600MW沖動(dòng)式低壓缸設(shè)計(jì)書

1、1引言1.1汽輪機(jī)簡(jiǎn)介 汽輪機(jī)是以蒸汽為的旋轉(zhuǎn)式熱能動(dòng)力機(jī)械，與其他原動(dòng)機(jī)相比，它具有單機(jī)功率大、效率、運(yùn)行平穩(wěn)和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。汽輪機(jī)的主要用途是作為發(fā)電用的原動(dòng)機(jī)。在使用化石燃料的現(xiàn)代常規(guī)火力發(fā)電廠、核電站及地?zé)岚l(fā)電站中，都采用汽輪機(jī)為動(dòng)力的汽輪發(fā)電機(jī)組。汽輪機(jī)的排汽或中間抽汽還可用來(lái)滿足生產(chǎn)和生活上的供熱需要。在生產(chǎn)過(guò)程中有余能、余熱的工廠企業(yè)中，還可以應(yīng)用各種類不同品位的熱能得以合理有效地利用。由于汽輪機(jī)能設(shè)計(jì)為變速運(yùn)行，所以還可用它直接驅(qū)動(dòng)各種從動(dòng)機(jī)械，如泵、風(fēng)機(jī)、高爐風(fēng)機(jī)、壓氣機(jī)和船舶的螺旋槳等。因此，汽輪機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著極其重要的作用。1.2 600MW汽輪機(jī)課程設(shè)計(jì)的意義電

2、力生產(chǎn)量是衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。電力工業(yè)為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域和部門提供電能，它的發(fā)展直接影響著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度，因此，必須超前發(fā)展。裝機(jī)容量從1949年占世界第25位，到如今的世界前列。電力事業(yè)發(fā)展的宏偉目標(biāo)，要求汽輪機(jī)在容量和效率方面都要上一個(gè)新的臺(tái)階，在今后的一段時(shí)間內(nèi)，我國(guó)火電的主力機(jī)組將是300MW600MW亞臨界機(jī)組，同時(shí)要發(fā)展超臨界機(jī)組。1.3汽輪機(jī)課程設(shè)計(jì)要求：1）汽輪機(jī)為基本負(fù)荷兼調(diào)峰運(yùn)行2）汽輪機(jī)型式：反動(dòng)、一次中間再熱、凝汽式1.4設(shè)計(jì)原則根據(jù)以上設(shè)計(jì)要求，按給定的設(shè)計(jì)條件，選取有關(guān)參數(shù)，確定汽輪機(jī)通流部分尺寸，力求獲得較高的汽輪機(jī)效率。汽輪機(jī)總體設(shè)計(jì)原則

3、為在保證機(jī)組安全可靠的前提下，盡可能提高汽輪機(jī)的效率，降低能耗，提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，即保證安全經(jīng)濟(jì)性。承擔(dān)基本負(fù)荷兼調(diào)峰的汽輪機(jī)，其運(yùn)行工況穩(wěn)定，年利用率高。設(shè)計(jì)中的計(jì)算采用電子表格來(lái)計(jì)算，繪圖采用手繪圖,計(jì)算表格和附圖統(tǒng)一見(jiàn)附錄。2 汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)與型式的確定2.1汽輪機(jī)參數(shù)、功率、型式的確定2.1.1 汽輪機(jī)初終參數(shù)的確定常規(guī)超臨界機(jī)組的主蒸汽和再熱蒸汽溫度為538560，典型參數(shù)為24.2MPa/566/566，對(duì)應(yīng)的發(fā)電效率約為41%。參考汽輪機(jī)原理（中國(guó)電力出版社）P152表7-2石洞口二廠D4Y454汽輪機(jī)和GB/T-754-2007 發(fā)電用汽輪機(jī)參數(shù)系列選定參數(shù)如下：（1）主蒸汽及再熱蒸

4、汽壓力、溫度主蒸汽壓力 24.2MPa主蒸汽溫度 566 再熱蒸汽汽壓力 3.703MPa 再熱蒸汽溫度 566 （2）汽輪機(jī)排汽參數(shù)汽輪機(jī)高壓缸排氣壓力 Pa=4.114MPa 排氣溫度Ta=306.8汽輪機(jī)中壓缸排氣壓力 Pb=1.082MPa 排氣溫度Tb=379.6汽輪機(jī)低壓缸排氣壓力 Pc=5kPa 排氣溫度Tc=32.92.1.2汽輪機(jī)設(shè)計(jì)功率的確定表1經(jīng)濟(jì)工況功率600MW銘牌功率（夏季）600MWVWO閥門全開工況648MW最大連續(xù)功率工況TMCR638.5MW2.1.3汽輪機(jī)型式的確定由設(shè)計(jì)任務(wù)書及已經(jīng)選取的相關(guān)參數(shù)可確定汽輪機(jī)型式為：N600-24.2/565/565型、反

5、動(dòng)式、一次中間再熱、水冷凝汽式、基本負(fù)荷兼調(diào)峰運(yùn)行汽輪機(jī)2.2 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速、調(diào)節(jié)方式和回?zé)嵩贌嵝问酱_定我國(guó)電網(wǎng)調(diào)波為50Hz，發(fā)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速為3000rpm，故選取汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速為：3000rpm(偏差為3轉(zhuǎn))。轉(zhuǎn)速n=3000 r/min。電網(wǎng)中帶基本電荷的機(jī)組，可以采用噴嘴調(diào)節(jié)方式，也可以采用節(jié)流調(diào)節(jié)方式，電網(wǎng)中的調(diào)峰機(jī)組應(yīng)該采用噴嘴調(diào)節(jié)方式。噴嘴調(diào)節(jié)方式是為了發(fā)揮機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，且目前我國(guó)制造的汽輪機(jī)絕大多數(shù)都采用噴嘴調(diào)節(jié)方式，所以綜合考慮來(lái)說(shuō)，我們選擇噴嘴調(diào)節(jié)方式。汽輪機(jī)機(jī)組熱力設(shè)計(jì)基本參數(shù)的選取表2項(xiàng)目選取參數(shù)機(jī)組型號(hào)N60024.2/566/566機(jī)組型式一次中間再熱反動(dòng)式、水冷式基本負(fù)

