核汽轮机课程设计说明书朱智强

1、汽轮机课程设计说明书姓名：朱智强班级： 20111513学号： 2011151327指导教师：田兆斐2014.11.21.目录摘要前言.1.1一、汽轮机定型 .21.初终参数的选择 .22.调节级型式的选择 .23.非调节级型式的选择 .2二、机组预先计算过程 .3三、高压缸热计算 .31.调节级热计算 .31.1喷嘴 .51.2动叶 .62.非调节级的计算和焓降分配.7四、机组功率和效率 .12附录 1机组预先计算 .13附录 2高压缸热计算 .15表 1调节级详细计算 .15表 2非调节级详细计算 .18表 3各级、各点状态 .26附录 3机组功率与效率 .28附图 1机组热力过程线图28

2、摘要本次课程设计针对汽轮机，在给定蒸汽初温、初压和排汽压力的情况下，确定了蒸汽在整个机组内膨胀的近似热力过程，计算了高压缸（无低压缸）内各级的主要尺寸、功率和效率。最后根据计算结果，画出了蒸汽在高压缸调节级、非调节级的h-s 图，以及汽轮机高压缸通流部分的剖视图。前言本组汽轮机功率是 50MW ，入口蒸汽过热。根据老师建议，并经过简单估算，我们采用单缸汽轮机，调节级采用单列速度级。在计算过程中，不考虑抽汽和漏汽，即整个机组内蒸汽流量恒定。设计过程大致如下：方案论证：对蒸汽初终参数、调节级型式等进行选择。近似膨胀过程：根据蒸汽初终参数和自己选取的高压缸调节级理想焓降，画出机组的近似膨胀线，并算出

3、线上各节点的热力参数，以此确定高压缸调节级、非调节级的进出口参数。高压缸热计算：包括调节级和非调节级。先进行预先计算，在确定了级特性速比、级数，分配了焓降后，再进行详细计算，求出各级尺寸、功率、效率。功率和效率评定：功率误差在1%之内，对于本组汽轮机来说，最后的设计功率要在49.5-50.5MW范围内。1一、汽轮机定型1. 初终参数的选择机组型号： N50-8.82/535机组形式： 高压、单缸单轴凝汽式汽轮机采用高的蒸汽初参数，可以提高汽轮机的经济性，有些情况下还可以减少装置的重量和尺寸。因此近年来，无论军舰或商船的蒸汽动力装置都趋向于采用高的蒸汽初参数。单独提高初温有利于提高装置的循环热效

4、率和主汽轮机内效率，从而提高装置经济性，但是受到金属材料性能的限制。汽轮机组的终压力决定于凝汽器背压。凝汽器真空度增加，循环效率提高，但是汽轮机末几级尺寸增大。因此，大功率汽轮机往往采用较低真空度，军舰汽轮机动力装置需要尽可能减少重量尺寸，一般不采用高真空度。基本参数：名称符号单位数据汽轮机额定功率N eMW50汽轮机初始蒸汽压力p0MPa8.82汽轮机初始蒸汽温度t 0535凝汽器压力pconMPa0.0046汽轮机转速Nr/min30002. 调节级型式的选择选择单列速度级作为调节级。3. 非调节级型式的选择我们的非调节级都采用简单压力级。高压缸非调节级选取相同的叶型，反动度取0.0735

5、。高压缸非调节级的反动度取值较小，原因如下：1) 反动级叶片间隙漏汽多，除了具有足够的叶栅高度，在高压缸中冲动级的效率往往高于反动级的。2) 反动级只有用增加级数和减少级内焓降的方法来提高叶栅的高度。过多级数必然使结构复杂，制2造成本增加。冲动级可以用部分进汽将叶栅高度增加到恰当的程度。二、机组预先计算过程根据初定参数，查h-s 图可以知道初始蒸汽焓h0 为 3476.75 kJ/kg ，取排汽管中蒸汽速度 cex 为 100m/s，算得排汽管中能量损失Hex 为 5 kj/kg ，由理想过程和h-s 表查得汽轮机最末级出口蒸汽压力ph 为0.0048Mpa ，汽轮机组理想焓降Ha为 1413

