西安交大汽轮机课程设计12000kW报告

1、目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 前言2 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 设计任务书4 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 详细设计过程5一、汽轮机进汽量气的初步估算和近似热力过程曲线的初步计算.5二、调节级初步设计7三、分段拟定汽轮机热力过程曲线8四、整机进汽量估计8五、回热系统平衡初步估算9确定给水温度9确定加热器端差，9确定各级加热器的汽水参数9热系统平衡计算数值10回热系统热平衡估算11六、流量校核111

2、七、调节级详细热力计算13八、压力级详细热力计算15 HYPERLINK l bookmark147 o Current Document 参考文献18 HYPERLINK l bookmark153 o Current Document 心得体会18前言能源与动力系统及自动化专业涡轮方向的学生在学习各专业课之后，再进 行汽轮机课程设计是十分必要的，它使学生针对一台汽轮机的热力设计要求，综 合运用专业的知识，是培养学生独立思考和分析能力的重要学习环节之一。汽轮 机课程设计的主要目的有以下几个方面：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。汽轮

3、机热力设计的任务，一般是按照给定的设计条件，确定通流部分的几何 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 的几何尺寸的确定及级效率和内功率的计算。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。通过设计了解并掌握我国当前的技术政策和国建标准、设计资料等。汽轮机的设计通常分成两个阶段，即方案设计和施工设计，在方案设计中， 必须先选定汽轮机的原始数据，后进行热力设计，通过计算分析，确定汽轮机通 流部分的结构尺寸，同时并绘制通流部分图及汽轮机纵剖图，并提出该产品的技 术经济指标，然后将方案设计及分析意见通过审查，根据审查结果决

4、定采用的基 本方案，进行全面的计算和强度计算。汽轮机设计的主要内容与设计程序大致包括：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度、供热汽轮机的供汽压力等。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。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。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。根据通流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。对各级进行详细的热力计算，求出各级通流部分的几何尺寸、相对内效率和

5、 内功率，确定汽轮机的实际热力过程线。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。根据需要修正热力计算结果。绘制通流部分及纵剖面图。汽轮机热力设计时所考虑的因素是多方面的，复杂的。对不同工作情况的汽 轮机在设计时其要求也不同，必须结合具体情况进行具体分析比较来确定，一般 来说，设计时要满足一下要求：运行时具有较高的经济性不同工况下工作时均有较高的可靠性。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。由于课程设计题目接近实际，与当前国民经济的要求相适应，因而要求设 计具

6、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。设计任务书1.设计题目：N12-3.43/435型多级冲动式凝汽汽轮机通流部分热力设计2.原始数据蒸汽初参数匕=3.43 MP/435 C凝汽器进口处压力P =4.5 kP给水温度1= 160C经济功率P =12000 kW 1% e汽轮机转速n=3000 r/min汽轮机内效率门=0.80 1%3.设计任务1)热力系统设计及计算拟定具有三级抽汽的热力系统，其中第2级抽汽供除氧器加热用；作原则性热力系统图；计算系统的热效率。2）汽轮机的热力设计及计算调节级与非调节级的焓降分配；调节级的方案比较及详细热力计算；非调节

7、级的热力设计及计算；按比例绘出各级速度三角形及汽轮机在i-s图上的热力膨胀过程曲线图。3）绘制一张汽轮机纵剖面图。4）说明书一份。详细设计过程一、汽轮机进汽量D的初步估算和近似热力过程曲线的初步计算c失。00进汽机构节流损失:排气管中压力损失:匕=4%P0 =0.04 X 3.43=0.1372 MPaC 一 .一 AP =X ( )2 P，取 AP =4%P =0.04 x 4.5=0.18 kPc 100 cC Ca调节级前的压力为：P = P - AP =3.43-0.1372=3.2928 MPa 000末级动叶后压力为：P = P = P + AP0 =4.5+0.18=4.68 k

8、Pa选取机组的相对内效率、发电效率和机械效率汽轮机的相对内效率：门=0.80发电机效率：门g=0.970(全负荷)机械效率：门=0.987热力过程曲线的初步拟定 TOC o 1-5 h z 由P =3.43 MP , t =435 C确定初始状态“0”： 0a 0i =3305.0386 kJ/kg v =0.0916 m3/kg s =6.9703 kJ/(kg - K) 000由 i0i = i0=3305.0386 kJ/kg , P。= 3.2928 MPa从而确定点 “ 0 ”:s =6.9885 kJ/(kg - K) v =0.09544 m3/kg t =434.134 C 0

9、00过“0”点作定熵线与P =4.5 k%的定压线交于“b ”点，查得：i =2113.1489 kJ/kg t =31.035 C v =25.4332 m3/kg bbb过“ 0 ”点作定熵线与P=4.68 kP的定压线交于“b ”点，查得： cai =2123.1948 kJ/kg t =31.725 C v =24.6143 m3/kg bbb不考虑损失的理想焓降：H = i0- = 3305.0386 - 2113.1489 = 1191.8897 kJ/kg考虑进汽损失整机理想焓降：H = i0-七=3305.0386 2123.1948 = 1181.8438 kJ/kg整机有效

