汽轮机课程设计报告书

1、-. z.军工路男子职业技术学院课程设计报告书课程名称：透平机械原理课程设计院系、部、中心：能源与动力工程学院专业：能源与动力工程班级：2013级*： JackT *： 131141* 起止日期：2017.1.6 指导教师：万福哥前言我校研究的透平机械主要是是以水蒸汽为工质的旋转式动力机械，即汽轮机，常用于火力发电。汽轮机通常与锅炉、凝汽器、水泵等一些列的设备、装置配合使用，将燃煤热能通过转化为高品质电能。与其它原动机相比，汽轮机机具有单机功率大、效率高、运转平稳和使用寿命长等优点，但电站汽轮机在体积方面较为庞大。汽轮机的主要用途是作为发动机的原动机。与常规活塞式内燃机相比，其具有输出功率稳定

2、、功率大等特点。在使用化石燃料的现代常规火力发电厂、核电站及地热发电站中，都采用以汽轮机为原动机的汽轮发电机组，这种汽轮机具有转速一定的特点。汽轮机在一定条件下还可变转速运行，例如驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等，我国第一艘航母*号就是以汽轮为原动机。汽轮机的排汽或中间抽气还可以用来满足工业生产卷烟厂、纺织厂和生活北方冬季供暖、宾馆供给热水上的供热需要。在生产过程中有余能、余热的工厂企业中，还可以用各种类型的工业汽轮机包括发电、热电联供、驱动动力用，使用不同品位的热能，使热能得以合理且有效地利用。汽轮机与锅炉或其他蒸汽发生装置，比方核岛、发电机或其他被驱动机械，比方泵、螺旋桨等、凝汽器、

3、加热器、泵等机械设备组成成套装置，协同工作。具有一定温度和压力的蒸汽可来自锅炉或其他汽源，经主汽阀和调节汽阀进入汽轮机内，依次流过一系列环形安装的喷嘴栅或静叶栅和动叶栅而膨胀做功，将其热能转换成推动汽轮机转子旋转的机械功，通过联轴器驱动其他机械，如发电机。膨胀做功后的蒸汽由汽轮机的排汽局部排出。在火电厂中，其排气通常被引入凝汽器，向冷却水或空气放热而凝结，凝结水再经泵输送至加热器中加热后作为锅炉给水，循环工作。目录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc471407515前言 PAGEREF _Toc471407515 h 2HYPERLINK l _Toc47140751

4、6目录 PAGEREF _Toc471407516 h 3HYPERLINK l _Toc471407517一、课程设计任务书 PAGEREF _Toc471407517 h 3HYPERLINK l _Toc4714075181.1 设计题目 PAGEREF _Toc471407518 h 3HYPERLINK l _Toc4714075191.2 参数 PAGEREF _Toc471407519 h 3HYPERLINK l _Toc4714075201.3 任务与要求 PAGEREF _Toc471407520 h 3HYPERLINK l _Toc471407521二、汽轮机近似热力过

5、程线的拟定及汽轮发电机组经济指标的初算 PAGEREF _Toc471407521 h 3HYPERLINK l _Toc4714075222.1 汽轮机近似热力过程线的拟定 PAGEREF _Toc471407522 h 3HYPERLINK l _Toc4714075232.1.1 进汽压力损失的初步估计 PAGEREF _Toc471407523 h 3HYPERLINK l _Toc471407524选取机组的相对内效率、发电效率和机械效率 PAGEREF _Toc471407524 h 3HYPERLINK l _Toc471407525近似热力过程曲线的初步拟定 PAGEREF _

6、Toc471407525 h 3HYPERLINK l _Toc4714075262.2汽轮机总蒸汽量D0的估算 PAGEREF _Toc471407526 h 3HYPERLINK l _Toc4714075272.3汽轮发电机组汽耗率与热耗率的初算 PAGEREF _Toc471407527 h 3HYPERLINK l _Toc4714075282.4 整机相对内效率 PAGEREF _Toc471407528 h 3HYPERLINK l _Toc471407529三、焓降分配与级数确定 PAGEREF _Toc471407529 h 3HYPERLINK l _Toc47140753

