汽轮机课程设计

1、汽轮机设计说明书设计题目：12000kw冲动式汽轮机能动A02班姓名：*学号：20100310952013年7月1. 原始数据和设计任务1.1原始数据蒸汽初参数 P0=3.43MPat0=435凝汽器进口处压力Pc=4.5kPa给水温度tfw=170经济功率Pe=12000kW±1%汽轮机转速n=3000 r/min汽轮机内效率oi=0.81±1%1.2设计任务(1)热力系统设计与计算拟定具有三级抽汽的热力系统，其中第二级抽汽供除氧器加热用；作原则性热力系统图；计算系统的热耗率。(2)汽轮机的热力设计及计算调节级与非调节级的焓降分配；调节级的方案比较及详细热力计算；非调节级

2、的热力设计及计算；按比例绘出各级速度三角形及汽轮机在i-s图上的热力膨胀过程曲线图。(3)绘制一张汽轮机纵剖面图。(4)说明书一份。2热力设计及结果2.1 热力系统设计根据设计要求，参照同类机型设计，其系统用图2-1来描述。为了对系统进行热平衡计算。首先应做出汽轮机蒸汽膨胀近似过程曲线。第二，确定各加热器的温度，抽汽压力等有关数据。第三，根据能量守恒计算每一个加热器的抽汽量，同时对功率进行平衡(<5%)。图2-1 原则性热力系统简图2.2简化 i-s图中各点参数计算经过以下几条选定依据或预估数据计算简化i-s图(图2-2)中各点参数，结果汇总与表2-1。(1) 考虑进汽损失 P0=0.0

3、4P0(2) 考虑排气损失 Pc=(c2100)2Pc 取=0.05，c2=100m/s。(3) 初定调节级参数：dm=1.05m，a=0.23，对应级效率查表可得为0.68。(4) 图中3是调节级出口状态点，点a是3-6直线与饱和线的交点，点b是3-a的中点，b点上浮10kj/kg得到4点，a点下浮10kj/kg得到5点，则1-2-3-4-5-6-7即为简化热力膨胀过程线。图2-2 分段拟定的汽轮机热力过程曲线表2-1分段拟定汽轮机热力过程曲线中各点参数位置压力MPa温度焓值kJ/kg13.434353305.0423.294343305.0431.32339.83130.3840.3852

4、27.02917.5150.085195.182662.5560.00472531.892339.7470.00472531.892344.742.3 蒸汽流量估算oi=0.81%m=0.988g=0.970Hs=1185.56Pe=12000kWm=1.10G0=0.04G0则G0=PeHsoimgm+G0=14.94kg/s2.4 回热系统热平衡计算满足以下条件或预估数据可得回热系统热平衡计算结果如表2-2。(1) 高加给水出口温度等于设计给水温度，即170。(2) 除氧器工作压力为0.118MPa，温度为104.3，补给水按t=30查取焓值，补给水量为1%G0=0.1494kg/s。(3

5、) 对于低温加热器，采用“焓降分配法”确定抽汽位置。即低加内水的焓升等于第二级抽汽到第三级抽汽在汽轮机里的焓降。(4) 凝汽器对应饱和温度为31.03，取凝结水过冷度为1，则凝汽器出口温度为32.03。(5) 凝结水泵焓升i=15kJ/kg。(6) 射汽抽气器出口点压力位0.118MPa，温度为37.03，抽气量为0.5%G0=0.0747kg/s。(7) 给水泵出口点温度为104.3+3=107.3。表2-2 热系统平衡计算数值加热器n1除氧器n2给水出口温度tn2()170.0104.387.24传热器端差()5.004.0加热器饱和水温tnH()175.0104.391.24加热器压力P