10、焓降：H = = 0.80 x 1191.8897 = 953.51176kJ/kg从而确定“5”点的比焓为：i5=h0 -H =3305.0386-953.5118=2351.5268 kJ/kgc 2又因为余速损失为：Ah2 =聂布总 2%H = 0.02x 1191.8897 = 23.8378 kJ/k所以 “4” 点的比焓为：i4 = i5 -Ah 2=2351.5268-23.8378=2327.6890 kJ/kg再由P = 4.68 kPa可以确定“4”点，并查得： Ct =31.725 C v =27.1432 m3/kg s =7.6592 kJ/(kg - K)555二、

11、调节级初步设计根据调节级选择原则，选取调节级的型式及相关参数如下：调节级型式：双列复数级平均直径：d =1050 mm最佳速比：x = U 0.24a对应最佳速比的效率为：门=0.69调节级估算调节级圆周速度：u * = 3.14159x3000 xL05 =164.9336 m/s 6060调节级假想理论速度：c =兰=164.9336 = 687.2233 m/sa x 0.24 a调节级理想等熵焓降：h* = _= 687.22332 =236.1379 kJ/kg s 20002000调节级实际焓降：h =n h*= 0.69x236.1379 = 162.9352 kJ/kg调节级出

12、口理想等熵焓降状态点“ 1s”焓值：七=i0 h* = 3305.0386 236.1379 = 3068.9007 kJ/kg 调节级出口实际状态点：i1 = i0 门 h* = 3305.0386- 0.69x 236.1379 = 3142.1034 kJ/kgt = 346.452 C , P =1.4468 MP , v = 0.1924 m3/kg, s =7.11 kJ/(kg - K) 11a 11三、分段拟定汽轮机热力过程曲线在i-s图上用直线连接状态点1和状态点4与饱和线相交于a点；将状态点1和状态点a的中点沿等压线向上移动1020 kJ/kg得到状态点2；将状态点a向下移

13、动1020 kJ/kg得到状态点3；用折线将1-2-3-4连接起来即可得到全机的热力过程线。四、整机进汽量估计D = 3600叫 +AD0 H门门不s oi g m其中：门.:由任务书确定，门:机械效率，对12000kW汽轮机门=0.9850.990门：发电效率，对12000kW汽轮机门=0.9650.975H :考虑进排汽节流的等熵焓降P :经济功率（任务书） em :回热抽汽系数，m = 1.081.15D :漏汽，AD = 3% 5%D0取 m = 1.1，AD = 4%D0，门=0.80，门=0.970，门=0.987，贝D =3600 x 12 x 1.1= 54.22384 t/h

14、0 0.96 x 1191.8897 x 0.8 x 0.97 x 0.987五、回热系统平衡初步估算3. 43 ME435 1CW=0. 5%I.0. T62 MF.0.295 MF.O.OS1 MP*浦漏气O二补充水1000 Icg/h-d确定给水温度由任务书给定，=160 C。2.确定加热器端差5t高压加热器端差为5C，低压加热器端差为4C，除氧器端差为0C。确定各级加热器的汽水参数凝结水温度由P =4.5 kP查得凝汽器内饱和水温度t =31.035 C。凝结水温度tk=t -气，若取气=1，C，则,=30.035 C泵 2泵压缩给水使其温度升高2C,出口压力为0.118MPa,即七孔

15、+ 2 = 32.035 C4=0.118 MP射汽抽汽器t = t + 3 = 35.035 C, P =0.118 MP，抽汽量：0.5%D212a0除氧器除氧器工作温度104.3C,工作压力0.118MPa,抽汽压力0.295MPa轴封漏气量1%D0补充水：补充水温度为25C，压力为0.2MPa，补充水量为1000 kg/h泵1泵压缩给水使其温度升高3C,出口压力为给水压力3.43MPa,即t5 = t4 + 3 = 107.3 C, =3.43 MP确定低压加热器、高压加热器抽汽点加热器给水出口温度由等焓升原则确定，即高低加中的给水焓升相同。t = t + (t t ) = 87.7

16、C热系统平衡计算数值加热器给水出口温度t nz(C)加热器端差5七(C)加热器饱和水t (C)加热器压力(MPa)抽汽管压损A P抽汽 压力 (MPa)抽汽焓值 (kJ/kg)饱和水焓值i nH给水出口焓值inzn1160.05.0165.00.7018% Pn0.7623013.9697.3675.5除氧器104.30104.30.11832.5-1.180.2952842.34437.22437.22n287.74.091.70.07488% Pn0.0812649.67393.13367.27回热系统热平衡估算初步估计流量为D0 = 54223.84kg/h高压加热器热平衡计算D0 =

17、D0 + D = (1+ 0.005)D0 = 1.005 x 54223.84 = 54494.96 kg/h=5719.61 kg/h54494.96 x (675.5 - 437.22)n1(3013.9 697.3) x 0.98除氧器热平衡计算除氧器总给水量：i 一 D气=54494.96 - 5719.61 - 542.2384 - Dc：y=48233.11 - DcD = 54494.96 x 473.2156 - 48233.11 x 367.27 - 542.2384 x 125.6636 - 5719.61 x 697.3Cy(2842.34 - 367.27) x 0.

