汽轮机变工况课程设计

1、 1 汽轮机原理课程设计 一、一、目的及目的及任务任务 汽轮机课程设计是对在汽轮机课程中所学到的理论知识的系统总结、 巩固和加深，要求掌握汽轮机热力计算及变工况下热力计算的原则、方法和步骤。 课程设计的任务是针对 200mw 或 300mw 汽轮机额定功率的 50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%工况，首先计算并绘制出调节级特性曲线、而对调节级进行变工况热力计算，再对其余压力级进行变工况热力计算，同时求出各级的内功率、相对内效率等全部特征参数，并与设计工况作对比分析。 二、二、内容及要求内容及要求 1、变工况进汽量估算过程。 2、做出所有压力级变工况计算

2、的汇总表，并把调节级、以及其它级中任一级的详细热力计算过程书面写出。 3、绘出整机中各级热力过程线，同时绘出各级速度三角形。 三、三、设计步骤设计步骤 3.1 汽轮机变工况进汽量 d0的初步估算 d0=3600pem/()mactrigmhd +（kg/h） 式中，pe为变工况功率（kw） 。 htmac为汽轮机整机理想比焓降，对于本设计采用中间再热的汽轮机，中压缸入口状态点应按再热后温度计算。 m 为考虑回热抽汽进汽量增大的系数，其与回热级数、给水温度及机组参数和容量有关，通常取 m=1.15-1.25，对于本设计 200mw、300mw 汽轮机，取m=1.19-1.22。 d 为考虑前轴封

3、及阀杆漏汽以保证发出经济功率的蒸汽裕量，通常d=(3-5)%d0（kg/h） 。 机组的整机相对内效率 ri、发电机效率 g和机械效率 m的选取，参考同类型、同容量的汽轮发电机组。 由于整机相对内效率 ri取决于汽轮机内部各项损失，这些损失又与蒸汽流量及通流部分的几何参数有关，因此只能初步估计（ri） ，求出进汽量后进行变工况试算，试算完成后再进行校核。 表 1 汽轮发电机组的各种效率范围 额定功率（mw） 0.756 1225 50100 125 机械效率（%） 0.9650.985 0.9850.990 0.9900.995 0.995 2 发电机效率 （%） 全负荷 0.9300.960

4、 0.9650.975 0.9800.985 0.9850.990 半负荷 0.9100.940 0.9450.960 0.9650.980 0.9800.985 相对内效率（%） 0.7600.820 0.8200.850 0.8500.870 0.870 注：变工况条件下，表中 ri为效率上限值。 3.2 调节级通用特性曲线绘制 首先根据已知的 p0、t0，确定蒸汽通过主汽门及配汽机构的压力损失。一般全开阀门进汽机构的节流损失取p0=(0.03-0.05)p0，所以调节级前压力0p =p0-p0 绘制曲线的详细步骤见参考资料1第 182-184 页。 3.3 调节级变工况计算 调节级计算的

5、详细步骤见参考资料1第 184 页。变工况计算应确定调节级各喷嘴组汽门开启情况及流量，并得出调节级排汽状态点。 3.4 压力级顺序计算 顺算的详细步骤见参考资料1第 182 页。 顺算方法适用于在喷嘴和动叶中全是亚临界流动的情况。 当喷嘴中或动叶中出现超临界流动时， 可以假定喷嘴后或动叶后的压力， 继续使用该方法进行计算，但需要根据已知条件进行假定压力的校核。一般来说，顺算法在超临界流动中很少使用。 本课程设计在顺算出现超临界流动时， 采用倒推计算法从末级倒算至该压力级前，并进行级前状态参数校核。若相差不大，可对倒算热力过程线进行平移使二者重合，平移方法详见参考资料1第 180 页。若相差较大

