汽轮机中压缸设计

1、 国产200mw凝汽式汽轮机通流部分的热力设计 目 录课程设计的目的与要求3第一章 汽轮机热力计算的基本参数5第二章 汽轮机蒸汽流量的估算6一 汽轮机近似热力过程线的拟定6二 汽轮机蒸汽流量估算7第三章 回热系统的估算9一 抽汽参数的确定9二 回热级数的确定9三 各级回热参数的计算10四 各级回热抽汽量的计算13五 功率核算17第四章 调节级的选型及热力计算18一 调节级选型18二 调节级热力参数的选择18三 调节级几何参数的选择19四 调节级详细热力计算20第五章 中压缸焓降分配及级数确定29一 中压缸压力级级数的确定29二 级数的确定及比焓降的分配30第六章 压力级的详细计算35一 第一压

2、力级的详细计算35二 各级的计算汇总39第七章 整机校核46一 中压缸级效率的计算46二 中压缸内功率计算46三 整机校核47总结48参考文献49课程设计的目的与要求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、汽轮机热力设计的任务，一般是按照给定的设计条件,确定流通部分的几何参数，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。3、汽轮机设计的主要内容与设计程序大致包括：(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

3、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线的要求。(8) 根据需要修正热力计算结果。(9) 绘制

4、流通部分及纵剖面图。4、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中的作用、位置及相互关系。5、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。6、所设计的汽轮机应满足以下要求：(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、布局合理、成本低廉、安装与维修方便以及零部件通用化、系列标准化等因素。7、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。第一章 汽轮机

5、热力计算的基本参数已知条件和参数:汽轮机额定功率：汽轮机经济功率：汽轮机转速：n=3000 r/min给水温度：=240蒸汽进汽压力：=12.80mpa蒸汽进汽温度：=536再热蒸汽压力：=2.16mpa蒸汽再热温度：=535（排气）背压：=0.0049mpa机械效率： =0.994发电机效率：=0.99 第二章 汽轮机蒸汽流量的估算一 汽轮机近似热力过程线的拟定表1 汽轮机阀门及管道中节流损失与压损失序号名称符号单位计算公式或依据数值1主汽门调节阀中节流损失pompa0.5122排气管中压力损失pcmpa0.0001963中间再热器及连接管道中压力损失prmpa0.08644调节阀中节流损失

6、pr'mpa0.04325中、低压连接管道中的压力损失psmpa0.000098汽轮机相对内效率估算为=87%。1、由主蒸汽压力=12.80mpa；温度=536:；查h-s图得： =3436.65 kj/kg；=6.5727 kj/(kg.); 得到点0。2、调节级前压力=12.288mpa；得到点1。3、由点0等熵到高压缸排汽压力2.376mpa；查h-s图得：=2956.23 kj/kg；;=478.1 kj/kg；得到点。4、 0.87×480.42=4117.97kj/kg； 3436.65-417.97=3019.2kj/kg;可确定高压缸排汽点2。5、=2.16m

7、pa；=535；查h-s图得：=3543.99 kj/kg；7.4945得点3。6、2.160.0432=2.1168mpa；而且=3543.99得到点4。7、由点3等熵线交排汽压力0.0049mpa；等压线与点；2283kj/kg8、3543.992283=1260.99kj/kg 0.87×1260.99=1097.06kj/kg则：3543.991097.06=2446.93kj/kg交0.0049mpa；等压线于点6。9、整级的理想比焓降： 480.42+1260.99=1741.41kj/kg 整级有效比焓降： 417.97+1097.06=1515.03kj/kg 考虑末

8、级余速损失：0.021515.03=30.30kj/kg；得到点5。10、 连接点4、5，中间点处沿等压线下降10kj/k（7-13）的到7点，光滑连接4、7、5三点。二 汽轮机蒸汽流量估算 汽轮机总进汽量的初步计算： =200×10kw =1741.41kj/kg m=1.20 =0.87 =0.99 =0.994 d=0.03d 则： 解得：597.448 t/h 1.944p10 12.288p 2 2.16p 7' 2' 7 6 5 5' 图1 汽轮机近似热力过程曲线拟定图第三章 回热系统的估算一 抽汽参数的确定 由中压缸进汽参数=2.16mpa；蒸汽

