《汽輪機課程設計》說明

1、<p><b>　　前 言</b></p><p><b>　　一、課程設計目的</b></p><p>　　通過課程設計，系統(tǒng)地總結、鞏固并加深在《汽輪機原理》課程中已學知識，進一步了解汽輪機的工作原理。在盡可能考慮制造、安裝和運行的要求下，進行某一機組的變工況熱力計算，掌握汽輪機熱力計算的原理、方法和步驟。</p>

2、<p>　　在盡可能考慮制造、安裝和運行的要求下，進行某一機組的變工況熱力計算，掌握汽輪機熱力計算的原理、方法和步驟。</p><p>　　通過課程設計對電站汽輪機建立整體的、量化的概念，掌握查閱和使用各種設計資料、標準、手冊等參考文獻的技巧。</p><p>　　培養(yǎng)綜合應用書本知識、自主學習、獨立工作的能力，以及與其他人相互協(xié)作的工作作風。</p><p&

3、gt;<b>　　二、課程設計內(nèi)容</b></p><p>　　以某種型號的汽輪機為對象，在已知結構參數(shù)和非設計工況新蒸汽參數(shù)和流量的條件下，、進行通流部分熱力校核計算，求出該工況下級的內(nèi)功率、相對內(nèi)功率等全部特征參數(shù)，并與設計工況作對比分析。主要計算工作如下：</p><p>　　設計工況下通流部分各級熱力過程參數(shù)計算。對徑高比小于6的級，在最終計算結果中，用近似公

4、式估算出葉根處的反動度。</p><p>　　軸端汽封漏汽量校核計算。</p><p>　　與設計工況的性能和特征參數(shù)作比較計算。</p><p><b>　　三、整機計算步驟</b></p><p>　　將該型汽輪機的通流部分劃為高、中壓缸和低壓缸2個計算模塊，我們2人為一組，一人采用順算法計算高、中壓缸，另一人采用逆

5、算法計算低壓缸。2人協(xié)同工作，共同商定計算方案和迭代策略。</p><p>　　本人進行的是高、中壓缸的順算計算。</p><p>　　為了便于計算，作出如下約定：</p><p>　　（1） 各級回熱抽汽量正比于主蒸汽流量；</p><p>　?。?） 門桿漏氣和調(diào)門開啟重疊度不計；</p><p>　?。?）

6、 余速利用系數(shù)參考值為：調(diào)節(jié)級后的第一壓力級、前面有抽汽口的壓力級利用上一級余速的系數(shù)為0.4，其它壓力級為0.8；</p><p>　?。?） 對徑高比小于6的級，在最終計算結果中，用近似公式估算出葉根處的反動度；</p><p>　?。?） 第一次計算，用弗留各爾公式確定調(diào)節(jié)級后壓力；</p><p>　?。?） 對徑高比小于6的級，在最終計算結果中，用近

7、似公式估算出葉根處的反動度。</p><p><b>　　汽輪機簡介</b></p><p>　　N300-16.7/537/537汽輪機設計參數(shù)</p><p>　　本機組是按照美國西屋公司的技術制造的300MW亞臨界、中間再熱式、高中壓合缸、雙缸雙排汽、單軸凝汽式汽輪機。它由高中壓積木塊BB0243與低壓缸積木塊BB074組合而成。為了進一

8、步提高機組的經(jīng)濟性，對原引進技術做了改進，而且低壓末級葉片采用905mm的長葉片。本機型號為N300-16.7/537/537，工廠產(chǎn)品號為D156。</p><p>　　主要技術參數(shù)：額定功率300MW；主汽門前額定參數(shù)16.7MPa、537℃，再熱汽門前溫度537℃；工作轉數(shù)3000rpm；額定背壓5.39kPa；回熱級數(shù)3高、4低、1除氧；額定工況蒸汽流量910.2t/h、熱耗7937kJ/(kWh)。&l

