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55MW凝汽式汽轮机课程设计 目录 1.设计基本参数选择. 2 1.1 汽轮机类型. 2 1.2 基本参数. 2 1.3 相对内效率的估算. 2 1.4 损失的估算. 2 2.汽轮机热力过程线的拟定. 2 3.汽轮机进汽量的估算. 3 4.抽汽回热系统热平衡初步计算. 3 4.1 给水温度的选取. 4 4.2 回热抽汽级数的选择. 4 4.3 除氧器工作压力的选择. 4 4.4 回热系统图的拟定. 4 4.5 各加热器汽水参数计算. 4 4.6 回系统平衡初步计算. 7 5.阀杆漏汽量与轴封漏汽量的估算. 9 5.1 主汽阀阀杆漏汽量的计算. 9 5.2 调节汽阀阀杆漏汽量. 10 5.3 前轴封漏汽. 10 5.4 后轴封漏汽. 12 6.调节级的选择与计算. 13 6.1 基本参数. 13 6.2 调节级详细计算. 13 6.2.1 喷嘴部分的计算. 13 6.2.2 动叶部分计算. 15 6.2.3 级内其它损失的计算. 16 6.2.4 级效率与内功率的计算. 17 7.压力级的级数确定和比焓降分配. 17 7.1 第一压力级的流量. 17 7.2 第一压力级直径的确定. 17 7.3 末级直径的确定. 17 7.4 非调节级级数的确定. 18 7.5 将各级比焓降画在 h-s 图上校核并修改 . 20 8.抽汽压力调整. 21 9.重新列汽水参数表. 21 10.汽轮机各部分汽水流量和各项热经济指标计算. 22 10.1 重新计算汽轮机各段抽汽量. 22 10.2 汽轮机气耗量计算机流量校核. 24 10.3 汽轮机热耗量Q0 、热耗量q0 . 25 10.4 绝对电效率. 25 11 压力级详细计算. 26 12.设计总结. 29 13.参考文献. 29 1.设计基本参数选择 1.1 汽轮机类型 机组型号：N55-8.2/535 机组形式：高压、单缸单轴多级凝汽式汽轮机。 1.2 基本参数 汽轮机额定功率 （Pr ，kW） 55000 汽轮机设计功率 （Pe ，kW） 45000 汽轮机初压 （ p0 ，MPa） 8.2 汽轮机初温 （t0 ， 0 C ） 535 汽轮机工作转速 （n，r/min） 3000 汽轮机排气压力 （ pc，MPa） 0.0042 给水温度 （tfw ， 0 C ） 158 冷却水温 （tcl ，0C ） 20 凝汽器出口水温 （tc ， 0 C ） 31.5 给水泵压头 （ pfp ，Mpa） 13.28 凝结水泵压头 （ pcp ，Mpa） 1.18 回热级数 （Z，级） 7 速比 1.3 相对内效率的估算 （ xa ） 0.26 根据已有同类机组相关运行数据选择汽轮机的相对内效率，hri = 85.5% 。 1.4 损失的估算 主汽阀和调节汽阀节流压力损失：Dp0 = 0.05p0 = 0.405MPa 。 排汽阻力损失：Dpc = 0.04pc 2.汽轮机热力过程线的拟定 （1）在h-s 图上，根据新蒸汽压力 p0 = 8.2MPa 和新蒸汽温度t0 = 535 C ，可确定汽轮机进汽状态点 0（主汽阀前），并查得该点的比焓h0 = 3483.22kJ / kg ，比熵s0= 6.8217 KJ/(Kg C) ，比体积v0 = 0.0430256m3 / Kg 。 （2）在h-s 图上，根据初压 p0 = 8.2MPa及主汽阀和调节汽阀节流压力损失Dp0 = 0.41MPa 可以确定调节级级前压力 p0 = p0 -Dp0 = 7.79MPa，然后要根据 p0与h0 的交点可以确定调节级级前状态点 1，并查得该点的温度t0= 533.25 C ，比熵S0 = 6.8441 KJ/(Kg C)，比体积v0 = 0.0453031m3 / Kg 。 （3）已知排汽压力 pc = 0.0042MPa ，根据 pc = pc -Dpc = pc -0.04pc ，求得凝汽器压力 pc = 0.00438MPa 。 （4）在h-s 图上，根据凝汽器压力 pc = 0.00438MPa 和s0= 6.8217 KJ/(Kg C) 可以确定汽缸理想出口状态点 2t，并查得该点比焓值hct= 2060.10 KJ/Kg ，温度tct= 29.81 C ，比体积vct = 26.4572185m3 / Kg ，干度 xct= 0.7963 。