6、.59 kJ/kg ，汽轮机组内效率 为 0.858，求得汽轮机组内焓降Hiti为 1212.86，不考虑漏气，算得汽轮机组总蒸汽流量G0 为 44.21 kg/s ，取定调节级理想焓降ha,gov 为 112 kJ/kg ，先算出高压缸非调节级理想焓降Hah'为1301.59kJ/kg ，再由1.015 itp算出高压缸非调节级内效率ih'为0.871 ，则可以求出高压缸非调节级内焓降Hih'为 1133.52 kJ/kg ，用计算内焓降减去高压缸非调节级内焓降得到调节级内焓降hi,gov 为 79.34 kJ/kg，算得调节级内效率i,gov 为 0.708 和调节

7、级出口实际蒸汽焓hgov是 3397.4055，查表得到调节级出口蒸汽压力pgov 为 6.34 MPa ，调节级出口实际蒸汽温度tgov 为 472.62，高压缸排汽压力为 0.0048 MPa。三、高压缸热计算1. 调节级热计算我们选择的调节级型式是单列速度级。已知蒸汽流量和调节级近似膨胀过程，可进行调节级热计算。此时已知条件是蒸汽初参数P0 及 t0 ，调节级的理想焓降，蒸汽流量G0 和汽轮机的转速nh。调节级各状态点热力学参数PTVHSMPam3/kgkJ/kgkJ/(kg K)·A8.825350.0398213476.756.782B00.00462058.166.782

8、B0.00482063.166.782GOV 06.343364.756.782GOV6.344913397.4546.8243A 是蒸汽初始状态点。pA =8.82MPa ， tA =535。查表，得hA =3476.75kJ/kg , sA=6.782kJ/(kg K)·。B0 是蒸汽自 A 等熵膨胀后，在凝汽器喉部的状态点。pB0=0.0046MPa ， sB0=sA =6.782kJ/(kg K)·。查表，得hB0=2058.16 kJ/kg 。涉及到凝汽器之间的排汽管损失，选定蒸汽速度cex=100m/s 。凝汽器放置于高压缸下面，选定排汽管阻力损失系数。ex=1

9、.0排汽管中的能量损失H exex cex2 / 2 0.5 1.01002 /1000 5kJ / kg 。B 是蒸汽自 A 等熵膨胀后，在高压缸最末级出口的状态点。hB hb0H ex2058.16 52063.16kJ / kg ， sB=sA=6.782kJ/(kg K)·。查表，得汽轮机最末级出口压力pex=0.0048MPa 。机组理想焓降H ahAhB3476.75 2063.161413.59kJ / kg 。汽轮机总机械效率mtw gm v 0.990.9830.932汽轮机组内效率ite /mt0.8/ 0.9320.858机组内焓降H iH ait1413.59

10、 0.858 1212.86022kJ / kg 。蒸汽进入汽轮机后，一部分漏出不能做功，实际做功蒸汽小于G0。汽轮机内效率为 ，此时所得到的it功率小于要求的功率。计算中将汽轮机内效率适当提高，使得按此效率设计出的汽轮机，可以达到所要求的功率和效率，即为计算内效率。这里忽略了漏汽，故取计算漏汽损失系数k=1 。计算内效率itpk it1 0.8580.858机组计算内焓降H ipH aitpH i 1212.86022kJ / kg 。一般在汽轮机效率得到保证的情况下，可以让调节级承担尽可能大的焓降，这样能减少汽轮机级数，节约汽轮机机壳材料。汽轮机功率越小，调节级的焓降可以选的越大。Ne=5

11、0MW ，由于单列调节级的压力比没有压比Jgov 的取值范围， 所以取定调节级的理想焓降(取 112kJ/kg) 和调节级内效率(取 0.708)反算出调节级出口蒸汽压力，则压比J gov6.34 / 8.820.72 。GOV0 是蒸汽在调节级出口的理想状态点。pgov0 =6.34MPa ， sgov0 =sA=6.782 kJ/(kg K) ·查表，得。hgov0=3364.75kJ/kg 。4调节级内焓降hi ,govha , govi , gov1120.70879.296kJ / kg 。GOV 是蒸汽在调节级出口的实际状态点。hgovhAhi , gov3476.757

12、9.2963397.454kJ / kg ，根据理想过程和内效率可以查得调节级出口蒸汽压力pgov=6.34MPa 。查表，得tgov=491 ， sgov = 6.824kJ/(kg K) 。·根据速比和效率的关系， 选取调节级速比xa，gov =0.364( 根据文献选择 )，调节级的总反动度为=0.075( 根据文献选择 )，此时调节级的效率较为合适。级平均直径 dgov 由 60*u gov/ /n算出为1.096744647m ，级速度 cagov 由 （2* hagov*1000 ）算出为473.2863826m/s，圆周速度ugov 由 xagov*c agov 算出为