9、温度=535；查h-s得:=3543.99 kj/kg。等熵变化到=0.0049mpa时，=2283.00 kj/kg；对应的凝汽器中的饱和水温度=32.52 ；由于选用的是定压除氧器，所以除氧器中的压力为=0.588mpa；除氧器工作温度=158.06。二 回热级数的确定 由除氧器温度为=158.04； 轴封加热器进口水温=33.92 ； 高加出口=240 且已知有8级回热，得每级平均温升： =25.935 低加级数：4.184 取整=4，故四个低压加热器。高加级数： 取整=3，故三个高压加热器。 因此，整个机组的回热系统共由八级回热（三高四低一除氧）组成。三 各级回热参数的计算1、以除氧器

10、为中心，估算各级加热器给水出口温度，查。2、本回热系统中有内置式蒸汽冷却器与内置式疏水冷却器，取=-12。计算蒸汽饱和温度，查出饱和水比焓和压力。3、由经验取。计算得抽汽压力，查出抽汽比焓。4、同样方式得到加热器各级参数，列于表2。表2 各级回热参数汇总表加热器号抽汽压力(mpa)抽汽比焓（kj/kg）抽汽管压损/%加热器压力（mpa）3.767312083.4662.880306582.651.277339681.1750.7082940170.5880.503287580.4630.216269080.1990.079251680.0730.024232880.022轴加热器续表加热器号饱

11、和水温度（kj/kg）饱和水比熔出口端差1给水出口温度（）出口比焓（kj/kg）2421047.0822401037.52227976.172225966.84187794.212185785.32158.06667.080158.06667.08149627.931148623.62120503.781119499.5391381.18190396.9762259.52161255.34轴加热器32.52136.282516h2328h12.8p536t3.767p358.7t3120h12.88p327.3t3065h221.277p463.1t3396h30.708p395t2940h4

12、0.503p353t2875h50.216p262t2696h60.079p169.26t70.024p70.23t80.0049pc20012.288p535.4t3436.65h2.16p535th，kj/kg图2 n200-12.8/536/535机组汽轮机热力过程图四 各级回热抽汽量的计算假定各加热器的效率 0.98 ； 1.005202597.448=600.556 t/h 1、高压加热器20.89 t/h20.89 t/h hw2hw3d2 h2d1 h1hw2hw1 hd2hd1hd1 图3 高压加热器h1 图4 高压加热器h22、高压加热器 20.89+52.55=73.44

13、t/h3、高压加热器73.44+22.71=96.15 t/hd3 h3hw4hw3hd3hd2 图5 高压加热器h34、h4除氧器 由物质平衡得： 由热平衡得：= 由得：= 代入得：= =hd3d4 h4d5 h5hw5hw5hw4hw4hd5 图6 除氧器h4 图7 低压加热器h55、低压加热器=24.878t/h6、低压加热器 d6 h6hw6hw5hd5hd6 图8 低压加热器h67、低加热器 d8 h8hc'hw8d7 h7hw7hw8hd7hd8hd6hd8 图9 低压加热器h7 图10 低压加热器h88、低压加热器 =五 功率核算 发电机功率 则：= <1%，因此估

14、算结果精度符合要求。第四章 调节级的选型及热力计算一 调节级选型目前常用的调节级有单列级与双列级两种。主要是根据设计工况下调节级理想比焓降的大小来决定其型式。两种调节级的主要特点是：1、 承担的理想比焓降 列级能够承担较大的理想比焓降，一般约为160500kj/kg;单列调节级能承担的理想比焓降较小，一般为70125kj/kg。2、 级效率 列级的级效率及其整机效率较低，在工况变动时其级效率变化教单列级小；单列级在设计工况下效率较高，但在工况变动时级效率变化较大。3、 结构特点 用单列调节级的汽轮机级数较多，投资费用较大；采用双列调节级的汽轮机级数较少，结构紧凑。 所以，对于本设计中的200m