6、，则需重新假设末级状态参数进行计算，直至满足精度要求。 3.5 末级往前倒推计算 根据末级动叶后压力 pz和假定的整机相对内效率 ri得到排汽状态点。确定pz，首先需要根据已知的凝汽器压力 pc，来求出蒸汽通过排汽管中的压力损失pc，取pc=2)100(cexpc或pc=(0.02-0.06)pc。 其中：与排汽管的结构和流速有关的阻力系数，一般取=0.05-0.1。 cex排汽管中汽流速度，通常凝汽式轮机 cex=(80-100)（m/s） ，背压式汽轮机 cex=(40-60)（m/s） 。 所以末级动叶后压力ccczpppp+=。 倒算的详细步骤见参考资料1第 176-179 页。 3

7、3.6 整机校核 变工况计算完成后将计算的整机相对内效率 ri与估计值（ri）进行校核。若1%（%100/)(=ririri） ，为合格，否则采用计算出新的整机相对内效率 ri重新计算，直至合格。 计算得到准确排汽点后，再求出整机内功率 pi（各级内功率求和） 、汽耗率d。 3.7 为便于计算，作出如下约定： （1）各级回热抽汽量正比例于主汽流量。 （2）门杆漏汽和调门开启重叠度不计。 （3）压力损失的参考值：高、中压主汽门和调门的压损为初压的 5%，再热器的压损为高压缸排汽压力的 12%， 中、 低压连通管的压损为中压缸排汽压力的 2%。 （4）余速利用系数的参考值为：调节级后的第一压力级、

8、前面有抽汽口的压力级利用上一级余速的系数为 0.5，其它压力级为 1。 四四、参考资料参考资料 1 沈士一，庄贺庆汽轮机原理m北京：中国电力出版社，1992 4 附录附录 a. n200-12.7/535/535 汽轮机设计参数汽轮机设计参数 该型汽轮机是超高压、一次中间再热、三缸二排汽、冲动凝汽式电站全速汽轮机。 主汽门前新汽参数： 12.75mpa （绝对压力） ， 535。 中压缸进汽温度 535，末级叶片高度 800mm。机组采用喷嘴调节，共有 4 个高压调门，控制 14、14、13、14 共 4 组 55 个喷嘴，1、2 号调门同时开启，3、4 号调门顺序开启。 通流部分由 1 个调

9、节级和 26 个压力级组成，高压缸 1-12 级，中压缸 13-22级，低压缸 23-27 级。设有 8 级非调整回热抽汽，分别位于第 9、12、15、18、20、22、23、25 级后。前 3 级抽汽至高压加热器，第 4 级抽汽至除氧器，后 4级至低压加热器。汽轮机在额定参数下前 3 个高压调节阀全开时可以带额定负荷。汽封系统如图 a1 所示，图中数据汇总为表 a1。通流部分结构参数如表 a2所示。设计工况热力参数如表 a3 所示。 图 a1 n200-12.7/535/535 型汽轮机轴封系统 表 a1 n200-12.7/535/535 型汽轮机轴封系统数据 高压缸 1 2 3 4 5

10、6 7 8 9 10 11 齿数 40 16 8 8 8 90 40 16 8 8 8 直径mm 460 424 中压缸 1 2 3 4 5 6 7 8 9 齿数 40 16 8 8 8 90 40 16 8 直径mm 745 520 低压缸 1 2 3 4 5 6 齿数 8 直径mm 450 间隙均为0.65mm 5 隔板和轴端汽封均为高低齿曲径式汽封。高压隔板汽封的直径为 456mm，间隙为 0.75mm，齿数为 9；中压第一级（第 13 级）隔板汽封直径 745mm，间隙0.75mm， 齿 数 11； 第 14-19 级汽封直径 516mm， 间 隙 0.75mm， 齿 数 11； 第

11、20-22级直径 676mm，间隙 0.75mm，齿数 11；第 23-25 级隔板汽封直径 745mm，间隙 0.75mm， 齿 数 6； 第 26 级直径 696mm， 间 隙 0.80mm， 齿 数 6； 末级直径 741mm，间隙 0.85mm，齿数 6。 表 a2 n200-12.7/535/535 三缸二排汽汽轮机通流部分的结构参数 缸 别 级 号 喷嘴 动叶 sin1 喷嘴数目 平均直径 出口高度 出口面积 sin2 叶片数目 平均直径 出口高度 出口面积 / / mm mm cm2 / / mm mm cm2 高 压 缸 1 0.2706 55 1000 31.5 218 0.