6、荷兼調(diào)峰汽輪機(jī)新汽壓力24.2MPa新汽溫度566排汽壓力0.005MPa額定功率600MW額定轉(zhuǎn)速3000rpm給水溫度280.9回?zé)峒?jí)數(shù)8級(jí)回?zé)幔?個(gè)高溫加熱器、1個(gè)除氧器、4個(gè)低溫加熱器再熱壓力3.703MPa再熱壓力損失0.329 MPa再熱溫度566給水回?zé)岬慕?jīng)濟(jì)性主要取決于給水的最終溫度和回?zé)峒?jí)數(shù)，給水溫度越高、回?zé)峒?jí)數(shù)越多，循環(huán)熱效率也越高。當(dāng)加熱級(jí)數(shù)一定時(shí)，給水溫度有一最佳值，加熱級(jí)數(shù)越多，最佳給水溫度越高。當(dāng)給水溫度一定時(shí)，隨著回?zé)峒?jí)數(shù)Z的增加，附加冷源熱損失將減小，汽輪機(jī)內(nèi)效率相應(yīng)增高。以做功能力法分析，有限級(jí)數(shù)的回?zé)峒訜?，在回?zé)峒訜崞髦斜匾鹩袦夭畹膿Q熱，從而產(chǎn)生回?zé)徇^(guò)程

7、的及相應(yīng)的附加冷源熱損失。但隨著級(jí)數(shù)Z的增加，減小，不利于影響減弱。工程上級(jí)數(shù)Z增加，汽輪機(jī)抽汽口與回?zé)峒訜崞髟黾訒?huì)使投資增加，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度考慮經(jīng)濟(jì)性提高與投資增加間的合理性，本設(shè)計(jì)選?。夯?zé)嵯到y(tǒng)有8級(jí)非調(diào)整抽汽，分別供給3臺(tái)高壓加熱器、1 臺(tái)除氧器和4臺(tái)低壓加熱器。其中第7、8號(hào)低壓加熱器為單殼體組合式加熱器，布置在凝汽器喉部，各加熱器的疏水逐級(jí)自流，不設(shè)疏水泵。最后一級(jí)高壓加熱器疏水至除氧器最后一級(jí)低壓加熱器疏水進(jìn)入凝汽器。采用雙背壓凝汽器以提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。2.3汽輪機(jī)熱力過(guò)程線擬定2.3.1各缸進(jìn)排汽參數(shù)及壓損的確定（1）各缸進(jìn)排汽參數(shù)見(jiàn)下表： 表3項(xiàng)目壓力MPa溫度焓值kJ/kg高壓

8、缸進(jìn)汽24.2566.03395.9高壓缸排汽4.114306.82975.0中壓缸進(jìn)汽3.629566.03599.7中壓缸排汽1.082379.63218.9低壓缸進(jìn)汽1.039379.23218.8低壓缸排汽0.00532.92478.1（2）壓損的確定 主汽門調(diào)節(jié)閥中的節(jié)流損失P0=0.04* P0=0.04*24.2=0.968 MPa； 調(diào)節(jié)級(jí)前壓力P0=24.2-0.968=23.232 MPa 排汽管中的壓損Pr=0.02*Pc=0.03*4.198=0.127 MPa；Pr=4.241-0.127=4.114 MPa中間再熱及連通管壓損 Pr=0.1*Pr=0.0.4114

9、MPa； Pr=4.114-0.4114=3.703 MPa 中壓、快速截止閥和調(diào)節(jié)閥壓損Pr=0.02*Pr=0.074 MPa（中壓調(diào)節(jié)閥全部打開）Pr=3.629 MPa中低壓缸連通管中的損失Pa=0.04*Ps=0.04*1.082（中壓排汽壓力）=0.043MPa低壓缸進(jìn)氣壓力Ps= 1.039MPa對(duì)于大容量機(jī)組可以忽略低壓缸排氣損失。 2.3.2各缸內(nèi)效率的估定及熱力過(guò)程線 對(duì)照國(guó)內(nèi)同類機(jī)組，估定各缸的內(nèi)效率：高壓缸88%；中壓缸91%；低壓缸89% 。熱力過(guò)程線請(qǐng)?jiān)斠?jiàn)附錄。3 回?zé)嵯到y(tǒng)初步擬定3.1 相關(guān)參數(shù)確定3.1.1主蒸汽流量G0對(duì)一般的凝汽式汽輪機(jī)，其進(jìn)汽量可按下式估算

10、： （t/h）m考慮回?zé)岢槠惯M(jìn)汽量增大的系數(shù)，它與回?zé)峒?jí)數(shù)、給水溫度、功率有關(guān)，結(jié)合一設(shè)計(jì)機(jī)組的相關(guān)參數(shù)，取m=1.4；考慮軸封漏汽、門桿漏汽所需的新汽量，一般2%D，這里取為2%D；H全機(jī)理想焓降（kJ/kg）由H-S圖上查得各個(gè)點(diǎn)的參數(shù)，可得 （3395.92910.8+3599.7-3189.7+3218.8-2244.7）KJ/Kg （485.1+410+974.1)KJ/Kg 1869.2 KJ/Kg汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率，根據(jù)相關(guān)指標(biāo)取為: =90%機(jī)械效率，參照國(guó)內(nèi)同類型機(jī)組，可取為：=99%發(fā)電機(jī)效率，參照國(guó)內(nèi)同類型機(jī)組，?。?99%代入公式計(jì)算得：D0= 1871.488 t/h