由此可以得到汽轮机理想出口比焓降DHtmac = h0 -hct =1423.12kJ / kg，进而可以确定汽轮机实际比焓降DHimac = DHtmac hri =1216.77kJ / kg ，再根据hc,DHimac, pc 和可以确定实际出口状态点 2，查得该点比焓值hc2 = 2266.45kJ / kg ，温度t0= 29.81 C ，比体积vc2 = 29.2783618m3 / Kg ，干度 x= 0.8812。 （5）若不考虑末级余速损失，直接到步骤（6），若考虑末级余速损失，则得到dhc2 = 0.018DHtmac = 25.62kJ / kg ，然后沿压力线下移25.62kJ / kg 得 3 点，并查得该点比焓值hc3 = 2240.83kJ / kg ，温度tc3= 29.81 C ，比体积vc3 =28.9281m3 / Kg ，干度 x=0.8706 ，用直线连接 1、3 两点，在中间点处沿压力线下移（12 15）kJ / kg得 4 点。光滑连接 1、4、3 点，则由点 0、1、4、3、2 连接的线即为该机组在设计工况下的近似热力过程线。 （6）用直线连接 1、2 两点，在中间点处沿压力线下移（20 25）kJ / kg 得 3 点，光滑连接 1、3、2 点则由点 0、1、3、2 连接的线即为该机组在设计式况下的近似热力过程线。 3.汽轮机进汽量的估算 设 m=1.15，机械效率hm = 0.98 ，发电机效率hg = 0.98 ，汽轮机漏汽量DD = 3%De ，且有： D0 = Dhimac3.6hP me hg m 0.97 13.6450001=1.15 1216.770.980.980.97=1708. t / h .抽汽回热系统热平衡初步计算 4.1 给水温度的选取 根据初压 p0 = 8.2MPa，得饱和水温ts0 = 296.7 C ，则twf =st 0 702. =2163.C 4.2 回热抽汽级数的选择 选择 7 段回热抽汽，采用“两高、四低、一除氧”的形式，高压加热器采用内置式疏水冷却器；高压加热器疏水收集方式为逐级自流到除氧器，4、5、6 号低压加热疏水收集方式为逐级自流，7 号低压加热器采用疏水泵，其加热器（包括除氧器）的编号从高压到低压依次排列，为 1、27 号。 4.3 除氧器工作压力的选择 除氧器定压运行，工作压力选为 pd = 0.588MPa 。 4.4 回热系统图的拟定 一台汽轮机抽汽回热系统的拟定主要取决于该机组的给水温度、抽汽回热级数及除氧器的工作压力等。根据 50MW 汽轮机这几方面数值的确定，可画出如图 2 所示的回热系统图。 图 2 N55-8.2/535 型汽轮机回热系统示意图 4.5 各加热器汽水参数计算 已知： 高压加热器上端差q1 =5 C,q2 =5 C，下端差qj =10 C （j =1,2） 。 低压加热器上端差qj =10 C ( j = 4,5,6,7) 各段抽汽压损Dpj =8%pj ( j =1,2,3,4,5,6,7) 由于除氧器定压运行，为了使其工作稳定，压损取 40% 给水温度t f w = 214 C 凝汽器压力对应下的饱和水温，即凝结水温度tc= 29.81 C 除氧器工作压力 pd 对应下的饱和水温，即除氧器水箱出口水温td= 158 C 本次计算暂不考虑给水泵与凝结水泵温升。 根据等温升法求取各级加热器进出口水温twj 、水比焓hwj ，通过上端差求取各级加热器凝结段的饱和水温度tbj ，饱和水比焓hbj ，最后再根据抽汽压力与热力过程线的交点在h-s 图上查取各段抽汽温度t j （或干度）、抽汽比焓值hj 。 由等温升法可得高压加热器水侧温升为 Dt1 = (t f w -td ) / 2 = 27.8 C 由等温升法可得低压加热器水侧温升为Dt2 = (td -tc )/5 = 25.6 C 则 tw1 = t fw = 214 C,tw2 =186 C,tw3 = td =158 C,tw4 =133 C,tw5 = 107 C, tw6 = 82 C,tw7 = 56 C（1）1 号高压加热器 根据给水温度，可以得到 1 号高压加热器出口水温tw1 =t fw =214 C 由给水泵出口压力 pfp 和tw1可得 1 号高压加热器出口水比焓 hw1 = 919.84 kJ / kg 。 