15、w高参数、大容量汽轮机，在电网中承担基本负荷的汽轮机，宜采用单列调节级。二 调节级热力参数的选择单列级承担的理想比焓降为70125kj/kg，由已知数据初步估算。1、200mw汽轮机组=9001100mm，取=1000mm；最佳假想速度比=（0.350.44）。取=0.41。由=；=得=， 符合规定范围。2、调节级反动度，一般在0.140.2，本次设计取=0.14。三 调节级几何参数的选择1、叶型选择 选取：喷嘴选国产tc-2a（图11所示），动叶选国产tp-3a（图12所示）。45.505454574.61 图11 喷嘴叶型tc-2a 图12 动叶叶型tp-3a2、叶片宽度和旋长的选择选取=

16、45mm；=45mm安装角=38º=80º弦长 3、相对节距和叶片数的确定选取=0.7；=0.6=叶片数 式中： 为部分进汽度为0.65 ， 故 取40。= 故 取整115。所以：取 ； ； ；。四 调节级详细热力计算1、喷嘴理想比焓降 =由于进口初速为零，故级的等熵滞止焓降等于级的等熵焓降，即: 2、反动度为了确定喷嘴的等熵焓降，必须选定级的反动度，其选择原则是保持动叶根部不吸不漏的状态，为此选定级的反动度为：。3、喷嘴等熵滞止焓降 4、喷嘴理想出口速度 5、喷嘴等熵出口参数、 首先由和求出喷嘴等熵出口焓值： 然后由h-s 图，从进口状态、等熵膨胀到，查得等熵出口比容：以

17、及出口压力。6、喷嘴出口面积 首先根据喷嘴压比的大小，判断其流动状态，然后选用出口面积的计算公式。因压比：，大于临界压比值，故出口面积按下式计算： 式中：喷嘴流量系数，此处取0.97； 喷嘴进口流量，此处。所以： 。7、级速比 在本设计中取。8、级理想速度 9、圆周速度 10、平均直径d 一般喷嘴和动叶的平均直径并不相等，须分别确定。动叶平均直径：喷嘴平均直径：须根据动叶顶部超高的分布情况决定，现取： 。11、喷嘴出口角 由=38º、=0.7 查得。12、喷嘴高度 喷嘴的计算高度不是整数值时，对设计制造都不方便，为此须将喷嘴的计算高度取整，以此作为喷嘴的实际高度，现取整为：。13、动

18、叶高度 其中 盖度，在本设计中取2mm，所以。14、喷嘴出口实际速度 式中：喷嘴速度系数，本设计中取0.97。15、喷嘴损失 16、喷嘴实际出口焓 17、动叶进口角 1 1 2 2 c1 w1 c2 w2 u u 图13 调节级动叶进出口速度三角形按速度三角形得到： 18、动叶进口相对速度 19、动叶出口理想相对速度按动叶能量方程：20、动叶等熵出口参数、 由h-s图，从喷嘴实际出口状态点、，等熵膨胀到，查得：，。21、动叶出口面积按连续方程： 式中： 动叶流量系数，在本设计中取0.94； 动叶进口流量，本设计中忽略动叶顶部的漏汽量，即：。22、动叶出口角 23、动叶出口实际相对速度 式中：动

