汽輪機通流部分熱力設(shè)計

1、.汽輪機課程設(shè)計說明書 第一部分：課程設(shè)計的任務(wù)與要求：一設(shè)計題目：N12-3.5/435汽輪機通流部分熱力設(shè)計二已知參數(shù)：額定功率：pr12MW， 額定轉(zhuǎn)速：ne3000r/min， 設(shè)計功率：pe9.6MW， 新蒸汽壓力：p03.5MPa，新蒸汽溫度： t0435， 排汽壓力：pc0.005MPa，給水溫度：tfw150， 冷卻水溫度：tw120，給水泵壓頭：pfp6.3MPa， 凝結(jié)水泵壓頭:pcp=1.2MPa，射汽抽汽器用汽量： Dej500kg/h，射汽抽汽器中凝結(jié)水溫升： tej3，軸封漏汽量： D11000kg/h，第二高壓加熱器中回收的軸封漏汽量： D1700kg/h。回熱級

2、數(shù)：5三任務(wù)與要求（1）估算整機蒸汽流量及擬定熱力過程曲線；（2）回熱系統(tǒng)熱平衡初步計算及回熱系統(tǒng)示意圖繪制；（3）非調(diào)節(jié)級理想比焓降分配和級數(shù)確定；（4）計算調(diào)節(jié)級與非調(diào)節(jié)級通流部分幾何尺寸：各級平均直徑、葉片高度、通流面積、葉片數(shù)、葉寬、節(jié)距、靜葉片安裝角、動葉片安裝角、及出汽角等；（5）計算級效率、級內(nèi)功率、整機內(nèi)功率及相對內(nèi)效率；（6）整機校核（電功率、內(nèi)效率）；（7）按比例繪制通流部分子午剖面流道圖和各級速度三角形圖，以及調(diào)節(jié)級詳細熱力過程曲線示意圖，整機熱力過程曲線圖； （8）編寫計算機程序方框圖； （9）編寫計算機運行程序；（10）調(diào)試并運行熱力設(shè)計計算機程序；（11）編寫課程設(shè)

3、計說明書（說明書規(guī)格按學(xué)校要求，內(nèi)容為上述計算內(nèi)容）。第二部分：汽輪機熱力計算一、汽輪機進汽量D0的初步估算和近似熱力過程曲線的初步計算1根據(jù)已知的p0、t0和pc，確定蒸汽通過主汽門、配汽機構(gòu)及排汽管中的壓力損失。進汽機構(gòu)節(jié)流損失： 排汽管中壓力損失： 調(diào)節(jié)級前的壓力為： 末級動葉后壓力為： 2選取機組的相對內(nèi)效率、發(fā)電效率和機械效率由于汽輪發(fā)電機組的額定功率：pr12MW所以取汽輪機相對內(nèi)效率ri，發(fā)電機效率g (全負荷)，機械效率ax.3熱力過程曲線的初步擬定由p03.5MPa，t0435確定初始狀態(tài)點“0”：3304.07735 kJ/kg， = 6.9597 kJ/(kgK)由 kJ

4、/kg，從而確定“1”點：= 6.9778kJ/(kgK)， = 434.118過“0”點做定熵線與Pc=0.005MPa的定壓線交于“”點，查得：= 2122.1146kJ/kg， = 32.91整機理想焓降為：kJ/kg整機有效焓降為：1181.9630.82 969.2095kJ/kg從而確定“3”點的比焓為： =-=3304.07735969.2095=2334.86785kJ/kg又因為余速損失為： 所以“4”點的比焓為：再由可以確定“4”點，并查得： =7.56144kJ/(kgK)然后用直線連接“1”、“4”兩點，求出中點“2”， =2807.653 kJ/kg， =7.2696

5、2 J/(kgK)并在“2”點沿等壓線向下移14kJ/kg得“2”點， =2793.653 kJ/kg， =7.237437 J/(kgK)過“1”、“2”、“3”點作光滑曲線即為汽輪機的近似熱力過程曲線。汽輪機近似熱力過程曲線圖見附圖-1.4整機進汽量估計 一般凝汽式汽輪機的總蒸汽流量可由下式估算： t/h式中 汽輪機的設(shè)計功率， KW 通流部分的理想比焓降，KJ/kg ； 汽輪機通流部分相對內(nèi)效率的初步估算值(0.8200.850) ； 機組的發(fā)電機效率(全負荷，0.9650.975) ； 機組的機械效率（0.9850.990） ；D 考慮閥桿漏氣和前軸封漏汽及保證在處參數(shù)下降或背壓升高時