7、03.1 第一级平均直径的估计 PAGEREF _Toc471407530 h 3HYPERLINK l _Toc471407531四、级的热力设计 PAGEREF _Toc471407531 h 3HYPERLINK l _Toc4714075324.1 调节级选型 PAGEREF _Toc471407532 h 3HYPERLINK l _Toc4714075334.2 调节级热力参数的选择 PAGEREF _Toc471407533 h 3HYPERLINK l _Toc4714075344.3 调节级详细热力计算 PAGEREF _Toc471407534 h 3HYPERLINK l

8、 _Toc4714075354.4其它压力级的详细计算 PAGEREF _Toc471407535 h 3HYPERLINK l _Toc471407536五、整机热力性能校核 PAGEREF _Toc471407536 h 3HYPERLINK l _Toc4714075375.1 功率校核 PAGEREF _Toc471407537 h 3HYPERLINK l _Toc4714075385.2 相对内效率校核 PAGEREF _Toc471407538 h 3HYPERLINK l _Toc471407539六、转子临界转速强度校核 PAGEREF _Toc471407539 h 3HY

9、PERLINK l _Toc4714075406.1 转子临界转速计算 PAGEREF _Toc471407540 h 3HYPERLINK l _Toc4714075416.2 叶片强度校核 PAGEREF _Toc471407541 h 3HYPERLINK l _Toc4714075426.3 叶根强度校核 PAGEREF _Toc471407542 h 3HYPERLINK l _Toc4714075436.4 轮缘强度计算 PAGEREF _Toc471407543 h 3HYPERLINK l _Toc471407544七、轴封漏气量计算 PAGEREF _Toc471407544

10、 h 3HYPERLINK l _Toc4714075457.1 高压端轴封漏汽 PAGEREF _Toc471407545 h 3HYPERLINK l _Toc4714075467.2 低压端轴封漏汽 PAGEREF _Toc471407546 h 3HYPERLINK l _Toc471407547八、整机热力过程线和压力级速度三角形汇总 PAGEREF _Toc471407547 h 3HYPERLINK l _Toc4714075488.1整机热力过程线 PAGEREF _Toc471407548 h 3HYPERLINK l _Toc4714075498.2压力级速度三角形汇总 P

11、AGEREF _Toc471407549 h 3HYPERLINK l _Toc471407550九、热力计算数据汇总表 PAGEREF _Toc471407550 h 3HYPERLINK l _Toc471407551十、各级叶片型号及参数汇总 PAGEREF _Toc471407551 h 3HYPERLINK l _Toc471407552参考文献 PAGEREF _Toc471407552 h 3一、课程设计任务书1.1 设计题目冲动式机轮机通流局部热力设计1.2 参数额定功率：Pe=350kw额定转速：n=10000r/min进汽压力：P0=2.45MPa进气温度：t0=3900c

12、排汽压力：Pc=0.50MPa1.3 任务与要求汽轮机近似热力过程线的拟定及汽轮发电机组经济指标的初算1 汽轮机热力过程线的拟定；2 汽轮机总蒸汽量D0的估算；3 汽轮发电机组汽耗率与热耗率的初算调节级的热力设计；1调节级选型；2调节级热力参数的选择；3调节级详细热力计算; 3 整机热力性能校核 4 整机热力过程线和压力级速度三角形汇总 5 热力计算数据汇总表 6 设计小结二、汽轮机近似热力过程线的拟定及汽轮发电机组经济指标的初算2.1 汽轮机近似热力过程线的拟定2.1.1 进汽压力损失的初步估计进汽节流损失：P=0.05*P0=0.1225MPa进汽前压力：P1=P0-P=2.3275MPa

