汽轮机课程设计b2.53.430.981型汽轮机设计

1、汽轮机课程设计 摘 要 汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械。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。 为了更好的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 2.5MW汽轮机的课程设计。核算项目有：动叶前后参数、级效 率、级功率、反动度、速度比、漏汽量等。这次课程设计给了我们锻炼

2、自我能力 和巩固知识的机会，为今后更好的对汽轮机设计打下了坚实的基础。 关键词：汽轮机；设计；流量；核算 -I- B2.5-3.43/0.981型汽轮机设计 Abstract Steam turbine is the energy conversion of steam into mechanical power of the rotary type power machinery. The design condition of steam turbine under design parameters is called steam turbine. Due to the main dim

3、ensions of the steam turbine is basically accord ing to the desig n requireme nts ide ntified, and power of steam turbi ne at run time will be according to the need of external changes, turbine parameters have may change, causing steam flow rate, at all levels and efficiency of the parameter cha nge

4、s, called the cha nge con diti on of the turb ine. In order to estimate the economy, reliability and safety of steam turbine running under new conditions, it is necessary to calculate the new operati ng con diti ons. In order to better adapt to the social developme nt of College Stude nts research a

5、nd development skills and expand the rational thinking, so we carried out the curriculum design of 2.5MW turbine. Accounting items are: the parameters of the front and rear of the blade, the level of efficie ncy, the level of power, the react ion rate, the speed ratio, the amount of leakage, etc. Th

6、is curriculum design gives us the opportunity to exercise the ability of self and the consolidation of knowledge, for the future to better lay a solid foun datio n for the desig n of the steam turb ine. Key words steam turb ine; desig n; flow; calculati on -#- B2.5-3.43/0.981型汽轮机设计 目 录 摘 要 I Abstrac

7、t II 设计任务书 IV 第1章绪 论 1 第2章设计方案 2 2.1设计目的 2 2.2设计要求 2 2.3整体设计计算过程顺序 2 第3章设计工况下的热力计算 3 3.1主要设计参数选择 3 3.1.1 设计功率 3 3.1.2汽轮机效率 3 3.1.3近似热力过程线的拟定 3 3.2汽轮机总进汽量的初步估算 3 第4章调节级的详细热力计算 5 4.1喷嘴参数计算 5 4.1.1 喷嘴基本参数计算 5 4.1.2确定部分进汽度 6 4.1.3喷嘴其他系数计算 6 4.2动叶系数计算 6 4.2.1 动叶进口参数计算 6 4.2.2动叶出口参数计算 7 4.3叶轮参数计算 8 4.3.1

8、轮周效率计算 8 4.3.2叶轮其他参数计算 8 第5章压力级计算 10 5.1压力级的平均直径 10 5.1.1第一压力级平均直径的确定 10 5.1.2 压力级的平均直径确定 10 5.2压力级比焓降的计算 11 结 论 12 参考文献 14 设计任务书 一、设计主要条件及技术参数： 1、机组型号:B2.5-3.43/0.981 2、机组型式：多级冲动式背压汽轮机 3、汽轮机功率：2.5MW 4、新蒸汽压力：3.43MPa 5、新蒸汽温度：435C 6 排汽压力：0.981MPa 7、汽轮机转数：3000rpm 二、设计内容及工作量： 1、分析并确定汽轮机热力设计的基本参数，如汽轮机容量、

9、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

10、 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。 10、 需要上交材料：计算手稿一份、说明书一本、A1图纸一张。 -#- 汽轮机课程设计 第1章绪 论 排汽压力大于大气压力的汽轮机称为为背压汽轮机。背压式汽轮机结构：由 下列几个部分组成：转动部分由主轴、叶轮、轴封套和安装在叶轮上的动叶片 等组成；固定部分由汽缸、隔板、喷嘴、静叶片、汽封和轴封等组成；控制 部分由调速装置、保护装置和油系统等组成。 背压式汽轮机发电机组发出的电功率由热负荷决定，因而不能同时满足热、 电负荷的需要。背压式汽轮机一般不单独装置，而是和其他凝汽式汽轮机并列运 行，由凝汽式汽轮机承担电负荷的变动

