汽轮机课程设计说明书.docx
《汽轮机课程设计说明书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽轮机课程设计说明书.docx（41页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
汽轮机课程设计说明书
课程设计说明书
题目：
12MW凝汽式汽轮机热力设计
2014年6月28日
、题目
12MW凝汽式汽轮机热力设计
、目的与意义
汽轮机原理课程设计是培养学生综合运用所学的汽轮机知识，训练学生的实际应用能力、理论和实践相结合能力的一个重要环节。
通过该课程设计的训练，学生应该能够全面掌握汽轮机的热力设计方法、汽轮机基本结构和零部件组成，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，达到理论和实际相结合的目的。
重点掌握汽轮机热力设计的方法、步骤。
三、要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等）
主要内容:
1、确定汽轮机型式及配汽方式
2、拟定热力过程及原则性热力系统，进行汽耗量与热经济性的初步计算
3、确定调节级形式、比焓降、叶型及尺寸等
4、确定压力级级数，进行比焓降分配
5、各级详细热力计算，确定各级通流部分的几何尺寸、相对内效率、内功率与整机实际热力过程曲线
&整机校核，汇总计算表格
要求：
1、严格遵守作息时间，在规定地点认真完成设计；设计共计二周。
2、按照统一格式要求，完成设计说明书一份，要求过程完整，数据准确。
3、完成通流部分纵剖面图一张（一号图）
4、计算结果以表格汇总
四、工作内容、进度安排
1、通流部分热力设计计算（9天）
（1）熟悉主要参数及设计内容、过程等
（2）熟悉机组型式，选择配汽方式
（3）蒸汽流量的估算
（4）原则性热力系统、整机热力过程拟定及热经济性的初步计算
（5）调节级选型及详细热力计算
（6）压力级级数的确定及焓降分配
（7）压力级的详细热力计算
（8）整机的效率、功率校核
2、结构设计（1天）
进行通流部分和进出口结构的设计
3、绘制汽轮机通流部分纵剖面图一张（一号图）（2天）
4、编写课程设计说明书（2天）
五、主要参考文献
《汽轮机课程设计参考资料》•冯慧雯•水利电力出版社.1992
《汽轮机原理》（第一版）•康松、杨建明编•中国电力出版社.2000.9
《汽轮机原理》（第一版）.康松、申士一、庞立云、庄贺庆合编.水利电力出版社.1992.6
《300MW火力发电机组丛书汽轮机设备及系统》（第一版）.吴季兰主编.中国电力
出版社.1998.8
指导教师下达时间2014年6月15日
指导教师签字：
审核意见
系（教研室）主任（签字）
《汽轮机原理》是一门涉及基础理论面较广，而专业实践性较强的课程。
该课程的教学必须有相应的实践教学环节相配合，而课程设计就是让学生全面运用所学的汽轮机原理知识设计一台汽轮机，因此，它是《汽轮机原理》课程理论联系实际的重要教学环节。
它对加强学生的能力培养起着重要的作用。
本设计说明书详细地记录了汽轮机通流的结构特征及工作过程。
内容包括汽轮机通流部分的机构尺寸、各级的设计与热力计算及校核。
由于知识掌握程度有限以及二周的设计时间对于我们难免有些仓促，此次设计一定存在一些错误和遗漏，希望指导老师给予指正。
编者
2014
年6月28日
第一章12MW凝汽式汽轮机设计任务书1
1.1设计题目：
10.5MW凝汽式汽轮机热力设计1
1.2设计任务及内容1
1.3设计原始资料1
1.4设计要求1
第二章多级汽轮机热力计算2
2.1近似热力过程曲线的拟定2
2.2汽轮机总进汽量的初步估算4
2.3回热系统的热平衡初步计算4
2.4流经汽轮机各级机组的蒸汽两级及其内功率计算8
2.5计算汽轮机装置的热经济性9
第三章通流部分选型及热力计算10
3.1通流部分选型10
第四章压力级的计算12
4.1各级平均直径的确定：
12
4.2级数的确定及比焓降的分配：
13
4.3各级的热力计算14
4.4第一压力级的热力计算24
第五章整机校核及计算结果的汇总30
5.1整机校核30
5.2级内功率校核：
30
5.3压力级计算结果汇总21
参考文献21
第一章12MW凝汽式汽轮机设计任务书
