课程设计-功率为5000kW背压式汽轮机.doc

课程设计课程设计题目:功率为5000kW 背压式汽轮机 学 院： 机械与储运工程学院 专 业： 热能与动力工程 姓 名： 学 号： 指导教师： 前 言 本机组为低压机组，套机理想比焓降为478kJ/kg。调节级采用双列级，其理想比焓降选取较大值：223kJ/kg（由于功率较小）。选取套机级数Z时，在考虑回热的基础上，利用最佳速比确定相应的叶轮直径dm，同时合理分配各级焓降，压力级级数取3级，平均比焓降为85kJ/kg ,分别为85 kJ/kg、85 kJ/kg、85kJ/kg。 本说明书计算了调节级、第一压力级和压力级末级的热力计算，压力级其余各级的计算结果见汇总表。课程设计题目功率为5000kW背压式汽轮机初参数：P0=5.43MPa,t0=4650C终参数：PZ=0.90MPa 转速：n=3000 rpm课程设计要求1、通流部分平均截面气动及热力计算（选一级叶型）；2、便携设计说明书；3、熟悉并绘制汽轮机通流部分为主体结构的设备图；4、提交设计说明书的电子版与打印版技术要求整体计算效率误差35%，既假定的内效率与设计计算的内效率之间的误差。 正 文 一、汽机的容量： 额定功率 P0=5000KW 由汽机课程设计参考资料表2-2查得： 经济功率Pec=P2 0.75=5000 0.75 =3750KW二、汽机初参数： P0=5.43MPa，t0=4650C，查h-s图 h0=3345kJ/kg， s0=6.8233kJ/(kg.K)由上书中的表2-9可查得主汽门和调节阀的节流损失 P0 =0.04P0 =0.045.43= 0.2172MPa 于是可得P0，=P0 -P0 =5.43-0.2172=5.2128MPa ，在h-s图上查的s0，=6.84 kJ/(kg.K)，t0，=464 0C三、排气参数： 背压Pz=0.9MPa，由0点等熵查到 hzt=2867kJ/kg 于是总焓降Ht=h0-hzt=3345-2867=478kj/kg，进气量D0的计算： D0=+ D 有表2-1查得，取ri=0.78 ax=0.98 g=0.96，考虑前轴封和阀杆漏汽以及保证发出经济功率的余量D=0.04D0 把以上数值代入上式的D0=39.9t/h=11.1kg/s四、调节级的计算：选调节级为双列复速级，其理想焓降ht*=223kj/kg部分进汽 度e=0.15反动度依次取为：第一列动叶b=0.16 导叶gb=0.05 第二列动叶b，=0.10 最佳速比：xa=0.23 又：xa= dm= dm=0.978m 取dm=1m=1000mm,为了不使通流部分的锥度角太大，必要时可将整个通流部分分成若干级组，使每组的通流部分均匀变化。但是在保证最佳速比的条件下，要满足通流部分平滑变化的要求，不仅与级组的平均直径有关，还将依赖于每一级焓降的大小，因此必须对级组各级焓降进行合理的分配。级组总焓降为478 kJ/kg,复速级承担了223 kJ/kg，剩余255kJ/kg，由于单列级所能承担的理想焓降较小，一般在80-130 kJ/kg之间，且最佳速比单列级xa=0.4-0.5，因此，取焓降为85kJ/kg，压力级级数取z=3级。五、调节级的计算：1、 喷嘴： 初参数：P0=5.2128MPa，t0=4640c，h0=3345kJ/kg V0=0.0624m3/kg, ht*=223kJ/kg喷嘴的理想焓降h*n： h*n=（1-gb-b-b，）ht*=（1-0.16-0.05-0.10）223=153.87kJ/kg 1t点焓降h1t=h0-h*n =3345-153.87=3191.13kj/kg 查h-s图 P1=3.17MPa， V1t=0.0923m3/kg t1=384前后压比=0.610.546选TC-2b型减缩喷管，取，带斜切部分。喷嘴出口理想速度与实际速度; C1=554.74m/s 速度系数g=0.97，于是=g=0.97554.74=538.1m/s喷嘴高度公式中D0=11 ,V1t=0.0923m3/kg,g=0.97,e取0.15， dm=1m,安装角取14度，v=554.74m/s 带入可得=16.02mm 取=16mm喷嘴损失 =9.09kJ/kg 1点焓=+ =3191.13+9.09=3200.22绘喷嘴出口速度三角形（附图1） 圆周速度u=dn/60=157m/s 斜切部分偏转角为 式中k=1.3 得= a=15.5 = =389 =21.72第一列动叶 焓降: =0.16 223=35.68KJ/Kg 出口相对速度和:=471.89 