1 号高压加热器凝结段的饱和水温度tb1=tw1+q1= 219 C ，hb1 = 939.02 KJ/Kg 1 号高压加热器汽侧工作压力 p1 = 2.275 MPa ，1 段抽汽压力 p1 = 2.47MPa 1 号高压加热器疏水温度ts1 = tw1 -Dt1 +q1 =196.2 C ；1 号高压加热器疏水比焓hs1 = 840.55kJ / kg （2）2 号高压加热器 2 号高压加热器出口水温tw2 =186 C 由给水泵出口压力 pfp 和tw2 可得 2 号高压加热器出口水比焓 hw2 =795.73kJ / kg 2 号高压加热器凝结段的饱和水温度tb2 =tw2 +q2 =191 C ， hb2 = 817.65kJ / kg ， 2 号高压加热器汽侧工作压力 p2 =1.28276MPa，2 段抽汽压力 p2 =1.3943MPa ， 2 号高压加热器疏水温度ts2 =tw2 -Dt1 +q2 =168.2 C；2 号高压加热器疏水比焓hs2 = 718.39kJ / kg （3）除氧器 除氧器工作压力 p3 = pd = 0.588MPa ；3 段抽汽压力 p3 = 0.976MPa ； 水温td =158 C 出口水比焓hd = 667.12kJ / kg 由给水泵出口压力 pfp 和tw3 可得给水泵出口水比焓hw3 = 674.49 kJ / kg 。 （4）4 号低压加热器 4 号低压加热器出口水温tw4 =133 C ，出口水比焓hw4 = 567.95kJ / kg ； 4 号低压加热器疏水温度ts4 =tw4 +q4 =138 C ，hs4 = 580.62kJ / kg ； 4 号低压加热器汽侧工作压力 p4 = 0.3415MPa ，4 段抽汽压力 p4 = 0.3712MPa （5）5 号低压加热器 5 号低压加热器出口水温tw5 =107 C ，出口水比焓hw5 = 448.67kJ / kg ； 5 号低压加热器疏水温度ts4 =tw4 +q4 =112 C ，hs4 = 469.83kJ / kg ； 5 号低压加热器汽侧工作压力 p5 = 0.15327MPa，5 段抽汽压力p5 = 0.167MPa 。 （6）6 号低压加热器 6 号低压加热器出口水温tw6 = 82 C，出口水比焓hw6 = 343.34kJ / kg ； 6 号低压加热器疏水温度ts6 = tw6 +q6 = 87 C ，hs6 = 364.35kJ / kg ； 6 号低压加热器汽侧工作压力 p6 = 0.06255MPa ，6 段抽汽压力p4 = 0.06799MPa 。 （7）7 号低压加热器 7 号低压加热器出口水温tw7 = 56 C，出口水比焓hw7 = 234.42kJ / kg ； 7 号低压加热器疏水温度ts7 =tw7 +q7 = 61 C ，hs7 = 255.34kJ / kg ； 7 号低压加热器汽侧工作压力 p7 = 0.02088733MPa ，7 段抽汽压力 p7 = 0.0227MPa 。 各加热器汽侧和水侧的基本参数如表 1 所示 表 1 55MW 凝汽式汽轮机加热器汽水参数表 项目 单位 H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 C 回 热 抽 汽 抽汽压力 pj MPa 2.47 1.39 0.976 0.37 0.167 0.068 0.023 0.0042 抽汽温度 tj(干度 xj) 378 312 272 177 0.996 0.959 0.920 - 抽汽比焓值 hj kJ/kg 3192 3066 2993 2815 2690 2567 2429 - 抽汽压损pj % 8 8 40 8 8 8 8 - 加热器汽侧压力 p j MPa 2.275 1.28 0.588 0.34 0.15 0.063 0.021 - pj下的饱和水温 tbj 219 191 158 138 112 87 61 - pj下的饱和水焓 hbj kJ/kg 939.02 817.65 667.12 580.62 469.83 364.35 