9、t;/p><p>　　本機組通流部分共35級葉片，其中高壓缸1＋11級，中壓缸9級，低壓缸2×7級。動葉片除低壓缸末三級為扭轉葉片外，其余均為等截面葉片。高、中、低壓缸隔板靜葉均為扭葉片。有6個高壓調(diào)節(jié)閥，每閥控制21個噴嘴，調(diào)節(jié)閥全開時部分進汽度為0.9545。汽輪機再額定參數(shù)下5閥全開時可以帶額定負荷。汽輪機在6個調(diào)節(jié)閥全開、新汽參數(shù)16.7MPa、537℃（超壓5％）時運行，這一工況定義為最大負荷工況

10、。</p><p>　　主汽門、調(diào)節(jié)閥、進汽管的壓損為4％，再熱及管道為10％，中聯(lián)門及管道為2.5％，中低壓連同管為2％。2號高加抽汽來自高壓缸排汽，除氧汽抽汽來自中壓缸排汽，第5、6級抽汽分別來自左、右側低壓缸的第3、5級前，因此低壓缸為不對稱抽汽。</p><p>　　通流部分結構參數(shù)如表1所示。最大工況和額定工況下的熱力參數(shù)如表2所示。</p><p>　　

11、表1：N300-16.7/537/537汽輪機通流部分的結構參數(shù)</p><p>　　表2:N300-16.7/537/537三缸二排汽汽輪機設計工況下的熱力參數(shù)</p><p><b>　　順算法計算步驟</b></p><p>　　以高壓缸第一級為例：</p><p>　　順算法每一級的計算過程如下：</p&g

12、t;<p>　?。?）求取噴嘴新工況的壓力比，流量比及臨界流量：</p><p>　　臨界流量 Dcr=aA （其中a過熱蒸汽取0.6473，飽和蒸汽取0.6483）</p><p>　　流量比 =D/ Dcr</p><p>　　壓力比 =+</p><p>　?。?）求取新工況下

13、噴嘴中的各項參數(shù)：</p><p>　　噴嘴后壓力 </p><p>　　根據(jù)水蒸氣性質(zhì)求出噴嘴出口理想比焓，</p><p>　　噴嘴理想比焓降 </p><p>　　噴嘴理想出口速度 </p><p>　　噴嘴損失 (其中取0.90~0.97)</p>&l

14、t;p>　　噴嘴實際比焓降 </p><p>　　求噴嘴出口焓h1，溫度t1</p><p>　　噴嘴實際出口速度 </p><p>　　輪周速度 u= （dm為級的平均直徑）</p><p>　　動葉進口相對速度 </p><p&

15、gt;<b>　　與速度對應的焓</b></p><p><b>　　動葉進汽角</b></p><p><b>　　沖角</b></p><p><b>　　撞擊損失</b></p><p><b>　　動葉進口滯止焓</b><

16、;/p><p>　　根據(jù)水蒸氣性質(zhì)求得動葉進口滯止參數(shù) </p><p>　?。?）求取動葉的壓力比，流量比，及臨界流量；</p><p><b>　　臨界流量</b></p><p><b>　　流量比</b></p><p><b>　　壓力比</b>

17、</p><p><b>　　動葉后壓力</b></p><p>　?。?）求取新工況下動葉中的各項參數(shù)：</p><p>　　根據(jù)水蒸氣熱力性質(zhì)求得</p><p><b>　　動葉理想比焓降</b></p><p><b>　　動葉理想出口速度</b>

18、;</p><p><b>　　反動度</b></p><p><b>　　動葉損失</b></p><p><b>　　動葉出口焓</b></p><p>　　根據(jù)水蒸氣性質(zhì)求動葉出口溫度</p><p><b>　　動葉實際比焓降</

19、b></p><p><b>　　動葉出口相對速度</b></p><p><b>　　動葉出口絕對速度</b></p><p>　　畫出速度三角形，求出速度三角形中各項參數(shù)，速度三角形如下：</p><p>　?。?）求取級效率，出口參數(shù)：</p><p><b

