汽轮机课程设计

1、汽轮机课程设计汽轮机课程设计指导老师： 学生姓名： lj 学 号： 专 业： 能源与动力工程 班 级： 20131591 日 期： 2016年1月8日 1目录目录2课程设计任务4第一章 汽轮机热力计算51. 汽轮机基本参数和结构的选择51.1 机组基本参数的确定51.2 汽轮机基本结构形式的选择62. 近似热力过程线的拟定62.1损失的估计62.2非再热过程热力线的拟定6第二章 抽汽回热系统热平衡初步计算91. 汽轮机进汽量估算92. 抽汽回热系统热平衡初步计算92.1给水温度的选取92.2 回热抽汽级数的选择92.3 除氧器的工作压力102.4 回热系统图的拟定102.5 各加热器汽水参数计

2、算102.6 各加热器回热抽汽量计算12第三章 汽轮机漏汽量的计算141.阀杆漏气量的计算141.1 主汽阀阀杆漏汽量的计算141.2 调节阀阀杆漏汽量的计算152. 轴封漏汽量的计算152.1 前轴封漏气量计算152.2 后轴封漏汽17第四章 调节级的选型及热力计算191. 调节级选型192. 调节级热力参数的选择193、调节级几何参数的选择194. 调节级详细计算204.1 第一列喷嘴热力计算204.2. 动叶部分计算224.3 导叶热力计算：234.4第二列动叶热力计算24第五章 压力级的计算261. 各级平均直径的确定262. 级数的确定及比焓降的分配26第六章 整机校核及计算结果的汇

3、总281整机校核282. 级内功率：28第七章 总结29参考文献29附录30课程设计任务设计题目：汽轮机通流部分热力设计已知参数：额定功率： 额定转速：新蒸汽压力： 新蒸汽温度：冷却水温度： 排汽压力：凝结水泵压头： 给水泵压头：汽轮机相对内效率： 机械效率： 发电机效率： 加热器效率：任务与要求：(1) 列出设计任务书； (2) 画出本机组回热系统图，并作简要分析； (3) 作出全机初步拟定的热力过程线，并加以说明； (4) 调节级详细计算及校核结果，（作出速度三角形、级的详细过程线），并作必要的计算说明； (5) 画出整机热力计算程序框图，列出级的计

4、算程序； (6) 压力级（第1级）及低压缸最末级的计算数据的列表汇总，并分析参数选择及计算的正确性、合理性，说明计算过程中出现的问题及解决办法等；第一章 汽轮机热力计算1. 汽轮机基本参数和结构的选择1.1 机组基本参数的确定(1) 再热蒸汽参数本汽轮机的额定功率，参照汽轮机设计基础采用中间再热虽然可使热效率相对提高，但是采用中间再热后将使机、炉结构，布置及运行复杂化，造价增加，而且只有当功率大于10万时才采用，故本汽轮机不采用中间再热。 (2) 排气压力排气压力应该根据冷却水温度、供水方式、排气流量和末级叶片特性等分析比较后确定，参照汽轮机设计手册表3-1,我国凝汽式汽轮机常用排气

5、压力如下表所示：表1. 常用的排气压力冷却水温度15202527排汽压力45566778结合本设计的冷却水温度为，确定排气压力为。(3) 给水温度与回热级数从理论上，同一给水回热循环系统，给水温度越高，工质在锅炉内的平均吸热温度越高，循环效率越高，但温度过高又会降低蒸汽做功比焓降，降低锅炉效率，通常，给水温度取蒸汽初压下饱和温度的倍。查询焓熵表，得到蒸汽初压下的饱和温度，取给水温度。当给水温度一定时，回热循环效率随着回热级数的增加而提高，但随着回热级数的增加，回热循环效率的增量将逐渐减小，回热级数过多会增加投资成本，参照汽轮机课程设计表4-10，确定回热级数。(4) 汽轮机的功率汽轮机设计功率

6、的大小由机组本身容量大小及运行时所承担负荷的变化而定，参照汽轮机原理课程设计基础表4-2，给出了国产不同容量汽轮机的设计功率，如下表：表2. 国产不同容量的汽轮机的设计功率汽轮机容量122550设计功率与额定功率比值0.750.80.91.0本汽轮机的额定功率为，因此设计功率与额定功率比值取0.8，则设计功率。1.2 汽轮机基本结构形式的选择(1) 汽轮机的形式：由于设计的为小功率汽轮机，因此选择单缸、单轴凝汽式汽轮机。(2) 配汽方式的选择我国发电用汽轮机的配汽机构有两种：一种是实现喷嘴调节的多阀控制（顺序阀控制）方式，另一种是节流调节单阀控制方式。节流调节一般被采用在小机组上，设计的汽轮机