由和查汽轮机原理:速度系数0.93 =0.93471.89=438.86 由压力下的参数H2t=h1-hb=3200.22-35.68=3164.54从h-s图可查得=2.89MPa =0.10 ,确定2t点取=-=21.7-3=18.7 由,得出出口速度三角形 =294.5 =28.54 第一列动叶选TP-1b型叶高 = 由教材图1-12查得 =16mm动叶损失 (1-)=6.58 =-=3200.22-35.68=3164.54 2点：=+=3164.54+6.58=31713导叶焓降:=0.05223=11.15 由h-s图查：=2.85Mpa =0.10导叶出口速度和 =329.9查=0.91 =0.91329.9=300m/s第二列动叶入口速度三角形，取=25.54 = = 172.2 =48.7 导叶型号： TP-3A导叶叶高: u=0.94 = =17.5mm 9.85 4.第二列动叶：焓降: =0.1223=22.3 H=3148.19kj/kg查h-s图=2.66MPa, =0.105出口速度、： =270.73m/s查教材图1-18 0.93270.73=252第二列动叶型号：TP-5A 出口速度三角形（附图一）出口速度c=155.4m/s 出口角72.4第二列动叶高度 =17.23mm 取第二列动叶损失2.17kj/kg余速损失=0.5155.4155.4=12.1kj/kg 5、轮周有效焓降H=223-9.09-6.58-9.85-2.17-12.1=183.2kJ/kg6、 轮周效率：=183.2/223=0.827、叶高损失：叶栅平均高度l=(17.5+17.5+16+16）/4=16.75mm双列级a=2 =2183.2/16.75=21.87kJ/kg8、扇形损失=0.7223(16.75/1000)=0.046kJ/kg（l=(16+17.5)/2,d=1000mm）9、摩擦损失：平均比容：由教材查10、鼓风损失：由教材查11、开汽损失：动叶宽度B取20,喷嘴组数m=412、级有效焓降和级内效率：13、级内功率：调节级计算结果：级有效焓降：级内效率：级内功率：六压力级：（一）第一压力级： 流量：G=（1-0.03）*11.1=10.77kg/s 初参数：h=3345-152=3193kj/kg p=2.52Mpa ， v=0.1133m/ s=6.95 焓降： h=85kJ/kg 取=0.07 h=(1-)h=(1-0.07)*85=79.05kj/kg h= h-h=3193-79.05=3113.95kj/kg 查h-s图：p=1.9Mpa , v=0.15m/ 速度系数=0.97 静叶损失h：h=（1-）h=（1-0.97）*79.05=4.67kJ/kg 喷嘴出口速度C,C: C=397.62m/s C=C=0.97*397.62=385.69m/s 喷嘴高度L:喷嘴采用Hu-2型，=11，e取0.35 ，=0.96选 x=0.45 x= dm=dm=1.14 取dm=1.14m=178.9m/sL=0.0174m取L=0.0174m=17.4mm. 给动叶入口速度三角形：（附图12）w= =213m/s=arcsin=arcsin=20.2 动叶焓降h:h=h-h=85-79.05=5.95kJ/kgh=3113.95+4.67=3118.6 kJ/kgh=h-h=3118.6-5.95=3112.6kJ/kg查h-s图：p=1.9Mpa ,v=0.15m 动叶出口相对速度w ,w: w=239.3m/s w=w=0.93*239.3=222.56m/s 由教材p图1-18查的为0.93. 动叶出口速度三角形：（附图）取 =-3=20.2-3=17.2C= = =74.0m/s=arcSin=arcSin=62.8 动叶叶高L：L= 由教材p1-12图查得=0.94L=0.0188m取L=18.8mm 动叶损失： =（1-）=（1-0.97）=1.56kj/kg h=h2t+=3125.3+1.56=3126.9kJ/kg 余速损失：=2.98kJ/kg 轮周有效焓降与效率：=85-4.67-1.56-2.98=75.8 kJ/kg=0.892 轮周功率N：N=G=10.7775.8=816.4kw 叶高损失： 各列叶栅平均高度：L=18.1mm压力级均为单列级，a取1.2. kJ/kg (14)扇形损失:平均比容=0.11m3/kg (15)摩擦损失h： h=54.57/10.67=5.1kJ/kg（16）鼓风损失hw： hw=2.58 kJ/kg（17）斥汽损失hs：取动页宽度B=25mm，喷嘴组数m=4. (18)级有效焓降h与级内效率：h=h-h-h-hw-hs=75.8-5.02-0.016-5.1-2.58-1.63=61.5kJ/kg=61.5/85=0.724（19）级内功率Ni：Ni=Gh=10.7761.5=663.4kw第一压力及计算结果：h=61.5 kj/kg=0.724Ni=662.4kw七.