《汽轮机课程设计dc.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽轮机课程设计dc.docx（25页珍藏版）》请在课桌文档上搜索。
1、汽轮机原理课程设计题目汽轮机课程设计学院能源科学与工程学院专业热能与动力工程班级0804学号1003080405姓名丁川指导老师涂福炳日期2011年9月20日课程设计任务书一.设计题目多级凝汽式汽轮机组热力设计二.设计内容1、按所给参数分析并确定热力设计的根本参数；2、拟定汽轮机近似热力过程曲线和原那么性热力系统，进行汽耗量、回热系统热平衡及热经济性的初步计算；3、确定调节级的形式、比焰降、叶型及尺寸，速比选用0.23/0.26；4、确定压力级的级数和排气口数，并进行各级比焰降分配；5、对压力级进行热力计算，求出各级通流局部的几何尺寸、相对内效率和内功率，确定汽轮机实际的热力过程曲线；6、整理
2、说明书，并给出热力计算结果汇总表。三.设计要求1、运行时有较高经济性；2、不同工况下工作时均有较高可靠性；3、在满足经济性和可靠性的同时，还应考虑到汽轮机的结构紧凑，系统简单,布置合理，本钱低廉，安装与维修方便，以及零件的通用化和系列等因素。四.主要参数汽轮机额定功率(Pr,kW)50000汽轮机涉及功率(Pe,kW)40000汽轮机初压(Po,MPa)8.5汽轮机初温(to,)535汽轮机工作转速(n,rmin)3000汽轮机排气压力(P,MPa)0.0045给水温度(tfw,C)158冷却水温度(tci,0C)20凝汽器出口水温(tc；C)31.5给水泵压头(PfpiMPa)0.28凝结水
3、泵压头(Pep,MPa)1.18射汽抽气器汽耗量(Dej,th)1.2射汽抽气器出口水温(tej,oC)38.68射汽抽气器比熔降(hcj,kJkg)558.3回热级数(Z,级)5目录前言31 .近似热力过程曲线的拟定42 .估算汽轮机进汽量D043 .确定抽汽压力54 .各级加热器抽汽量计算54-1%高压加热器54-2Hz高压加热器54-3Hd-除氧器74-4H3低压加热器74-5H4低压加热器75 .流经汽轮机各级组的蒸汽流量及其内功率计算调节级86 .计算汽轮机装置的经济性97 .通流局部选型127-1配气方式和调节型选型127-2调节级几何参数的选择127-3各级平均直径确实定127-
4、3-1第一压力级平均直径的估取127-3-2本机末级直径的估取137-3-3确定压力级平均直径的变化137-4级数确实定及比焙的分配147-4-1级数确实定147-4-2比焙降分配158 .汽轮机双列调节级的热力计算168-1叶型及其选择168-1-1叶片型线图168-1-2叶型及有关参数的选择168-2调节级的热力计算18总结24参考文献25前言汽轮机是以蒸汽为工质的旋转式热能动力机械，与其他原动机相比，他具有单机功率大、效率高、运转平稳和使用寿命长等优点。汽轮机的主要用途是作为发动机的原动机。在使用化石燃料的现代常规火力发电厂、核电站及地热发电站中，都采用益汽轮机为动力的汽轮发电机组。汽轮
5、机能变速运行，可用来直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。汽轮机的排气或中间抽气还可以用来满足生产和生活上的供热需要。在生产过程中有余能、余热的工厂企业中，还可以用各种类型的工业汽轮机（包括发电、热电联供、驱动动力用），使用不同品位的热能得以合理有效地利用。汽轮机必须与锅炉（或其他蒸汽发生装置）、发电机（或其他被驱动机械）、以及凝汽器、加热器、泵等机械设备组成成套装置，共同工作。具有一定温度和压力的蒸汽可来自锅炉或其他气源，经主汽阀和调节汽阀进入汽轮机内，依次流过一系列环形安装的喷嘴栅（或静叶栅）和动叶栅而膨胀做功，将其热能转换成推动汽轮机转子旋转的机械功，通过联轴器驱动其他机械，如发电
