汽轮机课程设计

CHANGSHAUNIVERSITYOFSCIENCE&TECHNOLOGY课 程 设 计题目：600MW超临界汽轮机通流部分设计（中压缸）学生姓名：丁艳平院（系）名称：能源与动力工程班级:热能与动力工程03-03班指导教师：谭欣星2006年11 月能源与动力工程学院课程设计任务书热能动力工程 专业 036503 班课程名称题 目

汽轮机原理600MW超临界汽轮机通流部分设计（中压缸）任务起止日期：2006年11月13 日~2006年12月4 日学生姓名丁艳平2006年12月4日指导教师谭欣星2006年11月5日教研室主任年月日院长年月日能源与动力工程学院课题内容与要求设计内容根据给定参数分析并选择汽轮机的型式、通流部分形状及有关参数；拟定汽轮机近似热力过程曲线和原则性回热系统，计算高压缸排汽到中压缸进汽段的压力损失（即确定中压缸进汽压力）；根据通流部分形状和回热抽汽点要求，确定压力级即非调节级的级数，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、相对内效率和内功率，确定汽轮机实际的热力过程曲线；5.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曲线的要求， 并修正回热系统的热平衡计算；根据需要修正汽轮机热力计算结果；设计要求1．运行时具有较高的经济性；2．不同工况下工作时均有高的可靠性；3．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、布置合理。已知技术条件与参数转速3000r/min主汽压力：；主汽温度：566℃高压缸排汽压力给水温度284℃，中压缸进汽量h课题完成后应提交的文件（设计说明书、图表、设计图纸等）1．绘制通流部分方案图及纵剖面图。2．设计、计算说明书一册。3．详细的设计过程、思路说明。参考文献资料1.汽轮机课程设计参考资料 冯慧雯，水利电力出版社， 1998汽轮机原理翦天聪，水利电力出版社，1985叶轮机械原理舒士甄等，清华大学出版社，1991有关超临界600MW汽轮机培训教材同组设计者李国勇，那 昕，丁艳平胡风华，欧阳海特，陈超注：1. 此任务书应由指导教师填写。此任务书最迟必须在课程设计开始前三天下达给学生。600MW超临界汽轮机通流部分设计（中压缸）摘 要本文根是根据给定的设计条件,确定通流部分的几何尺寸,以求获得较高的相对内效率。设计原则是保证运行时具有较高的经济性；在不同的工况下工作均有高的可靠性；同时在满足经济性和可靠性要求的同时，考虑了汽轮机的结构紧凑，系统简单，布置合理，成本低廉，安装与维修方便，心以及零件的通用化和系列化等因素。主要设计过程是：分析与确定汽轮机热力设计的基本参数， 选择汽轮机的型式，配汽机构形式，通流部分及有关参数；拟定汽轮机近似热力过程曲线，并进行热经济性的初步计算； 根据通流部分形状和回热抽汽点的要求，确定中压级组的级数并进行各级比焓降的分配，对各级进行详细的热力计算， 确定汽轮机实际热力过程曲线， 根据热力计算结果，修正各回热汽点压力以符合热力过程曲线的要求， 并修正回热系统的热平衡计算，汽轮机热力计算结果。目 录1:2:3:9::10:14;17:600MW19:2023第一章 汽轮机热力计算的基本参数主蒸汽压力主蒸汽温 566 ℃转速 3000r/min给水温度 284 ℃额定功率 600MW高压缸排汽压力 MPa中压缸进汽量 h设计参考机型:566/566型超临界参数、一次中间再热、单轴、三缸、四排汽反动式汽轮机第二章 汽轮机蒸汽流量的初步计算一． 近似热力过程曲线的拟定。（一）进排汽机构及连接管道的各项损失。损失名称 符号 估算范围 取值 说明主汽门调节阀节流损失排汽管中压力损失中间再热器及连接管道中压力损失中压快速截止阀和调节阀中节流损失中低压连通管中压力损失