6、仍能發(fā)出設(shè)計功率的蒸汽余量，通常取=3%左右，t/h m 考慮回熱抽汽引起進汽量增大的系數(shù)，它與回熱級數(shù)、給水溫度、汽輪機容量及參數(shù)有關(guān)，通常取m=1.081.25， 調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機通流部分設(shè)計式，要考慮到調(diào)節(jié)抽汽工況及純凝汽工況。一般高壓部分的進汽量及幾何尺寸以調(diào)節(jié)抽汽工況作為設(shè)計工況進行計算，低壓部分的進汽量及幾何下以純凝汽工況作為設(shè)計工況進行計算。取 回熱抽汽進汽量增大系數(shù)，漏汽蒸汽余量汽輪機相對內(nèi)效率ri0.82，機械效率，發(fā)電機效率二、調(diào)節(jié)級詳細計算1根據(jù)調(diào)節(jié)級的選擇原則，選取調(diào)節(jié)級的型式及相關(guān)參數(shù)如下：a）調(diào)節(jié)級型式：雙列復(fù)速級 b）理想焓降： c）平均直徑： d）反動度： e）

7、速度比： =0.24 注： 2噴嘴理想比焓降： kJ/kg 3計算噴嘴出口汽流狀態(tài)并選擇噴嘴型線：取噴嘴的速度系數(shù)則噴嘴損失： kJ/kg kJ/kg在h-s圖上近似做出熱力過程線，取動葉進口參數(shù)為：1.63MPa， =0.1677m3/kg 因為,故在噴嘴中汽流為超聲速流動， 故選擇TC-2B型線，出汽角為=15°。 4噴嘴出口汽流速度： m/s m/s 5計算噴嘴出口面積：查得噴嘴流量系數(shù)0.97 6計算噴嘴最小截面積及斜切部分偏轉(zhuǎn)角 因為,所以汽流在斜切部分發(fā)生膨脹，產(chǎn)生偏轉(zhuǎn): cm2 解得：7計算噴嘴出口高度和部分進汽度e因為所以 取，則求得：，滿足要求。8. 計算第一列動葉

8、進口汽流角和相對速度 kJ/kg 由上可查h-s圖得第一列動葉進口的滯止壓力=2.36108MP9. 計算第一列動葉出口汽流相對速度第一列動葉理想焓降：kJ/kg第一列動葉滯止理想焓降：kJ/kg第一列動葉出口汽流相對速度 m/s在圖4中查得： m/s10第一列動葉損失為： kJ/kg根據(jù)和在h-s圖中做出動葉熱力過程曲線，查得第一列動葉后蒸汽狀態(tài)點：P21.47282MPa，V20.1825397m3/kg11第一列動葉出口面積： 由于， 故汽流在第一列動葉中為亞聲速流動。12. 第一列動葉出口高度和汽流出口角由前面計算可知：所以查表1得： ，對于一短葉片，有：進而汽流出口角13第一列動葉出

9、口汽流速度和出汽角 14. 導(dǎo)葉的理想比焓降 kJ/kg kJ/kg15. 計算導(dǎo)葉出口速度理想速度：查圖4可得：實際速度：16. 導(dǎo)葉內(nèi)損失： kJ/kg在h-s圖中做出導(dǎo)葉熱力過程曲線，查得導(dǎo)葉后蒸汽狀態(tài)點：P1=1.4463058MPa, v1=0.1865665m3/kg17. 計算導(dǎo)葉出口截面積及進口高度導(dǎo)葉出口截面積：導(dǎo)葉進口高度：18. 導(dǎo)葉出汽角 19. 第二列動葉進口相對速度和方向 20. 計算第二列動葉出口汽流相對速度第二列動葉理想比焓降： kJ/kg滯止理想焓降： kJ/kg21.動葉出口理想相對速度： 查圖4可得： 動葉出口實際相對速度：22. 第二列動葉損失為： kJ

