汽轮机课程设计汽轮机原理.docx

1、汽轮机课程设计汽轮机原理汽轮机课程设计-汽轮机原理课 程 设 计 课程名称 汽轮机原理 题目名称 汽轮机原理课程设计 学生学院_材料与能源学院_专业班级_热能与动力工程(热电方向)09（1）班学 号_ 3109007245_学生姓名_李健华_ _指导教师 罗向龙 _ _20012 年 9月 15日广东工业大学锅炉原理课程设计任务书题目名称25000KW凝汽式汽轮机设计学生学院材料与能源学院专业班级09级热能与动力工程(热电方向)姓 名李健华学 号3109007245一、课程设计的内容系统地总结、巩固并应用汽轮机原理课程中已学过的理论知识，重点掌握汽轮机热力设计的方法、步骤。 通过设计对整个汽轮

2、机的结构作进一步的了解，明确主要部件在整个机组中的作用、位置及相互关系。通过设计了解并掌握我国当前的技术政策和国家标准、设计资料等。由于课程设计的题目接近实际，与当前国民经济的要求相适应，因而要求设计者具有高度的责任感，严肃认真。应做到选择及计算数据精确、合理、绘图规范，清楚美观。二、课程设计的要求与数据课程设计的要求是：掌握汽轮机计算和校核方法；在计算之后能进行必要的理论分析。主要内容包括： (1) 分析并确定汽轮机热力设计的基本参数，如汽轮机容量、进汽参数、转速、排汽压力或循环水温度、回热加热级数及给水温度、供热汽轮机的供汽压力等。(2) 分析并选择汽轮机的型式、配汽机构型式、通流部分形状

3、及有关参数。(3) 拟定汽轮机近似热力过程线和原则性热力系统，进行汽耗量与热经济性的初步计算。(4) 根据汽轮机运行特性、经济要求及结构强度等因素，比较和确定调节级的型式、比焓降、叶型及尺寸等。(5) 根据流通部分形状和回热抽汽压力要求，确定压力级的级数，并进行各级比焓降分配。(6) 对各级进行详细的热力计算，求出各级流通部分的几何尺寸、相对内效率和内功率，确定汽轮机的实际热力过程线。(7) 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线的要求。(8) 根据需要修正热力计算结果。(9) 绘制流通部分及纵剖面图。三、课程设计应完成的工作按照给定的设计条件,确定流通部分的几何参数

4、，力求获得较高的相对内效率。就汽轮机课程设计而言其任务通常是指各级几何尺寸的确定及级效率和内功率的计算。选择合理参数，保证所设计的汽轮机具有较高的效率和较低的成本，便于安装和检修，并保证在所有的允许工况下具有较高的可靠性。每个学生应在规定时间内，独立完成所选题目。运用流体力学、工程热力学相关知识，设计出相应汽轮机。要求清楚地分析问题、确定汽轮机类型、提出算法、列出公式及数据，最后用公式验证，完成汽轮机设计，并且提交程序说明书。四、课程设计进程安排序号设计各阶段内容地点起止日期1布置课程设计任务书；讲述课程设计注意事项；讲述汽轮机热力设计基本参数的确定过程。教室2012-9-32做好设计前的准备

5、工作；查阅参考资料，掌握并确定汽轮机设计方法和步骤。学生 宿舍2012-9-43初步完成热力计算学生 宿舍2012-9-42012-9-84完成汽轮机通流图学生 宿舍2012-9-82012-9-125完成任务说明书，准备答辩学生 宿舍2012-9-139课程设计答辩教室2012-9-14五、应收集的资料及主要参考文献1 沈士一，庄贺庆，康松，庞立云.，汽轮机原理.，水利电力出版社，19922 冯慧雯主编，汽轮机课程设计参考资料， 水利电力出版社，19923 康松、杨建明、胥建群编，汽轮机原理，中国电力出版社，2000年出版4 翦天聪主编，汽轮机原理，中国电力出版社，1992年出版发出任务书日

6、期： 年 月 日 指导教师签名：计划完成日期： 年 月 日 基层教学单位责任人签章： 主管院长签章：摘要随着社会经济的不断发展，汽轮机的容量在不断的增大。生活与工业用电造成电网峰谷差日趋增大，造成机组启停频繁，电机组变负荷运行深度调峰。正因为汽轮机变负荷适应性好，调峰能力强，因此，汽轮机的潜力很大。汽轮机技术的革新必然会为社会带来巨大的经济效益和社会效益。为了更好地适应社会发展，加深大学生的研发技能及拓展大学生的理性思维，因此我们进行了12000kW汽轮机的课程设计。因为时间有限，专业知识不足，造成有不少设计的地方不够完善。但是，这次课程设计给了我们锻炼自我能力和巩固知识的机会，为今后更好的对