7、为中型汽轮机，因此配汽方式采用：喷嘴调节的多阀控制。2. 近似热力过程线的拟定2.1 损失的估计(1) 主汽阀的调节汽阀节流压力损失：(2) 排气阻力损失：2.2 非再热过程热力线的拟定(1) 在图上，根据新蒸汽压力和新蒸汽温度，可确定汽轮机进汽状态点0 (主汽阀前)，并查得该点的比焓值 ，比熵，比体积。(2) 在图上，根据初压及主汽阀和调节汽阀节流压力损失,可以确定调节级级前压力，然后根据与的交点可以确定调节级级前状态点1，并査得该点的温度， 比熵，比体积。(3) 在图上，根据排气压力压力和排汽阻力损失，可以确定凝汽器压力。(4)在图上，根据凝汽器压力和可以确定汽缸理想出口状态点2t，并査得

8、该点比焓值，温度，比体积，干度，由此可以得到汽轮机理想比焓降，进而可以确定汽轮机实际比焓降，再根据和可以实际出口状态点2，并查得该点比焓值，温度，比体积, 干度，比熵。(5)考虑到末级余速损失，则（通常），然后沿压力线下移得3点，并査得该点比焓值，温度，比体积，干度。用直线连接1、3两点，在中间点处沿压力线下移得4点，光滑连接1、4、3点，则由点0、1、4、3连接的线即为该机组在设计工况下的近似热力过程线，拟定的热力过程线如图1所示。图1. 设计工况下的热力过程线第二章 抽汽回热系统热平衡初步计算1. 汽轮机进汽量估算一般情况下，凝汽式汽轮机的总进汽量可由下式进行估算： 式中考虑阀杆漏气、前轴

9、封漏汽及保证在初参数下降或背压升高时仍能发出设计功率的蒸汽余量，通常左右，取3%。考虑回热抽汽引起进汽量增大的系数，通常为，取1.15。则。2. 抽汽回热系统热平衡初步计算2.1给水温度的选取从理论上，同一给水回热循环系统，给水温度越高，工质在锅炉内的平均吸热温度越高，循环效率越高，但温度过高又会降低蒸汽做功比焓降，降低锅炉效率，通常，给水温度取蒸汽初压下饱和温度的倍。查询焓熵表，得到蒸汽初压下的饱和温度，取给水温度。2.2 回热抽汽级数的选择当给水温度一定时，回热循环效率随着回热级数的增加而提高，但随着回热级数的增加，回热循环效率的增量将逐渐减小，回热级数过多会增加投资成本，参照汽轮机课程设

10、计表4-10，确定回热级数。采用“一高、一低、一除氧”的形式，高压加热器采用内置式疏水冷却器：高压加热器疏水收集方式为逐级自流到除氧器，低压加热器疏水收集方式为逐级自流。2.3 除氧器的工作压力通常，在中、低参数机组中采用大气式除氧器，大气式除氧器的工作压力一般选择略高于大气压力，即,因此取除氧器的工作压力为，对应的饱和水温度即为除氧器出水温度。2.4 回热系统图的拟定图2. 回热系统图2.5 各加热器汽水参数计算(1) 表面式加热器出口传热端差由于金属表面的传热阻力，表面式加热器的给水出口温度与回热抽汽在加热器中凝结的饱和水温存在温差称为加热器的出口端差，又称上端差，一般无蒸汽冷却段的加热器

11、，取。下端差是指加热器疏水温度与水侧进水温度的差值，一般取，取。(2) 给水经过加热器时的温升通常根据给水等温升原则确定各加热器进出口水温，即利用给水温度与除氧器出口水温差除以高压加热器个数，可确定各台高压加热器进出口水温，利用除氧器出口水温与凝结水温差除以低压加热器个数可确定各台低压压加热器进出口水温。(3) 回热抽汽压力的确定当第个加热器的给水出口水温确定后，则本加热器的内汽侧的饱和温度，并查得其对应的饱和蒸汽，考虑到蒸汽在回热抽汽管道中的压力损失，则，一般取。各段抽汽压损，由于除氧器定压运行，为了使其工作稳定，除氧器压损取0.4。凝汽器压力对应下的饱和水温，即凝结水温度。除氧器工作压力对

