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1、涂維峰:600mw中間再熱機組汽輪機設(shè)計1 引言1.1汽輪機簡介汽輪機是以蒸汽為的旋轉(zhuǎn)式熱能動力機械,與其他原動機相比,它具有單機功率大、效率、運行平穩(wěn)和使用壽命長等優(yōu)點。汽輪機的主要用途是作為發(fā)電用的原動機。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,都采用汽輪機為動力的汽輪發(fā)電機組。汽輪機的排汽或中間抽汽還可用來滿足生產(chǎn)和生活上的供熱需要。在生產(chǎn)過程中有余能、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。由于汽輪機能設(shè)計為變速運行,所以還可用它直接驅(qū)動各種從動機械,如泵、風(fēng)機、高爐風(fēng)機、壓氣機和船舶的螺旋槳等。因此,汽輪機在國民經(jīng)濟中起著極其重要的作用。
2、1.2 600mw汽輪機課程設(shè)計的意義電力生產(chǎn)量是衡量一個國家經(jīng)濟發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。電力工業(yè)為國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域和部門提供電能,它的發(fā)展直接影響著國民經(jīng)濟的發(fā)展速度,因此,必須超前發(fā)展。裝機容量從1949年占世界第25位,到如今的世界前列。600mw火力發(fā)電機組具有容量大、參數(shù)高、能耗低、可靠性高、對環(huán)境污染小。電力事業(yè)發(fā)展的宏偉目標(biāo),要求汽輪機在容量和效率方面都要上一個新的臺階,在今后的一段時間內(nèi),我國火電的主力機組將是600mw1000mw亞臨界機組,同時要發(fā)展超臨界機組。1.3汽輪機課程設(shè)計要求:1)汽輪機為基本負荷兼調(diào)峰運行;2) 汽輪機型式 :亞臨界、反動、一次中間再熱、水凝式.
3、1.4設(shè)計原則根據(jù)以上設(shè)計要求,按給定的設(shè)計條件,選取有關(guān)參數(shù),確定汽輪機通流部分尺寸,力求獲得較高的汽輪機效率。汽輪機總體設(shè)計原則為在保證機組安全可靠的前提下,盡可能提高汽輪機的效率,降低能耗,提高機組經(jīng)濟性,即保證安全經(jīng)濟性。承擔(dān)基本負荷兼調(diào)峰的汽輪機,其運行工況穩(wěn)定,年利用率高。設(shè)計中的計算采用電子表格來計算,提高計算的效率和準(zhǔn)確性,計算表格和附圖統(tǒng)一見附錄。2 汽輪機結(jié)構(gòu)型式選擇2.1 汽輪機參數(shù)、功率、型式的確定2.1.1 汽輪機的初終參數(shù)的確定(1)主蒸汽及再熱蒸汽壓力及溫度確定 根據(jù)gb/t 754-2007 發(fā)電用汽輪機參數(shù)系列選?。?主蒸汽壓力:16.7mpa 主蒸汽溫度:5
4、37對于中間再熱機組,再熱溫度是指蒸汽經(jīng)中間再熱器后汽輪機中壓缸閥門前的溫度。為充分利用材料潛力,一般都把再熱溫度取成與新汽溫度相等或稍高一些。本例中取中間再熱蒸汽額定溫度。在的條件下,最有利的中間再熱壓力約是新汽壓力的16% 26%,本課程設(shè)計取19.2%。再熱壓力損失為再熱前壓力的(812)%,本設(shè)計取10中間再熱蒸汽額定壓力再熱壓力損失低溫再熱器管道及再熱器管道阻力損失p=0.101mpa故:再熱蒸汽溫度:537 再熱蒸汽壓力:3.21mpa (2)汽輪機排氣參數(shù) 高壓缸排氣的冷再熱汽要流經(jīng)冷再管道、再熱器及熱再管道,本設(shè)計再熱汽從高壓缸排除后到中壓缸前的壓力損失為。故高壓缸排汽壓力為:
5、 高壓缸 排氣壓力: 排氣溫度: 中壓缸 排氣壓力: 排氣溫度: 注:以上參數(shù)主要參考其他同類型機組亞臨界600mw發(fā)電汽輪機參數(shù)。 低壓缸 排氣壓力:6kpa 由課程設(shè)計任務(wù)書規(guī)定。 排氣干度x=0.9 排氣溫度:36.17 (排氣溫度為在該排氣壓力下水蒸氣的飽和溫度,由水蒸汽熱力性質(zhì)表查取)2.1.2 汽輪機設(shè)計功率的確定 汽輪機的額定功率也稱銘牌功率,即為汽輪機的夏季工況功率。 (1)銘牌功率(夏季工況功率) (2)最大連續(xù)功率 (3)調(diào)門全開功率 (4)經(jīng)濟功率(考核功率) 由于本課程設(shè)計中的汽輪機是高參數(shù)、大容量適用于擔(dān)負基本負荷的機組,故汽輪機經(jīng)常在額定功率和接近額定功率下運行,因