11、， 以满足外界对电负荷的需要。前置式汽 轮机的电功率由中、低压汽轮机所需要的蒸汽量决定。利用调压器来控制进汽量， 以维持其排汽压力不变；低压机组则根据电负荷需要来调节本身的进汽量， 从而 改变前置式汽轮机的排汽量。因此，不能由前置式汽轮机直接根据电负荷大小来 控制其进汽量。由于供热背压式机组的发电量决定于热负荷大小，宜用于热负荷 相对稳定的场合，否则应采用调节抽汽式汽轮机。 背压式汽轮机的排汽压力高，蒸汽的焓降较小，与排汽压力很低的凝汽式汽 轮机相比，发出同样的功率，所需蒸汽量为大，因而背压式汽轮机每单位功率所 需的蒸汽量大于凝汽式汽轮机。但是，背压式汽轮机排汽所含的热量绝大部分被 热用户所利

12、用，不存在冷源损失，所以从燃料的热利用系数来看，背压式汽轮机 装置的热效率较凝汽式汽轮机为高。由于背压式汽轮机可通过较大的蒸汽流量， 前几级可采用尺寸较大的叶片，所以内效率较凝汽式汽轮机的高压部分为高。 在结构上，背压式汽轮机与凝汽式汽轮机的高压部分相似。背压式汽轮机多 采用喷嘴调节配汽方式，以保证在工况变动时效率改变不大。因背压机常用于热 负荷较稳定的场合，一般采用单列冲动级作为调节级。 5 第2章设计方案 2.1设计目的 1、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。 2、通过设计对整个汽轮机的结构作进一步的了解，明确主要部件在整个机 组

13、中的作用、位置及相互关系。 3、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。 2.2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较高的可靠性。 3、还应考虑到汽轮机的结构紧凑、系统简单、布局合理、成本低廉、安装 与维修方便以及零件通用化、系列标准化等因素。 2.3整体设计计算过程顺序 1、分析并确定汽轮机热力设计的基本参数 2、分析并选择汽轮机的型式、配汽机构形式、通流部分形式及有关参数。 3、拟定汽轮机运行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、比较和确定调节级的型式、比焓降、叶型及尺寸等。 5、确定压力级的级数，并进行各级

14、比焓降的分配。 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。 第3章 设计工况下的热力计算 3.1主要设计参数选择 3.1.1设计功率 机组的配汽方式采用喷嘴配汽，调节级采用单列级，已知设计参数有 F0）=3.43MPa,t。=435 C , R = 0. 981MP Pei =2.5MW , n = 3000 rpm。 一般凝汽式机组有统一的系列标准，而背压机组在国内目前尚无统一的系列 标准

15、，可取：设计功率=经济功率二额定功率。 3.1.2汽轮机效率 汽轮机相对内效率ri =70%（待各级详细计算后与ri进行比较），机械效 率耳m=99%发电效率ng=97%给水回热系统采用两级加热器，一级除氧器。 3.1.3近似热力过程线的拟定 当阀门全开时，进气机构的节流损失 厶P。二0.030.05R，通常取调节级喷 嘴前耳=0.950,对排汽管中压力损失 圮，在本机，巳=巳，即也巳=0,末级余 2 压力巳=2.28MPa作为初拟热力过程线的参数。可采用分段拟定热力过程线 3.2汽轮机总进汽量的初步估算 3.6沃巳 D0 =；x m + AD .-：htmaCri g m R-汽轮机的设计功

16、率，kW .-：htmac -汽轮机通流部分的理想比焓降，厶二ho-h查表 ri -汽轮机通流部分相对内效率之初估值70% g -机组的发电机效率99% m-机组的机械效率97% 由巳=3.43Mpa t0 = 435C 可知 h0 = 3310 s0 = 6.96 等熵可知 S0二S2 Pa二2.28Mpa h2805 m-考虑回热抽汽引起汽量增大的系数，它与回热级数、给水温度、汽机容, 及参数有关，取m =1.05 D是考虑门杆漏气及前轴封漏气的蒸汽余量（t/h） D =Dv给定前轴封漏气 D3.8t/h，门杆漏气 D 1.2 t/h D = ：DDv =3.8 1.2 =5 t/h 3.