11、3.1.2 除氧器、高、低加參數(shù)，凝汽器參數(shù)及加熱器溫升分配（1） 除氧器出口工作壓力和溫度的確定 由于本機(jī)組設(shè)計(jì)為中間再熱機(jī)組，一般采用高壓式除氧器，設(shè)計(jì)工況下，對(duì)該汽輪機(jī)取為1.06MPa，由此查得飽和水和飽和水蒸汽熱力性質(zhì)表，可求得： tcy=182。給水溫度與進(jìn)入汽輪機(jī)的參數(shù)和高壓加熱器的個(gè)數(shù)有關(guān)，由設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力為24.2MPa，參考同類型機(jī)組得：給水溫度為280。查得在5kPa的背壓下飽和水溫度為32.9,為計(jì)算方便，取給水溫度為280.9。（2） 凝汽器出口壓力和溫度 較大容量汽輪機(jī)的排汽管都設(shè)計(jì)為具有一定的擴(kuò)壓能力，使排汽的余速動(dòng)能最大限度地轉(zhuǎn)化為壓力能，用以

12、補(bǔ)償蒸汽在其中的壓力損失。良好情況下，可使排汽壓力與凝汽器出口壓力接近相等。由于本機(jī)組為600MW機(jī)組，蒸汽流量大，所以本機(jī)組的排汽初步設(shè)計(jì)為四排汽，但在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中發(fā)現(xiàn)由于流量太大導(dǎo)致低壓缸最后幾級(jí)噴嘴和動(dòng)葉高度太大，于是改為六個(gè)低壓缸，為六排氣。凝汽器設(shè)計(jì)為雙殼體，為了提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性采用雙背壓、單流程，可在機(jī)組最大出力工況下長(zhǎng)期進(jìn)行。參照同類機(jī)組，低壓凝汽器出口壓力PC低0.0049MPa，高壓凝汽器出口壓力0.0059MPa。由凝汽器出口壓力查飽和蒸汽熱力性質(zhì)表可得：當(dāng)=0.0049MPa時(shí)，=32.52,當(dāng)=0.0059MPa時(shí)，35.85。（3）高低加參數(shù)及加熱器溫升分配 給水回?zé)?/p>

13、的經(jīng)濟(jì)性主要取決于給水的最終溫度和回?zé)峒?jí)數(shù)，給水溫度越高、回?zé)峒?jí)數(shù)越多，循環(huán)熱效率也越高。當(dāng)加熱級(jí)數(shù)一定時(shí)，給水溫度有一最佳值，加熱級(jí)數(shù)越多，最佳給水溫度越高。當(dāng)給水溫度一定時(shí)，隨著回?zé)峒?jí)數(shù)Z的增加，附加冷源熱損失將減小，汽輪機(jī)內(nèi)效率相應(yīng)增高。以做功能力法分析，有限級(jí)數(shù)的回?zé)峒訜幔诨責(zé)峒訜崞髦斜匾鹩袦夭畹膿Q熱，從而產(chǎn)生回?zé)徇^(guò)程的及相應(yīng)的附加冷源熱損失。但隨著級(jí)數(shù)Z的增加，減小，不利于影響減弱。工程上級(jí)數(shù)Z增加，汽輪機(jī)抽汽口與回?zé)峒訜崞髟黾訒?huì)使投資增加，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度考慮經(jīng)濟(jì)性提高與投資增加間的合理性，本設(shè)計(jì)選?。夯?zé)嵯到y(tǒng)有8級(jí)非調(diào)整抽汽，分別供給3臺(tái)高壓加熱器、1臺(tái)除氧器和4臺(tái)低壓加熱器。

14、其中第7、8號(hào)低壓加熱器為單殼體組合式加熱器，布置在凝汽器喉部，各加熱器的疏水逐級(jí)自流，不設(shè)疏水泵。最后一級(jí)高壓加熱器疏水至除氧器最后一級(jí)低壓加熱器疏水進(jìn)入凝汽器。加熱器溫升分配：加熱器和除氧器采用溫升分配（280.9-32.9）/8=313.1.3分級(jí)參數(shù)確定根據(jù)前面擬定熱力過(guò)程線，調(diào)節(jié)級(jí)按高壓缸理想焓降的20%且不超過(guò)100kJ/kg的原則，高壓缸剩余9個(gè)壓力級(jí)按等焓降分配，中、低壓缸也按等焓降分配，熱力過(guò)程線近似為直線，參數(shù)如下表所示： 表4SPHST調(diào)節(jié)級(jí)級(jí)前6.27823.232562.6調(diào)節(jié)級(jí)級(jí)后6.29916.27997.02502.3高壓缸第1級(jí)級(jí)后6.30714.18335.

15、990.480.1高壓缸第2級(jí)級(jí)后6.31612.28835.990.457.9高壓缸第3級(jí)級(jí)后6.32410.63835.990.435.9高壓缸第4級(jí)級(jí)后6.3339.15735.990.414.0高壓缸第5級(jí)級(jí)后6.3417.87235.990.392.3高壓缸第6級(jí)級(jí)后6.3506.72735.990.370.7高壓缸第7級(jí)級(jí)后6.3585.73935.990.349.3高壓缸第8級(jí)級(jí)后6.3674.86335.990.327.9高壓缸第9級(jí)級(jí)后6.3754.11435.990.306.8中壓缸第1級(jí)進(jìn)口參數(shù)7.3163.703566.0中壓缸第1級(jí)級(jí)后7.3243.06663.350