12、3910 96 1000 34 340 2 0.1958 76 860 48 254.2 0.3156 136 861 51 435.4 3 0.1959 76 863.5 51.5 273.8 0.3160 136 864.5 54.5 467.7 4 0.1970 76 867.5 55.5 298 0.3170 136 868.5 58.5 505.9 5 0.1994 70 871.5 59.5 324.8 0.3173 136 872.5 62.5 543.6 6 0.2036 68 876.5 64.5 361.6 0.3190 136 877.5 67.5 593.5 7 0.2

13、105 66 883 71 414.6 0.3200 136 884 74 657.5 8 0.2122 66 890 78 462.8 0.3217 136 891 81 729.6 9 0.2139 66 897 85 512.4 0.3230 136 898 88 801.7 10 0.2130 36 901 89 536.6 0.3145 112 902.5 92.5 824.8 11 0.2139 36 911 99 606 0.3130 112 912.5 102.5 919.7 12 0.2152 36 921.5 109.5 682.2 0.3095 112 923 113 1

14、014 中 压 缸 13 0.2590 36 1162 101.5 959 0.4000 134 1162 105 1533 14 0.2610 36 1173 112.5 1082 0.4019 134 1173 116 1718 15 0.2630 36 1188 127.5 1251 0.4035 134 1188 131 1973 16 0.2740 36 1195 136 1399 0.4080 116 1196 141 2162 17 0.2770 80 1217 157.5 1667 0.4050 116 1218 162.5 2517 18 0.2800 80 1238 179

15、 1949 0.4000 116 1239 184 2865 19 0.2830 86 1266 207 2330 0.3947 116 1267 212 3331 20 0.2651 42 1305 246 2674 0.3410 96 1306 251 3512 21 0.2700 42 1355 296 3402 0.3330 96 1356 301 4270 22 0.2770 42 1414 355 4368 0.3271 96 1415 360 5235 低 压 缸 23 0.2504 66 1543 179 2173 0.3875 150 1543 183 3438 24 0.2

16、756 64 1588 224 3080 0.3795 150 1604 244 4666 25 0.3156 58 1661 297 4866 0.4099 110 1687 327 7103 26 0.3300 52 1831 427 7895 0.4209 90 1883 483 12026 27 0.3958 56 2170 725 19643 0.4995 96 2250 800 28246 注：低压缸对称布置，表中流量、功率、出口面积为单侧值。 6 表 a3 n200-12.7/535/535 三缸二排汽汽轮机设计工况下的热力参数 缸 别 级 号 蒸汽流量t/h 级后压力mpa 级

17、后温度 速比/ 反动度% 内效率% 内功率kw 高 压 缸 1 607.1 9.74 502.4 0.4120 12.5 67.73 8295 2 601.7 8.73 484.4 0.5084 14.8 82.81 4898 3 601.7 7.82 467.3 0.5102 15.1 85.55 5065 4 601.7 6.96 450.2 0.5079 15.4 85.96 5183 5 601.7 6.16 432.2 0.5027 16.0 85.99 5363 6 601.7 5.44 414.5 0.5057 17.7 86.46 5368 7 601.7 4.82 397.3

18、 0.5206 21.7 87.14 5183 8 601.7 4.26 380.4 0.5280 22.0 87.59 5142 9 601.7 3.75 363.3 0.5301 22.7 87.88 5199 10 574.7 3.28 345.7 0.5218 23.7 88.11 5190 11 574.7 2.85 327.9 0.5294 25.1 88.58 5182 12 574.7 2.46 310.0 0.5324 26.9 88.82 5257 中 压 缸 13 533.8 1.746 507.2 0.5195 20.0 83.96 7684 14 532.2 1.46