12、应下的饱和水温，即除氧器出口水温度。本次计算暂不考虑给水泵与凝结水泵温升。根据等温升法求取各级加热器进出口水温，水比焓，通过上端差求取各级加热器凝结段的饱和水温度，饱和水比焓，加热器汽侧工作压力，抽汽压力，通过下端差计算各级加热器的疏水温度、疏水比焓(过冷水)，最后再根据抽汽压力与热力过程线的交点在图上査取各段抽汽温度(或干度)、抽汽比焓值。由等温升法可得高压加热器水侧温升为由等温升法可得低压加热器水侧温升为则，。(5) 各加热器汽水参数计算a. 1号高压加热器根据给水温度，可以得到1号高压加热器出口水温；由给水泵出口压力和，可得1号高压加热器出口水比焓。1号高压加热器凝结段的饱和水温度：；饱

13、和水比焓。1号高压加热器汽侧工作压力；1段抽汽压力1号高压加热器疏水温度，1号高压加热器疏水比焓b. 除氧器除氧器工作压力；2段抽汽压力；水温：；出口水比焓。由给水泵出口压力和得到给水泵出口水比焓值为。c. 3号低压加热器。3号低压加热器出口水温；3号低压加热器出口水比焓：。3号高压加热器疏水温度，3号高压加热器疏水比焓3号低压加热器汽侧工作压力，3段抽汽压力。各加热器汽侧和水侧的基本参数如下表所示：表3. 各加热器汽侧和水侧的基本参数加热器编号抽汽压力抽汽温度抽汽比焓加热器工作压力工作压力下的饱和水比焓工作压力下的饱和水温度疏水比焓疏水温度加热器出口水比焓加热器出口水温度1号加热器0.771

14、1312.63084.50.70949699.436165.5463.09110.32681.79161.5除氧器0.1966185.82842.00.118437.317104.32310.9074.26437.43104.323号加热器0.037374.232599.40.03434302.45672.26159.9538.20286.6368.262.6 各加热器回热抽汽量计算(1) 1号高压加热器1号高压加热器热平衡，根据表面式加热器热平衡原理可列方程式：式中为加热器效率，取，为给水份额，取。(2) 除氧器 根据混合式加热器热平衡原理可列出方程：(3) 3号低压加热器3号低压加热器热平

15、衡，根据表面式加热器热平衡原理可列方程式：第三章 汽轮机漏汽量的计算1.阀杆漏气量的计算该汽轮机机组有一个主汽阀和一个调节汽阀，主汽阀和调节汽阀的结构参数如下表：表4. 12MW汽轮机主汽阀和调节汽阀阀杆参数项目符号单位主汽阀调节汽阀1段2段3段1段2段3段阀杆数11阀杆直径cm3.43.6径向间隙cm0.020.02间隙面积0.2140.227分段长度cm41.8115.833.343.81.1 主汽阀阀杆漏汽量的计算第1段阀杆前蒸汽参数为，计算雷诺数式中为蒸汽动力粘度。计算系数 查紊流流量系数，由于，故第1段阀杆漏汽系数。则主汽阀杆漏汽量：按照上述方法可确定第2段阀杆漏汽系数：第2段阀杆前

16、蒸汽参数为：，则流经第2段阀杆漏汽量：1.2 调节阀阀杆漏汽量的计算第1段阀杆漏汽系数： 第1段阀杆前蒸汽参数为：，则调节汽阀杆漏汽量：第2段阀杆漏汽系数：第2段阀杆前蒸汽参数为：，则流经第2段阀杆漏汽量：。根据主汽阀杆和调节汽阀阀杆的漏汽计算，可得阀杆总漏汽量； 轴封冷却器回收阀杆漏汽：其余除氧器回收: 2. 轴封漏汽量的计算2.1 前轴封漏气量计算表5. 12MW汽轮机轴封数据项目符号前轴封后轴封1段2段3段4段5段6段1段2段3段轴封直径61.844.355.345.8径向间隙0.050.05轴封齿数7836101296轴封1、2、3段间隙面积；第1段轴封前蒸汽参数为：，（调节级喷嘴后参