17、62500 505 70% 97% 99% 1.05 5 =32.8378 t/h t/h 汽轮机课程设计 第4章调节级的详细热力计算 4.1喷嘴参数计算 调节级进汽量 Dg 二 Do - ：Dv =32.8378 1.2 =31.65378t/ht/h 速度比Xa取0.3535，取调节级平均直径dm=1100mm计算时取dddb 由 u： 6； n =172.79m/s和 Xa =；，厶= C；检查 E是否在 70-125kj/kg 范围 内，取平均反动度0m =6.5%则喷嘴理想比焓降 ：hn迪 =1 一65% 119.46111.7 h）t =h0-ihn =3198.3 3 =S0=6

18、.69查表得 R2.4Mpa yt=0.12m3/kg 喷嘴叶型Tc -1A 喷嘴出口角1 =12o 4.1.1喷嘴基本参数计算 根据R、h0以及也hn查焓熵图，得到喷嘴后压力P和比容V1t，由眄=旦，判断 P0 流动状态，选择喷嘴叶型和喷嘴出口角：1，喷嘴出口气流速度G，理想速度 C1t =屋2 叽=4727m/s，取 二 0.97所以 G 二0.97 472.7 二 458.5 m/s 喷嘴损失2（一2）也遇矶，喷嘴出口面积x：n C； Gn -喷嘴流量，-喷嘴流量系数，取S =0.97 31 0.12 0.97 472.7 -0.0023 m2 4.1.2确定部分进汽度 确定部分进汽度的

19、原则是选择部分进汽度e和喷嘴高度In的最佳组合，使叶高 损失山和部分进汽度损失:he之和最小。 An 由 代 =e汉血汉dm汉ln汉sin% 得 ln =A= 0.029， 而 e汉兀 xdmsinoen：1.1*sin12 hi = Eo =岂乂 Xa x Eo，取 4=9.9， Eo =119.34，冠he =Eo = （J 十二卜 E 1 n 鼓风损失系数Ee = BeU1-e-色Lxa3，取Be = 0.15，e0.4斥汽损失系 e i2丿， 数 s =Ce 1 Sn Xa，取 Ce =0.012，=3 （喷嘴组数） e dn 令y ，he的一阶导数为零 令y工0，解得e=0.4 4.

20、1.3喷嘴其他系数计算 喷嘴高度： An sin-5 0.0023 1000 0.4 3.14 1.1 sin12 = 28.2 mm对于本机取调节级盖度 : =2.5 mm，动叶高度lb =l： = 28.2 - 2.5 =30.7 mm,检验根部反动度 -1 亠 db =0.04 db Tb 4.2动叶系数计算 4.2.1动叶进口参数计算 求动叶进口进汽角 片 tan 十 C1 弘1=0.345所以 S =19 G cosT u 17 求动叶进口气流相对速度 Wi Wi Ci sin 一：訂 sin “ 458.5 sin12 sini9 = 292 m/s 2 、：hWi 二 Wi 二

21、42.632 kJ/kg , 0 二九二 3198.3 6.6 二 3204.9 ,及查焓熵图得动叶前 2 滞止压力 R0 =2.5MPa 3 =6.96 动叶理想比焓降厶入厶=6.5% 119.46仁7.765kJ/kg，动叶滞止理想比焓 降二 h；-叽、hw = 50.397kJ/kg 4.2.2动叶出口参数计算 W2t = .2 汕0八2 50.397 1000 = 317.5 m/s，由速度系数与门m和W2t的关系 曲线查得，=0.92，动叶出口气流相对速度， w2 二W2t = 0.92 317.5 = 292.1 m/s 、hb(1 - 2) hb0 =7.726kJ/kg 由.讥