6、此,可選擇確定汽輪機額定功率與汽輪機的經(jīng)濟功率相等,即:p2.1.3汽輪機型式確定本課程設(shè)計所設(shè)計的汽輪機型式為:亞臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、反動式水冷凝汽式全速機。2.2汽輪機轉(zhuǎn)速及調(diào)節(jié)方式確定2.2.1 汽輪機轉(zhuǎn)速確定我國電網(wǎng)調(diào)波為50hz,發(fā)電機最高轉(zhuǎn)速為3000rpm,所以汽輪機轉(zhuǎn)速設(shè)計為:3000rpm。2.2.2 調(diào)節(jié)方式選擇 汽輪機的基本調(diào)節(jié)方式有兩種,一種是所有進入汽輪機的蒸汽都經(jīng)過一個節(jié)流閥或幾個同時開啟的節(jié)流閥來控制,這種稱為節(jié)流配汽調(diào)節(jié)。另一種是進入汽輪機的蒸汽經(jīng)過幾個依次啟閉的閥門來控制,稱為噴嘴配汽調(diào)節(jié)。 節(jié)流調(diào)節(jié)在額定負荷時由于閥門全開節(jié)流損失小,所以效率較高
7、。但在部分負荷時因全部蒸氣都要節(jié)流,所以效率較低,故它適用于帶基本負荷的大功率機組及反動式汽輪機。噴嘴調(diào)節(jié)在調(diào)節(jié)時,部分進汽度要發(fā)生變化 ,所以不適用于反動式汽輪機(因反動式汽輪機第一級的動葉前后差壓很大,部分進汽時會產(chǎn)生很大的漏汽損失),由于噴嘴調(diào)節(jié)在部分負荷時被節(jié)流的只是少部分蒸汽,汽輪機的效率變化比較平衡,但其調(diào)節(jié)機構(gòu)比節(jié)流調(diào)節(jié)復(fù)雜,故適用于帶變動負荷的機組。 本機組基本負荷兼調(diào)峰運行,故采用噴嘴調(diào)節(jié)與節(jié)流調(diào)節(jié)聯(lián)合方式。綜上所述,該汽輪機機組熱力設(shè)計基本參數(shù)的選取如表1所示:汽輪機機組熱力設(shè)計基本參數(shù)的選取表1項目選取參數(shù)機組型號n60016.7/537/537機組型式亞臨界一次中間再熱
8、反動式凝汽汽輪機新汽壓力16.7mpa新汽溫度537排汽壓力0.006mpa額定功率600mw額定轉(zhuǎn)速3000rpm再熱壓力3.21mpa再熱壓力損失0.422 mpa再熱溫度5373 熱力系統(tǒng)及熱力過程線擬定3.1 熱力系統(tǒng)擬定3.1.1高低壓加熱器個數(shù)確定給水回?zé)岬慕?jīng)濟性主要取決于給水的最終溫度和回?zé)峒墧?shù),給水溫度越高、回?zé)峒墧?shù)越多,循環(huán)熱效率也越高。當(dāng)加熱級數(shù)一定時,給水溫度有一最佳值,加熱級數(shù)越多,最佳給水溫度越高。當(dāng)給水溫度一定時,隨著回?zé)峒墧?shù)z的增加,附加冷源熱損失將減小,汽輪機內(nèi)效率相應(yīng)增高。以做功能力法分析,有限級數(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^程
9、的及相應(yīng)的附加冷源熱損失。但隨著級數(shù)z的增加,減小,不利于影響減弱。工程上級數(shù)z增加,汽輪機抽汽口與回?zé)峒訜崞髟黾訒雇顿Y增加,從技術(shù)經(jīng)濟角度考慮經(jīng)濟性提高與投資增加間的合理性,本設(shè)計選?。夯?zé)嵯到y(tǒng)有8級非調(diào)整抽汽,分別供給3臺高壓加熱器、1 臺除氧器和4臺低壓加熱器。其中第7、8號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自流,不設(shè)疏水泵。最后一級高壓加熱器疏水至除氧器最后一級低壓加熱器疏水進入凝汽器。采用雙背壓凝汽器以提高機組經(jīng)濟性。機組回?zé)岢槠褪杷到y(tǒng)如圖1所示:圖1 回?zé)岢槠褪杷到y(tǒng)3.1.2關(guān)鍵點參數(shù)的確定(1)凝汽器出口壓力和溫度較大容量汽輪機的排汽管