P0 P0 0.03 0.05P0 P0 0.968MPa P0 24.2MPaPc Pc 0.02 0.06Pc Pc 0.2KPa Pc 4.9KPaPr Pr 0.1Pr Pr 0.381MPa Pr 3.81MPaPr Pr 0.02Pr Pr 0.0762MPaPs Ps 0.02 0.03Ps Ps 0.106KPa Ps 4.23KPa（二）汽轮机相对内效率的估算取 i 91%（三）汽轮机近似热力过程的拟定p0 p2p0p00314macp2hi1macht1machi22macht2pc26h5he2s0点：

P0

24.2MPa

，t0

566，

P0

0.968MPa

，

P0

23.232MPa，查表得：h0

3398.78kJ/kg

。过

0点做等比熵线交高压缸排汽压力等压线于2‘点，查表得：

h2

2919.05KJ/kg。由此得：（

macht！ ）

h0

h2

479.73KJ/kg，

hi1

mac

（ht1

mac）

436.55KJ

/kg得2点，考虑损失

Pr，得

3点；

P3

3.849MPa

，t3

566。查表得：h3

3598.19KJ/kg考虑损失

Pr

，得

4点。过

3点做等比熵线交低压缸排汽压力等压线于

3点，查表得：

h3

2223.02KJ/kg，由此得：（ht2

mac）

h3

h3

1375.17KJ/kg，

hi2

mac

（ht2

mac）

1251.4KJ/kg。可知：整级的理想比焓降：（

htmac）（

mac）（ht！

ht2

mac）

1854.9KJ/kg整级有效比焓降：

himac

hi1

mac

hi2

mac

1688KJ/kg由此得排汽点

6，考虑末级余速损失

hc2

，hc2 （himac）0.02 1688 32.67KJ/kg得动叶后蒸汽状态点 5，连接4、5，在中间点 7‘处，沿等压线下降约7kJ/kg得7点，用光滑曲线连接点4、7、5，初步完成热力过程曲线的拟订。二．汽轮机总进汽量的初步估算D03.6PemDhtmaximg取i91%，m99%，g99%，m1.2，D3%D0，Pe600000MW，htmax1854.9kj/kg则D01615.22t/h三． 回热系统的热平衡初步计算（一）回热抽汽压力的确定1．除氧器的工作压力根据SDJ1-80《火力发电厂设计技术规程》规定，本机组及大容量机组易采用滑压除氧器，作为独立一级回热加热器，使回热分配接近最佳值。额定工况时，除氧器工作压力为。回热抽汽压力的确定回热抽汽点的不同以及各抽气点抽汽量的不同，会造成循环效率的不同。提高回热抽汽循环系统节能效果的重要原则： 高品位（即处于高热焓，低熵值蒸汽状态）处不抽汽或少抽汽，低品位处则尽可能地多抽汽由此确定中压缸的两级抽汽：一段抽汽从中压缸 4段抽汽口抽出，供给3号高压加热器；一段抽汽从中压缸6段抽汽口至抽汽总管，然后再由总管上引出三路，分别供给出氧器、给水泵驱动汽轮机和辅助蒸汽系统。额定工况时，除氧器工作压力，对应的饱和水温度180.3℃，考虑到非调节抽汽随负荷变化的特点，取除氧器的回热抽汽压力为。因低加进口水温33℃，根据给水温度tfw=284℃可得1号高加给水温为275℃。则每级平均温升约为(275-33)/83≈30℃。则低加级数Z=/30≈5，去除氧器一台，则系统有四台低压加器。高压级数Z=/30≈3，则系统有三台高压加热器。（二）回热系统的热平衡初步估算加热器汽水参数根据给水温度284℃,可得1号高加给水出口水温275.1℃,且除氧器出口水温180.3℃,根据等温升分配原则选择各加热器出口水温。根据各加热器的出口水温及出口端差 ,可得加热器疏水温度t tw2 t,查得 tl′对应的饱和压力 Pe′—加热器的工作压力,考虑抽汽管压损后确定各级回热抽汽压力 Pe。在拟定的近似热力过程曲线上求出各回热抽汽的焓值。