16、.0075535.4中壓缸第2級(jí)級(jí)后7.3312.50163.350.0075504.7中壓缸第3級(jí)級(jí)后7.3392.07063.350.0075473.7中壓缸第4級(jí)級(jí)后7.3461.68363.350.0075442.6中壓缸第5級(jí)級(jí)后7.3541.35563.350.0075411.2中壓缸第6級(jí)級(jí)后7.3611.08263.350.0075379.6低壓缸第1級(jí)進(jìn)口參數(shù)7.3801.039379.2低壓缸第1級(jí)級(jí)后7.4860.567105.830.10629324.6低壓缸第2級(jí)級(jí)后7.5930.299105.830.10629269.7低壓缸第3級(jí)級(jí)后7.6990.151105.8

17、30.10629214.6低壓缸第4級(jí)級(jí)后7.8050.073105.830.10629158.9低壓缸第5級(jí)級(jí)后7.9110.034105.830.10629105.1低壓缸第6級(jí)級(jí)后8.0180.013105.830.1062950.9低壓缸第7級(jí)級(jí)后8.1240.005105.830.1062932.93.1.4 各抽汽參數(shù)確定（1）漏汽量的確定：漏汽包括門桿漏汽和軸封漏汽： 門桿漏汽估計(jì)為總進(jìn)汽量的2%； 軸封漏汽有兩種情況：一種為最后一片軸封孔口處流速未達(dá)到臨界速度；另一種為出口處以及達(dá)到臨界速度?？筛鶕?jù)相應(yīng)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的公式計(jì)算處漏汽量；總得漏汽量估計(jì)為總進(jìn)汽量得3%；抽汽量用抽汽系數(shù)

18、i表示,根據(jù)回?zé)嵯到y(tǒng)中的抽汽流量可得各個(gè)段得抽汽系數(shù)各級(jí)抽氣份額的確定：根據(jù)熱平衡的計(jì)算：由每段抽出來(lái)的蒸汽量放出的熱量與給水給過(guò)加熱器所吸收的熱量相等列出熱平衡方程，可求得各級(jí)相應(yīng)的抽汽量,并參考同類型機(jī)組確定。（2）高低加參數(shù)及加熱器溫升分配理論計(jì)算指出，給水在各加熱器之間的焓增按等焓升分配原則，可得到最佳的經(jīng)濟(jì)效益。但計(jì)算表時(shí)，當(dāng)在10%20%的范圍內(nèi)偏離等焓分配原則時(shí)，對(duì)循環(huán)執(zhí)效率的影響很小。但為了計(jì)算方便，本設(shè)計(jì)選取等溫升分配的規(guī)則，由于進(jìn)入低加組的溫度以及除氧器溫度和給水溫度均已知，故可以對(duì)高地價(jià)進(jìn)出水溫度進(jìn)行合理分配。本設(shè)計(jì)中，第一級(jí)低加進(jìn)口溫度為31，除氧器加熱溫升在30-40

19、之間，因此設(shè)定除氧器進(jìn)口溫度為156.9，考慮到第一級(jí)低加抽氣為低壓缸末端，為了提高效率，可適當(dāng)增加第一級(jí)抽氣量。對(duì)于高加組，除氧器出口溫度為187.9，給水溫度為280.9，等溫升分配原則下，各段溫升均為31。根據(jù)初步擬定的熱力過(guò)程線和分級(jí)參數(shù)，初步估算回?zé)岢槠髁亢透骷訜崞鹘o水流量，如下表所示： 表5 序號(hào)1#高加2#高加3#高加除氧器5#低加6#低加7#低加8#低加給水進(jìn)口T249.9218.9187.9156.9125.994.963.932.9給水出口T280.9249.9218.9187.9156.9125.994.963.9給水進(jìn)口P3.9672.2701.1980.5710.2

20、390.0840.0240.005給水進(jìn)口焓1084.8938.4798.3662.2528.9397.6267.5137.8給水出口焓1240.81084.8938.4798.3662.2528.9397.6267.5給水出口P6.5013.9672.2701.1980.5710.2390.0840.024（3）各缸初末參數(shù)的確定GJ3高壓加熱器其給水量為 高壓端軸封漏汽量漏入H2高加的軸封漏汽量該加熱器熱平衡方程式為加熱器效率，取 =098該級(jí)回?zé)岢槠繛镠1高加熱平衡圖如下各缸初末參數(shù)的確定 表6抽汽T349.3306.8473.7379.6324.6214.6158.6105.1抽汽壓

21、力P5.7394.1142.0701.0820.5670.1510.0730.034抽汽焓H3047.02975.03409.03218.93113.12901.42975.62694.0抽汽壓損%65656666抽汽疏水P5.3953.9081.9461.0280.5330.1420.0690.032抽汽疏水T268.8249.0211.0181.1154.3109.789.670.6抽汽疏水焓1178.31080.5902.3768.1650.8460.1375.0295.4抽汽流量G159.42147.57116.73106.05105.38102.71102.64103.26抽汽系數(shù)0

22、.08520.07890.06240.05670.05630.05490.05480.05523.1.5中間再熱機(jī)組勢(shì)力過(guò)程曲線的擬定Pr=3%再熱進(jìn)氣Pr=3.703MPa新汽 P0= P0 4%Ps=1.082MPa740.8KJ/Kgh3th3t1354.3kJ/Kgh2th2tPch1th1tPS=4.114MPaPs=1.039MPa485.1KJ/KgPc=5kpa3.2 調(diào)節(jié)級(jí)設(shè)計(jì) 調(diào)節(jié)級(jí)型式及焓降確定 調(diào)節(jié)級(jí)的主要參數(shù)（1）調(diào)節(jié)級(jí)的選型 調(diào)節(jié)級(jí)有單列和雙列之分，取決于經(jīng)濟(jì)功率下調(diào)節(jié)級(jí)理想焓降的大小。由于本設(shè)計(jì)機(jī)組為高參數(shù)、大容量超臨界機(jī)組，并在電網(wǎng)中承擔(dān)基本負(fù)荷，要有盡量好的經(jīng)