19、叶速度系数，在本设计中取。24、动叶损失 25、动叶绝对出口角 由速度三角形得到： 26、动叶绝对出口速度 27、余速损失 28、叶高损失 29、轮周焓降 30、轮周效率 轮周效率仅仅考虑了喷嘴损失、动叶损失（叶高损失）和余速损失的影响，即： 式中： 所以它是合格的。31、扇形损失 32、叶轮摩擦损失 33、部分进汽损失 式中： 部分进汽度，在本设计中； 护罩的弧度率，在本设计中； 喷嘴弧度数，在本设计中； 试验系数，单列级； 试验系数，单列级。所以： 34、隔板汽封漏汽损失 式中： 隔板汽封直径，； 汽封间隙，； 汽封高低齿数，。35、叶高漏汽损失 式中顶部反动度按下式计算： 当量间隙由下式

20、计算： 式中开式轴向间隙、径向间隙、径向汽封齿数。所以： 36、湿汽损失 式中： 喷嘴进口湿蒸汽滞止干度； 动叶出口湿蒸汽实际干度。 由于本级工作在过热蒸汽区，、，因此无湿汽损失，即：。37、有效焓降 38、级排汽焓 39、相对内效率 相对内效率考虑了级内可能存在的全部能量损失的影响，即： 40、内功率 扣除各项内部损失后，工质传输给透平轴的功率： 第五章 中压缸焓降分配及级数确定一 中压缸压力级级数的确定1、第一压力级的平均直径估取速度比选取：=0.47级内焓降的选取平均直径2、末级直径的估取 式中： 通过末级的蒸汽流量，； 末级动叶出汽角，在本设计中； 末级余速损失系数，在本设计中； 末级

21、动叶排汽比容，； 末级径高比，在本设计中。所以： 3、确定压力级平均直径的变化 确定压力级的平均直径变化规律，通常采用作图法：在横坐标上任取长度为的线段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，如图中的ab和cd段（，）。根据所选择的通道形状，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。 1295124611071073106111331165120210841064图14 中压缸各级平均直径二 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 有上图可得 2）压力级的平均理想比焓降 3）级数的确定

22、 式中： ； ；所以：所以 取，带入下式，确定重热系数： 式中， 所以2、比焓降的分配1）各级平均直径的求取 求得压力级的级数后，再将图中线段分成10等份，在原拟定的平均直径变化曲线ac上求得各级的平均直径。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，根据求出各级理想比焓降，为了便于修正和比较，将参数列于下表：表3各级比焓降分配表级号单位12345678910平均直径mm1061106410731084110711331165120212461295速度比0.470.480.490.500.510.520.530.540.550.56理想比焓降kj/kg62.8760.6259

23、.1657.9758.1358.5759.6161.2963.3265.973、重定抽汽点及新的回热系统校核根据上表中数据，将分配比焓降用的热力过程曲线画出，进而定出新的抽汽点为高压缸的第三级和第十级之后。3481.12h3420.5h1.97p1.69p3361.34h1.55p1.37p3245.24h3303.37h1.16p3186.67h3127.06h0.99p0.78p3065.77h0.57p3002.45h0.46p2936.48h0.355p 图15 分配比焓降用的热力过程曲线1） 调整抽汽之后，中压缸两段抽汽参数调整如下表表4 调整抽汽之后各级参数 加热器进口水温()进口

24、水焓出口水温出口水焓端差疏水温度疏水比焓工作压力抽汽管压损抽汽压力抽汽比焓h3158.06667.08185785.322187794.211.17681.2773394h4148623.62158.06667.080158.06667.080.588170.7082936.52）由调整后的抽汽参数，重复第三章的计算内容 0.98 ； 1.005202597.448=600.556 t/h (1)h3高压加热器 73.44+24.7=98.14 t/h（2）h4除氧器 由物质平衡得： 由热平衡得：= 由得：= 代入得：= =3）流经汽轮机各级的蒸汽流量及内功率计算（1）第三抽汽段（2）第四抽汽

25、段第六章 压力级的详细计算一 第一压力级的详细计算 表 6 第三压力级的详细计算过程表序号计算项目符号单位公式及数据来源数值1级反动度m已知0.162级平均直径dmmm已知10613级的理想比焓降htkj/kg已知62.874通过级的流量dt/h已知524.0085通过级的流量gkg/sg=d/3.6145.566圆周速度um/s166.587上级余速利用系数0估取1 8利用上级余速动能hc0kj/kg09喷嘴理想比焓降hnkj/kg50.9210喷嘴滞止理想比焓降hn*kj/kg50.9211喷嘴前滞止压力p1*mpa 由热力过程曲线得到2.1612喷嘴后理想出口焓h1tkj/kg3385.