6、机。膨胀做功后的蒸汽由汽轮机的排气局部排出。在火电厂中，其排气通常被引入凝汽器，向冷却水放热而凝结，凝结水再经泵输送至加热器中加热后作为锅炉给水，循环工作。1 .近似热力过程曲线的拟定在h-s图上，由pc=8.5,to=535可确定汽轮机进气状态点0,并查得初焰ho=3480.09kJkg0设进气机构的节流压力损失4Po=O.（）4Po,得调节级前压力Po=Po-Po=8.5-O.O48.5=8.16MPa0并由此可确定调节级前蒸汽状态点1,过1点作等端线向下交P2=O.0048MPa线于2点,查得h2t=206186kJkgo因此，整机的理想比焰降hlmac=ho-h2l=3480.09-2
7、061.86=1418.23kJkgo估取汽轮机相对内效率ri=85.5%o整机的有效比焰降himac=ZhmacXTIri=1418.23X0.85=1212.59kJkg,汽轮机排hz=ho-himac=348O.09-1212.59=2267.5kJkgo用直线连接1、Z两点，在中间点3处沿等压线下移20-25kJkg得到点3。用平滑的曲线连接1、3、Z三点，得到该机在设计工况下的近似热力过程曲线，如图1所示。图150MW凝汽式汽轮机近似热力过程曲线本汽轮机回热系统如图2所示，图中HbH2为高压加热器，出,也为低压加热器，也为除氧器，共五级回热抽汽。2 .估算汽轮机进汽量D0设m=1.1
8、2,机械效率nm=0.97,发电机效率ng=097,汽轮机漏汽量D=3%De,且有：1上式中没有考虑汽轮机轴封漏气）3 .确定抽汽压力该汽轮机采用大气压力式除氧器，除氧器压力为0.118MPa,对应的饱和水温度ted,=104.25MPao本机采用70%负荷以下时除氧器与H2高压加热器共汽源的运行方式，所以，除氧器的回热抽汽压力仅比除氧器工作压力高出0.024MPao根据给水温度tw=158C可得Hl高压加热器给谁出口温度tw2=1580C,且除氧器出口水温twd=104.3C,根据温升（等比熔升）分配原那么，的H2高压加热器给谁出口温度：u,2=104.3+（1580435）=131J55o
9、C取tw2=131C用同样方法选取各低压加热器的出口水温tw2（见表1）。根各加热器的出口水温,2及出口端差,可得加热器疏水温度te=tw2+t,查得te对应的饱和压力Pe（见表1）。在拟定近似热力曲线上求出各回热抽汽比焙值he,如图3所示。4 .各级加热器抽汽量计算4-1Hl高压加热器其给水量为该加热器平衡方程式为式中，/-加热器效率，一般取为=0.98（下同）。该级回热抽气量为:上式中有关符号的意义及数值见表1和表2。y高压加热器热平衡图如图4（a）所示。图4加热器平衡图(a)%加热器3e1nel也加热器（C）除氧器De2AJl ne24-2巨2高原力口热器2558.43kJkgo凝结水流
10、经抽气冷却器的温升A%可根据冷却器的热平衡公求得其比焙升为：式中/%=558.3kJkg为抽气冷却器中蒸汽的比焰降。Dl.=1.2(th)为抽气汽耗量，两者为数据考虑传热效率等因素，凝结水泵压头匕=l18MPa,该压力下水在3040C之间比熔升对应的温升Aq=35,取Mj=3。H4低压加热器凝结水进口水温=31.5+3=34.5对应的比焙值相=145.61kJkg区的计算抽气量为：%的疏水流入”4引起末级回热抽气量减少的相当量为：区的实际回热抽气量为5 .流经汽轮机各级组的蒸汽流量及其内功率计算调节级（调节级后压力为3.1IMPa,比焰值H=3181kJkg0待调节级型式选定及热力计算后求得，
11、第一次估算时，可估取调节级理想比焰降及级效率后在h-s图的近似热力过程曲线上查得）第一级组Dl=D0-g=142.79-1=141.79(th)第二级组D2=D1-AD1=141.79-7.592=134.198(th)第三级组D3=D2-AD2=134.198-6.146=128.052(t/h)第四级组D4=D3Zed=128.052-4.815=123.237(th)第五级组D5=D4-ADe3=123.237-5.789=117.448(t/h)第六级组D6=D5-M)e4=117.448-4.891=112.557(th)整机内功率6Pi=EPiij=0=11863.1+9570.8