20、>　　葉高損失</b></p><p><b>　　扇型損失</b></p><p><b>　　濕氣損失</b></p><p><b>　　隔板漏汽損失</b></p><p><b>　　余速損失</b></p>&l

21、t;p><b>　　級有效焓降</b></p><p><b>　　理想可用能量</b></p><p><b>　　相對內(nèi)效率</b></p><p><b>　　級的內(nèi)效率</b></p><p><b>　　一級計算過完成。</

22、b></p><p><b>　　分析與結論</b></p><p>　　汽輪機在設計參數(shù)下運行稱為汽輪機的設計工況。由于汽輪機的主要尺寸基本上是按設計工況要求確定的，而汽輪機功率在運行時將根據(jù)外界的要求而變化，汽輪機參數(shù)均有可能變化，從而引起蒸汽流量、各級參數(shù)和效率的變化，稱為汽輪機的變工況。為了估計汽輪機在新工況下運行的經(jīng)濟性，可靠性與安全性，有必要對新工況

23、進行熱力計算。核算項目有：噴嘴、動葉前后參數(shù)、級效率、級功率、反動度等等。：</p><p>　　汽輪機級的變工況計算是確定級變工況后安全、經(jīng)濟性的一種有效的手段,同時也是預測機組通流部分改造效果所必須進行的工作。在級的變工況計算中,我們使用了一些方法合理簡化問題,如忽略了調(diào)節(jié)汽門重疊度以及將水蒸汽近似為理想氣體等。</p><p>　　汽輪機的工況變動時,通流部分各級的工作過程也隨之改變

24、,改變的情況與級所在的位置、作用和汽輪機的類型有關。汽輪機的配汽方式通常有兩種,一種是節(jié)流配汽,一種是噴嘴配汽。對于節(jié)流配汽,由于幾個調(diào)節(jié)汽閥的開度相同,因此無調(diào)節(jié)級,可把整個汽輪機看作是一個大的級組。而采用噴嘴配汽的多級汽輪機級可分為調(diào)節(jié)級和非調(diào)節(jié)級,調(diào)節(jié)級的通流面積是隨負荷變化的,以適應不同功率下改變蒸汽量的要求,非調(diào)節(jié)級則由若干個按壓力高低串聯(lián)排列的壓力級組成，本機組就屬于這一種。</p><p>　　一般

25、來說,在設計額定工況下,汽輪機有著最好的相對內(nèi)效率和熱效率。這時候采用“部分調(diào)節(jié)閥全開”運行方式時，開啟的調(diào)節(jié)閥數(shù)目與原設計工況開啟的調(diào)節(jié)閥數(shù)目相同,其他通流部分的情況也與設計工況相同,故“部分調(diào)節(jié)閥全開運行”方式在額定工況下的初參數(shù)與設計工況相同,也就是說“部分調(diào)節(jié)閥全開運行”的方式的工況就是設計工況,機組的效率就是設計額定工況的效率。</p><p>　　采用噴嘴配汽的汽輪機在運行中,主汽門全開。當負荷發(fā)生變

26、化時,依次開啟或關閉若干個調(diào)節(jié)汽閥,改變調(diào)節(jié)級的通流面積,以控制進入汽輪機的蒸汽量。對噴嘴配汽的機組來說,可以把整個凝汽式汽輪機分為三個級組:調(diào)節(jié)級、中間級和最末級。在負荷變化時,位于調(diào)節(jié)級與末級之間的中間級的級前壓力與流量成正比,所以級的壓力比不變,級的理想焓降亦近似不變,相應地,級的速度比、反動度也近似不變,與速度比有關的葉高損失、葉輪摩擦損失、鼓風損失以及漏汽損失的相對值也幾乎不變,因此,級的內(nèi)效率也基本不變。采用噴嘴調(diào)節(jié)的凝汽式