10、/kg根據(jù)和在h-s圖中做出動葉熱力過程曲線，查得第二列動葉后蒸汽狀態(tài)點： P21.40725MPa，V20.191034m3/kg23. 計算第二列動葉相關(guān)參數(shù)第二列動葉出口截面積： 第二列動葉進口高度：第二列動葉出口高度：24第二列動葉出口汽流角：25第二列動葉出口汽流絕對速度方向與大小 26余速損失為： 27輪周有效焓降（不計葉高損失）： 28. 輪周效率的計算及校核 所以它是合格的。29計算葉高損失 kJ/kg（對于復(fù)速級）30輪周有效比焓降：輪周功率： 31部分進汽損失與葉輪摩擦損失葉輪摩擦損失： kJ/kg在計算部分進汽損失時，由于采用的是雙列級，于是Ke=0.55，Ke=0.01

11、6，所以有 32級有效比焓降為： 內(nèi)功率為： 取第一級非調(diào)節(jié)級和調(diào)節(jié)級之間的余速利用系數(shù)為0.9 則非調(diào)節(jié)級進口處參數(shù)為： 查得 P=1.4072512 MPa s=7.1106 J/(kgK) v=0.19660876 m3/kg33級效率為： 34調(diào)節(jié)級葉柵幾何參數(shù)選擇（1）噴嘴：由前面的計算可知，噴嘴葉型為：TC-2， ，于是取，。 ，取整得：反算： 合格查得安裝角為38°（2）第一列動葉：由前面的計算知：，故選TP-1B型，于是取，。，取整得：反算： , 合格查得安裝角為81°（3）導(dǎo)葉：由前面的計算知：,選TP-3A型，于是取，。 ，取整得：反算： , 合格查得安

12、裝角為78°（4）第二列動葉：由前面的計算知：，選TP-5A型，于是取，。，取整得：反算： 合格查得安裝角為78°三、回熱系統(tǒng)平衡初步估算汽輪機進汽量估算及汽輪機近似熱力過程曲線擬定以后，就可進行回熱系統(tǒng)的熱平衡計算。A、回熱抽汽壓力的確定1. 除氧器的工作壓力給水溫度和回熱級數(shù)確定之后，應(yīng)根據(jù)機組的初參數(shù)和容量確定除氧器的工作壓力(2個高壓加熱器、2個低壓加熱器、1個除氧器)。除氧器的工作壓力與除氧效果關(guān)系不大，一般根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟比較和實用條件來確定。通常在中低參數(shù)機組中采用大氣式除氧器。大氣式除氧器的工作壓力一般選擇略高于大氣壓力即0.118MP。2. 抽汽管中壓力損失

13、在進行熱力設(shè)計時，要求不超過抽汽壓力的10%，通常取=（0.040.08），級間抽汽時取較大值，高中壓排汽時取較小值。 3. 表面式加熱器出口傳熱端差t：由于金屬表面的傳熱阻力，表面式加熱器的給水出口水溫與回熱抽汽在加熱器中凝結(jié)的飽和水溫間存在溫差t=-稱為加熱器的出口端差，又稱上端差，經(jīng)濟上合理的端差需通過綜合的技術(shù)比較確定。一般無蒸汽冷卻段的加熱器取t=36（取高壓加熱器端差為5ºC，低壓加熱器端差為3ºC，除氧器的端差為0ºC。）4. 回熱抽汽壓力的確定在確定了給水溫度、回熱抽汽級數(shù)、上端差t和抽汽管道壓損等參數(shù)后，可以根據(jù)除氧器的工作壓力，確定除氧器前的低

14、壓加熱器數(shù)和除氧器后的高壓加熱器數(shù)，同時確定各級加熱器的比焓升或溫升。這樣，各級加熱器的給水出口水溫也就確定了。根據(jù)上端差t可確定各級加熱器內(nèi)的疏水溫度，即=+t。從水和水蒸氣熱力性質(zhì)圖表中可查得所對應(yīng)的飽和蒸汽壓力-個加熱器的工作壓力。考慮回熱抽汽管中的壓力損失，可求出汽輪機得抽汽壓力，即=+。在汽輪機近似熱力過程曲線中分別找出個抽汽點得比焓值，并將上述參數(shù)列成表格如下：加熱器號抽汽壓力抽汽比焓抽汽管壓損加熱器工作壓力飽和水溫度飽和水比焓出口端差給水出口溫度給水出口比焓H10.59058279080.54333155.00655.605150.00634.02H20.31163275580.