17、数）。第1段轴封后蒸汽参数为。判别系数则前轴封漏汽量；第2段轴封前蒸汽参数为，。第2段轴封后蒸汽参数为。判别系数则前轴封漏汽量；第3段轴封前蒸汽参数为，。第3段轴封后蒸汽参数为。判别系数则前轴封漏汽量；轴封4、5、6段间隙面积：；第4段轴封前蒸汽参数为，。第4段轴封后蒸汽参数为。判别系数第4段轴封流经蒸汽量；第5段轴封前蒸汽参数为，。第5段轴封后蒸汽参数为。判别系数第5段轴封流经蒸汽量。2.2 后轴封漏汽轴封1、2段间隙面积；第1段轴封前蒸汽参数为，。第1段轴封后蒸汽参数为。判别系数第1段轴封流经蒸汽量；第2段轴封前蒸汽参数为，。第2段轴封后蒸汽参数为。判别系数第2段轴封流经蒸汽量。由上面计算

18、可得：阀杆漏汽量除氧器回收前轴封漏汽量流到2号高压加热器的蒸汽量流到5号低压加热器的蒸汽量流到7号低压加热器的蒸汽量均压箱向前轴封供汽量;均压箱向后轴封供汽量;均压箱总供汽量轴封冷却器回收前轴封漏汽量轴封冷却器回收后轴封漏汽量轴封冷却器总回收第四章 调节级的选型及热力计算1. 调节级选型由于双列级能承担较大的理想比焓降，一般约为；但它的级效 率及整机效率较低，在工况变动时其级效率变化较单级小；采用双列级的汽轮机级数较少，结构紧凑，从而降低机组造价，提高机组运行的可靠性。故选用双列调节级2. 调节级热力参数的选择（1）理想比焓降的选择目前国产汽轮机双列级调节级理想比焓降约为。故选调节级

19、比焓降为。（2） 调节级速度比的选择 为了保证调节级的级效率，应该选取适当的速度比，它与所选择的调节级型式 有关。通常双列级速度比的选择范围为 ， 取。（3） 调节级反动度的选择 为提高调节级的级效率，一般调节级都带有一定的反动度。由于调节级为部分 进汽级，为了减少漏汽损失反动度不适宜选的过大。双列调节级各列叶栅反动度之和不超过13%20%。故选取=20%。 3、调节级几何参数的选择 （1） 调节级平均直径的选择 选择调节级平均直径是通常要考虑制造工艺调节级叶片的高度以及第一

20、压力级 的平均直径。一般在下列范围内选取：中低压汽轮机（套装叶轮）取 =10001200mm ，故取。（2） 调节级叶型及其几何特性 调节级的叶型，尤其是双列调节级的叶型，通常是成组套装选择使用的。国产 汽轮机调节级最常用的叶型组合为苏字叶型。故可选择如下表的叶型： 表6.  双列调节级的叶型名   称  喷    嘴第一列动叶 导  叶  第二列动叶叶片型线30TC-2B38TP-1B

21、32TP-3A38TP-5A（3）相对节距和叶片数Z的确定 在选取喷嘴和动叶出口角和时，还需要选择相对节距和，。一定的叶型对应有最佳的相对节距范围。所以在选择和时应注意的最佳 范围内选取。则叶栅的上述各项几何参数选定之后，即可根据平均直径和确定喷嘴与动叶数，然后取整。从叶片强度考虑，通常叶片数偶数。 （4）汽流出口角和的选择 喷嘴与动叶汽流出口角和对叶栅的通流能力作功大小及效率高低有较大的影响。决定叶栅出口角大小的最主要因素是对节距和安装角，喷嘴与动叶有一确定的出口角，往往需要通过对叶片数及相对节距的试凑来满足和的要求。4. 调节级详细计算4.1 第一列

22、喷嘴热力计算(1) 调节级进口参数及调节级的滞止理想比焓降，调节级进口参数即为高压缸进口参数，由于进入调节级的汽流速度较小，可以近似认为滞止参数等于进口参数。由拟定的热力过程线可得：，。(2) 调节级进汽量。取进入高压缸前各种阀门及连接处漏气量故调节级进汽量: 则调节级喷嘴流量：（3）第一列喷嘴中理想比焓降：初速动能： 滞止理想比焓降：（4）第一列喷嘴出口汽流理想速度与实际速度： 式中为喷嘴速度系数。（5）第一列喷嘴损失 （6）喷嘴出口等比熵出口参数、。由和求出喷嘴出口理想比焓值，该过程为等比熵膨胀过程，由，查水蒸气图得出口比体积，喷嘴出口压力。（7）喷嘴压比： 由此可知，喷嘴中为亚音速汽流，