压力级末级热力计算：（1）初参数：h=3345-152-61.5-64.5=3067 kj/kg，p=1.41MPa h=85 kj/kg s=7.04 焓降：取0.15 hn=（1-）h=（1-0.15）*85=72.25 kj/kg h1= h-hn=3067-72.25=2994.75 kj/kg 由查h-s图p=0.99MPa，v=0.26m3/kg 速度系数=0.97 静叶损失hn=（1-2）hn=（1-0.972）*72.25 =4.27kj/kg （2）喷嘴出口速度ct，c： ct=380.13m/s c=ct=0.97380.13=368.73 m/s（3） 取dm=1.14m = 3.141.143000/60=179.10 m/s 喷嘴型号HQ-2型，取11进气度e=0.45L=0.0252m（5）动叶入口速度三角形（附图1）w= =198.4m/s=arcsin=arcsin=20.77（6）动叶焓降h=h-h=85-72.25=12.75kJ/kg（7）动叶出口速度，w=254.68m/s由和查教材P23图1-18w=w=0.93*254.68=236.83m/s（8）取=-3=20.77-3=17.77绘动叶出口速度三角形（附图1）C= = =85.9m/s=arcSin=arcSin=57.3（9）动叶损失=（1-）=（1-0.97）=1.92kj/kg（10）余速损失=3.69kJ/kg（11）h2t=2994.75+1.92-5.71-0.1585=2978.21 查h-s图P2=0.9Mp v=0.28m3/kg (12)动叶叶高 L= 由教材p1-12图查得=0.92L=0.026m取L=26mm（13）轮周有效焓降与轮周效率 - =85-4.27-1.92-3.69=75.12 kj/kg =0.88（14）叶高损失各列叶栅平均高度：L=25.6mm压力级均为单列级，a取1.2. kJ/kg (15)扇形损失 （16）摩擦损失 h=30.4/10.67=2.85kJ/kg(17) 级有效焓降和级内效率 =75.12-3.5-0.03-2.85=68.74kj/kg =68.74/85=0.81（18）级内效率 Ni=Gh=10.7768.74=740.33kw 最末计算结果 h=68.74kj/kg=0.81Ni=733.46kw八、将以上计算所得数据绘制成表如下：项目符号单位计算公式及来源123初参数P02.52/3801.87/3451.4/315圆周速度u178.9178.9178.9级前焓值31933131.53067理想焓降858585速比由图1-250.480.480.48反动度0.070.070.15静叶速度系数教材0.970.970.97动叶速度系数教材p23图1-180.930.930.93流量系数=和图1-120.970.970.97流量系数教材图1-120.940.940.94静叶理想出口速度397.62397.62380.13动叶理想出口速度239.3239.3254.68静叶高度mm17.420.525.2动叶高度mm18.821.226部分进气度e选取0.350.40.45静叶损失（1-）4.674.674.27动叶损失（1-）1.561.131.92余速利用系数选=1.0000动叶出口速度与速度三角形求77.2377.2385.9级出口点焓值3126.93052.332980.13静叶出口理想焓3113.953052.452994.75静叶出口压力查h-s图1.91.440.99静叶出口焓值+3118.63057.122999动叶出口压力查h-s图1.91.430.9静叶出口比容（理想）查h-s图0.150.2021.8动叶出口比容（理想）查h-s图0.150.2020.26余速损失2.982.983.69转轮有效焓降-75.876.2275.12轮周效率0.8920.900.88叶高损失5.024.353.5扇形损失0.0160.0020.03摩擦损失5.13.82.85鼓风损失2.582.20斥气损失0.111.631.40湿气损失（1-）（-）000级有效焓降-61.564.568.74级内