19、7 481.2 0.5286 21.3 88.07 7906 15 532.2 1.225 454.8 0.5346 22.4 88.57 7975 16 510.9 1.014 428.1 0.5357 23.8 88.55 7725 17 510.9 0.838 401.8 0.5523 26.6 89.31 7596 18 510.9 0.682 374.1 0.5521 28.8 89.19 7859 19 503.4 0.553 344.1 0.5732 32.0 89.89 7575 20 503.4 0.423 313.5 0.5332 38.3 88.91 9199 21 48

20、6.1 0.326 282.7 0.5777 43.0 90.32 8286 22 486.1 0.249 252.3 0.6113 46.8 90.85 8108 低 压 缸 23 236.1 0.1497 201.9 0.5136 25.8 84.30 6151 24 224.2 0.0876 150.8 0.5379 32.6 88.71 6059 25 224.2 0.0455 95 0.5455 39.3 87.41 6420 26 211.5 0.0172 56.8/x=0.972 0.5381 58.0 82.43 7312 27 211.5 0.0054 34.3/x=0.93

21、2 0.6223 70.6 75.58 7156 7 b. n300-16.7/537/537 汽轮机设计参数汽轮机设计参数 本机组是按照美国西屋公司的技术制造的 300mw 亚临界、中间再热式、高中压合缸、双缸双排汽、单轴凝汽式汽轮机，如图 4-2 所示。它由高中压积木块bb0243 与低压缸积木块 bb074 组合而成。为了进一步提高机组的经济性，对原引进技术作了改进设计，而且低压缸末级叶片采用 905mm 的长叶片。机组型号为 n300-16.7/537/537，工厂产品号为 d156。 主要技术参数：额定功率 300mw；主汽门前额定参数 16.7mpa、537，再热汽门前温度 537

22、；工作转速 3000rpm；额定背压 5.39kpa；回热级数 3 高、4低、1 除氧；额定工况蒸汽流量 910.2t/h、热耗 7937kj/(kwh)。 本机组通流部分共 35 级叶片，其中高压缸 1+11 级，中压缸 9 级，低压缸 27 级。动叶片除低压缸末三级为扭转叶片外，其余均为等截面叶片。高、中、低压缸隔板静叶均为扭叶片。有 6 个高压调节阀，每阀控制 21 个喷嘴，调节阀全开时部分进汽度为 0.9545。汽轮机在额定参数下 5 阀全开时可以带额定负荷。汽轮机在 6 个调节阀全开、新汽参数 16.7mpa、537（超压 5%）时运行，这一工况定义为最大负荷工况。汽缸轴端汽封的结构

23、可用表 b1 描述。通流部分结构参数如表 b2 所示。最大工况和额定工况下的热力参数如表 b3 所示。 主汽门、调节阀、进汽管的压损为 4%，再热器及管道为 10%，中联门及管道为 2.5%，中低压连通管为 2%。2 号高加抽汽来自高压缸排汽，除氧器抽汽来自中压缸排汽，第 5、6 级抽汽分别来自左、右侧低压缸的第 3、5 级前，因此低压缸为不对称抽汽。 表 b1 n300-16.7/537/537 汽轮机轴端汽封 汽封 高中压间汽封 高压缸后汽封 排列型式 中压侧 高缸排 高压侧 内 除氧器 均压箱 轴加 外 直径mm 1168 925 1168 483 432 406 间隙mm 0.75 0

24、.75 0.75 0.50 0.50 0.75 齿数 8 40 24 16 8 8 齿型 高低齿 高低齿 汽封 低压缸前后汽封 中压缸后汽封 排列型式 外 轴加 均压箱 内 外 轴加 均压箱 内 直径mm 597 610 610 406 432 483 间隙mm 0.75 0.50 0.50 0.75 0.50 0.50 齿数 8 8 16 8 8 16 齿型 平齿 高低齿 8 表 b2 n300-16.7/537/537 汽轮机通流部分的结构参数 缸 别 级 号 喷嘴 动叶 sin1 喷嘴数目 平均直径 出口高度 出口面积 sin1 叶片数目 平均直径 出口高度 出口面积 / / mm mm