13、 172.2762433m/s 。1.1 喷嘴根据预先计算中选定的反动度，求出喷嘴的理想焓降，据此算出喷嘴出口蒸汽的理论速度。设定喷嘴速度系数，求出实际喷嘴出口蒸汽速度。根据最小截面面积，得到喷嘴高度。根据蒸汽流入、流出角，按照叶型资料，选择合适的叶型， 计算出合适的喷嘴数目。 在 h-s 图上确定出蒸汽流出喷嘴的实际点。 标记各状态点参数。喷嘴理想焓降h由 (1- )*hagov算出为 103.6kJ/kg ，n1gov喷嘴出口蒸汽理论速度 c1t1由（ 2* h）算出为455.1922671m/s，n1gov*1000喷嘴速度系数取0.97，喷嘴出口蒸汽实际速度c由 c* 算出为 441.

14、5364991m/s，111t11喷嘴损失 h 由 (1-2)* h算出为 6.12276kJ/kg ，n11n1gov喷嘴出口焓h1 为 3476.75-103.6=3373.15 kJ/kg ，熵为 6.7901 kJ/(kg. )，查 h-s 图可得出口比体积为0.0507686 m3/kg ，出口压力p1 为 6.50204966MPa ，喷嘴压比n=p1/p0=0.737193839 0.546，由此可知，喷嘴中为亚音速气流，采用渐缩喷嘴，选择喷嘴型号为 TC-1A ，叶片宽度B 为 0.03m，叶片安装角 为 78°，y叶片弦长Bn1 由 B/SIN( y* /180)算

15、出为 0.030670218m，叶片相对节距取0.77，叶片节距tn1 由 0.77 B n1 算出为 0.023616068m， =10°， sin 1=0.174，喷嘴数目 Zn由 1* *dgov/ tn1 并取整算出为 49，喷嘴出口蒸汽实际出汽角为10°喷嘴出口面积A min 由 Ggov*v kp/ckp 算出为 0.005083339m2，5喷嘴部分进汽度取 0.3328，1喷嘴高度ln1 由 A min/( 1* *dgov *SIN(12.0* /180)算出为 0.025529374动叶栅入口蒸汽相对速度w11 由 (c112+u gov2-2* c 1

16、1* u gov *COS( 11g * /180) 算出为 273.5184085m/s，喷嘴余速损失hw1 由 w12/2000 算出为 37.40615989 kJ/kg1.2动叶取蒸汽在喷嘴出口的实际状态点作为动叶进口的初始参数。根据反动度，求出蒸汽的动叶理想焓降。由前列叶栅得出蒸汽流入时的角度，选定动叶速度系数，求得蒸汽实际出口速度，及在动叶中的损失。根据 c,u,w 速度三角形之间的关系，确定蒸汽在出口的实际状态点，记录下各热工参数，动叶型号为TP-2A 。由 h算出动叶栅焓降 h为 8.4kJ/kg，agovhn1govn2gov动叶出口相对速度w21由 (2*1000* hn2

17、gov+w 112) 算出为 279.9746258m/s， 1为动叶栅速度系数，1*取 0.925，动叶等比熵出口参数h2t由 h1 * h 算出为 3370.87276 kJ/kg ，再由 s )，查得比容agovt= 6.8185 kJ/(kg.v21 为 0.0519959 m3 /kg，动叶出口压力为 6.3381854 MPa ，动叶出口面积 Ab由 G）算出为85.17142cm2， 为动叶流量系数，取0.964，0 v21/（ b w21b动叶高度 lb1由 l n1+lt+ lr 算出为 0.027529374m ， lt 是叶顶盖度， lr 是叶根盖度，各取1mm，动叶栅出

18、口蒸汽绝对速度c由 (w* ugov *COS(* /180) 算出为 123.8380755m/s ，21212+ugov 2-2* w 2121动叶栅出口蒸汽绝对气流角 由 arcsin（ w） *180/ 算出为 36.01742171°，2121a/ c211由 (1- 5.658474296 kJ/kg，动叶损失 hb12)*( w 212)/2000 算出为动叶出口比焓值h由 h1算出为3376.531234 kJ/kg，再由 p查 h-s 图得 s22t+hb22= 6.7977 kJ/(kg. )，v2=0.0519959 m3/kg ，动叶余速损失hc 由 c算出为