12、+4957.9+4730.8+3971.0+3882.3+5330.8=44306.7(kW)6 .计算汽轮机装置的经济性Pa=PIz=44306.7-443.1= 43863.6(kW)机械损失Pe = PaXL= 43863.60.97 =汽轮机轴端功率发电机出线端功率符合设计工况Pe=40000(kW)的要求，说明原估计的蒸汽量Do正确汽耗率不抽气时(回热抽气停用)估计汽耗率：汽轮机装置的热耗率：汽轮机装置的绝对电效率：本机计算结果列于表2内表250MW凝汽式汽轮机热平衡计算数据汽轮机初压MPa8.5射汽抽气器汽耗皿,t/h1.2汽轮机背压MPa0.0045/0.0043汽轮机初温t53
13、5射汽抽气器比焰kJ/kg558.3凝汽器出口水温31.5汽轮机初比1.vhkJ/kg3480.09汽轮机总进气量t/h142.79抽汽冷却器出口3口%34.5工作转速nr/min3000前轴封漏气量Dlt/h1给水泵压头PfPMPa0.28冷却水温蜀20流入凝汽器蒸汽t/h112.557凝结水压头PCPMPa1.18热平衡计算数据加热器H2Hd凡兄抽气压力MPa0.72480.35040.14190.05820.0207抽气比焰%kJ/kg2938.02805.02672.02556.02437.0加热器压力儿MPa0.66680.32240.11780.05350.0190B下饱和水温度心
14、163136104.258359日下饱和水比焰heikJ/kg688.63572.05437.04347.54246.97Ikg蒸汽放热量NhekJ/kg2249.372232.952234.962208.462190.03被加热的凝结水量6t/h143.99143.99124.637124.637124.637加热器进口水温131104.25805634.5加热器进口水比熔%kJ/kg550.66437.04334.95234.42144.56加热器出口端差055O33热平衡计算数据加热器H.H2HdH3H4凝结给水出口水温tw2158131104.258056出口水比焰%kJ/kg666.
15、89550.66437.04334.95234.42给水比焰升A3,kJ/kg116.23113.62102.09100.5389.86抽气量计算抽气量Dei,t/h7.5927.4764.8155.7894.891前轴封回收相当量d;t/h0.934上级加热器疏水相当量A%dt/h0.3960.266实际抽气量t/h7.5926.1461.5135.7894.625汽轮和L装置的热力特性数据排气比焰hzkJ/kg2267.5机械损失kW443.1不抽汽时汽耗率dkg(kWh)3.098等比端排气比焰hkJ/kg2061.86联轴器端功率PakW4386.3给水温度158理想比焰降(hlm,y
16、kJ/kg1418.23发电机效率L%97给水比熔h扭kJ/kg666.89有效比焰降kJ/kg1212.59发电机端功率PekW42547.7热耗率qkg(kWh)9416.6汽轮机内效率jIri%85.5汽轮机总进气量D.t/h142.79绝对电耗率fJel%38.24汽轮机内功率PikW44306.7汽耗率dkg(kWh)3.3567 .通流局部选型7-1配气方式和调节型选型本机设计为凝汽式汽轮机其配气方式为喷嘴配气方式，调节级为双列调节级，因为双列调节级能承当较大的比熔降，为160-500kJkg,本机取350kJkgo调节器后压力为3.IlMPa,调节级速度比Xa=O.220.28,
17、速度比Xa取低得反动度和局部进去度选小值反动度w=ft+QIn=1320%为第一列动叶反动度Cg为导叶反动度为第二列动叶反动度ft=9-13%取=16.42%g=1-2%取=1.794%Q；=35%取=3.436%么：体积流量假设4是全部进气量在临界状态下通过调节级所需要德喷嘴当量面积，那GX=39.66x0.0414=1.642(m,s)C(,=GoVo/Aetl进入喷嘴的蒸汽初速：=1.642/(4.3350103)=378.78(ms)7-2调节级几何参数的选择考虑制造工艺、调节级叶片的高度及第一压力级平均直径，本机调节级平均直径4,取4“=1100”7-3各级平均直径确实定7-3-1第
