汽輪機課程設(shè)計--12000kw沖動式汽輪機

1、<p><b>　　汽輪機設(shè)計說明書</b></p><p>　　設(shè)計題目：12000kw沖動式汽輪機</p><p><b>　　能動A02班</b></p><p><b>　　姓名：***</b></p><p><b>　　學(xué)號： </b>

2、;</p><p><b>　　2013年7月</b></p><p><b>　　原始數(shù)據(jù)和設(shè)計任務(wù)</b></p><p><b>　　1.1原始數(shù)據(jù)</b></p><p>　　蒸汽初參數(shù) P0=3.43MPat0=435℃</p><p

3、>　　凝汽器進口處壓力Pc=4.5kPa</p><p>　　給水溫度tfw=170℃</p><p>　　經(jīng)濟功率Pe=12000kW±1%</p><p>　　汽輪機轉(zhuǎn)速n=3000 r/min</p><p>　　汽輪機內(nèi)效率ηoi=0.81±1%</

4、p><p><b>　　1.2設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　(1)熱力系統(tǒng)設(shè)計與計算</p><p>　　擬定具有三級抽汽的熱力系統(tǒng)，其中第二級抽汽供除氧器加熱用；作原則性熱力系統(tǒng)圖；計算系統(tǒng)的熱耗率。</p><p>　　(2)汽輪機的熱力設(shè)計及計算</p><p>　　調(diào)節(jié)級與非調(diào)節(jié)級的焓

5、降分配；調(diào)節(jié)級的方案比較及詳細熱力計算；非調(diào)節(jié)級的熱力設(shè)計及計算；</p><p>　　按比例繪出各級速度三角形及汽輪機在i-s圖上的熱力膨脹過程曲線圖。</p><p>　　(3)繪制一張汽輪機縱剖面圖。</p><p><b>　　(4)說明書一份。</b></p><p><b>　　2．熱力設(shè)計及結(jié)果&

6、lt;/b></p><p>　　2.1 熱力系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求，參照同類機型設(shè)計，其系統(tǒng)用圖2-1來描述。為了對系統(tǒng)進行熱平衡計算。首先應(yīng)做出汽輪機蒸汽膨脹近似過程曲線。第二，確定各加熱器的溫度，抽汽壓力等有關(guān)數(shù)據(jù)。第三，根據(jù)能量守恒計算每一個加熱器的抽汽量，同時對功率進行平衡(<5%)。</p><p>　　2.2簡化 i-s

7、圖中各點參數(shù)計算</p><p>　　經(jīng)過以下幾條選定依據(jù)或預(yù)估數(shù)據(jù)計算簡化i-s圖(圖2-2)中各點參數(shù)，結(jié)果匯總與表2-1。</p><p>　　考慮進汽損失 ΔP0=0.04P0</p><p>　　考慮排氣損失 取λ=0.05，c2=100m/s。</p><p>　　初定調(diào)節(jié)級參數(shù)：dm=1.05m，χa=0.23，對應(yīng)級效率查表

8、可得為0.68。</p><p>　　圖中3是調(diào)節(jié)級出口狀態(tài)點，點a是3-6直線與飽和線的交點，點b是3-a的中點，b點上浮10kj/kg得到4點，a點下浮10kj/kg得到5點，則1-2-3-4-5-6-7即為簡化熱力膨脹過程線。</p><p>　　表2-1分段擬定汽輪機熱力過程曲線中各點參數(shù)</p><p>　　2.3 蒸汽流量估算</p>&l

9、t;p>　　ηoi=0.81%ηm=0.988ηg=0.970</p><p>　　Hs=1185.56Pe=12000kWm=1.10ΔG0=0.04G0</p><p><b>　　則</b></p><p>　　2.4 回熱系統(tǒng)熱平衡計算</p><p>　　滿足以下條件或預(yù)估數(shù)據(jù)可得回熱

10、系統(tǒng)熱平衡計算結(jié)果如表2-2。</p><p>　　高加給水出口溫度等于設(shè)計給水溫度，即170℃。</p><p>　　除氧器工作壓力為0.118MPa，溫度為104.3℃，補給水按t=30℃查取焓值，補給水量為1%G0=0.1494kg/s。</p><p>　　對于低溫加熱器，采用“焓降分配法”確定抽汽位置。即低加內(nèi)水的焓升等于第二級抽汽到第三級抽汽在汽輪機里的