22、和hb查焓熵图得, 动叶后蒸汽压力 P2=2.6MPa 比容V2= 0.14m3/kg 由 于未考虑叶顶漏气 ，故 Gb 二 Gn ，动叶出口面积A.为： .0144 m 2 所以sin ：2 口 Ab 0.034 e 二 db lb 0.4 3.14 1100 75.5 = 0.33， 则 Y 二arcsin0.33 = 20.65，选取 TP-1A(6)型动叶 动叶出口气流绝对速度 C2 = Jw22 +u22 -2江w2汇u2汇cos卩2 二 292.12 172.792 -2 292.1 72.79 cos18 =143.68m/s， 动叶出汽角 arctan % sinjCretan

23、 292.1 弘18= 45.74 w2 cos ：2 -u292.1 cos 18 172.79 4.3叶轮参数计算 4.3.1轮周效率计算 余速损失芬hc2 =0.5心 =0.5x902 =10.322kJ/kg，轮周效率比焓降 皿 （无限长 叶片）： Ahu =左ht 酋hn 矶一芳IX =119.461 6.67.744.05 =94.809kJ/kg， 级消耗理想能量E0二：hc0 ； - h -u1hc2，对调节级E0 = 汕t0 = ht 轮周效率 =如=101.071 =0.7937 （无限长叶片） E。119.461 单位质量蒸汽对动叶所作的轮周 wu=u （c, cosc2

24、 COS2） = 172.79 458.5 cos12 90 cos59 = 94.8130kJ/kg 轮周效率nu =匹=85.502 =0.7937，用两种方法计算所得的轮周效率应接近， E0119.461 I 其误差要求1- % =100%10%= 0.484% 1% ，叶咼损失 nu0.826 m=a ；hu - 1.6101.071 =4.9412kJ/kg，（式中取系数 a=1.6，已包括扇形损失） lb75.5 轮轴有效 比焓降左hu =Ahu -和1 =101.0741 2.14=89.8679 kJ/kg，轮周效率 hu = 99.931 E。119.461 二 75.23%

25、 4.3.2叶轮其他参数计算 计算部分进汽损失肌=心5 先计算鼓风损失 1 hw = wh, = 0.15 ：八：0.8 - 0.40.3535 3 119 .461 二 0.8541 0 .4 计算斥汽损失 5hs = ht =CeX5ExXa =0.012汉丄X-lx 0.3535x119.461 = 3.5915 e dn 0.41.1 部分进汽损失 讥=、此 、hs =0.79 3.455 =4.4456 kJ/kg 级的有效比焓降心hj =心厲-6hf - 6he =98.931 -0.63 -4.246 =83.7086 ,级效率 .h _ 94.055 E0 _ 119.461

26、=0.7007, 内功率R = G x Ah =82 =94.055= 7712 kW 级后压力P2和比焓h2由焓熵图查得, F2 =2MPa 第5章压力级计算 5.1压力级的平均直径 5.1.1第一压力级平均直径的确定 本机组采用整段转子，整段转子的叶片根部直径一般采用相同的值，这样，一 面是加工方便，另一面使很多级的隔板体通用。 确定第一压力级平均直径dm，检验喷嘴高度In，使In不小于12-15mm首先选 取 X； =0.4365,门m =0.07，宀=11.5 c 2 iht = =0.5x 2 、2 兀 dm 乂n 60*丿 = 0.5 佥4竺竺摯 Y = 65.25kJ/kg， 6

27、0 0.4365 =1mht -1-0.01 62.25 =57.9512kJ/kg 九二 h0- % =3310-57.9512 =3168.34kJ/kg，查焓熵图得 V1 0.103m3 / kg 第一压力级喷嘴流量为调节级流量减去前轴封漏气量，即 Gn 二 G0 二 G -G = 28.9261 t/h，喷嘴出口气流速度 V1t 5 二,2 厶h： =340.44 m/s，由连续性方程 Gn 二 u： A C1t，流量系数 u 0.97， 而代=e“ 汇dm n 汉sino =0.0105 其中 e = 1，得 I： =Gn 5 =16.4mm 15 mm 符合要求。 un C1t e