15、28669132.13557.565127.13536.29HD0.1422708170.118104.25437.010104.25437.01H30.07255265080.0667588.375372.71385.375360.15H40.02842258480.0261565.5276.9945362.5264.46B、各級加熱器回熱抽汽量計算 在擬定的近似熱力過程曲線上求出各回熱抽汽比焓值,見下圖 hs3.5MPa4353304.07735kj/kg0.5911910.14220.31212840.50.073近似熱力過程曲線12MW凝汽式汽輪機回熱系統(tǒng)圖1.回熱系統(tǒng)熱平衡估算：(1

16、) H1號高壓加熱器 其給水量為Dfw=D0-Dl +Dej=44.93-1+0.5=44.43t/h式中 Dl 高壓端軸封漏汽量， 1 t/h； Dej 射汽漏汽器耗汽量， 0.5 t/h； Dl漏入H2高壓加熱器的軸封漏氣量，t/h。 ，下同。因為 所以該級回熱抽汽量為： (2)H2號高壓加熱器先不考慮漏入H2高壓加熱器的那部分軸封漏氣量Dl及上級加熱器的疏水量Dej，則該級加熱器的計算抽氣量為：=44.43x（536.29-437.01）/(2790-655.60)x0.98=2.10 t/h考慮到上級加熱器疏水流入高壓加熱器并放熱可使本級抽氣量減少的相當量為Dele= =2.08x(6

17、55.60-557.56)/(2755-557.56)=0.093 t/h Dlle=Dl*(he1-he2)/(he2- he2） =0.77x(2790-557.56)/(2755-557.56)=0.756t/h 本級高壓加熱器實際所需回熱抽氣量為： De2=2.10-0.093-0.756=1.251 t/h (3)HD除氧器除氧器質(zhì)量平衡方程：除氧器熱平衡方程：代入數(shù)據(jù)得： 聯(lián)立兩方程解得：，(4)H3號低壓加熱器 類似于H1的情況，可以列出如下式子： (5)H4號低壓加熱器凝汽器壓力，對應(yīng)的，因為射汽抽氣器中的凝結(jié)水溫升為： 所以H4號低壓加熱器進口水溫為：又進口水壓為凝結(jié)水泵壓頭

18、，為1.2MP進而可知：，則H4的計算抽汽量為： H3疏水注入H4引起的抽汽減少量為： 2.流經(jīng)汽輪機各級機組的蒸汽兩級及其內(nèi)功率計算調(diào)節(jié)級: 44.93t/h,=3304.07735;=2793.653; (調(diào)節(jié)級后壓力為1.22，比焓值3089.2KJ/kg)第一級組：44.93-1=43.93 t/hPi1=D1（hl-he1）/3.6=43.93×（3089.22790）/3.6=3651.1 kw第二級組：D2=D1-De1=43.93-2.08=41.85 t/hPi2=D2（he1-hed）/3.6=41.85×（27902755）/3.6=406.9 kw第

19、三級組：D3=D2-De2=41.85-1.251=40.599 t/hPi3=D3（he2-hed）/3.6=40.599 ×（2755-2708）/3.6 =530.0 kw第四級組：D4=D3-Ded=40.599 -1.003=39.596 t/hPi4=D4（hed-h3）/3.6=39.596 ×（27082650）/3.6=637.9 kw第五級組： D5=D4-De3=39.596-1.685=37.911 t/h Pi5=D5（he3-he4）/3.6=37.911 ×（2650-2584）/3.6=695.0 kw第六級組： D6=D5-De4

20、=37.911-1.895=36.016t/h Pi6=D6（he4-heZ）/3.6=36.016 ×（2584-2310.2）/3.6=2739.2 kw整機內(nèi)功率：Pi=Pi=6370.4+3651.1+406.9+530.0+637.9+695.0+2739.2=15030.5kw3. 計算汽輪機裝置的熱經(jīng)濟性機械損失 Pm=Pi(1-m)= 15030.5×(1-0.988)=180.366 kw軸端功率 Pa=Pi-Pm =15030.5-180.366=14850.134 kw 發(fā)電機功率 Pe=Pag=14850.134×0.97=14404.63