11、焓降。</p><p>　　凝汽器對應(yīng)飽和溫度為31.03℃，取凝結(jié)水過冷度為1℃，則凝汽器出口溫度為32.03℃。</p><p>　　凝結(jié)水泵焓升Δi=15kJ/kg。</p><p>　　射汽抽氣器出口點壓力位0.118MPa，溫度為37.03℃，抽氣量為0.5%G0=0.0747kg/s。</p><p>　　給水泵出口點溫度為104

12、.3+3=107.3℃。</p><p>　　表2-2 熱系統(tǒng)平衡計算數(shù)值</p><p>　　2.5 各級抽汽量計算</p><p>　　(1)高壓加熱器熱平衡計算：</p><p>　　如圖2-3所示高壓加熱器</p><p>　　所以抽汽量 </p><p>　　(2)除氧器熱平衡

13、計算：</p><p>　　如圖2-4所示除氧器</p><p><b>　　前軸封漏氣量</b></p><p><b>　　除氧器總給水量 </b></p><p><b>　　熱平衡式</b></p><p><b>　　除氧器抽

14、汽量</b></p><p>　　(3)低壓加熱器熱平衡計算：</p><p>　　如圖2-5所示低壓加熱器</p><p><b>　　給水流量</b></p><p><b>　　抽汽量</b></p><p><b>　　2.6 流量校

15、核</b></p><p>　　(1)計算各段流量，焓降及功率：</p><p>　　表2-3各段流量，焓降及功率</p><p><b>　　(2)流量校核：</b></p><p>　　所以估計流量符合要求。</p><p><b>　　3.調(diào)節(jié)級設(shè)計計算</b&g

16、t;</p><p>　　本設(shè)計中，采用了雙列調(diào)節(jié)級，蘇字調(diào)節(jié)級葉柵。</p><p>　　調(diào)節(jié)級對整個汽輪機有很大的影響，設(shè)計和選取調(diào)節(jié)級時不但要考慮其本身的特點，還必須考慮對以后壓力級設(shè)計時，可能產(chǎn)生的影響。為了能在一定范圍內(nèi)審視不同調(diào)節(jié)級熱力方案，對它們進行比較，了解它們的規(guī)律，以及各種參數(shù)的相互關(guān)系。我們必須對多個方案進行計算。事實上，為了選擇出最佳方案，至少應(yīng)該考慮dm和χa變化

17、時，不同的結(jié)果，限于時間，本設(shè)計僅給出dm=1.05m時，不同速比下的各個方案：</p><p><b>　　dm=1.05m</b></p><p>　　χa=0.20 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25</p><p>　　詳細計算過程見附表一《調(diào)節(jié)級詳細熱力計算表》。</p><p><

18、;b>　　幾點說明：</b></p><p>　　本設(shè)計為中小功率透平，參數(shù)為中參數(shù)，故采用噴管配汽。</p><p>　　采用蘇字雙列調(diào)節(jié)級葉型搭配如下：</p><p>　　30TC-2b 20TP-1σ 20TP-3A 25TP-5A</p><p>　　反動度的選取∑Ω=0.1，分別為：0，0.02，0.06，

19、0.02</p><p>　　本設(shè)計對調(diào)節(jié)級進行了同一直徑下六個方案的詳細熱力計算，為了比較，我們把計算結(jié)果制成下面的圖線：</p><p>　　以方案三為例的速度三角形如下圖所示：</p><p>　　χa=0.23時的復(fù)速級速度三角形圖</p><p>　　選用的調(diào)節(jié)級葉柵結(jié)構(gòu)特性為：</p><p>　　4.壓力

20、級的熱力計算</p><p>　　設(shè)計思想：首先避免直徑突跳，以獲得變化光滑的通流部分，尤其在高、中壓部分，減小由于氣流通道突跳對氣流擾動引起的熵增。其次，注意良好地組織流動，控制超高，以及末級葉片的徑高比。第三，在設(shè)計中，從制造角度考慮，在滿足要求的經(jīng)濟指標的前提下，盡量采用已有的設(shè)計，強調(diào)通用性，減小加工量。</p><p>　　通流部分：在本設(shè)計中是一個被充分重視的問題，前面曾經(jīng)提到