23、采用渐缩喷嘴，选喷嘴型号为,。（8）第一列喷嘴出口面积，因为喷嘴中汽流亚音速流动，故式中，喷嘴流量系数(9) 级的假想速比(10) 级的圆周速度（11）第一列喷嘴出口高度其中部分进汽度取，为了方便制造取。（12）喷嘴损失（13）喷嘴出口比焓由，查得，。（14）求动叶进口汽流相对速度和4.2. 动叶部分计算（1）动叶出口相对速度和，取式中动叶速度系数，由与，的关系曲线查得。(2) 动叶等比熵出口参数与由，查得，动叶出口压力。（3）动叶出口面积：其中(4) 动叶高度： (5) 作动叶出口速度三角形：（6）动叶损失（7）动叶出口比焓值4.3 导叶热力计算：（1）导叶中理想比焓降 进口出口 （2）出口

24、速度 （3）出口汽流角 （4）损失（5）实际出口焓 4.4第二列动叶热力计算 (1) 理想焓降 出口理想焓值 (2)进口相对速度 (3) 出口相对速度 (4) 损失 (5) 余速损失 (6) 动叶出口实际比焓 (7) 轮周功率：(8) 轮周效率 （9）级内损失计算 （10）级功率 （11）内效率 第五章 压力级的计算1. 各级平均直径的确定 （1）第一压力级平均直径的确定：选取速度比：，级的理想比焓降 （2）凝汽式汽轮机末级直径的估取：（3）确定压力级平均直径的变化：21在横坐标上取长度为a的线段BD，用以表示第一压力级至末级动叶中心的轴向距离，在BD两端分别按比例画出第一压力级的平均直径。根

25、据所选择的通道形状，用光滑的曲线连接起来，AC曲线即为压力级各级的直径变化规律，如下图：m-1Cm-13ADm-1B213 图3. 压力级平均直径变化规律2. 级数的确定及比焓降的分配（1）压力级的平均直径的确定：（2）压力级平均理想比焓降压力级的理想比焓降为： （3）选取重热系数： 取整，故Z=11 校核： 取0.06 （其中） (4)比焓降的分配：各级平均直径的求取 ：求得压力级段后再将图中线段BD重新分为（Z-1）等分，在原拟定的平均直径变化曲线AC上求出各级的平均直径。各级比焓降的分配：更据求出的各级的平均直径，选取相应的速度比，根据 求出各级的比焓降。级号1234567891011平

26、均直径1.0061.011.061.131.211.31.41.511.661.821.9速度比0.460.470.480.480.490.490.50.510.520.530.55理想比焓降59576067758597108126145.5147理想比焓降修正值52.350.353.360.36878.390.3101.3119.3138.8140.3各级比焓降的修正：在拟定的热力过程曲线上逐渐作出各级理想比焓降，当最后一级的被压于排汽压力不重合时，必须对分配的比焓降进行修正。第六章 整机校核及计算结果的汇总1整机校核（1）效率与功率的校核 计算出的实际相对内效率与进汽量估算时所估取的相对内

27、效率之相对误差在1%内为优，不应大于3%。（2）额定功率的保证全机设计功率计算完毕后还应计算该汽轮机在额定功率下所需蒸汽量，并保证通道能通过此蒸汽流量。在选定调节级进汽度时，还需考虑最大功率时的蒸汽流量，并留有足够的余量以保证初参数降低或被压升高时仍然能发出额定功率。校核： 误差较大2. 级内功率：校核： 第七章 总结在为期两周的汽轮机课程设计中，充分了解汽轮机的作用。在整个设计计算中，最重要的就是对知识系统性的掌握及知识的灵活应用，计算过程繁多复杂，每个公式都要仔细计算。在这次课程设计中，最大的收获是通过此次汽轮机课程设计，使我更好地掌握了有关汽轮机原理方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些

28、问题，但经过查找资料和老师耐心的指导，而且需极大的耐心计算繁杂的数字，所以整个设计锻炼了我们的耐心。最后，这次课程设计，加深我们对专业知识的学习，更加熟练的应用所学知识。参考文献【1】肖增弘. 汽轮机课程设计. 中国电力出版社，2012.【2】谢诞梅，戴义平. 汽轮机原理. 中国电力出版社，2012.【3】王运民.汽轮机原理课程设计基础，2012.附录附件1：压力级计算汇总表序号名称符号单位调节级第一压力级末级1蒸汽流量GT/h45.544.935.532喷嘴平均直径mm1100100619003动叶平均直径11001007.51901.54级前压力2.831.0500.0065级前湿度/干度1.01.01.06级前比焓值3313.530982423.27圆周速度149.8141.20141.208级理想比焓降21252.3140.39级假想出口速度651.15338.78575.8110速度比0.50.460.5511平均反动度%109.5012.512利用上级的余速动能05.0925