7、汽轮机设计打下了坚实的基础。关键词：能源；汽轮机；负荷；效益一、汽轮机热平衡估算基本数据：额定功率Pr25000kW，设计功率Pe25000kW，新汽压力p09.800MPa，新汽温度t0535，排汽压力pc0.008MPa，给水温度取tfw258。1、近似热力过程曲线的拟定在h-s图上，由p0、t0可确定汽轮机进汽状态点0并查得初比焓h03466.4kJ/kg。设进汽机构的节流损失p00.05p0，得调节级前压力p00.95p09.31MPa，并确定调节级前蒸汽状态点1。设扣除排汽损失后的排汽压力pc0.00784MPa。过1点作等比熵线向下交pc线于2点，查得hc2109.7kJ/kg，整

8、机的理想比焓降(htmac)h0-hc1361.9kJ/kg.估计汽轮机相对内效率ri80，有效比焓降htmac(htmac) ri1089.54kJ/kg，排汽比焓hz=h0-htmac2376.87kJ/kg，在h-s图上得排汽点z。用直线连接1、z两点，在中间3点处沿等压线下移2125kJ/kg得3点，光滑连接1、3、z点，得该机设计工况下的近似热力过程曲线，见图1。图1 近似热力过程曲线2、估算汽轮机进汽量D0设m1.15，D3.2t/h，m0.99，g0.97，则 蒸汽量D包括前轴封漏气量Dl2t/h。二、设计工况下的热力计算1确定机组配汽方式采用喷嘴配汽2调节级选型采用单列级3主要

9、参数(1)已知设计参数Po=9.8Mpa ，to=535 ， Pc=0.008Mpa， Pel=25000KW ，n=3000rpm(2)选取设计参数设计功率取设计功率=25MW。汽轮机相对内效率ri 选取某一ri 值，待各级详细计算后与所得ri 进行比较，直到符合要求为止。这里取ri=74%机械效率： 取m= 99%发电效率： 取 g= 97%给水回热系统及参数：采用两加热器,一级除氧器。系统及参数详见给水回热系统图。4近似热力过程线的拟定(1)进汽机构的节流损失Po阀门全开时，Po=(0.030.05)Po，取调节级喷嘴前Po=0.95Po=9.31MPa(2)排汽管中压力损失Pc ：对于

10、本机,认为Pc=0.98Pc， 即Pc=0.02Pc(3)末级余速损失hc2 ：本机取C2=50ms(4)调节级效率调节级效率较低，而中间级效率较高。假定调节级ri=70% 而调节级后压力Pa=6.9Mpa， 作为初拟热力过程线的参数。可采用分段拟定热力过程线。5汽轮机总进汽量的初步估算 3.6*PelDo= *m+D=1102.12 t / h(ht mac)*rigmPel 汽轮机的设计功率，kW(ht mac) 汽轮机通流部分的理想比焓降，由焓熵图查得(ht mac)=1361.9kJ/kgri 汽轮机通流部分相对内效率之初估值；g 机组的发电机效率；m 机组的机械效率；m 考虑回热抽汽

11、引起汽量增大的系数,它与回热级数、给水温度、汽机容量及参数有关，取m=1.15；D是考虑门杆漏汽及前轴封漏汽的蒸汽余量，(t/h) D=Dl+Dv给定前轴封漏汽Dl=2t/h，门杆漏汽Dv=1.2 t/h ；Do是汽轮机总进汽量。 6调节级的详细热力计算(1)确定调节级进汽量DgDg=Do-Dv=100.92 th(2)确定速比Xa和理想比焓降ht取Xa=0.37， 取调节级平均直径dm=1100mm ，计算时取dm=dn=db由u=*dm*n/60=172.7 m/s和Ca=u/Xa =466.76 m/s，ht=Ca2/2=108.93kJ/kg，ht在70125kJ/kg范围内。(3)平

12、均反动度m的选取：取m=5%(4)计算嘴理想比焓降hnhn=(1-m)* ht =103.484 kJ/kg(5)计算喷嘴前后压比n根据Po、ho以及hn查焓熵图，得到喷嘴后压力P1和比容V1t由n=P1/Po判断流动状态，选择喷嘴叶型和喷嘴出口角1。 (参见喷嘴叶型表)P1 = 6.851MPan=0.736cr，为亚临界流态。 喷嘴叶型选取：选取部分苏字叶栅TC-2A叶型选取喷嘴出口角1=12(6)计算喷嘴出口汽流速度C1 =454.938 m/s取 =0.97 ，C1=*C1t =441.290 m/s (7)计算喷嘴损失hnhn=(1-2)* hn =6.116 kJ/kg(8)确定喷