18、98=1742.2955kg/h低压加热器热平衡计算给水流量：D = 48233.1058- 1589.8812 = 46490.8103 kg/hD = 46490.8103x (367.27-146.8046) =4634.8795 kg/hn 2( 2649.67 - 393.13) x 0.98六、流量校核作出透平的近似膨胀过程线，数出各段的有效焓降，进行功率平衡计算，以校核流量，见下表所示:12345流量(kg/h)54223.8453681.601647961.98746219.6911141584.81有效焓降 (kJ/kg)200.091.16171.56192.67322.4

19、5功率(kW)3012.4355561359.3374452285.65512473.6521913724.728 p. = 12855.8088 kW p = 0.97 x 0.987 x 12855.8088 = 12308.0228 kWApg12308.0228 -1200012000 x 100% = 2.6% 1%按比例将流量减小到原来的97.3%,则得12345流量（kg/h）52759.7963252232.1983646667.01344971.7594540462.02有效焓降 （kJ/kg）200.091.16171.56192.67322.45功率（kW）2935.01

20、59621322.6353342223.94242406.8635823624.161 pi = 12512.6181 kWp = 0.97 x 0.987 x 12512.6181= 11979.4555 kWApg12000 -11979.455512000 x 100% = 0.17%1%七、调节级详细热力计算本设计中，采用了双列调节级，苏字调节级叶栅。调节级对整个汽轮机有很大的影响，设计和选取调节级时，不但要考虑其本 身的特点，还必须考虑对以后压力级设计时，可能产生的影响。为了能在一定的 范围内审视不同的调节级热力方案，对它们进行比较，了解它们的规律，以及各 种参数的相互关系，我们必须

21、对多个方案进行计算。事实上，为了选出最佳方案， 至少应该考虑d和X变化时，不同的结果，限于时间，本设计仅给出d = 1050mm 时，不同速比下的各个方案：d = 1050mm 不变，x = 0.21,0.22,0.23,0.24,0.25,0.26 共六个方案。详细计算过程见调节级详细热力计算表。在选择调节级方案时，应该考虑的因素是多方面的，至少以下几个因素必须 认真分析：（1）由于调节级效率较低，如果“过大，可能影响整机效率。（2）由于高加抽汽点的限制，而第一非调节级利用的焓降一般也较小，所以 调节级后到高加抽汽之间的压力级数对调节级方案选择施加了较大的限制。（3）调节级焓降越大，变工况（

22、因为是喷嘴配汽）时工况越恶劣，机组运行 的危险增加，可靠性和安全性都下降。（4）工艺性方面的考虑，应尽量采用少的级数，制造工作量可下降，同时使 汽机的尺寸减小，这就是说采用过小的七尽管效率高，但从经济角度衡量仍是 不可取的。总而言之，必须综合考虑安全、运行要求、制造工艺等因素，本设计采用 x0.22，这样调节级后到高加抽汽之间，可用一级，给以后的设计带来了一定 的方便。下图是经计算得到的速比为0.22时的复速级速度三角形图。双列复速级速度三角形八、压力级详细热力计算设计思想：首先避免直径突跳，以期获得变化光滑的通流部分，尤其在高、 中压部分，减少由于气流通道突跳对气流扰动引起的熵增，其次，注意

23、良好的组 织流动，控制超高，以及末级叶片的径高比。第三，在设计中，从制造角度考虑， 在满足要求的经济指标的前提下，尽量采用已有的设计，强调通用性，减少加工 量。设计过程：首先按照透平机械原理上介绍的方法，进行焓降分配，在 此之前应给出直径变化的规律，再给出速比的变化规律，这样即可计算出每一级 的焓降。这时，考虑到抽汽位置的限制，对有关级的焓降进行一定的调整，这样 就完成了焓降的分配。为了详细计算，还要参照母机，选取叶型、宽度、反动度 等，然后就可计算了。本设计焓降和直径的情况如下：（最后结果）级号IIIIIIWV直径（mm）11151170117412401262级理想速比0.35840.39

24、310.40140.39320.4144级理想焓降119.4002109. 2913105.5421122.6767114.4319级号丑WWIX直径（mm）1480150015401600级理想速比0.51630.52590.54830.5311级理想焓降101.3563100.369197.3089111.9597汽轮机发出的总功率为: N = 9684.9947 + 2927.6616 = 12612.656 kW发电机功率为：N = 0.987 x 0.97 x 12612.656 = 12075.2310 kWAN =12075.2310 -1200012000 x 100% = 0.627%发电装置汽耗率:d = D01N = 52759.8/12075.2310 = 4.3693 kg/kW-h发电装置热耗率：q = 4.3693(i -i ) = 4.3693x(3305.0386-675.5) = 11489.243 kJ/kW-hg0 n 2汽轮机内效率 （图形效率._ _ 945.