6、H(MPa)0.8920.1180.0735抽汽管压损P(MPa)8%Pn8%Pn抽汽压力Pn(MPa)0.9700.2950.080抽汽焓值in(kJ/kg)3045.82825.82628.43饱和水焓值inH(kJ/kg)741.07437.22382.16给水出口焓值in2(kJ/kg)719.12437.22365.332.5 各级抽汽量计算(1)高压加热器热平衡计算：如图2-3所示高压加热器G0'=G0+Gcz=1+0.005G0=1.005×14.94=15.015 kg/s所以抽汽量 Gn1=G0'(in2'-in1')(in1-inH

7、)n=15.015×(719.12-437.22)(3084.8-741.07)×0.98=1.843 kg/s图2-5 低压加热器图2-4 除氧器图2-3 高压加热器(2)除氧器热平衡计算：如图2-4所示除氧器前轴封漏气量Gym=1%G0=0.01×14.94=0.1494 kg/s除氧器总给水量 G=G0'-Gn1-Gym-Gcy =15.015-1.843-0.1494-Gcy =13.023-Gcy热平衡式Gcyin+13.023-Gcyin1'+Gymiw'+Gn1inH1=G0'inH除氧器抽汽量Gcy=G0'i

8、nH-13.023in1'-Gymiw'-Gn1inH1in-in1, =15.015×437.22-13.023×365.33-0.1494×125.66-1.843×741.07(2868.8-365.33)×0.98 =0.172 kg/s(3)低压加热器热平衡计算：如图2-5所示低压加热器给水流量G=13.023-0.172=12.851 kg/s抽汽量Gn2=G(in2;-in1')(in2-inH)n=12.851×(365.33-149.15)(2655.43-382.16)×0.98=

9、1.247 kg/s2.6 流量校核(1)计算各段流量，焓降及功率：表2-3各段流量，焓降及功率项目12345流量(kg/s)14.9414.790612.947612.775611.5286有效焓降(kJ/kg)175.0249.58213.00221.37310.32功率(kw)2614.80733.32757.842828.133577.56(2)流量校核：Pi=2614.80+733.3+2757.84+2828.13+3577.56=12511.63 kwPg=Pimg=12511.63×0.988×0.97=11990.65 kwPg=Pe-PgPe100%=1

10、2000-11990.6512000=0.07%<1%所以估计流量G0=14.94 kg/s符合要求。3.调节级设计计算本设计中，采用了双列调节级，苏字调节级叶栅。调节级对整个汽轮机有很大的影响，设计和选取调节级时不但要考虑其本身的特点，还必须考虑对以后压力级设计时，可能产生的影响。为了能在一定范围内审视不同调节级热力方案，对它们进行比较，了解它们的规律，以及各种参数的相互关系。我们必须对多个方案进行计算。事实上，为了选择出最佳方案，至少应该考虑dm和a变化时，不同的结果，限于时间，本设计仅给出dm=1.05m时，不同速比下的各个方案：dm=1.05ma=0.20 0.21 0.22 0

11、.23 0.24 0.25详细计算过程见附表一调节级详细热力计算表。几点说明：(1) 本设计为中小功率透平，参数为中参数，故采用喷管配汽。(2) 采用苏字双列调节级叶型搭配如下：30TC-2b 20TP-1 20TP-3A 25TP-5A(3) 反动度的选取=0.1，分别为：0，0.02，0.06，0.02本设计对调节级进行了同一直径下六个方案的详细热力计算，为了比较，我们把计算结果制成下面的图线： 以方案三为例的速度三角形如下图所示：a=0.23时的复速级速度三角形图选用的调节级叶栅结构特性为：项目喷管第一列动叶导叶第二列动叶级平均直径(mm)1050105010501050叶片高(mm)1

12、6.018.019.022.0型线30TC-2b20TP-120TP-3A25TP-5A安装角(º)39818078º1103几何出口角(º)14.518.324.834.1相对节距0.6230.6230.6120.578弦长(mm)47.6720.2520.3125.54节距(mm)29.712.6112.4314.76部分进气度0.3030.310.3060.303数目3626293224出口面积(m2)4.0*10-35.78*10-38.16*10-312.48*10-3与喷管面积比11.442.043.124.压力级的热力计算设计思想：首先避免直径突跳，