18、一压力级平均直径的估取式中Xa=0.46-0.5取X4=0.5;M级理想比焙将，假设M=50kj/kg那么d=0.2847X0.5X国=1.007(w)7-3-2本机末级直径的估取那么2=Jr(m)40yusina2式中Gc通过末级的蒸汽流量，kg/s%末级动叶出汽角，一般取=90。末级余速损失系数，一般J=0.0150.025,取J=O.020V2末级动叶排气比容，rn31kg查得匕=27.4149末级径高比，。2.53本机取6=2.5_I31.266x27.414x2.5那么小V140X0.020X1212.59Xsin900=1.763(m)7-3-3确定压力级平均直径的变化采用作图法确
19、定压力级平均直径的变化规律，如图5所示，在横坐标上任取长度为=20cm的线段BD,用以表示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值，如图5中的AB与(AB+CD=.根据所选择的通道形状，用光滑曲线将AC两点连接起来,AC曲线即为压力级各级直径的变化规律。7-4级数确实定及比焙的分配7-4-1级数确实定7-4-1-1级数确实定先求压力级平均直径乙在图5上将BD线段分为10等分，如图5中1-29点，从图中量出各段长度，求出平均直径7-4-1-2压力级平均理想比焰降式中篇根据K,=0-460.50)范围选择，取Xa=0.50那么7-4-1-3级数确实定
20、Z=MP(I+a)1取整)式中bn(mm)动叶的节距匚=OdWM)那么喷嘴取=075tn=0.7547.98=35.98(wn)第一列动叶，取=0.68th=0.6838.47=26.16(mm)导叶取匚=0.60tn=0.6032.49=19.49(wn)第二列动叶取R=0.55th=0.5538.71=21.29(三)喷嘴数ZfI=次*上(取整，偶数)式中力一平均直径，mm取4=1100(三);e局部进气度，e=0.350.45,取e=0.40那么喷嘴叶片数4=3.1416x1100x0.40/35.98=38.42取Zf,=40导叶及动叶片数4=dhth那么：第一列动叶片数4=3.141
21、6x1100/26.16=132.10取Zz,=134导叶片数4=3.1416x11(X)/19.49=177.30取Zz,=178第二列动叶片数Zz,=3.1416x11(X)/21.29=162.328-2调节级的热力计算：级流量G=39.66kgs,级前参数4=8.16MPa,=3480.09kJ/kg,=0.0432w3,级后压力2=3.11MPa,转速n=3000rmin,反动度Q,=16.42%,l,=1.794%,Q=3.436%,Q=383.743ms由,及2在h-s图上查得级理想焰降M=350kJ/kg,压力比=鸟/耳=3.11/8.16=0.3800.4,所以Q可取1425
22、%,级总反动度：喷嘴中理想比焰降4=(1-Q,)4=(l-0.2165)350=274.225(kJ/kg)初速动能2000378.7822000= 71.737 (kJ/kg)滞止理想比焙降h=z+。=274.225+71.737=345.962kJ/kg喷嘴出口汽流理想速度喷嘴速速系数8取0.95喷嘴出口汽流实际速度C1=G=095X831.794=790.205(m/s)喷嘴后压力查得6=3.77,喷嘴压力比，=3.77/8.16=0.4620.546所以采用渐缩喷嘴，喷嘴出口面积即喷嘴喉部面积：A喷嘴出口叶片高度/”=生=11.95mmZJTSmal第一列动叶中理想比熔降=Q,=0.1
23、642350=57.47kJ/kg第一列动叶中理想进口汽流方向A=tan-1C|Sma,C1cosal-u调节级圆周速度=n60=3.14160.1300060=172.78m/s那么Q,790.205sin150n110.=tan1=19.11,790.205cos15-172.78第一列动叶进口汽流速度q=GsnL=790.2丫5=624.71mssinp1snl9.11第一列动叶进口速度动能m.=w12/2O=624.712/2(X)0=195.13kJ/kg第一列动叶滞止比焰降=z7+Ah,=57.47+195.13=252.60kJkg第一列动叶出口汽流理想速度=44.72V=44.