加 抽 汽 抽汽比 抽 汽 加热器 饱 和 饱和水 出 口 给水出 给水出热 压 力 管 压 工作压 水 温 温 差 口 温 口比焓器Pe焓he损力P'度t'e比焓he'ttw2hw2型Pe/Pee(℃)号(MPa)(kj/kg)(MPa)(℃)(kj/kg)(℃)(kj/kg)(%)Hd50H355说明：1）加热器端差愈小，机组的热经济性降低也愈小，效益越大。2）不合理的抽汽管压降和加热器端差会带来汽轮机高压抽汽增加，低压抽汽减少的不利趋势，从而导致汽轮机热经济性降低。3）配用高压除氧器，既可防止除氧器自生沸腾，又可减少高压加热器数目，节约钢材和初投资，而且有利于除氧效果。4）将中压缸4段抽汽用作除氧器汽源，可以避免高加疏水造成除氧器自生沸腾，同时提高除氧器后给水温度，充分利用该段抽汽的加热热量，有利于提高系统效率。2．各级加热器回热抽汽量计算（1）H3高压加热器确定各级加热器的效率 h 0.98，高加给水量 Dfw=h，先不考虑漏入H3高压加热器的那部分轴封漏汽量△D12以及上级加热器H3流入本级加热器的疏水量△D12，则该级加热器的计算抽汽量为：De3Dfw(hw3hw2)1611.22(905.7779.5)(he3he3)h83.475t/h(3403.32917.75)0.98考虑上级加热器疏水流入 H3高压加热器并放热可使本级抽汽减少的相当量为：De2(he2he3)110.73(1105.22917.75)De2e8.352t/hhe3he33403.32917.75考虑前轴封一部分漏汽量△ D12漏入本级加热器并放热可使本级回热抽汽量减少的相当量为：Dl2(h1he3)15(3281.52917.75)Dl2ehe33403.3214.265t/hhe3917.75hl—轴封漏气比焓值，相当于调节级后汽室中蒸汽比焓则本级高压加热器 H3实际所需回热抽汽量为：De3 De3 De2e Dl2e 83.457 8.352 14.265 60.585t/h（2）除氧器除氧器为混合式回热器，根据热平衡图，列除氧器热平衡方程式和质量平衡方程式。{ Dedhed De1 De2 De3 Dl1 Dl2he3 DwhwDfwhedDcw Dl1 Dl2 Ded De1 De3 De2 Dfw代入已知数据，整理得：{3178.28Ded905.7Dcw966383.375DedDcw1322.032故：除氧器抽汽量Ded101.683t/h凝结水量Dcw1220.394t/h说明：由于除氧器是混合式加热器，其加热效率最高，因此其回热系统在除氧器分配的抽汽量比较大，有利于系统效率的提高。3．流经汽轮机各级组的蒸汽流量及其内功率的计算对于中压缸部分：第三级组：D3 D2 De2 1423.67t/hD3(he2he3)pi3165.632mw3.6第四级组：D4D3De31363.085t/hD4(he3hed)pi485.178mw3.6中压缸排汽参数：排汽温度：372℃排汽压力：排汽比焓：3205KJ/Kg排汽量：h第三部分 通流部分选型一． 排汽口数和末级叶片根据汽轮机功率确定排汽口数和末级叶片一般末级叶片应使经高比θ =d/l≥7，轴向排汽速度 C2ax≤300m/s。二． 配汽方式和调节级选型1． 采用喷嘴配汽，通过改变调节级的工作面积来改变蒸汽流量。2． 为获得较高的热效率，采用单列调节级，其级效率约—。三． 压力级设计特点对于中压级组，由于无湿汽损失，且工作在过热蒸汽区，蒸汽流过高压级组膨胀后容积流量较大，各级的叶高损失和漏汽损失相对较小，级给内各级效率较高，可设计成有适中高度，光滑变化的通道形状。中压非调节级的速度比a=为保证设计工况下叶片根部不吸汽不漏汽，选用根部反动度Ωr=3%--5%。第四部分 压力级比焓降分配及级数确定一． 蒸汽信道的合理形状根据反动式汽轮机每级作功能力较冲动级小，为保证高压部分全周进汽，选择较小的平均直径。由此选择由三种不同等根径级给形成的通道形状。二． 各级平均直径的确定。