26、6813喷嘴后蒸汽压力p1tmpa 由热力过程曲线得到1.9714喷嘴后蒸汽比容v1tm³/kg根据喷嘴后蒸汽压力查得0.15415喷嘴前后压力比n0.91316喷嘴中流动状态亚音速17喷嘴叶型渐缩喷嘴18出气角1°根据参考文献【2】图1-2查得14.219喷嘴出口气流理想速度c1tm/s319.1420喷嘴速度系数已知0.9721喷嘴出口实际气流速度c1m/s309.5622喷嘴流量系数n已知0.95823喷嘴出口面积ancm2791.124喷嘴高度lnmm96.80125喷嘴损失hnkj/kg3.0126动叶进口汽流角1°24.727动叶进口相对速度w1m/s

27、153.5428动叶速度系数已知0.9429动叶出口汽流理想相对速度w2tm/s217.86430动叶出口汽流相对速度w2m/s204.57431动叶损失hbkj/kg2.58432动叶出口焓值h2kj/kg由热力过程曲线得到3373.7333动叶后压力p2mpa由热力过程曲线得到1.6934动叶后比容v2m3/kg由热力过程曲线得到0.16835动叶出口面积abc1181.436盖度mm根据参考文献【1】表3-1查得237动叶出口高度lbmm77.5838动叶汽流出口角2°29.64239动叶岀汽角2°83.71640动叶出口汽流绝对速度c2m/s101.7941动叶余速

28、损失hc2kj/kg2.58442轮周有效焓降（不计叶高损失）hukj/kg53.52943理想能量e0kj/kg59.2344轮周效率-实际u0.903745轮周效率-理论计算u0.903746轮周效率误差%047叶高损失hlkj/kg0.663648叶轮摩擦损失hfkj/kg0.227949隔板漏气损失hpkj/kg0.159550级有效比焓降hikj/kg51.70551级的内功率pikw7526.252级效率i0.872953喷嘴安装角y°估取3854喷嘴叶型弦长bnmm73.09255喷嘴叶栅宽度bnmm估取5056喷嘴相对节距估取0.757初算喷嘴叶栅节距tnmm51.1

29、6458喷嘴数zn65.1259取整喷嘴数zn取整6660喷嘴安装角y°估取8061动叶叶型tp-3a62动叶叶型弦长bbmm45.69463动叶叶栅宽度bbmm估取4564动叶相对节距估取0.665初算动叶叶栅节距tbmm27.41666动叶数zb121.5867取整动叶数zb取整122二 各级的计算汇总 表 7 中压缸各级计算汇总表级号单位123456789101调节速度比0.470.480.490.500.510.520.530.540.550.562平均直径mm10611064107310841107113311651202124612953反动度0.160.160.160.

30、160.160.160.160.160.160.164部分e11111111115喷嘴叶宽bnmm505050505050505050506动叶宽bbmm454545454545454545457喷嘴安装角y°383838383838383838388动叶安装角y°808080808080808080809喷嘴相对节距mm0.70.710.70.720.70.710.70.720.70.7110动叶相对节距mm0.60.60.60.60.60.60.60.60.60.6111喷嘴弦长bnmm73.09273.09273.09273.09273.09273.09273.092

31、73.09273.09273.09212动叶弦长bbmm45.69445.69445.69445.69445.69445.69445.69445.69445.69445.69413喷嘴相对tnmm51.16451.89551.16452.62551.16452.62651.16452.62651.16451.89514动叶tbmm27.41727.41727.41727.41727.41727.41727.41727.41727.41727.87315喷嘴叶片数zn片65.11464.37965.85164.67867.93767.60271.49771.71876.4678.35616动叶叶