13、以获得变化光滑的通流部分，尤其在高、中压部分，减小由于气流通道突跳对气流扰动引起的熵增。其次，注意良好地组织流动，控制超高，以及末级叶片的径高比。第三，在设计中，从制造角度考虑，在满足要求的经济指标的前提下，尽量采用已有的设计，强调通用性，减小加工量。(1) 通流部分：在本设计中是一个被充分重视的问题，前面曾经提到过当前在设计上，通流部分的改进是一项主要的工作，在这里无法对进汽部分进行计算，所以把重点放在了高、中压部分，力求平缓变化。(2) 良好的组织气流：在压力级的计算中，应对进出口气流给予足够的重视，注意它们是否满足原理中到处的相互关系，是否符合所用叶型的要求。(3) 工艺方面：在保证经济

14、性达到要求的情况下，减少零件的种类会降低制造成本。本设计试图在这方面做些努力，比如各级动叶(除高度的差别)、叶轮的一致等。设计过程：首先按照透平机械原理上介绍的方法，进行焓降分配。在此之前给出直径变化的规律，再给出速比的变化规律。这样即可计算出每一级的焓降。这时，考虑到抽汽位置的限制，对有关级的焓降进行一定的调整，这样就完成了焓降的分配。为了详细计算，还要参照母机。选取叶型、宽度、反动度等，然后就可以计算了。本设计焓降和直径的选取情况如下表所示(最终结果)：编号直径(mm)111511701174125012721520154016001660理想焓降(kJ/kg)76.790.590.690

15、.7111.5123.9125.6135.7142.5理想速比0.447 0.432 0.433 0.461 0.423 0.479 0.489 0.482 0.488 详细计算见附表二压力级热力过程详细计算表。各压力级的速度三角形如下图所示：汽轮机发出的总功率为：Ni=2939.44+9675.38=12614.82 kw发电机功率为：Pg=0.988×0.97×12614.82=12089.53 kwPg=12089.53-1200012000=0.75%<1%发电装置汽耗率：dg=G0Pg=14.94×360012089.53=4.448 kg/(kw

16、h)发电装置热耗率：qg=dgi0-in2'=4.448×3305.4-719.12=11503.77 kj/(kwh)汽轮机内效率oi=hihs=3305.4-2362.926+24.4293305.4-2112.335=81.04%以上计算均符合设计要求，最后给出该汽轮机的热力膨胀过程曲线：热力膨胀过程曲线5.设计体会(1)在本设计中，由于给水温度为170，比原型设计中的给水温度150高出很多，其直接影响是使得高压加热器的抽汽压力升高，抽汽焓值升高，从而使得高压段的设计难度增大。为了满足高压加热器抽汽压力的要求，本设计中适当的降低了对调节级和第一压力级的热降分配(分别为3

17、39.69kj/kg和76.7kj/kg)，这样做的不利后果是低焓降使调节级汽室压力升高，从而使得前端外轴封的漏气损失增大(达0.134kg/s)；同时调节级的低焓降使得高压压力级不得不采用部分进汽来满足容积流量和叶高的协调关系，如本次设计中前三级压力级分别采用了0.640、0.704、0.87的部分进汽度。(2)原型设计中采用八级压力级，并分别在第一、第三、第五级后组织抽汽。但由于本设计中给水温度的升高，使得第一次抽汽压力升高，而除氧器由于受工作压力的限制其抽汽压力为固定值，因此在本设计中并不能在第三级后进行第二级抽汽。由于以上原因，本设计中采用了九个压力级，并分别在第一、第四和第六级后组织抽汽。这样增加压力级级数的优点是提高了汽轮机的效率，缺点是使得机组的制造复杂化，金属耗