255.34 - 抽汽放热 qj kJ/kg 2349.45 2348.01 2318.21 2232.98 2217.87 2199.25 2170.96 - 疏 水 上端差 j 5 5 0 5 5 5 5 - 下端差 j 10 10 - - - - - - 疏水温度 tsj 196.2 168.2 - - - - - - 疏水比焓 hsj kJ/kg 840.55 718.39 - - - - - - 疏水放热 j kJ/kg - 122.16 51.27 - 110.79 105.48 109.01 - 水 侧 加热器出口水温 twj 214 186 158 133 107 82 56 29.81 加热器水侧压力 p w MPa 13.28 13.28 0.588 1.18 1.18 1.18 1.18 - 加热器出口水 比焓 hwj kJ/kg 919.84 795.73 674.49*/ 667.12 567.95 448.67 343.34 234.42 124.95 给水比焓升 j kJ/kg 124.11 121.24 106.54 119.28 105.33 108.92 109.47 - *表示给水泵后比焓值。 4.6 回系统平衡初步计算 （1）1 号高压加热器 1 号高压加热器热平衡如图 3 所示根据表面式加热器热平衡原理可列出方程 afw(hw1 -hw2) / hh1(919.84-795.73)/ 0.98a1 =0053857. h1 - hs13192- 840.55 图3 1号高压加热器热平衡图 图4 2号高压加热器热平衡图 （2）2 号高压加热器 2 号高压加热器热平衡如图 4 所示根据表面式加热器热平衡原理可列出方程 afw(hw2 -hw3 ) /hh -a1(hs1 -hs2 )a2 =h2 -h s2= = 0049895.（3）除氧器。 除氧器热平衡如图 5 所示根据混合式加热器热平衡原理可列出方程 afw(hwd -hw4 ) /hh -(a1 +a2 )(hs2 -hw4 )a3 =h3 -h w4= =0035291.ac3 =1-a1 -a2 -a3 =1-0053875.-0049895.-0035291.=0860939. （4）4 号低压加热器。4 号低压加热器热平衡图如图 6 所示，根据表面式加热器热平衡原理可列出方程 （5）5 号低压加热器。5 号低压加热器热平衡图如图 7 所示，根据表面式加热器热平衡原理可列出方程 a5 = ac3 (h w5 -hw6 ) /hh -a4 (hs4 -h s5）h5 -h s5= = 003.9337（6）6 号低压加热器和 7 号低压加热器。6 号低压加热器和 7 号低压加热器的热平衡图如图 8 所示，因 7 号低压加热器疏水采用了疏水泵的方式，将疏水送到了 7 号低压加热器出口，（6 号低压加热器的入口）的主凝结水管道中，在 7 号低压加热器出口处形成了一个混合点，将混合点看成一个混合式加热器，根据混合式加热器热平衡原理，及 6 号低压加热器（表面式加热器）热平衡原理，可 图 8 6、7号低压加热器热平衡图 列出方程 a6(h6 -hs6 + hs7 -hw7 )+(a4 +a5)(hs5 -hs6 + hs7 -hw7 )+a7 (hs7 -hw7 ) =ac3(hw6 -hw7 ) / hh 则 a6(2564-364.35+ 255.34- 234.42)+(0.046926+0.039337)(469.83-364.35+ 255.34-234.42)+a7 (255.34-234.42) 0.860939(343.34-234.42)=0.98 根据 7 号表面式加热器热平衡原理可列出方程 a7 (h7 -hs7 + hw7 -hc)+(a4 +a5)(hs6 -hs7 + hw7 -hc)+a6(hs6 -hs7 + hw7 -hc) =ac3(hw7 -hc) / hh a7 (2426-255.34+ 234.42-124.95)+(0.046926+0.039337)(364.35-255.34+ 234.42-124.95)+a6 (364.35-255.34+ 234.42-124.95)0.860796(234.42-124.95)=0.98 联立求解上述方程，得到 a6 = 0037895.a7 = 0030353. ac = 0.7064285.