压力级比焓降分配的主要依据是各级要有合适的速度比a，同时使通道形状光滑变化以达到较高的内效率，所以首先要考虑到各级直径选取，各级直径的选择既要考虑通道光滑性，还要考虑通用性。1． 中压级组第一级平均直径的估取dm'0.2847xahtmn3000r/min取ht60kJ/kg，a0.49，则dm11.08m中压级组末级直径的估取dmzGc2htmax140sin2取Gc1253.504103348.2kg/s,20.25m3/kg,8,0.0207,htmax3600393kj/kg则dmz 1.32m根据作图法确定压力级平均直径的变化在横坐标上任取长度为 a的线段BD(a=25cm),用以表示中压缸第一压力级至末级动叶中心之轴向距离在 BD两端分别按比例画出第一压力级与末级的平均直径 AB，CD，根据所选的通道形状，用光滑曲线将 A，C两点连接起来，AC曲线即为压力级各级直径的变化规律。CAB D三． 级数的确定及比焓降的分配1． 级数的确定（1）压力级平均直径在图上将BD曲线m等分，从中量取各段长度，求出平均直径：dmAB(11)(22)CD11101.17m（2）压力级平均理想比焓降ht12.337(dm)212.337(1.17)270.05kJ/kgxa0.491（3）级数的确定z htp(1 a)/ ht 393(1 0.06)/61.68 6htp—压力级组理想比焓降2．比焓降的分配（1）各级平均直径的求取在压力级平均直径变化曲线上求取各级的平均直径（2）各级比焓降分配根据求出的各级平均直径，选取相应的速度比，根据2ht12.337dm，求出各级的理想比焓降，其参数如下：a级号1233456平均直径dmcm速度比xa试算理 想比焓降kJ/kght（3）各级比焓降的修正调整抽汽压力的注意事项：①除氧器的抽汽压力等大于其额定值，以免负荷变小时，不能保证除氧②除氧器前一级抽汽压力不可过高， 否则容易引起给水在除氧器内的自生沸腾。③满足给水温度要求中压缸实际热力过程曲线测点 hi(kj/kg) hi(kj/kg) hi(kj/kg)123456第五部分 汽轮机的热力计算一． 叶型及其选择1．叶型的选择根据汽流在其出口处的马赫数M=c/a的大小，又由于采用单列级，故采用带“A”的亚音速叶栅。因容积流量较大，故选择出口角较大的叶栅，以免叶片高度增加过快，为利于生产制造，降低成本，叶压级组叶片采用相同叶型。具体叶型及其参数如下：叶片型号出口角进口角相对节距安装角叶宽B弦长b1）t（）()（mm）（mm）1(2)（mmTP-3A24707855TP-3A247078552． 相对节距和叶片数的确定tntnbn56.320.6738mmtbtbbb56.320.6738mm根据Zndne，Zbdb取整后确定叶片数，具体数据如下：tntb项目123456喷管90909296102110动叶90909296102110二．级的热力计算中压缸第一级：．喷嘴出口汽流速度及喷管损失喷嘴中理想比焓降： hn (1 m)ht 0.5 54.6 27.3kJ/kg初速动能：hc0c020kJ/kg2000滞止理想比焓降：hnhthc027.3kJ/kg喷嘴出口汽流理想速度：c1t2h*233.67msn/喷嘴出口汽流实际速度：c1c1t0.95233.67221.99m/s喷嘴损失：h(12)h*2)27.3kJ/kgnn(10.952.662．喷嘴出口面积：由于cr0.577*3.2131nP1/P03.77280.85ncr喷嘴工作于亚音速区，故采用渐缩喷嘴，喷嘴出口面积 An为：AnG1t104393.260.091041561.52cm2nc1t0.97233.673．喷嘴出口高度：lnAn1561.52102ednsin110803.14113.2mmsin24.4．动叶进出口速度及能量损失动叶中理想比焓降：hbmht*27.3kJ/kg动叶进口汽流方向：1tg1c1sin170c1cos1u动叶进口汽流速度：动叶进口速度动能：