23、濟(jì)性，這種汽輪機(jī)的進(jìn)汽量或容積流量很大，經(jīng)前軸填充的漏氣量通常不超過(guò)總進(jìn)汽量的1%，且前幾個(gè)壓力級(jí)的葉片容易設(shè)計(jì)成具有較大的高度，在這種情況下，采用單列調(diào)節(jié)級(jí)是最合理的。雖然機(jī)組的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高，但提高了經(jīng)濟(jì)性，以及合理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 （2）調(diào)節(jié)級(jí)焓降的選擇目前，國(guó)產(chǎn)大功率汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)（單列）的理想焓降約為：70100kJ/kg，據(jù)此，本設(shè)計(jì)中采用單列調(diào)節(jié)級(jí)，經(jīng)濟(jì)功率下的級(jí)調(diào)節(jié)級(jí)理想焓降取為：97.02kJ/kg。調(diào)節(jié)級(jí)主要參數(shù)的選取 表6機(jī)組功率（MW）600噴嘴高度（mm）50動(dòng)葉高度（mm）60Sin 11取為17Sin 22取為90面積比1：600噴嘴葉型TC-1A動(dòng)葉葉型TP-

24、1A理想熱焓97.023.3 調(diào)節(jié)級(jí)詳細(xì)計(jì)算3.3.1（1）最佳部分進(jìn)氣度的確定 由于可見(jiàn)，在其他參數(shù)不變的條件下，葉高與部分進(jìn)氣度e 成反比。葉高越小，葉高損失越大，但部分進(jìn)氣度越小。部分進(jìn)氣度損失可分為兩種：一種為鼓風(fēng)式、損失，另一種為斥汽損失。部分進(jìn)氣度e 越小，則鼓風(fēng)損失和斥汽損失越大，從而部分抵消了由于葉高增大二提高的效率，為了使調(diào)節(jié)級(jí)獲得較高的效率，確定調(diào)節(jié)級(jí)的葉高和部分進(jìn)氣時(shí)須使h t與he 之和為最小。 經(jīng)分析可得e=0.95（2）速比、平均直徑的確定 現(xiàn)取適當(dāng)?shù)乃俣缺戎担员ＷC調(diào)節(jié)級(jí)的效率。由于調(diào)節(jié)級(jí)都為部分進(jìn)氣，所以其最佳速度比要比全周進(jìn)氣的小，一般在額定工況下，單列級(jí) x

25、a=0.40.45，或者更小。本設(shè)計(jì)中取小值，即：xa=0.40。平均直徑：調(diào)節(jié)級(jí)的平均直徑選取范圍為：對(duì)于高壓及超高壓以上機(jī)組（整體轉(zhuǎn)子），dm=9001100mm。對(duì)于單列調(diào)節(jié)級(jí)的焓降較大可取直徑的上限值。由于一個(gè)級(jí)的焓降、速比、平均直徑三者中只有兩個(gè)是獨(dú)立變量，故：平均高直徑由公式計(jì)算： 由此可計(jì)算得平均直徑dm=1121.72mm （3）反動(dòng)度的確定參考汽輪機(jī)原理調(diào)節(jié)級(jí)反動(dòng)度取值范圍0.020.05，選取m=0.05。 （4）葉型的選擇當(dāng)調(diào)節(jié)級(jí)采用單列級(jí)時(shí)，其工作馬赫數(shù)大多在亞音速范圍內(nèi)，一般選用亞音速葉柵。單列級(jí)即使氣流出口速度超音速，但由于超音速葉柵的變工況特性較差，加工復(fù)雜，且亞

26、音速葉柵可利用斜切部分膨脹得到超音速氣流。綜全考慮各種因素，本設(shè)計(jì)選用亞音速噴嘴葉柵，其型號(hào)為：TC-1A,有關(guān)參數(shù)為相對(duì)節(jié)距為0.740.90 ，進(jìn)氣角 =70100，出氣角=1014；動(dòng)葉柵選用型號(hào)TP-1A，有關(guān)參數(shù)為：進(jìn)氣角=1823，出氣角=1619，相對(duì)節(jié)距=0.600.70。3.3.2（1）氣流出口角和的選擇 噴嘴和動(dòng)葉的進(jìn)氣出口角和的大小對(duì)級(jí)的通流能力、做功能力及級(jí)效率都有直接影響。在高壓級(jí)中，由于級(jí)的容積流量Gv一般較小，為了端部損失，不應(yīng)使葉片高度太小，往往選取出口角較小的葉型，通常取=1114 ；在汽輪機(jī)的中低壓部分容積流量較大，為了減緩葉片高度的急劇增大，往往選擇出口角

27、較大的葉型，通常取=1317，但考慮到制造和維修，同一級(jí)中選取相同的葉型。（2）葉片數(shù)和葉片高度根據(jù)噴嘴葉型TC-1A，并根據(jù)安裝角，可根據(jù)葉柵氣動(dòng)特性曲線查得相對(duì)節(jié)距 =0.868mm；由于級(jí)的平均直徑= 1852mm。所以片數(shù)，其中：。同理，動(dòng)葉則根據(jù)動(dòng)葉葉型TP-1A，動(dòng)葉片數(shù)也是用式計(jì)算。3.3.3調(diào)節(jié)級(jí)詳細(xì)計(jì)算(1)級(jí)的等熵滯止焓降 根據(jù)進(jìn)口參數(shù)和，查焓熵圖，而且由于調(diào)節(jié)級(jí)進(jìn)口氣流速度很小，所以近似地認(rèn)為=，=。 故 ht=97.02kJ/kg，ht*=ht +0=97.02kJ/kg hn= hn*=(1-m)ht*=92.169kJ/kg（2）調(diào)節(jié)級(jí)進(jìn)氣量G0 G0=D0-Dv