阀杆漏汽量与轴封漏汽量的估算 该机组有一个主汽阀和 4 个调节汽阀，如图 9 所示，阀杆漏汽大部分漏到除氧器中，另外一省部分通过真空管道被射汽抽汽器吸入轴封冷却器。 5.1 主汽阀阀杆漏汽量的计算 主汽阀阀杆包括 3 段、2 个腔室，第 1 腔室蒸汽回收到除氧器，第 2 腔室蒸汽及漏入的空气回收到轴封冷器、主汽阀阀杆和调节汽阀阀杆的结构数据如表 2 所示。 表 2 55MW 汽轮机主汽阀和调节汽阀阀杆数据 项目 符号 单位 主汽阀 调节汽阀 1 段 2 段 3 段 1 段 2 段 3 段 阀杆数 z 1 4 阀杆直径 dv cm 3.4 3.6 径向间隙 r cm 0.02 0.02 间隙面积 Av cm2 0.214 0.227 分段长度 l cm2 41.8 11 5.8 33.3 4 3.8 根据表 2 中资料计算得到主汽阀杆间隙面积 Av =pdvdv = 0.214cm2 第 1 段阀杆漏汽系数mv1 = 0.29 ； 第 1 段阀杆前蒸汽参数为 p01 = 8.2MPa ，v01 = 0.0430256m3 / Kg p 010.20562t / h 则主汽阀杆漏汽量DDv1 = 0.24mv1 Av=v 01第 2 段阀杆漏汽系数mv1 = 0.5 ； 第 2 段阀杆前蒸汽参数为 p02 = 0588. MPa ，v02 =0.6040509m3 / Kg 则流经第 2 段阀杆漏汽量DDv2 = 0.24mv2 Av 0202 p v = 002534. t / h 5.2 调节汽阀阀杆漏汽量 阀杆包括 3 段、2 个腔室，第 1 腔室蒸汽回收到除氧器，第 2 腔室蒸汽及漏入的空气回收到轴封冷器。 根据表 2 中资料计算得到主汽阀杆间隙面积 Av =pdvdv = 0.227cm2 第 1 段阀杆漏汽系数mv1 = 0.329 ； 第 1 段阀杆前蒸汽参数为 p01 = 8.2MPa ，v01 = 0.0430256m3 / Kg p 010.990t / h 则主汽阀杆漏汽量DDv1 = 40.24mv1 Av=v 01第 2 段阀杆漏汽系数mv1 = 0.6 ； 第 2 段阀杆前蒸汽参数为 p02 = 0588. MPa ，v02 =0.6040509m3 / Kg 则流经第 2 段阀杆漏汽量DDv2 = 40.24mv2 Av 0202 p v = 0129. t / h 根据主汽阀杆和调节汽阀阀杆的漏汽计算，可得阀杆总漏汽量DDv =1196. t / h 轴封冷却器回收阀杆漏汽DDsg51 = 002534. +0129. = 0.15434t / h 其余除氧器回收DDsg =1.0417t / h 5.3 前轴封漏汽 包括 6 段、5 个腔室，第 1 腔室蒸汽回收到 2 号高压加热器，第 2 腔室蒸汽回收到 5 号加热器，第 3 腔室蒸汽回收到 7 号低压加热器，第 4 腔室为均压箱提供蒸汽，第 6 腔室蒸汽及漏入的空气回收到轴封冷却器。轴封结构数据如表 3 所示 表 3 55MW 汽轮机轴封数据 项目 符号 单位 前轴封 后轴封 1 段 2 段 3 段 4 段 5 段 6 段 1 段 2 段 3 段 轴封直径 dv cm 61.8 44.8 5 5.3 45.8 径向间隙 r cm 0.05 0.05 轴封齿数 z 78 36 10 12 9 6 根据表 3 中资料计算得到轴封 1、2、3 段间隙面积 A11 =pd11d11 = 9.7cm2 第 1 段轴封前蒸汽参数为 p1 =5.7860MPa ，v01 = 0.057178 m3 / kg （调节级喷嘴后参数）。 第 1 段轴封后蒸汽参数为 pz1 =1.39MPa 注：p 的单位为 MPa；D 的单位为 t/h 判别系数82012578.K.+=0.092101zpp1.25+10p03p 03 0.3022t / h 则前轴封漏汽量 DD13 = 0.36m1 A11 =（z+1.25）v 03根据表 4 中资料计算得到轴封 4、5、6 段间隙面积 A12 =pd12d12 = 6.95cm2 第 4 段轴封前蒸汽参数为 p04 = 0.101MPa ，v04 =1.82499m3 / kg 。 