10、都設(shè)計為具有一定的擴壓能力,使排汽的余速動能最大限度地轉(zhuǎn)化為壓力能,用以補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。由于本機組為600mw機組,蒸汽流量大,所以本機組的排汽設(shè)計為四排汽。凝汽器設(shè)計為雙殼體,雙背壓、單流程,可在機組最大出力工況下長期進行。參照同類機組,凝汽器出口壓力=0.006mpa。由凝汽器出口壓力查飽和蒸汽熱力性質(zhì)表可得當(dāng)=0.006mpa時,=36.17。 (2)給水溫度的確定給水溫度與進入汽輪機的參數(shù)和高壓加熱器的個數(shù)有關(guān),由設(shè)計任務(wù)書的要求,汽輪機進汽壓力為16.7mpa,參考同類型機組得:給水溫度為273。 (3)除氧器出口工作壓力和
11、溫度的確定由于本機組設(shè)計為中間再熱機組,一般采用高壓式除氧器,設(shè)計工況下,對該汽輪機取為0.7574mpa,由此查飽和水和飽和水蒸汽熱力性質(zhì)表,可求得:tcy=168.2。 (4)高壓加熱器出口參數(shù)確定參照同類機組,取高壓加熱器出口參數(shù)為: 溫度 . 焓為。 (5)給水泵出口參數(shù)確定參照同類機組,取給水泵出口壓力=19.7mpa。3.1.2各加熱器溫升分布理論計算指出,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)濟效益。但計算表時,當(dāng)在10%20%的范圍內(nèi)偏離等焓分配原則時,對循環(huán)執(zhí)效率的影響很小,對具有中間再熱的回?zé)嵯到y(tǒng),為減小再熱使抽汽焓值升高的影響,應(yīng)對給水的等焓分配原則做適
12、當(dāng)?shù)男拚?,即由再熱器冷段供汽的那個加熱器的給水焓升約是前一級加熱器給水焓升的1.51.8倍,這樣不致因再熱使蒸汽焓值提高而導(dǎo)致抽汽量下降,其余各級加熱器仍按等焓升原則。通過理論計算和參考其他同類型機組,確定加熱器各級焓升如表2所示:各加熱器各級焓升分配 表2編號gj3gj2gj1cydj4dj3dj2dj1入口溫度t()240199171.5135103.583.550.636.6出口溫度t()270240199168.2135103.583.550.6入口焓值h(kj/kg)1042856736567434350255153出口焓值h(kj/kg)1165104285675156743435
13、0255焓升(kj/kg)12318612018413384951023.1.3各抽汽參數(shù)的確定(1)對一般的凝汽式汽輪機,其進汽量可按下式估算: (t/h) 式中:m考慮回?zé)岢槠惯M汽量增大的系數(shù),它與回?zé)峒墧?shù)、給水溫度、功率有關(guān),結(jié)合一設(shè)計機組的相關(guān)參數(shù),取m=1.42;考慮軸封漏汽、門桿漏汽所需的新汽量,一般2%d,這里取為1%d;全機理想焓降(kj/kg)由于此公式的適用范圍較小,且估算誤差較大。因此本設(shè)計直接參照同類機組,選取機組的蒸汽流量為d0=1950t/h。(2)漏汽量的確定漏汽包括門桿漏汽和軸封漏汽 門桿漏汽估計為總進汽量的2%; 軸封漏汽有兩種情況:一種為最后一片軸封孔口處
14、流速未達到臨界速度;另一種為出口處以及達到臨界速度。可根據(jù)相應(yīng)狀態(tài)對應(yīng)的公式計算處漏汽量;總得漏汽量估計為總進汽量得0.4%;抽汽量用抽汽系數(shù)i表示,根據(jù)回?zé)嵯到y(tǒng)中的抽汽流量可得各個段得抽汽系數(shù)各級抽氣份額的確定:根據(jù)熱平衡的計算:由每段抽出來的蒸汽量放出的熱量與給水給過加熱器所吸收的熱量相等列出熱平衡方程,可求得各級相應(yīng)的抽汽量,并參考同類型機組確定以上汽輪機抽汽參數(shù)的確定見表3: 汽輪機額定工況抽汽參數(shù) 表3加熱器類型高壓加熱器除氧器低壓加熱器編號gj3gj2gj1cydj4dj3dj2dj1抽汽壓力mpa5.7433.6321.6250.79640.31500.15500.05300.0
15、280抽汽壓損%44.5455655抽汽溫度37531343033123315682.566抽出蒸汽的焓h(kj/kg)3121.43010.633213125.292930.9278326172525抽汽量kg/h134218156507672757975574295495305460061425蒸汽干度1111110.9870.953抽汽系數(shù)0.068830.080260.03450.04090.03810.02540.0280.0315另外:中壓缸末級抽汽,除了作為除氧器汽原外,還抽一部分用作給水泵汽輪機汽原,設(shè)計工況下抽汽量為:g=73.515t/h。抽汽系數(shù)為:0.0377.3.1.