27、汽輪機在變工況下工作,調(diào)節(jié)級與末級受到的影響最大,級內(nèi)參數(shù)變化的程度也最大。在負荷變化時,調(diào)節(jié)級和末級的焓降、速度比、反動度以及級的效率等級內(nèi)參數(shù)都隨之變化,從而影響汽輪機的運行。例如,當負荷增加時,調(diào)節(jié)級的焓降減小,末級的焓降增加;而在負荷降低時,調(diào)節(jié)級的焓降增加,末級的焓降減小。而所有中間級的焓降,可近似認為不變。噴嘴調(diào)節(jié)的凝汽式汽輪機,當負荷偏離設計值時,機組的效率降低。效率降低主要也發(fā)生在調(diào)節(jié)級和末級,并且負荷變化越大,效率降低

28、得越多,而中間級的效率基本不變,只有當負荷變化較大使級的速度比也改</p><p>　　級的反動度是汽輪機重要的特性參數(shù),反動度的大小是隨著工況而變化的,因此,從某些側面反映了級和汽輪機的工作狀態(tài)。一個級的反動度數(shù)值表示能量轉換中級的理想焓降在噴嘴和動葉的分配關系，下圖為汽輪機變工況后反動度的值，除調(diào)節(jié)級外，中間級的反動度基本都在0.5左右：</p><p>　　反動度在汽輪機的熱力計算中

29、起著主導的作用,因此,正確地確定反動度的數(shù)值對于保證熱力計算的準確性以及了解汽輪機的工作狀態(tài)有著重要的意義。</p><p>　　級的變工況核算可以從級前參數(shù)向后計算, 也可以從級后參數(shù)向前計算, 或者前后混合計算。由于高中壓級一般不會出現(xiàn)臨界問題，所以在此使用從級前參數(shù)向后計算。</p><p>　　據(jù)上分析，我們得到如下結論：</p><p>　　1、在負荷變化

30、時,位于調(diào)節(jié)級與末級之間的中間級的級前壓力與流量成正比,所以級的壓力比不變,級的理想焓降亦近似不變,相應地,級的速度比、反動度也近似不變,與速度比有關的葉高損失、葉輪摩擦損失、鼓風損失以及漏汽損失的相對值也幾乎不變,因此,級的內(nèi)效率也基本不變。</p><p>　　2、在負荷變化時,調(diào)節(jié)級和末級的焓降、速度比、反動度以及級的效率等級內(nèi)參數(shù)都隨之變化,從而影響汽輪機的運行。</p><p>

31、　　3、噴嘴調(diào)節(jié)的凝汽式汽輪機,當負荷偏離設計值時,機組的效率降低。效率降低主要也發(fā)生在調(diào)節(jié)級和末級,并且負荷變化越大,效率降低得越多,而中間級的效率基本不變,只有當負荷變化較大使級的速度比也改變較多時,中間級的效率才明顯下降。</p><p>　　4、級的反動度是汽輪機重要的特性參數(shù),反動度的大小是隨著工況而變化的,因此,從某些側面反映了級和汽輪機的工作狀態(tài)</p><p><b&

32、gt;　　計算結果分析</b></p><p>　　1）在汽輪機的高壓段的各級中，各級的比焓降不大，比焓降的變化量較為接近，變化幅度不大。</p><p>　　由連續(xù)性方程可知，由于通過高壓段各級的容積流量較小，為增大葉片高度，以減小葉高損失，葉輪的平均直徑就比較的小，相應的圓周速度就是較小。同時為保證各級在最佳速度比附近工作，以提高效率，噴嘴的出口氣流速度也必然較小，則各級比