24、72252.60=710.76m/s第一列动叶速度系数取=0.9第一列动叶出口汽流实际速度y2=2t=0.9710.76=639.68m/s第一列动叶出口绝对速度的方向和大小：C2sin639.68sin18仆。口,C0=-=478.32m/ssina2sin24.41第一列动叶动能损失=(1)*=(1-092)x252.60=47.99kJ/kg第一列动叶余速损失,=C22/2(XX)=478.322/2000=114.40kJ/kg导叶中理想比焙降A/,=jf,=0.01794x350=6.28kJ/kg导叶进口汽流方向x - tan-1Sin刍_ _ tanC1 cos ax-u639.
25、68sinl8 . y110 24.41639.68cos 18-172.78nj、在l、U 亡、# gC1 sin a,639.68sin 18._o .z.导叶进口汽流速度供=!l =.，n - = 478.32 m/ssin 7l sin 24.41导叶进口速度动能砥= / 2000 = 478.322 / 2(XX) = 114.40 kJ/kg导叶滞止比焙降A = At, + lt. = 6.28+114.40 = 120.68 kJ/kg导叶出口理想速度2t= 44.727 = 44.72 X Jl 20.68 = 491.26 m/s导叶出口速度系数0 = 0.92,那么导叶出口
26、实际速度2=2l=0.92491.26=451.96m/s导叶出口绝对速度方向和大小：出=A=24Gi=451.96m/s导叶余速损失,=C22/2000=451.962/2(XX)=102.13kJ/kg第二列动叶的理想比焙降=l,=0.03436350=2.03kJ/kg进口汽流方向=tan 7C1 sin atC1 cosal -u= tan-, 451.96451.96sin 24571.15 cos 240-172.78= 37.450第二列动叶进口汽流速度= 302.32m/sClsin1_451.96sin24sin71-sin37.45第二列动叶进口速度动能/=可2/2000=
27、302.322/2000=45.70kJ/kg第二列动叶滞止比焰降*=Mb=12.03+45.70=57.73kJ/kg第二列动叶出口汽流理想速度=44.72V=44.7257.73=339.78m/s第二列动叶速度系数=0.93,那么第二列动叶出口汽流实际速度2=2l=0.93X339.78=315.99m/s第二列动叶出口绝对速度方向和大小：2sin2426.28xsin32G=一-=315.99=192.62m/sSina2sin60.38第二列动叶损失hb=(l-r)A/=-0.932)57.73=7.80kJkg第二列动叶的余速损失jhc=C22/2000=192.622/2000=
28、18.55kJ/kg第一列动叶出口面积A=-21i104=3966x0202XlO4=125.24cm22639.68局部进汽度-=-第一列动叶高度125.24102h edh sin 2 0.4163.1416l 100sin 18028.19 mm面积比 Ah / An =125.24/44.512 = 2.81导叶出 口面积 A =2XlO4 = 39.66x0.208 l4182.52cm22451.96导叶高度A182.52 102edn sin ,0.4163.1415 1100sin 24= 31.22 mm面积比4/%=182.52/44.512=4.10第二列动叶出口面积A=