1.1设计题目：
10.5MW凝汽式汽轮机热力设计
1.2设计任务及内容
根据给定条件完成汽轮机各级尺寸的确定及级效率和内功率的计算。
在保证运行安全
的基础上，力求达到结构紧凑、系统简单、布置合理、使用经济性高。
汽轮机设计的主要内容：
1.确定汽轮机型式及配汽方式；
2.拟定热力过程及原则性热力系统，进行汽耗量于热经济性的初步计算；
3.确定调节级型式、比焓降、叶型及尺寸等；
4.确定压力级级数，进行比焓降分配；
5.各级详细热力计算，确定各级通流部分的几何尺寸、相对内效率、内功率与整机实际热力过程曲线；
6.整机校核，汇总计算表格。
1.3设计原始资料
额定功率：
12MW
设计功率：
10.5MW
新汽压力：
3.43MR
新汽温度：
435C
排汽压力：
0.0060MP
冷却水温：
20r
给水温度：
160C
回热抽汽级数：
4
机组转速：
3000r/min
1.4设计要求
1.严格遵守作息时间，在规定地点认真完成设计，设计共计两周;
2.完成设计说明书一份，要求过程完整，数据准确；
3.完成通流部分纵剖面图一张（A1图）
4.计算结果以表格汇总
第二章多级汽轮机热力计算
2.1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
蒸汽流过各阀门及连接管道时，会产生节流损失和压力损失。
表2-1列出了这些损失通常
选取范围。
表2-1汽轮机各阀门及连接管道中节流损失和压力估取范围
损失名称
符号
估算范围
主汽管和调节阀节流损
失
Apo
△P=（0.03〜0.05）po
排汽管中压力损失
△P=（0.02〜0.06）pc
回热抽汽管中压力损失
△P=（0.04〜0.08）pe
s
图2-1进排汽机构损失的热力过程曲线
二、汽轮机近似热力过程曲线的拟定
根据经验，对一般非中间再热凝汽式汽轮机可近似地按图2-2所示方法拟定近似热力过
程曲线。
由已知的新汽参数p。
、t°,可得汽轮机进汽状态点0,并查得初比焓h°=3310KJ/kg。
由前所得，设进汽机构的节流损失△Po=O.O4Po,得到调节级前压力巳=Po-△P°=3.3MPa并确定调节级前蒸汽状态点1。
过1点作等比熵线向下交于Px线于2点，查得h2t=2145KJ/kg,整机的理想比焓降.-■：
htmac=3310-2145=1165KJ/kg。
由上估计进汽量后得到的相对内效率nri=84%有效比焓降△h^ma=（△hQ）nn=978.6KJ/kg，排汽比焓hz=ho-△h^ma=3310-978.6=2331.4KJ/kg，在h-s图上得排汽点乙用直线连接1、Z两点，在中间3'点处沿等压线下移25KJ/kg得3点，用光滑连接1、3、Z点，得该机设计工况下的近似热力过程曲线，如图2-2所示
3.43M
h2t=2145kJ/
图2-217MW凝汽式汽轮机近似热力过程曲线
2.2汽轮机总进汽量的初步估算
一般凝汽式汽轮机的总蒸汽流量D0可由下式估算:
式中Pl汽轮机的设计功率，KW；
.-■=htmac'――通流部分的理想比焓降，KJ/kg；
ri汽轮机通流部分相对内效率的初步估算值；
g机组的发电机效率；
m机组的机械效率；
D考虑阀杆漏气和前轴封漏汽及保证在处参数下降或背压升高时仍能
发出设计功率的蒸汽余量，通常取■:
D/Db=3^左右，t/h
m考虑回热抽汽引起进汽量增大的系数，它与回热级数、给水温度、汽
轮机容量及参数有关，通常取m=1.08〜1.25，
设m=1.13△D=0t/hm=0.99g=0.97贝U
D0=3.6X10500X1.13/（978.6X0.99X0.97）=45.5t/h
蒸汽量厶D包括前轴封漏汽量■:
D=1.000t/h
调节抽汽式汽轮机通流部分设计式，要考虑到调节抽汽工况及纯凝汽工况。
般高压部分的进汽量及几何尺寸以调节抽汽工况作为设计工况进行计算，低压部分的进汽
量及几何下以纯凝汽工况作为设计工况进行计算。
2.3回热系统的热平衡初步计算
汽轮机进汽量估算及汽轮机近似热力过程曲线拟定以后，就可进行回热系统的热平衡计算。
一、回热抽汽压力的确定
1.除氧器的工作压力
给水温度tfw和回热级数Zfw确定之后，应根据机组的初参数和容量确定除氧器的工作
压力。
除氧器的工作压力与除氧效果关系不大，一般根据技术经济比较和实用条件来确定。