16、4畫出熱力系統(tǒng)圖(附圖1)3.2 600mw汽輪機熱力過程線擬定3.2.1 各缸進排氣參數(shù)、壓損、內(nèi)效率確定 (1)高壓缸進氣參數(shù), 參考同類機組,取蒸汽在主汽閥、調(diào)節(jié)氣閥中的壓力損失如下: 則高壓缸進口處蒸汽壓力為p0=15.865mpa,溫度t0=537,比容v0=0.0210,容積流量=1950000*(1-2%)*0.0210=40131.已知高壓缸排氣壓力為=3.632mpa,則壓比為15.865/3.633=4.5,調(diào)節(jié)級為單列級。故可得到高壓缸內(nèi)效率為88%。 (2)中壓缸參數(shù) 中間再熱后中壓缸的進口參數(shù)為:3.21mpa/537,比容為0.11568,蒸汽流量=1620.27t
17、/h。則進口容積流量=1620.27t/h0.11568=187432.8.故可得到中壓缸內(nèi)效率為92%。 (3)低壓缸參數(shù)低壓缸進口參數(shù)為:0.7813mpa/333. 比容為0.39657,蒸汽流量:=1399.725 t/h. 則進口容積流量:0.396571399.725 t/h=555089.各缸進排氣參數(shù)及擬定的效率: 表4項目高壓缸中壓缸低壓缸進口參數(shù)壓力p(mpa)15.8653.2100.7813溫度t()537537333比容v(m3/kg)0.0210.115680.39657流量g(t/h)19111620.271399.73焓h(kj/kg)3403.63535.63
18、125.6出口參數(shù)壓力p(mpa)3.6320.79640.006溫度t()31233336.17比容v(m3/kg)0.071590.387621.3643焓h(kj/kg)3010.633124.472324壓比4.54130焓降h(kj/kg)396.14410.31801.6內(nèi)效率(%)8892893.2.2擬定圖 附圖2(a3)4 調(diào)節(jié)級設(shè)計4.1 調(diào)節(jié)級形式及焓降確定4.1.1 調(diào)節(jié)級形式的確定調(diào)節(jié)級有單列和雙列之分,這取決于經(jīng)濟功率下調(diào)節(jié)級理想焓降的大小。由于本設(shè)計機組屬高參數(shù)、大容量類,并在是電網(wǎng)中承擔(dān)基本負荷的汽輪機,要求有盡量好的經(jīng)濟性,這種汽輪機的進汽量或容積流量很大,經(jīng)
19、由前軸填充的漏汽量通常不超過總進汽量的1%,且前幾個壓力級的葉片容易設(shè)計成具有較大的高度,在這種情況下,采用單列調(diào)節(jié)級是合理的。國產(chǎn)中間再熱機組的調(diào)節(jié)級均為單列,設(shè)計工況下的理想焓降也都不超過100kj/kg,雖然機組的結(jié)構(gòu)有所復(fù)雜,成本有所提高,但由于經(jīng)濟性提高了,它的全面技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)還是比較合理的。4.1.2 調(diào)節(jié)級焓降的確定目前,國產(chǎn)大功率汽輪機調(diào)節(jié)級(單列)的理想熱降約為:70100 kj/kg,據(jù)此,本設(shè)計中采用單列調(diào)節(jié)級,經(jīng)濟功率下的調(diào)節(jié)級理想焓降取為:85 kj/kg。4.2 調(diào)節(jié)級主要參數(shù)的確定.2.1調(diào)節(jié)級的速比的選取 選取適當(dāng)?shù)乃俣缺戎?,以保證調(diào)節(jié)級的效率。由于調(diào)節(jié)級都為部
20、分進汽,所以其最佳速度比要比全周進汽的小,一般在額定工況下,單列級=0.40.45或者更小。本設(shè)計中取小值,即:=0.40.4.2.2 調(diào)節(jié)級平均直徑的確定調(diào)節(jié)級的平均直徑選取范圍為:對于高壓及超高壓以上機組(整體轉(zhuǎn)子),=9001100mm,這時因為整體轉(zhuǎn)子的能段走私受到限制,目前國內(nèi)一般不能大于1100mm,對于單列調(diào)節(jié)級為了使調(diào)節(jié)級的焓降較大可取直徑的上限值。由于一個級的焓降、速比、平均直徑三者中只有兩個是獨立變量,故:平均直徑由公式計算: 變換得:且有:.4.2.3調(diào)節(jié)級反動度的選取調(diào)節(jié)級為部分進汽,其反動度要比全周進汽的級小。對于單列調(diào)節(jié)級反動度取為:=0.05。4.2.4 部分進氣
21、度的確定由可見,在其他參數(shù)不變的條件下,葉高與部分進汽度e成反比。葉高越小,葉高損失越大,但部分進汽損失越小。部分進汽損失又可分為兩種:一種為鼓風(fēng)損失,另一種為斥汽損失。部分進汽度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而提高的效率,為了使調(diào)節(jié)級獲得較高的效率,確定調(diào)節(jié)級的葉高和部分進汽度時須使與之和為最小。于是:令,其中,葉高損失,部分進汽損失,包括兩部分即:,鼓風(fēng)損失,斥汽損失。因此有: (*) (*)其中: 試驗系數(shù),對于單列級=9.9; 與級的類型有關(guān)的系數(shù),對單列級=0.1; 噴嘴組數(shù),取為4;與級的類型有關(guān)的系數(shù),取=0.012; 為有護套的弧段長度占整個圓周長