19、 7.667934477 kJ/kg ，2212/2轮周损失hu由hn 1 +1算出为19.44916877 kJ/kg ，hc2 b+ h轮周有效比焓降hugov 由hagov hu算出为92.55083123 kJ/kg ，轮周效率 ugov 由hugov / hagov 算出为0.826346707，校核轮周效率， 、cos ） =0.822916758 ,、ugov =Pu1/E。 =u（c11cos =|( 1+c222uugov -ugov )/ugov *100%|=0.415073833% 1%，误差在允许范围内叶高损失 hl 由 1.2/l n1/1000* hugov 算出

20、为 4.350322068kJ/kg ，扇形损失 h由 0.7*(l b1/dgov)2* hagov 算出为 0.04939667 kJ/kg ，叶轮摩擦损失hf 由 1.2*( ugov /100)3* dgov 2/ (v11 + v21)*2 / G gov 算出为3.248888734 kJ/kg ，6部分进气损失he 由 ( w + hs)*算出为 6.985695365 kJ/kg ，w为鼓风损失系数， 由 0.15*1/ 1 *(1-)*agov1xagov 3 算出为 0.014503343， s为斥气损失系数，由0.012/ 1 *4*xagov / d gov 算出为 0

21、.047868937，级内各项损失之和 h 为 hl +h +hf + he=14.63430284 kJ/kg ，下一级入口参数h2由 H2+h 算出为 3391.165537 kJ/kg ，查 h-s 图可得 s2 =6.8185 kJ/(kg. )，比容 v2 =0.0519959 m3/kg，调节级有效比焓降higov由 h77.91652839kJ/kg ，ugovh 算出为调节级效率 igov由 hhagov算出为 0.695683289，igov /调节级内功率Nigov 由 Ggov* higov 算出为 3444.68972kW调节级进出口速度三角形2. 非调节级的确定和焓降

22、分配由于不考虑漏气，所以第一压力级的流量不变，第一非调节级理想焓降h 由（ 1+）* H算出为 93.48668168 kJ/kg ， 为重热系数，取0.06，a1ah'/13第一非调节级级速度 c由(2* h算出为432.4041667m/s，1a1*1000)第一非调节级圆周速度u1 由 c1*x 1 算出为 207.554m/s，第一非调节级的直径d1 由 60 u1/ /n算出为 1.322m，末级直径 dz 由 (Gc*v）sin ，vz为末级喷嘴出口蒸汽比容为25.6587295z* /( （2haz)算出得 1.853m3， 在 0.0150.025，取 0.02，z 为

23、动叶出口角，为 90°，m /kg， 一般在 2.53，取 2.75由图解法将非调节级预分为13 级，拟定各级的平均直径和速比值如下，分段号符号单位1234567级特性速比x0.480.480.480.480.480.480.48级平均直径dM1.3221.331.3381.3451.3531.3611.3697分段号级特性速比x级平均直径d由 12.3245（ di/x i）289101112130.480.480.480.480.480.48M1.3771.3841.3921.41.5081.853算出各等分点理想比焓降ih如下，t分段号符单1234567号位理想比焓ikJ/k9

24、3.48668194.62156295.7632996.76791997.92248599.083898100.25215降htg68720733332882分段号8910111213理想比焓ikJ/k101.42726102.46110103.6490104.84383121.64367183.6698降htg501456809求得各等分点的平均理想比焓降ht i=ht i /13 = 107.3533 kJ/kg则非调节级的级数 z 由 Hah'（ 1+）/h i算出为 12.8524924 取 13，t校核重热系数， 由 Ka (1 ih )H tp z1=(3.9*10-4)*

25、(1-0.871)*1301.59*12/13 算出为 0.06044584，与所z取 0.06 的相对误差为 0.7375853% 1%级序号1234567级特性速比0.480.480.480.480.480.480.48级平均直径1.3221.331.3381.3451.3531.3611.369比焓降93.486694.621595.763296.767997.922499.0838100.252级后压力6.33814.7837733.5542352.593748571.8534381.29130.8727级序号8910111213级特性速比0.480.480.480.480.480.4

26、8级平均直径1.3771.3841.3921.41.5081.853比焓降101.427102.461103.649104.843121.643183.669级后压力0.35390.20830.11590.05390.02410.00488第 1 列非调节级进出口速度三角形第 2 列非调节级进出口速度三角形第 3 列非调节级进出口速度三角形9第 4 列非调节级进出口速度三角形第 5 列非调节级进出口速度三角形第 6 列非调节级进出口速度三角形第 7 列非调节级进出口速度三角形10第 8 列非调节级进出口速度三角形第 9 列非调节级进出口速度三角形第 10 列非调节级进出口速度三角形第 11 列