28、=1871.499t/h=519.86kg/s； 其中Dv就是前面估算的總的漏氣量；（3）噴嘴出口速度C1t = 429.346m/s；=416.465m/s（4）噴嘴等熵出口參數(shù)、。首先由=3395.9kJ/kg求出噴嘴等熵出口焓值 =-=3298.88kJ/kg；由H-S圖，從進(jìn)口狀態(tài)，等熵膨脹到 ，查得等熵出口比容=0.0180m3/kg求出出口壓力=17.161Pa；（5）噴嘴出口角根據(jù)噴嘴葉型表選擇噴嘴，出汽角=12（6）噴嘴實(shí)際出口焓 =- C12/2000= 3309.18 kJ/kg（7）動(dòng)葉等熵出口參數(shù)， = 3304.329 kJ/kg，查H-S得= 0.0178 m3/k

29、g（8）噴嘴損失 = 5.447 kJ/kg（9）噴嘴出口面積 = 0.m2（10）噴嘴高度= 33.3mm 為制造方便取ln=34mm（11）動(dòng)葉高度由，：=1.5mm, = 0.5mm；參考汽輪機(jī)教材 葉高與蓋度之間的關(guān)系如表5所示：葉高與蓋度之間的關(guān)系（mm） 表7噴嘴高度50519091150150葉頂蓋度1.5222.52.53.5葉根蓋度0.5111.51.5直徑之差（db-db）11112= 0.036 m（12）求動(dòng)葉進(jìn)氣氣流相對(duì)速度和進(jìn)氣角 =246.85m/s, =20.53（13）動(dòng)葉前蒸汽參數(shù) 由和查焓熵圖得到和17.16MPa6.291kJ/(kg.k)0.0182（

30、14）動(dòng)葉理想比焓降和動(dòng)葉理想比焓降 =4.851 kJ/kg；（15）動(dòng)葉出口氣流相對(duì)速度 = 256.78m/s；= 244.52 m/s（16）動(dòng)葉損失 = 5.425 kJ/kg（17）動(dòng)葉出口面積 = 0.03827 m2；因考慮葉頂漏氣，故=（18）動(dòng)葉出口氣流角約比小3至6，選=16根據(jù)動(dòng)葉的進(jìn)出口氣流角和動(dòng)葉葉型表選取動(dòng)葉型為TP-1A（19）動(dòng)葉出口氣流絕對(duì)速度和出汽角 = 89.47kJ/kg；= 48.88（20）余速損失 = 4.002 kJ/kg（21）輪周有效比焓降 = 82.146 kJ/kg（22）級(jí)消耗的理想能量 = 93.028 kJ/kg,其中為余速利用系

31、數(shù)，對(duì)于調(diào)節(jié)級(jí)取=1（23）葉高損失 =3.947 kJ/kg；a取1.6，這時(shí)不需要對(duì)扇形損失做另外的計(jì)算。（24）葉輪摩擦損失 = 0.787 kJ/kg；取為與相等，忽略漏汽（25）部分進(jìn)氣損失 = 1.87 kJ/kg式中，由于一般不使用護(hù)罩，故=0；取0.0012；取0.15；噴嘴組數(shù)取為4。（26）隔板汽封損失和頁(yè)頂漏氣損失=0.4143；=0.42為隔板漏汽量，為通過(guò)本級(jí)的蒸汽流量。(27)不包括漏汽損失時(shí)的級(jí)的有效比焓降 75.542kJ/kg(28)級(jí)的有效比焓降hihi=-74.71 kJ/kg（29）級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率 = 0.803（30）級(jí)的內(nèi)功率=38838.7 kW（

32、附表1）高壓缸調(diào)節(jié)級(jí)熱力計(jì)算匯總表序號(hào)計(jì)算項(xiàng)目符號(hào)單位來(lái)源或計(jì)算公式調(diào)節(jié)級(jí)備注噴嘴部分計(jì)算1第一級(jí)的滯止理想焓降kJ/kg 由參考資料查取97.022反動(dòng)度參照同類機(jī)組選取0.053噴嘴滯止理想比焓降kJ/kg92.1694噴嘴理想出口氣流速度m/s429.3465噴嘴實(shí)際出口氣流速度m/s=416.465這里取0.97噴嘴等比熵出口參數(shù)6噴嘴等比熵出口焓值kJ/kg3298.887噴嘴等比熵出口壓力MPa根據(jù)出口焓值在h-s圖上查取17.1618噴嘴等比熵出口比容m3/kg根據(jù)出口焓值在h-s圖上查取0.01809噴嘴出口角根據(jù)噴嘴選型,選取12sin=0.207910隔板漏汽量kg/s4.