22、度的百分數(shù),由于實際情況很少裝有護套,故取=0。將(*)代入(*),即將(*)式化為純e的函數(shù),求一階導(dǎo)數(shù),并令其一階導(dǎo)數(shù)等于零,可求得函數(shù)的最小值,即為最佳部分進汽度,從而得。由以上分析計算可得0.8。4.2.5汽流出口角和的確定噴嘴和動葉的汽流出口角和的大小對級的通流能力、作功能力及級效率都有直接影響。當(dāng)調(diào)節(jié)級采用單列級時,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。單列級即使汽流出口速度為超音速,但由于超音速葉柵的變工況特性較差,加工復(fù)雜,且亞音速葉柵可利用斜切部分膨脹得到超音速汽流。綜全考慮各種因素,本設(shè)計中選用亞音速噴嘴葉柵,其型號為:tc-1a,有關(guān)參數(shù)為相對節(jié)距為0.74
23、0.90,進汽角=70°100°,出汽角=10°14°;動葉柵選用型號tp-1a,有關(guān)參數(shù)為:進汽角=18°33°,出口角=16°19°,相對節(jié)距=0.600.70。具體上,本設(shè)計選取噴嘴汽流出汽角°,動葉汽流出汽角°。綜合以上計算和參考國產(chǎn)同類機組調(diào)節(jié)級主要參數(shù),對該設(shè)計單列調(diào)節(jié)級數(shù)據(jù)匯總?cè)缦拢赫{(diào)節(jié)級主要數(shù)據(jù)參數(shù)表表5噴嘴高度(mm)48動葉高度(mm)50sin0.2079 1取為12°sin20.3197 2 取為18.6°面積比1600噴嘴葉型tc-1a動葉葉型tp-
24、1a理想熱降(kj/kg)85平均直徑(mm)1050速比0.4部分進氣度0.95反動度0.054.3調(diào)節(jié)級詳細計算4.3.1噴嘴部分的計算(1)調(diào)節(jié)級進口參數(shù)及調(diào)節(jié)級的滯止理想比焓降調(diào)節(jié)級進口參數(shù)即為高壓缸進口參數(shù),由于進入調(diào)節(jié)級的汽流速度很小,可以近似認為滯止參數(shù)與進口參數(shù)相等。即,.查水蒸汽h-s圖得,由前面選取其理想比焓降為。()調(diào)節(jié)級進汽量,取進入高壓缸前各種閥門及連接處漏汽量。故進入調(diào)節(jié)級的汽量為()平均反動度的確定的確定由前面可知。()噴嘴的滯止理想比焓降()噴嘴出口汽流速度與()噴嘴出口等比熵出口參數(shù)、由和求出噴嘴出口理想比焓值:該過程為等熵膨脹過程,由、查水蒸汽h-s圖得出口
25、比容、出口壓力。()噴嘴壓比由此可知,噴嘴中為亞音速汽流,采用漸縮噴嘴,選噴嘴型號為tc-1a、。()隔板漏汽量假設(shè)汽封齒的平均直徑、汽封間隙。故汽封間隙面積為則式中汽封流量系數(shù)取隔板汽封片數(shù),取(9)噴嘴出出口面積噴嘴進汽量因為噴嘴中是亞音速流動,故選用下式計算其中噴嘴流量系數(shù),取。(10)速比由前面選取得(11)級的假想速度(12) 級的圓周速度(13) 級的平均直徑(14) 噴嘴高度為了設(shè)計制造方便,取噴嘴的計算高度為整數(shù)值,這里取。(15) 噴嘴損失(16) 噴嘴出口比焓值由、查得(17) 求動葉進口汽流相對速度和進汽角4.3.2 動葉部分計算(1) 動葉出口相對速度和動葉葉速度系數(shù),
26、由與與的關(guān)系曲線查得。(2)動葉等比熵出口參數(shù)與由,查得(3)動葉出口面積式中,動葉流量系數(shù),查圖1.2.6得動葉進口流量,未考慮葉頂漏汽量,即取()動葉高度由、可知,進出口比容相差不大,故可取,根據(jù)噴嘴高度有其中葉頂蓋度,查表1.6.3得葉根蓋度,查表1.6.3得()動葉汽流出口角式中,因此根據(jù)動靜葉的式作條件和配對要求,動葉型號選用tp-1a型。()作動葉出口速度三角形由、確定速度三角形,(7)動葉損失()余速損失()作出調(diào)節(jié)級動葉的進出口速度三角形4.3.3 級內(nèi)損失的計算在調(diào)節(jié)級中,蒸汽處于過熱蒸汽區(qū),故沒有濕汽損失。存在下列損失:葉高損失、扇形損失、葉輪摩擦損失和漏汽損失。()葉高損
27、失輪周有效比焓降故式中取系數(shù)時,已經(jīng)包括扇形損失,故不需另外計算。()葉輪摩擦損失經(jīng)驗系數(shù),取。()漏汽損失取葉頂軸向間隙由查圖1.5.7得取得,查圖.5.8得。由、查圖1.5.9得由所以葉頂漏汽損失隔板漏汽損失()部分進汽損失鼓風(fēng)損失式中,裝有護罩的胡弧段長度與整個圓周長度之比,一般不使用護罩,故。與級數(shù)有關(guān)的系數(shù),對單列級。斥汽損失式中,噴嘴組數(shù),取,與級有關(guān)的系數(shù),單列級故有調(diào)節(jié)后一般沒有抽汽,取余速利用系數(shù)為故所以(5)級內(nèi)各項損失之和4.3.4級效率與內(nèi)功率的計算(1)級的有效比焓降()級效率()級的內(nèi)功率4.3.4調(diào)節(jié)級熱力參數(shù)明細表 (見附表一)5 非調(diào)節(jié)級計算5.1全機關(guān)鍵參數(shù)