w1c1sin1233.48sin1396.147m/ssinsin30.581hw11w2kJ/kg2动叶滞止比焓降： hb* hb hw12 31.922kJ/kg动叶出口汽流理想速度：动叶出口汽流实际速度：

w2t2hb*252.674m/sw2w2t0.95252.674240.04m/s动叶出口绝对速度之方向与大小：w2sin2109.647m/sc2sin22tg1w2sin263w2cos2u动叶损失：hb(12)hb(10.952)31.9223.11kJ/kg余速损失：hc2c226.011kJ/kg20005．动叶出口面积：AbG21041638.31kJ/kgw26．动叶高度：lbAb116mmedbsin2中压缸第2—6级热力计算进程同上，主要计算结果见下表：项目123456喷嘴出口汽流速度c1(m/s)喷 嘴 损 失hn(kJ/kg)喷嘴出口面积An(cm2)动叶出口面积Ab(cm2)动叶进口速度w1(m/s)

1703 1960 2160 2215 25371740 2018 2326 2368 2742动叶出口速度w2(m/s)动 叶 损 失hb(kJ/kg)余 速 损 失hc2(kJ/kg)喷嘴出口高度121 137ln(mm)动 叶 高 度116 123 139lb(mm)三、级效率与内功率1．轮周功率及轮周效率叶高损失:hla1.2hu42.8190.454kJ/kgln113.2轮周有效比焓降hu'hc0hthnhbhc254.603.112.666.01142.819kJ/kgE0hc0ht2hc2054.60.856.01148.89kJ/kg2——余速利用系数，取 2=轮周功率：hu42.36586.65%u48.89E02．级后各项能量损失扇形损失：h1.7(lb)2E01.7(0.116)248.890.64KJ/kgdb1.32隔板漏汽损失:dpp3.14200.05hphu1561.5242.3650.04KJ/kgAnzp4叶顶漏汽损失:1.41.21.4hE01.72rE01.7249.1240.76kJ/kglb11.6级效率和级内功率级有效比焓降:hi hu hp h h 42.365 0.64 0.04 0.76 40.925kj/kg级效率:hi40.925i100%88.71%048.89级内功率:pi hiG 40.925 593.26 26.094MW数据汇总见下表：项目123456huuhhphIpi pI 239.734MW第六部分 高中压缸结构概述一．哈尔滨汽轮机厂与日本三菱公司联合设计和合作制造的超临界机组，其高中压缸结构如下：1． 采用冲动式调节级和反动压力级的混合型号式，主蒸汽通过安装在汽轮机两侧的主汽阀 ---- 调节阀组件进入高压汽轮机。2． 蒸汽在高压缸膨胀做功后，通过高中压外缸下半的两个排汽口排出后流进再热器，从再热器流出的再热蒸汽通过两个中压主汽阀----调节阀进入中压缸。3． 机组启动后，主汽阀用来控制从盘车转速到大约 90%的额定转速时机组通过的汽流流量，调节阀用来调节机组从90%的额定转速到同步转速以及汽轮机整个负荷范围内的蒸汽流量。4． 高中压外缸和内缸约为合金钢铸造而成，沿水平中分面形成上缸和下缸。5． 高压喷嘴室进口支撑在内缸上，进汽套管用滑动接头连接到内缸上，以适应温度的变化。二．中压汽缸1． 高中压缸采用合缸结构，通流部分为反向布置。由高﹑中压外缸﹑高压内缸和中压内缸组成，形成双层汽缸结构。2． 