a=25cm）,用以表示中压缸第

一压力级至末级动叶中心之轴向距离在BD两端分别按比例画出

第一压力级与末级的平均直径AB，CD，根据所选的通道形状，

用光滑曲线将A，C两点连接起来，AC曲线即为压力级各级直径

的变化规律。

C

A

BD

三．级数的确定及比焓降的分配

1．级数的确定

（1）压力级平均直径

在图上将BD曲线m等分，从中量取各段长度，求出平均直径：

dm

AB（11）（22）

CD

11

101.17m

（2）压力级平均理想比焓降

ht12.337（dm）2

12.337（1.17）2

70.05kJ/kg

xa

0.491

（3）级数的确定

zhtp（1a）/ht393（10.06）/61.686

htp—压力级组理想比焓降

2．

比焓降的分配

（1）各级平均直径的求取

在压力级平均直径变化曲线上求取各级的平均直径

（2）各级比焓降分配

根据求出的各级平均直径，选取相应的速度比，根据

2

ht12.337dm

，求出各级的理想比焓降，其参数如下：

a

级号

1

2

33

4

5

6

平均直径

dm

cm

速度比

xa

试算理想比

焓降kJ/kg

ht

（3）各级比焓降的修正

调整抽汽压力的注意事项：

①除氧器的抽汽压力等大于其额定值，以免负荷变小时，不能保

证除氧

②除氧器前一级抽汽压力不可过高，否则容易引起给水在除氧器

内的自生沸腾。

③满足给水温度要求

中压缸实际热力过程曲线

测点hi（kj/kg）hi（kj/kg）hi（kj/kg）

1

2

3

4

5

6

第五部分汽轮机的热力计算

一．叶型及其选择

1．叶型的选择

根据汽流在其出口处的马赫数M=c/a的大小，又由于采用单列级，故采用带“A”的亚音速叶栅。

因容积流量较大，故选择出口角较大的叶栅，以免叶片高度增加过快，为利于生产制造，降低成本，叶压级组叶片采用相同叶型。

具体叶型及其参数如下：

叶片型号

出口角

进口角

相对节距

安装角

叶宽B

弦长b

1）

t（）

（）

（mm）（mm）

1

（2）

（

mm

TP-3A

24

70

78

55

TP-3A

24

70

78

55

2．相对节距和叶片数的确定

tn

tn

bn

56.32

0.67

38mm

tb

tb

bb

56.32

0.67

38mm

根据Zn

dne，Zb

db取整后确定叶片数，具体数据如下：

tn

tb

项目

1

2

3

4

5

6

喷管

90

90

92

96

102

110

动叶

90

90

92

96

102

110

二．级的热力计算

中压缸第一级：

1．喷嘴出口汽流速度及喷管损失

喷嘴中理想比焓降：

hn（1m）ht0.554.627.3kJ/kg

初速动能：

hc0

c02

0kJ/kg

2000

滞止理想比焓降：

hn

ht

hc0

27

.3

kJ/kg

喷嘴出口汽流理想速度：

c

1t

2

h*

233.67

m

s

n

/

喷嘴出口汽流实际速度：

c1

c1t

0.95

233.67

221.

99m/s

喷嘴损失：

h

（1

2

）

h*

2

）

27.3

kJ

/

kg

n

n

（10.95

2.66

2．喷嘴出口面积：

由于cr

0.577

*

3.2131

n

P1/P0

3.7728

0.85

n

cr

喷嘴工作于亚音速区，故采用渐缩喷嘴，喷嘴出口面积An为：

An

G1t

104

393.260.09

104

1561