25、 cm2 / / mm mm cm2 高 压 缸 0 0.2767 126 1061.3 22.9 201.69 0.3490 80 1064.3 27.94 311.20 1 0.2515 72 844.2 68.4 456.24 0.2490 92 854.2 68.82 459.85 2 0.2516 92 864.2 69.2 472.69 0.2533 92 874.2 69.56 483.92 3 0.2519 94 884.2 70.0 489.81 0.2535 94 894.4 70.52 502.30 4 0.2561 94 904.4 70.9 515.90 0.2539

26、 96 915.0 71.96 525.22 5 0.2566 96 926.0 73.4 547.92 0.2545 98 937.1 74.86 560.91 6 0.2571 98 948.0 76.2 583.47 0.2551 100 959.1 77.66 596.95 7 0.2578 100 970.8 79.6 625.86 0.2488 106 983.4 82.66 635.39 8 0.2544 104 991.4 81.0 641.80 0.2489 108 1002.4 82.42 646.02 9 0.2550 106 1014 84.5 686.41 0.246

27、7 112 1026.7 87.50 696.25 10 0.2526 110 1039 90.3 744.54 0.2448 116 1051.7 93.36 755.15 11 0.2536 112 1064 95.7 810.94 0.2459 118 1077.0 99.36 826.71 中 压 缸 1 0.3514 100 1078.9 101.4 1207.7 0.3546 102 1089.7 103.8 1259.5 2 0.3566 98 1100.5 106.1 1308.3 0.3573 102 1111.3 108.5 1353.2 3 0.3589 98 1122.

28、0 110.9 1402.4 0.3607 76 1134.8 113.2 1456.7 4 0.3672 94 1145.6 115.6 1527.3 0.3672 74 1159.8 119.3 1595.8 5 0.3676 96 1173.0 124.1 1680.8 0.3601 80 1190.7 131.3 1768.6 6 0.3469 116 1204.9 137.1 1800.0 0.3482 90 1220.2 142.0 1895.4 7 0.3474 118 1233.4 146.8 1976.1 0.3485 92 1251.1 154.0 2109.7 8 0.3

29、487 120 1265.3 159.9 2245.7 0.3517 92 1283.0 167.1 2368.2 9 0.3522 90 1302.1 176.1 2567.2 0.3487 78 1327.4 188.6 2742.5 低 压 缸 1 0.2230 196 1915.2 86.36 1158.7 0.2535 202 1921.0 90.68 1380.1 2 0.2525 206 1929.0 99.06 1511.2 0.2825 142 1937.4 107.1 1827.4 3 0.2924 226 1953.0 122.7 2187.8 0.2970 196 19

30、71.9 141.6 2578.4 4 0.2994 220 1993.9 163.6 3051.8 0.3220 126 2018.9 188.6 3800.9 5 0.3193 138 2051.2 220.9 4465.3 0.3310 124 2096.3 265.8 5656.5 6 0.2450 80 2250.7 421.9 7119.5 0.3330 120 2299.8 474.6 11419 7 0.3203 66 2604.0 845.8 21128 0.4839 96 2642.9 905.5 36380 9 表 b3 n300-16.7/537/537 汽轮机最大工况和设计工况下的热力参数 缸 别 级 号 最大工况 额定工况 级前压力mpa 级前温度 内功率kw 级流量t/h 级前压力mpa 级前温度 内功率kw 高 压 缸 0 16.8 537 16930 905.1 16.03 534.3 18555 1 13.1 492.7 6087 885.6 11.6 483.8 5365 2 12.1 479.7 6365 885.6 10.7 471.1 5608 3 11.1 466.2 6805 885.6 9.87 457.9 5992 4 10.1 451.8 7191 885.6 9.01 443.8