28、的擬定5.1.1 全機的第一非調(diào)節(jié)級平均直徑的確定通流部分各級直徑的選擇還要考慮使整個通流部分平滑變化,以便利用余速,使機組有較高的效率。其中第一非調(diào)節(jié)級直徑的大小對通流部分的成型影響較大,由于調(diào)節(jié)級是部分進汽,與第一非調(diào)節(jié)級不同,因此這兩級的只不能相等,否則就不能保證第一非調(diào)節(jié)級進汽均勻,一般這兩個直徑之差不小于50100mm。由于調(diào)節(jié)級平均直徑已確定,這里選取=960mm。5.1.2 全機末級直徑的確定由連續(xù)方程,適當(dāng)變化后,得:2100mm期望取90度,為全機總焓降1608.05kj/kg.-余速損失系數(shù)。一般在0.015-0.03之間,這里取=0.03-排汽比容,在擬訂的熱力過程線上求
29、得:= 21.3643-徑角比,根據(jù)機組容量大小選擇,取=2.5-末級蒸汽流量是新蒸汽量扣除各級回?zé)岢槠靠偤秃蟮臄?shù)值,=322.2kg/s根據(jù)相關(guān)資料和經(jīng)驗擬訂各關(guān)鍵級平均直徑:汽輪機各關(guān)鍵級平均直徑的擬定 表6級數(shù)調(diào)節(jié)級高第一非調(diào)高末級中一中末低一低末直徑(mm)1050960109012001460155021005.2高壓缸非調(diào)節(jié)級計算5.2.1高壓缸非調(diào)節(jié)級級數(shù)的確定汽輪機非調(diào)節(jié)級級數(shù)的確定,可以采用圖解法。要確定非調(diào)節(jié)級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表示本汽缸第一級和最后一級之間的中心距離,bd的長度可以任意選擇,一般可以取25cm左右;縱坐標(biāo)以a
30、b表示本汽缸第一級的平均直徑,cd表示本汽缸最后一級平均直徑;用一條逐漸上升的光滑曲線把a,c兩點連接起來,該曲線就表示本汽缸各級平均直徑的變化規(guī)律。(1)高壓缸各級平均直徑的擬定 表7級婁ab1-12-23-34-45-5cd直徑960971.6983.25999.11016.610451090速比0.6120.6140.6170.6200.6240.6300.635 (2)求各缸各級的平均直徑1009.36mm(3)求高壓缸各級的平均速比=0.62(4)高壓缸各級的平均焓降的確定 級的理想焓降可用下式確定:由于本課程設(shè)計的機組轉(zhuǎn)速n=3000r/min的汽輪機,上式可化為 =32.7kj/
31、kg (5)高壓缸汽缸的級數(shù) 取重?zé)嵯禂?shù)a=0.04, =10級得到高壓缸非調(diào)節(jié)級為十級,將bd線等分為9等分,在原假定的平均直徑變化線ac上,讀出每級的直徑及速比。 表 8高壓缸各級平均直徑的修正值級數(shù)12345678910直徑dm(mm)960967.62975.5984993.510041017.6103410571090速比xa0.6120.6130.61450.6160.6170.6210.6240.6270.6310.6355.2.2高壓缸各級焓降分配 (1)高壓缸各級焓降分配由公式=30.36kj/kg=30.75kj/kg=31.09kj/kg=31.49kj/kg=31.99
32、kj/kg=32.26kj/kg=32.82kj/kg=33.56kj/kg=34.63kj/kg=36.36kj/kg(2)將各級焓降畫在圖上校核并修改在圖中擬定的熱力過程線上逐級做出各級焓降,如最后一級的背壓不能與應(yīng)有背壓重合,則需修改。由于焓降分配后得到的級后壓力部能與抽汽壓力完全吻合,所以勢必要做一些調(diào)整。 高壓缸非調(diào)節(jié)級焓降及平均直徑分配表 表9級數(shù)12345678910直徑dm(mm)960967.62975.5984993.510041017.6103410571090焓降ht(kj/kg)30.3630.7531.0931.4931.9932.2632.8233.5634.63
33、36.36調(diào)整后的焓降ht(kj/kg)30.3630.7531.0931.4931.9932.2632.8235.5638.6344.32速比xa0.6120.6130.61450.6160.6170.6210.6240.6270.6310.6355.2.3低壓缸非調(diào)節(jié)級的詳細計算(1)第一非調(diào)節(jié)級的等熵滯止焓降根據(jù)調(diào)節(jié)級級后參數(shù),p=0.7813mpa,t=333,h=3127.1kj/kg,s=7.364kj/(kg.k),而且由于調(diào)節(jié)級后流速不大,且調(diào)節(jié)級到第一非調(diào)節(jié)級間流道復(fù)雜,所以近似地認為ht*=ht1=30.36kj/kg。101.67 kj/kg(2)級的平均反動度 由于本機
34、組為反動式汽輪機故取 =0.5 0.25(3)噴嘴滯止理想比焓降 =(1-0.5)*30.36=15.18kj/kg。(1-0.25)*101.67=76.25 kj/kg(4)噴嘴理想出口氣流速度 =(2*1000*15.1876.25)3=174.2412m/s。390.51 m/s(5)噴嘴實際出口氣流速度 =0.97*174.2412=169.014m/s。0.97*390.51=378.80 m/s(6)噴嘴等比熵出口焓值 首先由求出噴嘴等熵出口焓值,kj/kg。3127.1-76.25=3050.9 kj/kg(7)噴嘴等比熵出口壓力、比容 由入口狀態(tài)點的熵和噴嘴等比熵出口焓值在焓