13、嘴出口面积AnAn=Gn*V1t/(n*c1t) = 32.66 cm2Gn 喷嘴流量，28.034kg/sV1t 喷嘴出口理想比容，0.476 m3/kgn 喷嘴流量系数，取n=0.97(9)确定部分进汽度e确定部分进汽度的原则是选择部分进汽度e和喷嘴高度ln的最佳组合，使叶高损失hl和部分进汽损失he之和为最小。由An=e*dm*ln*sin(1)得ln=An/ (e*dm*sin(1)而hl=l*Eo=a1/ln*Xa2*Eo ， 取a1=9.9he=e*Eo=(w+s)*Eo鼓风损失系数w=Be*1/e*(1-e-ec/2)*Xa3 ，取 Be=0.15，ec=0.4斥汽损失系数s=C

14、e*1/e*Sn/dn*Xa，取Ce=0.012，Sn=4 (喷嘴组数) ，dn=dm=1100mm令y=hl+he令其一阶导数为零，即求y的极值，最终可得到e ，设计时选取e值比计算值稍大些。由计算得e = 0.3328(10)确定喷嘴高度lnln= An/ (e*dm*sin(1) = 12.65 mm，取整得13mm。(11)动叶高度盖度=2 mmlb=ln+=15mm(12)选取盖度对于本机组来说调节级：=2mm 压力级：=2.0mm (ln20mm) =2.5mm (20ln40mm) =3.0mm (ln40mm)(13)检验根部反动度rr=1-(1-m)*db/(db-lb) =

15、0.0371r在0.030.05范围内。(14)求动叶进口汽流相对速度w1和进汽角11= tan-1c1*sin(1)/(c1*cos(1)-u) =19.51w1=C1*sin(1)/sin(1)=274.72 m/shw1=w12/2 = 37.736kJ/kg(15)计算动叶前滞止压力P10由h1=h1t+hn和hw1查焓熵图 h1=3369.04 kJ/kgP10 = 7.709Mpa(16)确定动叶理想比焓降hb和动叶滞止理想比焓降hb0 hb=m*ht =5.447 kJ/kghb0=hb+hw1 =43.182kJ/kg(17)计算动叶出口汽流相对速度w2w2t= = 293.8

16、78 m/sw2=*w2t =271.837 m/s ，由m和w2t 查图得到(=0.925)(18)计算动叶损失hbhb=(1-2)* hb 0 = 6.234 kJ/kg(19)求取动叶后蒸汽压力P2和比容V2由hb和hb查焓熵图得到P2 =6.896 MPa V2 = 0.0475 m3/kg(20)确定动叶出口面积AbAb=Gb*V2/w2 =49.03 cm2 ，因未考虑叶顶漏汽,故Gb=Gn(21)确定动叶出口汽流角22=sin-1Ab/(e*db*lb) = 19.92根据1和2和动叶叶型表选取动叶叶型动叶叶型：选取部分苏字叶栅TP-1A叶型(22)计算动叶出口汽流绝对速度从C2

17、和出汽角2 117.869 m/s2=tan-1(w2*sin(2)/(w2* cos(2)-u)=42.16(23)计算余速损失hc2hc2=0.5*C22 =6.947kJ/kg(24)计算轮周效率比焓降hu (无限长叶片)hu=hto-hn-hb-hc2 =89.634J/kg(25)计算级消耗的理想能量EoEo=hco+ht-1*hc2 = 108.931kJ/kg对于调节级Eo=hto=ht(26)计算轮周效率u(无限长叶片)u=hu/Eo =82.29%(27)校核轮周效率单位质量蒸汽对动叶所作的轮周功Wu=u*(c1*cos(1)+c2*cos(2) =89.634kJ/kg轮周

18、效率u=Wu/Eo = 82.29%用两种方法计算所得轮周效率应相近，其误差要求u=|u-u|/u*100% = 06。从图中量出割断长度，求出平均直径。Dm(平均)=(AB+(1-1)+(2-2)+CD)/(m+1)*k ，Dm(平均)= 1207.19 mm式中的k 为比例尺。(见图3)图3 压力级平均直径变化曲线图(5)压力级的平均比焓降ht(平均) 选取平均速比Xa(平均)=0.47， 则ht(平均)=0.5*(*dm(平均)*n/60/Xa(平均)2 =84.966 kJ/kg(6)压力级级数的确定ZZ=(1+)* ht p/ ht(平均)= 15.54式中ht(p) = 1257.