13、选取机组的相对内效率、发电效率和机械效率由于汽轮发电机组的额定功率：Pr=350kw ,所以取汽轮机相对内效率: ri=0.73，发电机效率g=0.970 (全负荷)，机械效率m=0.987近似热力过程曲线的初步拟定由P0=2.45MPa，t0=3900c，确定初始状态点0，查表知 h0=3216.88kJ/kg, s0=6.7kJ/(kg.K)节流后 h1=h0=3216.88kJ/kg, P1=2.3275MPa确定点1。过0点做定熵线与Pc=0.50MPa的定压线交于z点，查表知 hzt=2827.37kJ/kg, tzt=187.2470c整机理想焓降ht*=h0-hzt=389.51

14、kJ/kg整机有效焓降hi*=riht*=280.45kJ/kg从而确定z点的比焓为Hz*=h0-hi*=2936.43kJ/kg然后过z作等焓线交过z的等压线于点2，过1、2点作光滑曲线即为汽轮机的近似热力过程线2.2汽轮机总蒸汽量D0的估算由额定功率Pe、有效焓降hi*、机械效率m、发电机效率g，得总蒸汽量D0为 D0=4.69t/h2.3汽轮发电机组汽耗率与热耗率的初算发电机组汽耗率d0为 d0=13.4kg/(kW.h)发电机组热耗率q0为 q0=d0hi*=3758.03kJ/(kW.h)2.4 整机相对内效率整机相对内效率ri为ri=0.73三、焓降分配与级数确定3.1 第一级平均

15、直径的估计假设第一级理想等熵焓降为h1*=250kJ/kg，1=14.50假想速度 Ca=707.11m/s取假想速比 *a=0.242由 u=*aCa=dm1n/60得节圆直径dm1=0.327m，根据式 G=dm1l1eCasin1/1得叶高l1=0.019m根据同样的方法，假设末级等熵焓降hz*=74.51kJ/kg,假设末级1=11.20计算出末级参数 dmz=0.380m ,lz=0.036m假设汽轮机分为3 级，具体形式为一列双列复数级和两列压力级，双列复速级局部进汽度e=0.23，各级理想焓降分别为：h1*=250kJ/kg、h2*=65kJ/kg、h3*=74.51kJ/kg各

16、节圆直径分别为：dm1=0.327m、dm2=0.353m、dm3=0.380m各级理想焓降与各节圆直径沿级数方向变化趋势见图2-1、2-2：图2-1 各级理想焓降沿级数方向变化趋势图2-2 各节圆直径沿级数方向变化趋势四、级的热力设计4.1 调节级选型由于整机绝热焓降较大，整机级的设计选择调节级加压力级的形式。由于双列复速级具有可以承当较大焓降这一优点，故调节级确定为双列复速级。4.2调节级热力参数的选择调节级承当绝热焓降h1s为h1s=250kJ/kg调节级进口参数h1=3216.88kJ/kg， P1=2.3275MPa 查表可知 s1=7.023kJ/(kg.K)，1=0.12765m

17、3/kg其它参数：喷嘴速度系数=0.947，动叶一速度系数=0.91，导叶速度系数=0.94，动叶二速度系数=0.97第一列动叶反动度1=0.02，导叶反动度2=0.05，第二列动叶反动度3=0.02，总反动度=0.09.4.3 调节级详细热力计算以下公式均来自与汽轮机原理-王新军P38与P40页喷嘴理想焓降hns=1-h1s=227.5kJ/kg喷嘴速度 C1s=674.54m/s C1=C1s=638.79m/s喷嘴能量损失hn=1-2hns=23.48kJ/kg圆周速度 u=dm1n/60=171.14m/s相对汽流速度 w1= QUOTE =475.36m/s静叶出汽角1=actan