35、熵圖上查?。簆1=11.6314mpa 0.5871 mpa,v1t=0.0269 0.4395 m3/kg.(8)噴嘴壓比 0.5871/0.7813=0.7514(9) 噴嘴出口角1 根據(jù)噴嘴葉型表選擇tc-3a噴嘴 ,出汽角1=18°.(10)隔板漏氣量 =1.4337kg/szp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)噴嘴進口流量 gn=g-gp=1911/3.6-1.4337=529.3997kg/s。此處go為調(diào)節(jié)級動葉出口流量(12)噴嘴出口面積 an=(gn*v1t)/(un/c1t)=0.0843m2 n為噴嘴流量系數(shù)
36、,這里取為0.97。(13) 假想速比 xa=0.612 由前面擬定的最佳速比得到。(14)級的假想速度 。(15)級的圓周速度 (16)級的平均直徑 (17)部分進汽度 由于是非調(diào)節(jié)級,故部分進氣度e=1.(18)噴嘴高度 取葉高為91mm(19)噴嘴損失 (20)噴嘴出口比焓值 (21) 動葉進口相對速度 (22) 動葉進口角=79.20(23) 動葉出口理想相對速度 (24) 動葉出口相對速度 (25)動葉出口角 由于是反動式汽輪機,故動葉出口角與噴嘴出口角相等2=180(26)動葉絕對出口速度(27)動葉絕對出口角 =72.5°(28)動葉等比熵出口焓值 (29)動葉等比熵出
37、口壓力、比容 根據(jù)動葉出口狀態(tài)點在h-s圖上查?。簆2=11.0778mpa,v2t=0.028(30)動葉出口面積 (31)動葉高度 近似取=0.091+0.001+0.002=0.094m(32)動葉損失 (33)余速損失 (34)級的理想可用能 =30.36-1*1.6395=28.72kj/kg 其中1為余速利用系數(shù),這里取1(35)葉高損失 0.4746 kj/kga取1.6,這時不需對扇形損失作另外的計算( 36)葉輪摩擦損0.217kj/kggb取為與gn相等,忽略漏汽 (37)隔板汽封漏汽損失和葉頂漏汽損失0.0758kj/kggp為隔板漏汽量,gn為通過本級的蒸汽流量0.37
38、92kj/kg (38)級內(nèi)各項損失之和 =4.664kj/kg (39)級的有效比焓降 =25.696kj/kg (40)級相對內(nèi)效率 =89.5% (41)級的內(nèi)功率=530.8*25.696=13640.3kw(42)級的速度三角形 (見附圖四)高壓缸非調(diào)節(jié)級第一級熱力計算參數(shù)匯總表 表10序號計算項目符號單位來源或計算公式第一級備注1第一級的滯止理想焓降kj/kg由經(jīng)標(biāo)定后h-s圖上查得30.362平均反動度反動式汽輪機的反動度取0.50.53噴嘴滯止理想比焓降kj/kg15.184噴嘴理想出口氣流速度m/s174.25噴嘴實際出口氣流速度m/s=×169這里取0.976噴嘴
39、等比熵出口焓值kj/kg3312.77噴嘴等比熵出口壓力mpa根據(jù)出口焓值在h-s圖上查取11.638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0.02699噴嘴出口角°根據(jù)噴嘴選型,選取18sin=0.30910隔板漏汽量kg/s1.4337zp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噴嘴進口流量kg/s=-gp529.4此處go為調(diào)節(jié)級動葉出口流量12噴嘴出口面積843n為噴嘴流量系數(shù),這里取為0.9713假想速比選取0.612為保證級的性能良好相應(yīng)選取0.61214級的假想速度m/s246.415級的圓周速度m/s150
40、.816級的平均直徑mm960由于與相差不大,計算中往往取二者相等17部分進汽度e非調(diào)節(jié)級均取11.0018噴嘴高度mm90.5這里部分進汽度e取為1,為了設(shè)計制造方便,取噴嘴高度為整數(shù)值,即91mm19噴嘴損失kj/kg0.89720噴嘴出口比焓值kj/kg3313.621動葉進口相對速度m/s53.1cos =0.951122動葉進口角°79.223動葉出口理想相對速度m/s182.224動葉出口相對速度m/s176.7動葉速度系數(shù)根據(jù)汽輪機原理p15圖1-8選取為:0.9725動葉出口角2°選取182 = =18 26動葉絕對出口速度m/s57.327動葉絕對出口角&
41、#176;72.528動葉等比熵出口焓值kj/kg3298.429動葉等比熵出口壓力mpa根據(jù)動葉出口狀態(tài)點在h-s圖上查取11.077830動葉等比熵出口比容m3/kg根據(jù)動葉出口狀態(tài)點在h-s圖上查取0.02831動葉出口面積845,不考慮葉頂漏汽32動葉高度近似取94t取1.5,r取1.533動葉損失kj/kg0.980734余速損失kj/kg1.639536級的理想可用能kj/kg28.72余速利用系數(shù) =137葉高損失kj/kg0.4746a取1.6,這時不需對扇形損失作另外的計算38葉輪摩擦損失kj/kg0.21740隔板汽封漏汽損失kj/kg0.075841葉頂漏汽損失kj/kg