19、84kJ/kg压力级的理想比焓降 ，为重热系数，本机=0.05 ，将Z取整。 取整后Z=16。 (7)各级平均直径的求取求取压力级级数后，再将上图中BD线段重新分为(Z-1)等分，在原拟定的平均直径变化曲线上，求出各级的平均直径。如表1所示。(8)各级比焓降分配根据求出的各级平均直径，选取相应的速比，求出各级的理想比焓降htht=0.5*(*dm*n/60/Xa)2为了便于比较和修正,一般以表格的方式列出，如表1所示。(9)各级比焓降的修正在拟定的热力过程线上逐级作出各级理想比焓降ht，计算h。h=(1+)* ht(p)-ht = 4.18/kg如表1所示。表1 各压力级直径，理想比焓降及速度

20、比等级数dmXaht级后压力级后理想比焓10.80.3238.9525.4184142533330.876820.81050.3438.2614.3008103243292.615430.82910.3640.03753.427954193252.577940.85590.3842.66772.7283017193209.910250.8910.446.2392.1564186783163.671160.93480.4250.8971.6826472463112.77470.98760.4656.8091.318100473055.965481.04980.4764.18990.9955078

21、642991.75691.12190.4873.30980.7158593592918.4657101.20480.584.5440.4906636042833.9216111.29910.5298.29670.3197237532735.6249121.40620.54115.1720.1954474352620.4527131.52750.56135.8990.1099445592484.554141.66490.58161.4470.0554270422323.1067151.82110.6193.16180.0241163772129.9451620.62223.1690.008562

22、7461906.776(10)检查各抽汽点压力值，使其符合要求，其误差小于2%。(11)最后按照各级的dm和ht求出相应的各级速比Xa。末级的计算，待末二级详算后，根据末二级后的压力与排汽压力来确定htz和Xaz。8第一压力级的详细热力计算(1)由上一级的计算结果，已知本级的Po = 6.896MPa，ho = 3369.83kJ/kg，Po0 = 6.896MPa，ho0 = 3369.83MPa，hco = 0，由压力级比焓降分配，已知本级的ht = 30.580kJ/kg，ht 0 = 30.580MPa，dm = 0.8m，Xa = 0.51，Go =28.033kg/s。(2)选取平

23、均反动度估取平均反动度m = 0.055，待级热力计算后再校核根部反动度。(3)计算喷嘴的理想比焓降hnhn=(1-m)*ht = 28.898kJ/kg(4)计算喷嘴的滞止理想比焓降hn 0 hn 0=hn+hco =28.898kJ/kg(5)计算喷嘴的出口汽流理想速度C1t =240.407m/s(6)计算喷嘴出口汽流实际速度C1C1=*C1t = 233.195m/s，这里取=0.97(7)计算喷嘴损失hnhn=(1-2)*hn 0 =1.708kJ/kg(8)计算圆周速度uu=*dm*n/60 = 125.664m/s(9)计算级的理想速度Ca=247.304m/s(10)计算假想速

24、比XaXa=u/Ca = 0.32(11)确定喷嘴等比熵出参数h1t,V1t 和 P1首先由ho和hn求出喷嘴出口理想比焓值h1t ，h1t=ho-hn = 3340.930kJ/kg然后在焓熵图上，从进口状态等比熵膨胀到h1t查出等比熵出口比容V1t和出口压力P1。V1t = 0.051m3/kg P1 =6.309MPa (12)计算喷嘴前后压力比nn=P1/Po 0 = 0.915选取喷嘴叶型：选取部分苏字叶栅TC-1A叶型。(13)选取喷嘴型式和出汽角1由n和喷嘴叶型表选取1 = 10(14)计算喷嘴出口面积AnAn=G*V1t/n/c1t = 0.0061m2 ，这里取n=0.97(15)计算喷嘴高度ln根据估算，全周进汽，故取e=1ln=An/(e*dm*sin(1) = 0.01404m为了设计制造的方便，取喷嘴的计算高度为整数值14mm。(16)计算喷嘴出口实际比焓降h1h1=h1t+hn = 3342.638kJ/kg(17)计算动叶进口汽流角1和相对速度w11=arctg(c1*sin(1)/(c1*cos(1)-u) = 21.28w1=(c1 2+u2-2*u*c1*cos(1)2 = 111.595m/shw1=w1 2/2 = 6