通常在中低参数机组中采用大气式除氧器。
大气式除氧器的工作压力一般选择略高于大气
压力即0.118MF。
2.抽汽管中压力损失.pe
在进行热力设计时，要求Ape不超过抽汽压力的10%通常取APe=（0.04〜0.08）Pe，级间抽汽时取较大值，高中压排汽时取较小值。
3.表面式加热器出口传热端差：
t
由于金属表面的传热阻力，表面式加热器的给水出口水温tw2与回热抽汽在加热器中凝结的饱和水温te间存在温差■■:
t=te-tw2称为加热器的出口端差，又称上端差，经济上合理的端差需通过综合的技术比较确定。
一般无蒸汽冷却段的加热器取•t=3〜6C
4.回热抽汽压力的确定
在确定了给水温度tfw、回热抽汽级数Zfw、上端差：
t和抽汽管道压损Pe等参数后，可以根据除氧器的工作压力，确定除氧器前的低压加热器数和除氧器后的高压加热器数，同时
确定各级加热器的比焓升■hw或温升氏w。
这样，各级加热器的给水出口水温tw2也就确定了。
根据上端差■■:
t可确定各级加热器内的疏水温度te，即te=tw2+、：
to从水和水蒸气热力性质图表中可查得te所对应的饱和蒸汽压力-----个加热器的工作压力Peo考虑回热抽汽管中的压力损失，可求出汽轮机得抽汽压力Pe，即Pe=Pe+Pe。
在汽轮机近似热力过程
曲
线中分别找出个抽汽点得比焓值he，并将上述参数列成表格如下：
表2-218MW凝汽式汽轮机即热汽水参数
加
热器号
抽
汽
压
力
Pe
（MPa
）
抽
汽
比
焓
he
（KJ/kg
）
抽汽管压损
△Pe/
（%）
加
热
器
工
作
Pe压
力
1
Pe
（MPa
饱和水温度
te
C
饱
和
水
比
焓
he
（KJ/kg
）
出
口
端
差t
C
给水出口水温
tw2
C
给
水
出
口
比
焓
hw2
（KJ/kg）
H
0.761
2965.3
8
0.7003
165
697.38
5
160
675.6
巳
0.312
2865
8
0.2875
132.12
555.45
5
127.12
534.1
H
0.141
2695.1
17
0.1177
104.25
437.02
0
104.25
437.02
0.089
2634.7
8
0.0819
93.15
394.5
3
90.15
377.6
、各级加热器回热抽汽量计算
1.Hi高压加热器其给水量为
Dfw=D0-△D+△Di+ADj=45.5-0.6+0.42+0.3=45.62t/h
式中AD高压端轴封漏汽量，0.6t/h
2.H2高压加热器
其热平衡图见2-ii先不考虑漏入H2高压加热器的那部分轴封
漏汽量厶D|i以及上级加热器的疏水量Del，则该级加热器的计算抽汽量为
02
Dfw（山2-^Wi）
2.0t/h
考虑上级加热器疏水流入H2高压加热器并放热可使本级抽汽量减少的相当量为
Deie
DE「mJ=0.i8t/h
（he2-02）h
考虑前轴圭寸一部分漏汽量：
D|i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
△Dt=0.47t/h
h轴封漏汽比焓值，相当于调节级后汽室中蒸汽比焓，hi=3098.ikj/kg。
本级高压加热器H2实际所需回热抽汽量为
△De2=i.9-0.i8-0.47=i.35t/h
3.Hd（除氧器）除氧器为混合式加热器
分别列出除氧器的热平衡方程是与质量平衡式：
II
•—Dedhed'（=Dei*LDe2*Dl1）he2'Dcwhw1=Dfwhed
DewDi：
DedDei：
De2=Dfw
代入数据解得：
抽汽量除氧器人Ded=°.95"h
凝结水量Dfw=40t/h
4.%低压加热器
比焓值hc'=148.87
Pc'=Pz=0.006MPaPc=0.0058MPa
0.3*2302.7/38.862=17.8
△tej=3C
Tw仁35.6+3=38.6C
比焓值148.87
凝结水饱和温度Tc=35.6C
H3抽气量
△De3=40*（377.6-148.87）
/（2634.7-394.5）*0.98=4.17h/h2.4流经汽轮机各级机组的蒸汽两级及其内功率计算
调节级：
D0=2453BZh
Pi0=45.5*（3310-2098.1）/3.6=2678
第一级组：
D仁45.5-0.6=44.9t/h