18、QUOTE =20.120动叶一理想比焓降 QUOTE 5 kJ/kg动叶出口气流相对速度 QUOTE QUOTE 动叶一损失 QUOTE 动叶一出口绝对气流速度 QUOTE 动叶一出口相对气流角0导叶出口绝对气流速度 QUOTE QUOTE 导叶损失 QUOTE 动叶二进口相对汽流速度动叶二进口相对汽流角 QUOTE 动叶二理想比焓降 QUOTE 动叶二出口汽流相对速度 QUOTE QUOTE 动叶二损失 QUOTE 动叶二出口汽流绝对速度 QUOTE 动叶二出汽角 QUOTE 余速损失 QUOTE 轮周有效焓降 QUOTE 轮周效率 QUOTE 叶高损失 QUOTE 叶轮摩擦损失、漏气损失

19、、湿汽损失忽略不计级有效比焓降级的相对内效率 QUOTE 级的内功率 QUOTE 4.4其它压力级的详细计算其他各压力级计算过程与第一级一样。用E*CEL 软件计算。过程不再书写，只将各级计算的结果列于表中。表4-1 其他各压力级计算五、整机热力性能校核5.1 功率校核汽机额定功率Pe=350kw由本说明书4.4节可知汽机实际运行功率Pr=358.07偏差= QUOTE 汽机运行功率满足要求5.2 相对内效率校核预估汽机相对内效率ri=0.73由本说明书4.4节可知汽机实际运行时相对内效率rir=0.749偏差= QUOTE 汽机相对内效率满足要求六、转子临界转速强度校核6.1 转子临界转速计

20、算转子材料选用30Cr1Mo1V，于网上找到其物性参数，具体如下所示：转子密度=7760kg/m3转子弹性模量 E=192GPa惯性矩 QUOTE 转子横截面积转子一阶临界转速 QUOTE 转子转速低于材料允许的一阶临界转速，转子转速满足要求。6.2 叶片强度校核由于末级叶片动叶处于汽轮机工况最为恶劣的地方，故只需校核第二列压力级动叶强度。假设其承受应力小于许用应力，则认为其强度到达要求。具体校核步骤如下所示：叶片选用材料：1Cr13材料密度=7760kg/m3屈服强度0.2t=420MPa许用应力 QUOTE 动叶离心拉应力 QUOTE 动叶在圆周方向承受的作用力 QUOTE 动叶在轴向方向

21、承受的作用力 QUOTE 动叶气流力合力动叶底部截面弯矩查阅汽轮机设计课程参考资料-苏字叶型P156页可知动叶截面系数 QUOTE 动叶进出口截面应力动叶背部截面应力 QUOTE 动叶进出口截面合成应力 QUOTE 动叶背部截面合成应力 QUOTE 由上述计算可知，末级动叶片承当的最大应力小于许用应力，叶片强度满足使用条件。6.3 叶根强度校核由于末级叶片动叶处于汽轮机工况最为恶劣的地方，故只需校核第二列压力级动叶叶根强度。假设其承受应力小于许用应力，则认为其强度到达要求。末级承当焓降较大，叶根型式考虑使用叉型叶根。叉型叶根具体形式为双叉双铆钉。如图6-1所示。具体校核步骤如下所示：叶根底部截

22、面到叶根I-I截面的距离 a=0.015截面I-I处的半径 QUOTE i-i截面上的离心拉力 C1= QUOTE =5569.24N/m叶根叉数 ZH=2铆钉直径 d=0.005m每叉宽度 b=0.05叶片数目 ZH=56偏心距 E=0.0005截面I-I处叶片节距 QUOTE 叶根I-I截面上的离心拉应力 QUOTE 叶根I-I截面系数 QUOTE 汽流力产生的弯矩和弯应力 QUOTE QUOTE 偏心引起的弯矩及弯应力 QUOTE 叶根I-I截面合成应力 QUOTE 叶根承受应力小于许用应力，叶根强度满足使用条件图6-1 叉形叶根6.4 轮缘强度计算汽机末级位置处的轮缘承当了最大的应力。故只需校核末级位置处的轮缘强度即可。截面-处的半径 R2=0.123m截面-以上的