28、 二 dm sin：、 5.1.2压力级的平均直径确定 给定di =1019.5mm根据汽轮机原理所描述的蒸汽通道形状，确定压力级平 均直径的变化规律，通常采用作图法。在纵坐标上任取长度为a的线段BD (般 a -25 cm)，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。根据选择的通道形状，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。 将BD线等分为m等分，取1、2、3m-1点。为了减小误差，建议6。从图中量出割断长度，求出平均直径。 dm （平均）二 AB （1 ） （2 2） （CD） = 1038.3 m

29、m（k 为比例尺） 12 k 5.2压力级比焓降的计算 选取平均速度比Xa（平均）二0.4367，则 ：ht（平均）=0.5 肚平均均育皿 3.149998830002 =69.741kJ/kg，确 60 0.4367 定压力级级数Z，八十。.05諜68，取整“个 各级的平均直径dm（平均）=1000.25mm根据求出的各级平均直径，选取相应的 /、2 速比，则各级的理想比焓降 心ht=0 =64.949kJ/kg 。 6Xa 结 论 根据汽轮机设计标准，通过设计计算，根据给定的参数（汽轮机功率：2.5MW 新蒸汽压力：3.43MPa新蒸汽温度：435C,排汽压力：0.981MPa汽轮机转数：

30、3000rpm） 并且通过热力计算，部分计算结果汇总如下： 名称 符号 单位 调节级进气量 Dg 31.65t/h 理想比焓降 山 119.461kJ/kg 喷嘴出口汽流速度 Ci 458.5m/s 动叶进汽角 19 喷嘴出气角 :i 12 喷嘴高度 In 28.2mm 部分进汽度 e 0.4 动叶进口相对速度 292m/s 动叶前滞止压力 0 2.50MPa P 292.10m/s 动叶出口相对速度 w2 动叶损失 hb 7.726kJ/kg 动叶出口绝对速度 C2 143.68m/s 动叶出口汽流角 2 20.65 动叶出汽角 45.74 2 余速损失 hC2 10.322kJ/kg 叶高

31、损失 h| 2.114kJ/kg 名称 单位 符号 动叶理想比焓降 hb 7.765kJ/kg 动叶出口理想速度 W2t 317.5m/s 叶轮摩擦损失 、hf 0.63kJ/kg 部分进汽损失 he 4.246kJ/kg 动叶后压力 P2 2.6MPa 轮周效率 n u 79.37% 级效率 i 78.7% 平均速度比 Xa 0.4367 压力级级数 Z 7 压力级平均直径 dm （平均） 1038.5mm 压力级理想比焓降 =ht 64.949kJ/kg 通过再次计算和检验， 设计中的数据符合设计要求， 设计合理。 参考文献 1 张延峰电厂汽轮机课程设计指导书M.北京：中国电力出版社，20

32、00. 2 赵素芬.汽轮机设备M.北京：中国电力出版社,2002. 3 冯慧雯.汽轮机课程设计参考资料M.北京：水利电力出版社，1991. 4 郑体宽.热力发电厂M.北京：中国电力出版社,2008. 5 肖增弘，王雷.汽轮机课程设计M.北京：中国电力出版社,2012. 6 H.Y.Kwak,D.J.Kim,J.S.Je on ,Exerge ntic and thermoreec ono mic an alyses of popwer Pla nts,E nergy 28(2003)343-360. 7 M.A.Rose n,I.D in cer,M.Ka no glu,Role of exe

33、rgy in in crea ing efficie ncy and Susta inn ability and reduc ing environmen tal impact,E nergy Policy 36 (2008). 8 M.J.Mora n,H.N.Shapiro,F un dame ntals of Engin eeri ng Thermod yn amics,sixth ed, John Wiley & Son s,I nc,2006.目 录 第一章 总论错误！未定义书签 一、项目概况错误！未定义书签 二、 项目提出的理由与过程 错误！未定义书签 三、项目建设的必要性 .错误！未定义书签 四、项目的可行性错误！未定义书签 第二章 市场预测错误！未定义书签 一、 市