Pi1=D（hl-he1）/3.6=44.9x（3098.1—2965.3）/3.6=1656kw第二级组：
D2=D-△0=44.9-2.9=42t/h
P2=D（he1-he2）/3.6=42x（2965.3-2865）/3.6=1170kw
第三级组：
C3=D-△D2=42-1.35=40.65t/h
Pi3=D（he2-hed）/3.6=40.65x（2865-2695.1）/3.6=1918kw第四级组：
D4=D-△Dd=40.65-0.95=39.7t/h
Pi4=D（hed-hea）/3.6=39.7x（2695.1-2634.7）/3.6=666kw
第五级组：
D5=D4-△D3=39.7-4.17=35.53t/h
Pi5=D（he3-he4）/3.6=35.53X（2634.7-2331.4）/3.6=2993kw整机内功率：
Pi=艺Pi=ii08ikw
2.5计算汽轮机装置的热经济性
机械损失△Pm=P（1-n沪11081X（1-0.99）=110.81kw
轴端功率Pa=P-△Pm=11081-110.81=10970.19kw
发电机功率Pe=Pang=10970.19X0.97=10641kw
校核（11081-10641）/11081X100%=1.3%
「D°X103
d-
[Do（ho-hz）
[3.6m
符合设计工况Pe=10500kw的要求，原估计的蒸汽量D0正确
汽耗率：
X0PeJ彳齬同74
不抽汽时估计汽耗率:
I24,367（3305-88.23]0.98^3733
3.8273.6
汽轮机装置汽耗率:
q=d（ho-h"=4.285X（3310-675.6）=11275KJ/（kw.h）
汽轮机装置的绝对电效率：
ne360^=3^S01275.30700%=29.8%q11706.5
第三章通流部分选型及热力计算
3.1通流部分选型
一、排汽口数和末级叶片
凝汽式汽轮机的汽缸数和排气口数是根据其功率和单排汽口凝汽式汽轮机的极限功率确定的。
当汽轮机的功率大于单排汽口凝汽式汽轮机的极限功率时，需要采用多缸和多排汽口，但很少采用五个以上汽缸的。
当转速和初终参数一定时，排汽口数主要取决于末级通道的排汽面积。
末级通道的排汽面积需结合末级长叶片特性、材料强度、汽轮机背压、末级余速损失大小及制造成本等因素，进行综合比较后确定。
通常可按下式估算排汽面积：
zPel2
Abm
3162pc
式中
Pel机组电功率，KW;
Pc汽轮机排汽压力，KPa。
二、配汽方式和调节级选型
电站用汽轮机的配汽方式有称调节方式，与机组的运行要求密切相关。
通常有喷嘴配汽、节流配汽、变压配汽及旁通配汽四种方式。
我国绝大多数采用喷嘴配汽方式。
采用喷嘴配汽的汽轮机，其蒸汽流量的改变主要是通过改变第一级组的工作面积来实现的，所以该机的第一级又称调节级。
调节级各喷嘴组的通道面积及通过其内的蒸汽流量是不一定相同的。
调节级型式与参数的选择在设计中是相当重要的，与汽轮机的容量大小、运行方式等因素有关。
1.调节级选型
由于双列级能承担较大的理想比焓降，一般约为160〜500KJ/kg;但它的级效
率及整机效率较低，在工况变动时其级效率变化较单级小；采用双列级的汽轮机级数较少，结构紧凑，因为其调节级后的蒸汽压力与温度下降较多，所以除调节级汽室及喷嘴组等部件需较好的材料外，汽缸与转子的材料等级可适当降低，从而降低机组造价，提高机组运行的可靠性。
故选用双列调节级。
2.调节级热力参数的选择
（1）理想比焓降的选择
目前国产汽轮机调节级理想比焓降选取范围如前所述：
双列级约为160〜500KJ/kg。
故选调节级比焓降为212KJ/kg。
（2）调节级速度比Xa二UG的选择
为了保证调节级的级效率，应该选取适当的速度比，它与所选择的调节级型式
有关。
通常双列级速度比的选择范围为Xa=0.22〜0.28。
（3）调节级反动度的选择
为提高调节级的级效率，一般调节级都带有一定的反动度。
由于调节级为部分
进汽级，为了减少漏汽损失反动度不适宜选的过大。
双列调节级各列叶栅反动度之和-m不
超过13%〜20%故选取0m=20%
3、调节级几何参数的选择
（1）调节级平均直径的选择
选择调节级平均直径是通常要考虑制造工艺调节级叶片的高度以及第一压力级
的平均直径。
一般在下列范围内选取：