29、空XlO4=39660.2135xl04=267.96cm2,315.99第二列动叶高度41267.96x102=3517edhsin20.4163.1415l100sin32面积比4：/4=267.96/44.512=6.02将以下计算得数据列入表4图7、图8、图9分别为本汽轮机双列调节级的通道形式、热力过程曲线及速度三角形示意图图7双列组通道形式S图8、双列级热力过程曲线图9双列级速度三角形表4双列级热力计算数据表序号名称符号单位喷嘴第一列动叶导叶第二列动叶1蒸汽流量Gkg/s39.662级前压力PoMPa8.163级前蒸汽比燧hokJ/kg3480.094级前蒸汽比容%m3kg0.432
30、5级平均直径mm11006级后压力&MPa3.117级理想比焰降NhIkJ/kg3508级假象速度Gm/s691.169圆周速度Um/s172.7810速度比X。0.2411局部进汽度e0.41612进口蒸汽温度（4）53513进口蒸汽压力国）MPa8.163.773.423.3614进口蒸汽比焙4g)kJ/kg3480.093219.43188.23172.615叶栅进汽角go)()19.1119.1124.4137.4516进口汽流初速CoQ)m/s0624.71478.32302.3217初速动能叫做）kJ/kg0195.13114.4045.7018反动度Q(Q)%16.421.794
31、3.43619叶栅理想比熔降a()kJ/kg274.22557.476.2812.0320叶栅后理想比焰%（自）kJ/kg3209.43161.93181.93160.6续表421叶栅前滞止压力成MPa8.165.663.693.4922滞止理想比烯降V(V)kJ/kg345.962252.60120.6857.7323叶栅前滞止比容*(K)m3kg0.04320.130.1720.19824叶栅后压力A(R)MPa3.773.423.363.1125叶栅后比容K(K)m3kg0.1710.2020.2080.213526叶栅压力比%（为）0.3710.5770.8440.89927出口汽流理
32、想速度Gr（%）m/s831.794710.76491.26339.7828速度系数0.950.90.920.9329出口汽流实际速度Cl(G2)m/s790.205639.68451.96315.9930流量系数以0.9731出口面积A（八）cm244.512125.24182.52267.9632叶栅损失kJ/kg33.7349.9918.547.8033排气速度C2m/s192.6234余速方向”2(0)60.3835余速损失口,kJ/kg18.5536轮周效率hU%70.937单位蒸汽轮周功吗；kJ/kg288.238轮周效率hJ%75.1239轮周有效比给降AhUkJ/kg216.5
33、40相对误差%9.75941叶高损失zkJ/kg16.60续表442轮周有效比燧降kJ/kg193.443轮周效率%65.344扇形损失ZkJ/kg0.08245叶轮摩擦损失h.kJ/kg3.28046局部进汽损失kJ/kg14.2147级有效比焰降kJ/kg188.848级效率hi%56.349内功率P1kW7487.8总结通过这次多级汽轮机热力过程的设计，我进一步熟悉了汽轮机的主要结构，提高了综合利用汽轮机的能力，为学习以后的课程和今后的工作中专研学科专业技术打下扎实根底。多级汽轮机人力过程设计对理论与实践相结合的重要意义是增强动手能力，加强对理论的理解和认识。在多级汽轮机热力过程的设计过程中，刚喀什汽轮机的设计师，由于对知识的不熟悉，不知道如何动手。于是通过参考同学的成果以及查阅一定的资料，终于开始了行动。遇到困难是不可防止的，而且由于理论的种种缺乏很多计算似乎无法进行，只有参考前辈设计计算才勉强为之下来。最为重要的是设计是一个学习和实践的过程，只有行动了才能真正遇到问题，真正解决问题，真正有所收获。总而言之，收获很大，对汽轮机有了更加全面和具体的认识，也进一步提高了实践能力。在汽轮机原理课程设计过程中,我感觉我的理论运用于实际的能力得到了提升，主要有以下几点：