33、76Zp為軸封齒數(shù), 為軸封流量系數(shù),取0.75, 為噴嘴出口理想比容, 為軸封間隙面積11噴嘴進(jìn)口流量kg/s=-G519.86此處Go為調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉出口流量12噴嘴出口面積231.86n為噴嘴流量系數(shù),這里取為0.9413假想速比選取0.4為保證級(jí)的性能良好相應(yīng)選取0.5114級(jí)的假想速度m/s440.5015級(jí)的圓周速度m/s176.216級(jí)的平均直徑mm1121.72由于與相差不大,計(jì)算中往往取二者相等17部分進(jìn)汽度e原則性試算選取0.95為了減少葉高損失,提高某些高壓級(jí)效率,原則性試算選取18噴嘴高度mm34這里部分進(jìn)汽度e取為1,為了設(shè)計(jì)制造方便,取噴嘴高度為整數(shù)值,即50mm19噴

34、嘴損失kJ/kg5.44720噴嘴出口比焓值kJ/kg3309.18速度三角形計(jì)算21動(dòng)葉進(jìn)口相對(duì)速度m/s246.85cos =0.978122動(dòng)葉進(jìn)口角20.5323動(dòng)葉出口理想相對(duì)速度m/s265.7824動(dòng)葉出口相對(duì)速度m/s244.52動(dòng)葉速度系數(shù)根據(jù)汽輪機(jī)原理P15圖1-8選取為：0.9225動(dòng)葉出口角選取162約比1 小36, cos2=0.956326動(dòng)葉絕對(duì)出口速度m/s89.4727動(dòng)葉絕對(duì)出口角48.88動(dòng)葉等比熵出口參數(shù)28動(dòng)葉等比熵出口焓值kJ/kg根據(jù)動(dòng)葉出口狀態(tài)點(diǎn)在h-s圖上查取3282.729動(dòng)葉等比熵出口壓力MPa根據(jù)動(dòng)葉出口狀態(tài)點(diǎn)在h-s圖上查取16.279

35、30動(dòng)葉等比熵出口比容m3/kg根據(jù)動(dòng)葉出口狀態(tài)點(diǎn)在h-s圖上查取0.018831動(dòng)葉出口面積382.7,不考慮葉頂漏汽32動(dòng)葉高度近似取36t取1.5,r取0.5各項(xiàng)損失33動(dòng)葉損失kJ/kg5.42534余速損失kJ/kg4.00235輪周有效比焓降kJ/kg82.14636級(jí)的理想可用能kJ/kg93.028余速利用系數(shù) =137葉高損失kJ/kg3.947a取1.6，這時(shí)不需對(duì)扇形損失作另外的計(jì)算39級(jí)的有效比焓降kJ/kg75.54240隔板汽封漏汽損失kJ/kg0.414341葉頂漏汽損失kJ/kg0.42級(jí)的計(jì)算級(jí)內(nèi)各項(xiàng)損失之和kJ/kg+5.56842級(jí)的有效比焓降kJ/kgh

36、i=-74.7143級(jí)相對(duì)內(nèi)效率0.80344級(jí)的內(nèi)功率kW38838.7=20.53（附圖1）速度三角形如下所示：=16=12=244.52C1=416.465C2=89.47=246.8u=176.2u=176.2注：=48.884非調(diào)節(jié)級(jí)設(shè)計(jì)及回?zé)嵯到y(tǒng)校正影響汽輪機(jī)機(jī)組效率的主要因素之一是流過(guò)該級(jí)的蒸汽容積流量的大小。而按這個(gè)大小可以將其分成三個(gè)不同的級(jí)段：高壓段，中壓段，低壓段；但是實(shí)際中，根據(jù)機(jī)組容量的大小這三個(gè)段可以同時(shí)出現(xiàn)，也有可能只出現(xiàn)其中的一部分。而且這三段的界線也不是絕對(duì)明顯的。 在熱力設(shè)計(jì)中，通流部分的通常采用以下三種流通部分形狀，由于本設(shè)計(jì)機(jī)組是基本負(fù)荷運(yùn)行的機(jī)組兼調(diào)峰

37、運(yùn)行，基于以上特點(diǎn)結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)，采用整段轉(zhuǎn)子，故本設(shè)計(jì)機(jī)組采用（a）圖所示的通流部分形狀（a) (b) (c)4.1非調(diào)節(jié)級(jí)的級(jí)數(shù)的確定4.1.1全機(jī)第一非調(diào)節(jié)級(jí)平均直徑的確定（1）全機(jī)第一非調(diào)節(jié)級(jí)平均直徑和全機(jī)末級(jí)平均直徑的確定通流部分各級(jí)直徑的選擇還要考慮使整個(gè)通流部分平滑變化，以便利用余速，使機(jī)組有較高的效率。其中第一非調(diào)節(jié)級(jí)直徑大小對(duì)通流部分的成型影響較大，由于調(diào)節(jié)級(jí)是部分進(jìn)氣，與第一非調(diào)節(jié)級(jí)不同，因此這兩級(jí)的不能相等，否則就不能保證第一非調(diào)節(jié)級(jí)進(jìn)氣均勻，一般兩個(gè)直徑之差不小于50-100mm。由于調(diào)節(jié)級(jí)平均直徑已確定，這里選取 =1.052m。（2）末級(jí)動(dòng)葉出口的連續(xù)方程，適當(dāng)變化后

38、，得： 2期望取90度，為全機(jī)總焓降1869.2kj/kg 余速損失系數(shù)。在0.0150.03之間，取0.02。排汽比容，查得大概為24.5868m3/kg。徑角比，根據(jù)機(jī)組容量大小選擇，取2.45。末級(jí)蒸汽流量，是新蒸汽量扣除各級(jí)回?zé)岢槠靠偤秃蟮臄?shù)值。939.728t/h對(duì)于關(guān)鍵直徑的擬定見(jiàn)表。汽輪機(jī)各關(guān)鍵平均直徑的擬定 表8級(jí)數(shù)調(diào)節(jié)級(jí)高第一非調(diào)高末級(jí)中一中末低一低末直徑（mm）1121105211341380146217002340（3）各缸非調(diào)節(jié)級(jí)級(jí)數(shù)的確定汽輪機(jī)非調(diào)節(jié)級(jí)的確定，可以采用圖解法。要確定非調(diào)節(jié)級(jí)通流部分平均直徑的變化規(guī)律。具體的做法就是在坐標(biāo)紙上，橫坐標(biāo)BD表示本汽缸第一