21、kw 校核 （14850.134-14404.63）/14404.63*100%=3.09%符合設(shè)計工況Pe=96000kw的要求，原估計的蒸汽量D0正確。汽耗率：44.93x103/9.6x103= 4.68kg/(kw.h)不抽汽時估計汽耗率： 3.72 t/h汽輪機裝置汽耗率： =4.68×(3304.07735-634.02)=12495.87KJ/(kw.h)汽輪機裝置的絕對電效率：3600/12495.87=28.81%表2-3 12MW凝汽式汽輪機熱平衡計算數(shù)據(jù)基 本 數(shù) 據(jù)0.00520.005032.9135.916.31.2汽輪機裝置的熱力特性數(shù)據(jù)3.721506

22、34.0212495.8728.81MpaMpaMpakg/kWhKJ/kgkg/kWhpc/pctctejpfppcpdtfwhfwqel汽輪機背壓凝汽器出口水溫抽汽冷卻器出口水溫給水泵壓頭凝結(jié)水泵壓頭不抽氣時汽耗率給水溫度給水比焓熱耗率絕對電效率0.52302.744.931.036.016180.36614850.1349714404.6344.934.68t/hKJ/kgt/ht/ht/hkWkWkWt/hkg/kWhDejhelD0DlDePmPagPeD0d射汽抽汽器汽耗量射汽抽汽器比焓降汽輪機總進汽量前軸封漏氣量流入凝汽器蒸汽量機械損失連軸器端功率發(fā)電機效率發(fā)電機端功率汽輪機總進

23、汽量汽耗率3.54353304.077353000202310.22122.11461181.963969.218415030.5MpaKJ/kgt/minKJ/kgKJ/kgKJ/kgKJ/kgkWP0t0h0ntclhzh2thtmachtmacripi汽輪機初壓汽輪機初溫汽輪機初比焓工作轉(zhuǎn)速冷卻水溫排氣比焓等比熵排氣比焓理想比焓降有效比焓降汽輪機內(nèi)效率汽輪機內(nèi)功率將計算結(jié)果列于下表：項 目符 號單 位加 熱 器 號H1H2HDH3H4抽汽壓力peMpa0.590580.3116260.1420.0725520.028428加熱器壓力peMpa0.543330.2866860.1180.0

24、667480.02651抽汽比焓hekJ/kg27902755270826502584壓力pe下飽和溫度te155132.125104.2588.37565.5壓力pe下飽和水比焓hekJ/kg655.60557.65437.01372.71276.9945每公斤蒸汽放熱量hekJ/kg2268.82072263.45652247.19322190.13192129.6879被加熱的給水量Dfwkg/h4443044430393403934039340給水進口溫度tw1127.125104.2585.37562.534.8給水進口水比焓hw1kJ/kg536.29437.01360.15264

25、.46146加熱器端差t55033給水出口溫度tw2150127.125104.2585.37562.5給水出口比焓hw2kJ/kg634.02536.29437.01360.15264.46給水比焓升hfwkJ/kg97.9399.2876.8695.69118.46實際抽汽量Dekg/h20801251150416851895計算抽氣量kg/h20802100（1967）16851965四、壓力級焓降分配和級數(shù)確定1第一非調(diào)節(jié)級平均直徑的估計 由于調(diào)節(jié)級的部分進汽度在工況變動時是變化的，而且與第一非調(diào)節(jié)級的部進汽度不同，因此兩級的直徑不能相同，一般兩級直徑差不小于50100mm，故取。2

26、凝汽式汽輪機末級平均直徑的估取 凝汽式汽輪機末級直徑的估?。?=2.00 式中 Gc 通過末級的蒸汽流量， kg/s；2 末級動葉出汽角，一般取290°； 末級余速損失系數(shù)，一般=0.0150.025； 末級徑高比；2 末級動葉排汽比容，25 m3/kg。 取末級平均直徑： 同時，滿足約束條件。3凝汽式汽輪機級數(shù)及焓降的確定(1)確定非調(diào)節(jié)級平均直徑的變化規(guī)律 取一段線段BD，表示知第一非調(diào)節(jié)級與末級之間的動葉中心距。在BD兩端的縱坐標上按比例繪制出第一非調(diào)節(jié)級與末級的平均直徑AB、CD，用一條逐漸上升的光滑曲線把A、C兩點連接起來，再把BD分成9等分（9>5，滿足要求），在從