中低压汽轮机（套装叶轮）取dm=1000〜1200mm。
（2）调节级叶型及其几何特性
调节级的叶型，尤其是双列调节级的叶型，通常是成组套装选择使用的。
国产汽轮机调节级最常用的叶型组合为苏字叶型。
故可选择如表3-1的叶型：
表3-1双列调节级的叶型
名称
喷嘴
第一列动叶
导叶
第二列动叶
叶片型线
30TC-2B
38TP-1B
32TP-3A
38TP-5A
（3）相对节距t和叶片数Z的确定
在选取喷嘴和动叶出口角：
1和J时，还需要选择相对节距tn和tb:
==电，
bn
tb=tL。
一定的叶型对应有最佳的相对节距范围。
所以在选择tn和tb时应注意的最佳bb
范围内选取。
则叶栅的上述各项几何参数选定之后，即可根据平均直径dn和db确定喷嘴与
动叶数厶Ydneotn，ZbYdbe：
tb，然后取整。
从叶片强度考虑，通常叶片数偶数。
（4）汽流出口角.二1和|.：
12的选择
喷嘴与动叶汽流出口角：
1和'2对叶栅的通流能力作功大小及效率高低有较大的影
响。
决定叶栅出口角大小的最主要因素是对节距和安装角，喷嘴与动叶有一确定的出口角,
往往需要通过对叶片数及相对节距的试凑来满足：
M和'2的要求。
第四章压力级的计算
4.1各级平均直径的确定:
（1）第一压力级平均直径的确定：
选取速度比：
Xa=05,级的理想比焓降Ah=50
KJ/kg
d；=0.2847Xa、「n=854X0.5X50=1.006m
（2）
凝汽式汽轮机末级直径的估取：
G严岁
'■140・：
'lhtmacsin二2
（3）确定压力级平均直径的变化:
在横坐标上取长度为a的线段BD用以表示第一压力级至末级动叶中心的轴向距离，
在BD两端分别按比例画出第一压力级的平均直径。
根据所选择的通道形状，用光滑的曲线将AC两点连接起来，AC曲线即为压力级各级的直径变化规律，如图3-1。
C
D
图4-1压力级平均直径变化规律
4.2级数的确定及比焓降的分配:
（1）级数的确定：
1压力级的平均直径确定:
2压力级平均理想比焓降h（见图2-5）
%=12.337（dm）2=93.03KJ/kg
Xa
3级数的确定：
压力级的理想比焓降为：
Ah；-札=953.1KJ/kg
选取重热系数：
:
-=0.03〜0.08
娱皆（取整）=10,75。
故Z取11.
（2）比焓降的分配:
ht=12.337（dm：
Xa）2求出各级的比焓降
级
号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
平均直径
dm
1.006
1.01
0
1.06
1.13
1.2
1
1.3
1.4
1.51
1.66
1.82
1.9
速度比
Xa
1.46
0.47
0.48
0.48
5
0.4
9
0.49
5
0.5
0.51
0.52
0.53
0.55
理想比焓
降
A
ht
59
57
60
67
75
85
97
108
126
145.
5
147
理想比焓
A
52.3
50.3
53.3
60.3
68.
78.3
90.3
101.
119.3
138.
140.3
降修正值
ht
3
3
8
各级比焓降的修正在拟定的热力过程曲线上逐级作出各级理想比焓降△ht，当
最后一级的被压于排汽压力不重合时，必须对分配的比焓降进行修正。
4.3各级的热力计算
（1）第一列喷嘴热力计算:
1一列喷嘴出口汽流出口速度及喷嘴损失
第一列喷嘴中理想比焓降△hn=（1-0.2）/211.9KJ/kg=169.5
2
初速动能=hc0—00KJ/kg
2000
式中—0进入喷嘴的蒸汽初速，m/s
滞止理想比焓降殆；-讥••讥。
二169.5KJ/kg
第一列喷嘴出口汽流理想速度—1t=582.3m/s
第一列喷嘴出口汽流实际速度G=申5=664..8m/s
第一列喷嘴损失10.02KJ/kg
式中:
喷嘴速度系数
2第一列喷嘴出口面积
H1=3310-169.5-3140.5二P1=1.7MPa
P1/P0=0.4960.546
0.4<0.496<0.546
2
二An=32.26—m
3第一列喷嘴出口高度
Ln=16.53mm
e=0.7
（2）第一列动叶热力计算：
"m=0.2"b=0"gb=0.08门b'二0.12
（:
1
-
+勺）=sin-1sin0^
1
2
K1
（-）K4K
升级会员 