42、0.3792級內(nèi)各項損失之和kj/kg4.66442級的有效比焓降kj/kg25.69643級相對內(nèi)效率%89.544級的內(nèi)功率kw13640.2665.3中壓缸非調(diào)節(jié)級計算5.3.1中壓缸級數(shù)的確定 中壓高級數(shù)的確定,可以采用圖解法。要確定中壓缸的平均直徑的變化規(guī)律,具體的做法就是在坐標(biāo)紙上,橫坐標(biāo)bd表示本汽缸第一級和最后一級之間的中心距離,bd的長度可以任意選擇,一般可以取25cm左右;縱坐標(biāo)以ab表示本汽缸第一級的平均直徑,cd表示本汽缸最后一級平均直徑;用一條逐漸上升的光滑曲線把a,c兩點連接起來,該曲線就表示本汽缸各級平均直徑的變化規(guī)律。(1)中壓缸各級平均直徑的擬定 表11級數(shù)
43、ab1-12-23-34-45-5cd 直徑1159117211901201124513081400速比0.620.620.6250.630.6350.650.67(2)中壓缸各級的平均直徑1339.43mm(3) 求中壓缸各級的平均速比=0.6357(4)中壓缸各級的平均焓降的確定。一級的理想焓降可由下式確定 :對于n=3000r/min的汽輪機,上式可化為 kj/kg(5)中壓缸汽缸的級數(shù)。中壓缸的級數(shù)可由下式確定:重?zé)嵯禂?shù)取0.04 (級)上式在求到z后,得到中壓缸的級數(shù)為9級,將bd線分為z-1等分,即8等份,在原假定的汽管平均直徑變化直線ac上,讀出每級的平均直徑和速比,然后以這些直
44、徑和速比為準(zhǔn),分配焓降。并對焓降進行修正。按上述作法,將重新量得的數(shù)據(jù)列于下表12中中壓缸各級平均直徑的修正 表12級數(shù)111213141516171819直徑115911671.175118912041231.41269.813241400速比0.620.62710.62370.62650.63050.63620.64420.65510.67 5.3.2中壓缸焓降分配(1)本汽缸各級的平均焓降可寫為:根據(jù)以上式求出的中壓缸相關(guān)參數(shù)對中壓缸進行焓降的分配:kj/kgkj/kgkj/kgkj/kgkj/kgkj/kgkj/kgkj/kgkj/kg (2)根據(jù)上述方法以每級修正后的直徑為準(zhǔn)分配焓降
45、。在h-s圖中擬定的熱力過程曲線上逐級作出各級焓降,見附圖二在圖中擬定的熱力過程線上逐級做出各級焓降,如最后一級的背壓不能與應(yīng)有背壓重合,則需修改。由于焓降分配后得到的級后壓力部能與抽汽壓力完全吻合,所以勢必要做一些調(diào)整。中壓缸非調(diào)節(jié)級焓降分配表 表13級數(shù)111213141516171819直徑 115911671175118912041231.41269.813241400焓降43.12143.48143.79644.44644.99846.23047.94550.40553.8795.4低壓缸非調(diào)節(jié)級計算1全機第一非調(diào)節(jié)級平均直徑和全機末級平均直徑的確定通流部分各級直徑的選擇還要考慮使整
46、個通流部分平滑變化,以便利用余速,使機組有較高的效率。其中第一非調(diào)節(jié)級直徑的大小對通流部分的成型影響較大,由于調(diào)節(jié)級是部分進汽,與第一非調(diào)節(jié)級不同,因此這兩級的只不能相等,否則就不能保證第一非調(diào)節(jié)級進汽均勻,一般這兩個直徑之差不小于50100mm。由于調(diào)節(jié)級平均直徑已確定,這里選取=980mm。末級動葉出口的連續(xù)方程,適當(dāng)變化后,得:期望取90度,為全機總焓降1397.68kj/kg.-余速損失系數(shù)。一般在0.015-0.03之間,這里取=0.03-排汽比容,在擬訂的熱力過程線上求得:=20.017-徑角比,根據(jù)機組容量大小選擇,取=2.45-末級蒸汽流量是新蒸汽量扣除各級回?zé)岢槠靠偤秃蟮臄?shù)
47、值,=353.44kg/s5.1低壓缸非調(diào)節(jié)級級數(shù)的確定汽輪機非調(diào)節(jié)級級數(shù)的確定,可以采用圖解法。要確定非調(diào)節(jié)級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表示本汽缸第一級和最后一級之間的中心距離,bd的長度可以任意選擇,一般可以取25cm左右;縱坐標(biāo)以ab表示本汽缸第一級的平均直徑,cd表示本汽缸最后一級平均直徑;用一條逐漸上升的光滑曲線把a,c兩點連接起來,該曲線就表示本汽缸各級平均直徑的變化規(guī)律。(1)低壓缸各級平均直徑的擬定低壓缸各級平均直徑擬定值數(shù)據(jù)表 表14級數(shù)ab1-12-23-34-45-5cd直徑1650169017501830193020502200速比0.6500.6550.6630.6720.6836980.720(2)求各缸各級的平均直徑取為5級及m=5(3)求低壓缸各級的平均速比(4)低壓缸各級的平均焓降的確定 各級的理想焓降可用下式確定:由于本課程設(shè)計的機組轉(zhuǎn)速n=3000r/min的汽輪機,上式可化為 (5)低壓缸汽缸的級數(shù)低壓缸全部級的總理想焓降為 取重?zé)嵯禂?shù)則低壓缸的級數(shù)為取得到低壓缸非調(diào)節(jié)級為十級,將bd線等分為9等分,在原假定的平均直徑變化線ac上,讀出
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