33、焓降不大。由于高壓各級的比容變化較小，因而各級的平均直徑變化也不大，所以各級的比焓降的變化也不大。</p><p>　　2）在高壓缸各級中，由于高壓段蒸汽的比容較小，漏氣間隙又不可能按比例減小，故漏氣量相對較大，漏氣損失也隨之加大。對于部分進氣的級，如調(diào)節(jié)級等，由于不進氣的動葉部分反成為了漏氣的通道，故漏氣量則更大。此外，由于高壓段葉片的高度相對較小，所以葉高損失也較大，所以，高壓段各級的相對效率較低。</

34、p><p>　　3）在中壓缸各級中，由于蒸汽比容加大，使得中壓級有足夠的葉片高度，葉高損失較小，扇形損失也隨著葉柵徑高比的增大而減小。一般為全周進氣，幾乎沒有部分進氣損失。此外，中壓缸漏氣損失較小，葉輪摩擦損失也較小，也沒有濕氣損失。因此，中壓各級的級內(nèi)損失較小，效率比高壓各級要高些。</p><p>　　設計工況、變工況下主要熱力參數(shù)變化： </p><p><

35、b>　　1）壓力</b></p><p>　　在變工況即99%額定流量時，壓力都有變化。在忽略溫度變化時，利用弗留格爾公式粗略計算的壓力，相差不大，證明了計算的正確性，同時也存在些差異（中壓各級大都偏低），這是因為利用速度三角形進行計算時，對于一系列的損失，均采用經(jīng)驗和半經(jīng)驗的計算公式，這些計算的結果與實際結果是存在一定的差異的；另外，對于噴嘴和動葉的速度系數(shù)以及速度利用系數(shù)的選取方面也存在一些

36、誤差。</p><p><b>　　2)溫度</b></p><p>　　比較設計工況、變工況下溫度可知，在高壓部分，各級溫度偏高，而在中壓各級，溫度偏低。這說明，在高壓部分，在相同的壓力比下，蒸汽膨脹的程度不如額定工況，實際膨脹曲線向著熵增大的方向過度逾越，進而實際焓降不足，導致其高壓各級內(nèi)效率降低。而在中壓各個部分，在相同的焓降條件下，壓力降低過快，也導致了級的內(nèi)

37、效率降低。</p><p><b>　　3）損失 </b></p><p>　　由于在非額定符合運行，使得噴嘴出口速度C1發(fā)生變化，進而動葉進氣角β11和最佳進氣角不在相等，因而產(chǎn)生動葉的附加撞擊損失。</p><p><b>　　4）功率、效率</b></p><p>　　功率和效率都取決于級的

38、級有效焓降和級的流量，扣除后者的影響外，級的有效焓降大都由該級的蒸汽溫度和前后壓力，因此溫度和壓力的變化差異將引起該級功率和效率的極大變化。</p><p><b>　　總結：</b></p><p>　　這次汽輪機的設計過程中，不斷出現(xiàn)并分析了問題，主要是在設計額定工況時候每一級的功率與課本的給定值相差很大，分析主要是由于汽輪機的每一級前蒸汽的參數(shù)是采用上一級的級后

39、參數(shù)的原因。在設計每一級工況的時候，都會產(chǎn)生一定的誤差，由于累積誤差，誤差會越來越大。在實際的變工況調(diào)節(jié)時，存在閥門重疊度的問題，可避免半開閥的流量過小導致節(jié)流損失過大。</p><p>　　通過這次汽輪機的課程設計，我加深了在《汽輪機原理》課程中的已學知識，進一步了解了汽輪機的工作原理，并從額定工況和變工況分析校核了該機組，熟練掌握了順算法，并了解了逆算法。在計算校核中，我們注意掌握假設數(shù)據(jù)的經(jīng)驗和過程，在開始

40、的過程中，計算與校核比較生疏，但隨著計算次數(shù)的增加和經(jīng)驗的累積，校核計算也逐漸順利流暢起來。最后通過比較、分析、繪圖列表和查閱文獻，我們對機組變工況的各種變化也認識更加深刻。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　（1）馮慧雯．《汽輪機課程設計參考資料》．北京：水利電力出版社，1992．</p><p>　?。?）