39、和最后一級(jí)之間的中心距離，BD的長(zhǎng)度可以任意選擇，一般可以取25cm左右；縱坐標(biāo)一表示本缸第一級(jí)的平均直徑，表示本汽缸各級(jí)平均直徑。用一條逐漸上升的光滑曲線打A，C兩點(diǎn)連接起來(lái)，該曲線就表示本汽缸各級(jí)的平均直徑的變化規(guī)律。4.1.2各缸非調(diào)節(jié)級(jí)的確定 1）高壓缸1、高壓缸平均直徑的確定高壓缸各級(jí)平均直徑的擬定 表91234567891.0521.0721.0801.0901.0991.1081.1171.1271.1340.6440.6490.6510.6530.6550.6560.6570.6630.669=1098mm2、高壓缸非調(diào)節(jié)級(jí)級(jí)數(shù)的確定 級(jí)的理想焓降可用下式確定：=34.67 k

40、j/kg；=0.655 重?zé)嵯禂?shù)取0.07.參照同類機(jī)組，高壓缸非調(diào)節(jié)級(jí)為9級(jí)。3 、高壓缸各級(jí)焓降的分配 在求到級(jí)數(shù)Z后，將BD分為Z-1等分，在原假定的汽管平均直徑變化直線AC上讀出每級(jí)的平均直徑和速比，以直徑和速比為準(zhǔn)，分配焓降。并對(duì)焓降進(jìn)行修正。 高壓缸各級(jí)平均直徑的修正 表101234567891.0521.0741.0801.0901.0981.1081.1161.1271.1340.6440.6490.6510.6530.6550.6560.6570.6630.669根據(jù)以上高壓缸相關(guān)參數(shù)對(duì)高壓缸進(jìn)行焓降的分配： 高缸非調(diào)節(jié)級(jí)平均直徑及焓降分配 表11級(jí)號(hào)123456789級(jí)的平

41、均直徑1.0521.0741.0801.0901.0981.1081.1161.1271.134焓降32.9333.7933.9634.3834.6835.2035.6135.6635.46最后確定焓降35.835.835.935.536.436.535.636.036.41速比0.64406490.6510.6530.6550.6560.6570.6630.6692）中壓缸1、中壓缸平均直徑的確定 中壓缸各級(jí)平均直徑的擬定 表12級(jí)數(shù)123456直徑113411641209125413121380速比0.5340.5350.5420.5460.5520.556 = 1242mm2、中壓缸非調(diào)

42、節(jié)級(jí)級(jí)數(shù)的確定級(jí)的理想焓降可用下式確定：=64.31kJ/kg； =0.544 重?zé)嵯禂?shù)取0.06.3、 中壓缸各級(jí)焓降的分配在求到級(jí)數(shù)Z后，將BD分為Z-1等分，在原假定的汽管平均直徑變化直線AC上讀出每級(jí)的平均直徑和速比，以直徑和速比為準(zhǔn)，分配焓降。并對(duì)焓降進(jìn)行修正中壓缸各級(jí)平均直徑的修正 表13級(jí)數(shù)123456直徑113411621210125313141380速比0.5340.5350.5420.5460.5520.556根據(jù)以上中壓缸相關(guān)參數(shù)對(duì)中壓缸進(jìn)行焓降的分配： 中壓缸非調(diào)節(jié)級(jí)焓降分配表 表14級(jí)號(hào)101112131415級(jí)的平均直徑11341162121012531314138

43、0焓降55.6558.2161.5064.9969.9276.02最后確定焓降55.4558.6761.4664.4568.7871.293）低壓缸1、低壓缸平均直徑的確定 低壓缸各級(jí)平均直徑的擬定 表15級(jí)數(shù)AB1122334455CD直徑1700179018801980209022102340速比0.6000.6060.6150.6300.6400.6580.670 = 1998mm2、低壓缸非調(diào)節(jié)級(jí)級(jí)數(shù)的確定 級(jí)的理想焓降可用下式確定：=123.7kj/kg=0.631 重?zé)嵯禂?shù)取0.045.3 、低壓缸各級(jí)焓降的分配在求到級(jí)數(shù)Z后，將BD分為Z-1等分，在原假定的汽管平均直徑變化直線A

44、C上讀出每級(jí)的平均直徑和速比，以直徑和速比為準(zhǔn)，分配焓降。并對(duì)焓降進(jìn)行修正低壓缸各級(jí)平均直徑的修正 表16級(jí)號(hào)16171819202122直徑1700179018801980209022102340速比0.6000.6060.6150.6300.6400.6580.670 根據(jù)以上低壓缸相關(guān)參數(shù)對(duì)低壓缸進(jìn)行焓降的分配： 表17級(jí)號(hào)16171819202122級(jí)的平均直徑1700179018801980209022102340焓降99.06107.66115.31121.89131.60139.20150.52最后確定焓降120125132138147150156.4速比0.6000.6060.

45、6150.6300.6400.6580.6704.2低壓缸非調(diào)節(jié)級(jí)熱力計(jì)算 低壓缸非調(diào)節(jié)級(jí)共七級(jí)，對(duì)其各個(gè)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，由分析可知：低壓缸的級(jí)內(nèi)損失主要是余速損失，通過(guò)計(jì)算各個(gè)損失得到低壓缸各級(jí)參數(shù)如下：序號(hào)計(jì)算項(xiàng)目符號(hào)單位來(lái)源公式12345671第一級(jí)的滯止理想焓降kJ/kg由經(jīng)標(biāo)定后h-s圖上查得123.14 130.18 137.37 143.53 152.60 155.85 162.28 2平均反動(dòng)度參照同類機(jī)組選取0.50.50.50.50.50.50.53噴嘴滯止理想比焓降kJ/kg61.57 65.09 68.68 71.76 76.30 77.92 81.14 4噴嘴理想出口氣流速度m