21、過當前在設(shè)計上，通流部分的改進是一項主要的工作，在這里無法對進汽部分進行計算，所以把重點放在了高、中壓部分，力求平緩變化。</p><p>　　良好的組織氣流：在壓力級的計算中，應(yīng)對進出口氣流給予足夠的重視，注意它們是否滿足《原理》中到處的相互關(guān)系，是否符合所用葉型的要求。</p><p>　　工藝方面：在保證經(jīng)濟性達到要求的情況下，減少零件的種類會降低制造成本。本設(shè)計試圖在這方面做些努力

22、，比如各級動葉(除高度的差別)、葉輪的一致等。</p><p><b>　　設(shè)計過程：</b></p><p>　　首先按照《透平機械原理》上介紹的方法，進行焓降分配。在此之前給出直徑變化的規(guī)律，再給出速比的變化規(guī)律。這樣即可計算出每一級的焓降。這時，考慮到抽汽位置的限制，對有關(guān)級的焓降進行一定的調(diào)整，這樣就完成了焓降的分配。為了詳細計算，還要參照母機。選取葉型、寬度

23、、反動度等，然后就可以計算了。本設(shè)計焓降和直徑的選取情況如下表所示(最終結(jié)果)：</p><p>　　詳細計算見附表二《壓力級熱力過程詳細計算表》。</p><p>　　各壓力級的速度三角形如下圖所示：</p><p>　　汽輪機發(fā)出的總功率為：</p><p><b>　　發(fā)電機功率為：</b></p>

24、<p><b>　　發(fā)電裝置汽耗率：</b></p><p><b>　　發(fā)電裝置熱耗率：</b></p><p><b>　　汽輪機內(nèi)效率</b></p><p>　　以上計算均符合設(shè)計要求，最后給出該汽輪機的熱力膨脹過程曲線：</p><p><b>　

25、　熱力膨脹過程曲線</b></p><p><b>　　5.設(shè)計體會</b></p><p>　　(1)在本設(shè)計中，由于給水溫度為170℃，比原型設(shè)計中的給水溫度150℃高出很多，其直接影響是使得高壓加熱器的抽汽壓力升高，抽汽焓值升高，從而使得高壓段的設(shè)計難度增大。為了滿足高壓加熱器抽汽壓力的要求，本設(shè)計中適當?shù)慕档土藢φ{(diào)節(jié)級和第一壓力級的熱降分配(分別為

26、339.69kj/kg和76.7kj/kg)，這樣做的不利后果是低焓降使調(diào)節(jié)級汽室壓力升高，從而使得前端外軸封的漏氣損失增大(達0.134kg/s)；同時調(diào)節(jié)級的低焓降使得高壓壓力級不得不采用部分進汽來滿足容積流量和葉高的協(xié)調(diào)關(guān)系，如本次設(shè)計中前三級壓力級分別采用了0.640、0.704、0.87的部分進汽度。</p><p>　　(2)原型設(shè)計中采用八級壓力級，并分別在第一、第三、第五級后組織抽汽。但由于本設(shè)計

27、中給水溫度的升高，使得第一次抽汽壓力升高，而除氧器由于受工作壓力的限制其抽汽壓力為固定值，因此在本設(shè)計中并不能在第三級后進行第二級抽汽。由于以上原因，本設(shè)計中采用了九個壓力級，并分別在第一、第四和第六級后組織抽汽。這樣增加壓力級級數(shù)的優(yōu)點是提高了汽輪機的效率，缺點是使得機組的制造復(fù)雜化，金屬耗量增大，同時也使得汽輪機轉(zhuǎn)軸的撓度增大，使汽輪機壽命降低。</p><p>　　(3)通過設(shè)計發(fā)現(xiàn)，汽輪機的各級內(nèi)效率中，

28、以中間級組的內(nèi)效率為最大，高壓級組次之，低壓級組最小，造成這種規(guī)律的原因是中間級組的葉柵高度較大，葉高損失小，所以輪周效率高；同時由于蒸汽比容較高壓級組為大，因此它的漏氣損失和葉輪摩擦損失也比高壓級小。至于低壓級組輪周效率較低，是因為低壓級組存在濕氣損失，如本次設(shè)計的第八壓力級和第九壓力級的濕氣損失高達6.25%和7.54%，此外對于末級來說，其輪周效率更低，主要原因是存在較大的余速損失，如本次設(shè)計中末級余速損失為24.43kj/kg。