第 4 段轴封后蒸汽参数为 pz4 = 0.023MPa 0.82p z4 =0.228 判别系数 K =0.24451.25+10p04则前轴封漏汽量 DD4 = 0.36m1 A12 p042 - pz2 4 = 0.189t / h zp04v 04第 5 段轴封前蒸汽参数为 p05 = 0.101MPa ，v05 =1.82499m3 / kg 。 第 5 段轴封后蒸汽参数为 pz5 = 0.095MPa 0.82p z5 =0.94 判别系数 K =0.24451.25+12p02p 010.2024t / h 则前轴封漏汽量 DD11 = 0.36m1 A11=（z+1.25）v 01第 2 段轴封前蒸汽参数为 p01 = 0.101MPa ，v01 =1.82m3 / kg 。 第 2 段轴封后蒸汽参数为 pz2 = 0.095MPa 0.82p判别系数 K =0.2561en =0.546 en = p 0 = 7.79 =T由此可知，喷嘴中为亚音速气流，采用渐缩喷嘴，选喷嘴型号为 TC-1A，a1 =12.9，sina1 =0.223 （8）喷嘴出口面积。因为喷嘴中是亚音速流动，故 An 为 An = Gn v1t = 471. 0.057178104 61.5cm2 = mn c1t0.97 451.1式中 mn 喷嘴流量系数 （9）级的假想速度ca ca = 2Dht0 = 21101000 =469m/s （10）级的圆周速度 u = ca x a =4690.26=121.94m/s （11）喷嘴高度 An =61.5 100 =33.8mm ln = epdm sin a10.3328p7800.223为了方便制造选取 34mm （12）喷嘴损失dhn dhn = (1-j2 )Dhn0 =(1-0.970.97)101.75=6.013kJ/kg （13）出口喷嘴比焓值h1 h1 = h 1t +dhn =3381.47+6.013=3387.483kJ/kg 由h1 , p1 查得v1 =0.057178 m3/kg，s1=6.85195kJ/(kg.) （14）求动叶进口汽流相对速度和进汽角 w1 = c12 +u2 -2cu1 cosa1 = 319.90m/ s c1sin a1 17.8 b1 = arcsin=w 1dhw1 =w12= 319.902 = 51.17kJ/kg 200020006.2.2 动叶部分计算 （1）动叶出口相对速度 w2t 和 w2 w2t = 2WmDht0 +w1 2 = 2(0.075)(1101000)+(319.9)2 =344.7m/s w2 = Yw 2t =0.914344.7=315.06m/s 式中 Y动叶速度系数，由Y与Wm 、w2t 的关系曲线查得Y =0.914 （2）动叶等比熵出口参数h2t 与v2t h2t = h1 -WmDht 0 = 3387.483-0.075110=3379.233kJ/kg 由 h2t，s1=6.85195kJ/(kg.)， v2t=0.0585401 m3/kg，p= 5.6436MPa （3）动叶出口面积 Ab Gbv2t46.680.0585401104 =82.24cm2Ab =mbw2t0.964344.7 Gb = Gn -DG sg式中mb 动叶流量系数 G b 调节级动叶流量 DG sg 前轴封漏汽量 （4）动叶高度lb 由v1t =0.057178m3 / kg 可知v2t = 0.0585401 m3/kg，进出口比体积相差不大，故可取lb = lb ，根据喷嘴高度ln 有 lb =ln + Dt + Dr =41+1+1=36mm 式中 Dt 叶顶盖度 Dr 叶根盖度 （5）作动叶出口速度三角形。由w2、b2、u 确定速度三角形 c2 = w22 +u2 -2w22ucosb2 = 200.8617m/ s w2 sin b2 =25.98 a2 =arcsinc 2（6）动叶损失dhb w22t(1-0.914 2)344.72/2000=9.7786kJ/kg dhb =（1-y2 )hb0 =（1-y2 )=2（7）动叶出口比焓值h2 h2 = h2t +dh b =3379.233+9.7786=3389.0120kJ/kg 由h