27、非调节级进出口速度三角形11第 12 列非调节级进出口速度三角形第 13 列非调节级进出口速度三角形四、机组功率和效率功率校核，计算功率=Nigov =49.73814MW ，与额定功率的相对误差为0.52373% 1%，符合要求，汽轮机效率 =49.73814*1000/ Ggov /Ha x 100%=79.581%12参考文献1.田瑞峰 .汽轮机课程设计参考资料M. 哈尔滨：哈尔滨工程大学核科学与技术学院，2011.2.孙为民，杨巧云 .电厂汽轮机 M. 第 2 版 .北京：中国电力出版社， 2010.3. 王乃宁 , 张志刚 .汽轮机热力设计 M 北京 :水利电力出版社， 1987.0

28、9.4. 冯慧雯 .汽轮机课程设计参考资料M 北京 :水利电力出版社， 1992.11.13附录 1 机组预先计算表 1 决定汽轮机的主要参数及近似膨胀过程序号名称符号单位公式来源数据结果1汽轮机有效功率N eMW给定502汽轮机初始蒸汽压力p0MPa给定8.823汽轮机初始蒸汽温度t0给定5354初始蒸汽焓h0kJ/kg由 h-s 图查得3476.755凝汽器压力pconMPa给定0.00466排汽管中蒸汽速度cexm/s（50150） m/s1007排汽管中能量损失HexkJ/kg式（ 2-4）58汽轮机最末级出口蒸汽压力pexMPa由 h-s 图查得0.00489汽轮机组理想焓降HakJ

29、/kg由 h-s 图查得1413.5910汽轮机组有效效率e给定0.811汽轮机轴系效率w给定0.9912齿轮传动效率g给定0.9813汽轮机机械效率m给定0.9814不工作级损失效率v给定0.9815汽轮机组总机械效率mtmtwgm v0.93216汽轮机组内效率itite /mt0.85817汽轮机组内焓降HikJ/kgH ait1212.8618外部密封漏汽损失系数K1.011.015119计算内效率itpitpkit0.85820计算内焓降HipkJ/kgH aitp1212.8621汽轮机组总蒸汽流量G0kg/sNe44.21H ae22调节级出口蒸汽压力pgovMPaJgov 按表

30、 2-1 选取6.3423调节级理想焓降ha,govkJ/kg由 h-s 图查得112.0024调节级内效率i,gov0.630.720.70825调节级内焓降hi,govkJ/kgha ,govi , gov79.341426调节级出口实际蒸汽焓hgovkJ/kg由 h-s 图查得3397.405527调节级出口实际蒸汽温度t gov由 h-s 图查得472.6228高压缸内焓降HihkJ/kgH ip1212.861 H il /H ih29高压缸非调节级内焓降Hih 'kJ/kgH ihhi , gov1133.5230高压缸非调节级内效率ih'(1.0151.025)

31、itp 0.87131高压缸非调节级理想焓降Hah'kJ/kgH ih /ih1301.5932高压缸排汽压力phMPa由 h-s 图查得0.004815附录 2高压缸热计算表 1调节级详细计算序号名称符号单位数据1汽轮机初始蒸汽压力P0MPa8.822汽轮机初始蒸汽温度t05353调节级出口蒸汽压力pgovMPa6.344调节级理想焓降hagovkJ/kg1125调节级总反动度0.0756调节级级速度cagovm/s473.28638267调节级级特性速比xagov0.3648调节级圆周速度ugovm/s172.27624339调节级级平均直径dgovm1.09674464710调节

32、级蒸汽流量Ggovkg/s44.21喷嘴计算11喷嘴理想焓降hn1govkJ/kg103.612喷嘴出口蒸汽理论速度c1t1m/s455.192267113喷嘴速度系数10.9714喷嘴出口蒸汽实际速度c11m/s441.536499115喷嘴损失hkJ/kg6.12276n116喷嘴出口比压力P11MPa6.5020496617喷嘴出口蒸汽比容v11m3/kg0.050768618最小截面处蒸汽压力pkpMPa6.5020496619最小截面前理想焓降hnkgovkJ/kg103.620最小截面处蒸汽速度ckpm/s441.536499121最小截面处蒸汽比容vkp30.0507686m /kg22最小截面积Aminm20.00508333