中压部分有6个反动式中压级，为汽轮机的第 11—16级。3． 高中压汽缸通流部分的压力级反向布置，即高压汽缸中的压力级与中压汽缸中的压力级的蒸汽流动方向相反。由锅炉来的新蒸汽通过主蒸汽管从下部进入布置于汽轮机两侧的两个高压主汽阀，由每侧的各两个调节阀流出， 经过四根高压导汽管进入高压汽轮机。进入高压汽轮机的蒸汽通过调节级和高压级后，由外缸下部两侧排出进入再热器。再热后的蒸汽通过中压缸两侧的两个再热主汽阀和四个中压调节阀， 由每侧的两个中压调节阀流出， 经过四个中压导汽管由高﹑中压缸中部进入中压缸， 进入中压缸的蒸汽经过中压级后，从中压缸上部排汽口排出，经中低压连通管，分别从1号﹑2号低压缸中部进入两个低压缸。4． 反向布置的优点：①新蒸汽及再热蒸汽的进汽部分均集中在高﹑中压汽缸的中部，可减小汽轮机转子和汽缸的轴向温差及热应力。②高﹑中压汽缸中温度最高的部分布置在远离汽轮机轴承的地方，使轴承受汽封温度的影响较小，轴承的工作温度较低，改善了轴承的工作条件，还可平衡一部分高，中压汽缸内的轴向推力。③因为前后轴端汽封均处于高中压缸内排汽部分，使轴封长度显著减少。④合缸结构减少了一至二个径向支持轴承，缩短了高中压转子的长度。第七部分 600mw汽轮机热力系统一、 热再热蒸汽系统采用双管-单管-双管布置、高温再热蒸汽由锅炉再热器出口集箱经两根支管接出，汇流成一根单管通向汽轮机中压缸，在汽轮机中压联合汽门前用一个45°斜三通分为两根管道,分别接至汽轮机中压联合汽门。由于再热蒸汽气压损时机组的热经济性影响比新蒸汽大，采用单管系统更能够有效地降低压损，保障蒸汽的做功能力，还能消除进入汽轮机中压缸的高温再热蒸汽的温度偏差。二、 回热抽汽系统采用回热循环的主要目的是提高工质在锅炉内吸热过程的平均温度，以提高机组的热经济性。回热抽汽系统必须保证系统中的汽、水介质不能倒流进入汽轮机的汽缸,防止汽轮机超速或发生水冲击。为避免各事故发生，在抽汽管道上安装电动隔离阀的气动止回阀。三、 除氧器汽水系统设置除氧器将给水中的所有不凝结气体除去，以防止或减轻这些气体对设备的管路系统的腐蚀。除氧器配有一定水容积的水箱，有补偿锅炉给水的汽轮机凝结水量之间不平衡的作用。作用：加热给水、除去水中的气体、回收工质。第八部分 总 结一． 设计结果总结为期三周的《汽轮机课程设计》即将结束，在这个过程中，本组同学对汽轮机的结构和热力设计有了较深刻的理解。本次课程设计内容虽不多，但我们通过查阅整理各种资料，分析解决了设计过程中出现的各类问题。态度认真，团结协作。本次课程设计内有很多知识涉及到较高的知识层次，在三周的时间内我多次请教老师和同学，仔细核算各计算式，细致绘制各设计辅助图。虽然，设计结果没有完全达到预期的理想结果，但我学到了不少宝贵的知识和方法，更重要的是学到了积极的工作态度，严谨的治学态度，为将来从事电厂方面的工作打下了坚实的基础。二． 设计思路说明给定参数参考机型P0t0P0t0PrPczfwtfwP t Peed热力过程曲线回热抽汽参数级的热力计算汽轮机总进汽量各级平均直径各级比焓降三． 问题讨论1． 回热抽汽点的确定对于回热抽汽点的初步确定，本组同学经过多次讨论并查阅相关资料，终于在《汽轮机设备及其系统》一书上找到了其确定原则，经谭老师指点，我们终于初步完成了回热抽汽点及抽汽压力表的确定，并经热力计算后修正确定了相关参数。2． 除氧器工作压力的确定经大家讨论并参考《火电厂设计技术规程》决定采用滑压运行，并查阅览《汽轮机设备及其系统》一书，决定除氧器额定工