32、片数zb片121.52121.86122.89124.15126.78129.76133.43137.66142.7145.8817zn取整片6665666568687272777918zb取整片12212212312512713013413814314619tn'mm63.465.463.866.263.164.063.366.364.165.720tb'mm23.123.423.023.622.923.022.923.423.023.321tnmm0.690.700.700.720.700.720.700.720.700.7022tbmm0.600.600.600.600.

33、600.600.600.600.600.6123喷嘴气流出口角1°14.214.314.214.414.214.414.214.414.214.324动动叶出口角2°24.724.724.724.724.724.724.724.724.724.925喷嘴理想比焓降hnkj/kg52.81150.92149.69648.69548.82949.19950.07251.48453.18955.41526初速动能hc0kj/kg0.003.643.733.493.313.213.183.213.313.4427喷嘴滞止理想焓降hn*kj/kg52.81154.5653.42152

34、.19352.14152.41153.25754.69656.49458.8628喷嘴速度系数0.970.970.970.970.970.970.970.970.970.9729喷嘴出口理想速度c1tm/s324.99330.33326.87323.09322.93323.76326.37330.75336.14343.130喷嘴出口实际速度c1m/s315.24320.42317.06313.39313.24314.05316.57320.82326.05332.8131喷嘴损失hnkj/kg3.123.223.163.083.083.093.153.233.343.4832喷嘴出口压力p1

35、mpa1.971.691.551.371.160.9950.7810.5730.4550.35533喷嘴出口比容v1tm³/kg0.16780.18930.19530.21120.23970.26980.32080.41260.4870.580734流量gkg/s145.56145.56145.56145.56145.56145.56145.56145.56145.56145.5635流量系数un0.950.950.950.950.950.950.950.950.950.9536喷嘴出口面积ancm²791.1877.87915.511001.71137.41276.915

36、06.21911.5220.12593.137喷嘴出口高度lnmm96.80107.11110.01119.97131.58146.32165.57206.45228.17259.9638动叶理想比焓降hbkj/kg10.0599.6999.4659.27529.3009.3179.5379.80610.13110.5539圆周速度 um/s166.58167.05168.46170.19173.8177.88182.91188.71195.62203.3240sin（1）°0.560.550.560.580.590.620.620.650.660.6841动叶进汽角1°2

37、9.08329.24529.24530.30330.61131.73132.05933.17733.58234.59542级焓降htkj/kg62.8760.6259.1657.9758.1358.5759.6161.2963.3265.9743动叶进口气流速度w1m/s159.09163.83159.2154.46150.9148.5146.31145.8144.6144.7844动叶进口动能hw1kj/kg12.65613.42112.67311.9311.38511.02610.70310.62910.45510.48145动叶滞止比焓降hb*kj/kg22.71523.1222.139

38、21.20520.68620.39720.24120.43520.58621.03646动叶出口理想速度w2tm/s213.14215.03210.42205.94203.4201.98201.2202.16202.91205.1247动叶速度系数0.940.9420.9420.9430.9430.9440.9460.9460.9470.94748动叶出口实际速度w2m/s200.67202.56198.22194.2191.81190.67190.33191.25192.16194.2449sin20.980.980.990.990.990.990.990.980.970.9550动叶绝对速度角2°79.3778.6682.0185.6089.6786.6582.8479.3975.3171.6551动叶绝对速度c2m/s85.31986.33183.63981.38980.15279.80980.15981.30583.00886.16552动叶损失hbkj/kg2.572.602.492.342.292.222.132.152.122.1753余速损失hc2kj/kg3.643.733.493.313.213.183.213.303.453.7154动叶后实际比容v2tm³/kg0.160.180.190.210.230.260.320.410.