27、均分點處作垂線，便可從圖中得到各級的平均直徑，再按原則取出各級的最佳速比。將直徑與速比都列在下表中：1234567891050110011751265137515001650184020000.490.4950.4970.500.520.540.560.60.6 (2)確定非調(diào)節(jié)級各級理想比焓降 進而可得：壓力級平均理想比焓降為： (3)級數(shù)的確定由前面可知調(diào)節(jié)級的出口“2”點的狀態(tài)為：，又，由和可查得：。初估重熱系數(shù)，則壓力級級數(shù)為：取整得：Z9。 (4)重熱系數(shù)校核 取K=0.14, ，則有：與假設(shè)值接近，滿足要求。故取重熱系數(shù)(5)比焓降分配在圖中將BD分成Z-1(=8)份，按與上面相同

28、的方法分配直徑，速比，焓降。直徑變化規(guī)律曲線見附圖。進而可得：又有：，計算結(jié)果列在下表中： 級 號123456平均直徑Dm105011001175126513751500速度比xa0.490.4950.4970.50.520.54試算比焓降（ht）56.64960.92369.51480.21186.26095.193最后確定的比焓降ht58.36962.64371.23481.94187.9896.913789總和ht1650184020000.560.60.6107.103116.023137.078808.964108.823117.743138.798(6)按分配比焓降在焓熵圖上得到相

29、應(yīng)各級壓力，與回熱系統(tǒng)要求的抽汽壓力相比較，十分接近，而且滿足除氧器及給水的相關(guān)要求，所以可以繼續(xù)后面的計算。五、非調(diào)節(jié)級詳細計算(1)第一壓力級詳細計算1. 級反動度：，直徑：，級焓降： 級流量： 圓周速度： 噴嘴理想比焓降： 查得噴嘴后蒸汽狀態(tài)參數(shù)：P1t1.16582 MP，V1t0.2376535m3/kg 2. 壓力比： 噴嘴滯止焓 故可查得滯止壓力=1.483951MP ，故噴嘴中汽流為亞音速流動，故選TC-1A型葉片，取出汽角12° 3噴嘴出口汽流速度：4噴嘴出口面積：5噴嘴出口高度 ：6噴嘴損失：7動葉進口汽流角和相對速度 8動葉理想比焓降： 滯止比焓： 9動葉出口汽

30、流相對速度 10動葉損失：查得動葉出口參數(shù)：P20.666327MPa，V20.30479m3/kgH22987.4576，s=7.00632 J/(kgK)11動葉出口面積：12. 動葉出口高度和汽流出口角 13動葉出口汽流速度和出汽角 14余速損失：15輪周有效焓降（不計葉高損失） 16. 輪周效率及校核 由于第一級和第二級直徑變化不大，故設(shè)定余速利用系數(shù)為1 故=所以計算結(jié)果滿足要求。 17計算葉高損失 （對于單列壓力級a=1.6） 18輪周有效比焓降： 輪周功率： 19葉輪摩擦損失 20隔板漏氣損失 21葉頂漏氣損失 查 圖-8得 =0.25 =0.94 =0.29 22濕汽損失 由于級前、后的干度均為1，所以為零。 23. 級有效比焓降 24內(nèi)功率 25級效率26第一壓力級葉柵幾何參數(shù)選擇 a)噴嘴： 由前面的計算可知，葉型選為：TC-1A，于是取，。 ，取整得：反算：查得安裝角為31.8°b)動葉：由前面可知：,故選TP-3A型，于是取，。，取整得：反算：查得安裝角為78° (3) 其它各壓力級計算過程與第一相同，用Excel軟件計算，過程不再書寫，只將各級計算的結(jié)果列于附表1和表2中。六、回熱系統(tǒng)校核修正 在壓力級詳細計算過程中，通過回熱系統(tǒng)初算的各級抽汽壓力和壓力級詳細計算過程中各級末端的出口壓力對比，選擇出口壓力與初算相近