《汽轮机课程设计》说明.doc

汽轮机课程设计前 言一、课程设计目的（1） 通过课程设计，系统地总结、巩固并加深在汽轮机原理课程中已学知识，进一步了解汽轮机的工作原理。在尽可能考虑制造、安装和运行的要求下，进行某一机组的变工况热力计算，掌握汽轮机热力计算的原理、方法和步骤。（2） 在尽可能考虑制造、安装和运行的要求下，进行某一机组的变工况热力计算，掌握汽轮机热力计算的原理、方法和步骤。（3） 通过课程设计对电站汽轮机建立整体的、量化的概念，掌握查阅和使用各种设计资料、标准、手册等参考文献的技巧。（4） 培养综合应用书本知识、自主学习、独立工作的能力，以及与其他人相互协作的工作作风。二、课程设计内容以某种型号的汽轮机为对象，在已知结构参数和非设计工况新蒸汽参数和流量的条件下，、进行通流部分热力校核计算，求出该工况下级的内功率、相对内功率等全部特征参数，并与设计工况作对比分析。主要计算工作如下：（1） 设计工况下通流部分各级热力过程参数计算。对径高比小于6的级，在最终计算结果中，用近似公式估算出叶根处的反动度。（2） 轴端汽封漏汽量校核计算。（3） 与设计工况的性能和特征参数作比较计算。三、整机计算步骤将该型汽轮机的通流部分划为高、中压缸和低压缸2个计算模块，我们2人为一组，一人采用顺算法计算高、中压缸，另一人采用逆算法计算低压缸。2人协同工作，共同商定计算方案和迭代策略。本人进行的是高、中压缸的顺算计算。为了便于计算，作出如下约定：（1） 各级回热抽汽量正比于主蒸汽流量；（2） 门杆漏气和调门开启重叠度不计；（3） 余速利用系数参考值为：调节级后的第一压力级、前面有抽汽口的压力级利用上一级余速的系数为0.4，其它压力级为0.8；（4） 对径高比小于6的级，在最终计算结果中，用近似公式估算出叶根处的反动度；（5） 第一次计算，用弗留各尔公式确定调节级后压力；（6） 对径高比小于6的级，在最终计算结果中，用近似公式估算出叶根处的反动度。汽轮机简介N300-16.7/537/537汽轮机设计参数本机组是按照美国西屋公司的技术制造的300MW亚临界、中间再热式、高中压合缸、双缸双排汽、单轴凝汽式汽轮机。它由高中压积木块BB0243与低压缸积木块BB074组合而成。为了进一步提高机组的经济性，对原引进技术做了改进，而且低压末级叶片采用905mm的长叶片。本机型号为N300-16.7/537/537，工厂产品号为D156。主要技术参数：额定功率300MW；主汽门前额定参数16.7MPa、537，再热汽门前温度537；工作转数3000rpm；额定背压5.39kPa；回热级数3高、4低、1除氧；额定工况蒸汽流量910.2t/h、热耗7937kJ/(kWh)。本机组通流部分共35级叶片，其中高压缸111级，中压缸9级，低压缸27级。动叶片除低压缸末三级为扭转叶片外，其余均为等截面叶片。高、中、低压缸隔板静叶均为扭叶片。有6个高压调节阀，每阀控制21个喷嘴，调节阀全开时部分进汽度为0.9545。汽轮机再额定参数下5阀全开时可以带额定负荷。汽轮机在6个调节阀全开、新汽参数16.7MPa、537（超压5）时运行，这一工况定义为最大负荷工况。主汽门、调节阀、进汽管的压损为4，再热及管道为10，中联门及管道为2.5，中低压连同管为2。2号高加抽汽来自高压缸排汽，除氧汽抽汽来自中压缸排汽，第5、6级抽汽分别来自左、右侧低压缸的第3、5级前，因此低压缸为不对称抽汽。 通流部分结构参数如表1所示。最大工况和额定工况下的热力参数如表2所示。表1：N300-16.7/537/537汽轮机通流部分的结构参数喷 嘴动 叶缸级sin喷嘴平均出口出口sin叶片平均出口出口数目直径高度面积数目直径高度面积别号/mmmmcm2/mmmmcm200.27261261061.322.9201.690.349801064.327.94311.210.251572844.268.4456.240.24992854.268.82459.85高20.251692864.269.2472.690.253392874.269.56483.9230.251994884.270489.810.253594894.470.52505.340.256194904.270.9515.90.25399691571.96525.2250.25669692673.4547.920.254598937.174.86560.91压60.25719894876.2583.470.2551100959.177.66596.9570.2578100970.879.6625.860.2488106983.482.66635.3980.2544104991.481641.80.24891081002.482.42646.0290.255106101484.5686.410.24671121026.787.5696.25缸100.2526110103990.3744.540.24481161051.793.36755.15110.2536112106495.7810.940.2459118107799.36826.7110.35141001078.9101.41207.70.35461021089.7103.81259.5中20.3566981100.5106.11308.30.35731021111.3108.51353.230.3589981122110.91402.40.3607761134.8113.21456.740.3672941145.6115.61527.30.3672741159.8119.31595.8压50.3676961173124.11680.80.3601801190.7131.31768.660.34691161204.9137.118000.3482901220.21421895.470.34741181233.4146.81976.10.3485921251.11542109.7缸80.34871201265.3159.92245.70.3517921283167.12368.290.3522901302.1176.12567.20.3487781327.4188.62742.510.2231961915.286.361158.70.2535202192190.681380.1低20.2525206192999.061511.20.28251421937.4107.11827.430.29242261953122.72187.80.2971961971.9141.62578.4压40.29942201993.9163.63051.80.3221262018.9188.63800.950.31931382051.2220.94465.30.3311242096.3265.85656.5缸60.245802250.7421.97119.50.3331202299.8474.61141970.3203662604845.8211280.4839962642.9905.536380表2:N300-16.7/537/537三缸二排汽汽轮机设计工况下的热力参数缸 号 级 号最大工况额定工况级前压力Mpa级前温度内功率KW级流量t/h级前压力Mpa级前温度内功率KW高 压 缸016.853716930905.116.03534.318555113.1492.76087885.611.6483.85365212.1479.76365885.610.7471.15608311.1466.26805885.69.87457.95992410.1451.87191885.69.01443.8632559.18436.67456885.68.17428.9655168.28420.97815885.67.83413.5685577.41404.58219885.66.61397.6719486.59387.57163823.85.89381.0634595.88371.57521823.85.26365.26653105.21354.77849823.84.66348.86930114.58337.38180823.84.10331.87203中 压 缸13.47533.68723754.33.12533.6781823.1515.38987754.32.78515.3805232.75496.39514754.32.47496.4852042.41476.19869754.32.16476.4883152.10455.110245754.31.88455.5915861.81433.210093721.21.63433.7906271.55410.510758721.21.39411.1965181.30386.211469721.21.17386.91022791.08360.211927721.20.970361.110666低 压 缸10.852330.39545329.30.769331.4861020.599286.210227329.30.541287.2919730.412242.79501311.80.372243.7858540.257193.610241311.80.232194.5926250.147140.09152301.90.133140.8829760.081794.614691285.50.073691.81322270.024365.612782273.50.022863.411308 顺算法计算步骤以高压缸第一级为例：顺算法每一级的计算过程如下：（1）求取喷嘴新工况的压力比，流量比及临界流量：临界流量 Dcr=aA （其中a过热蒸汽取0.6473，饱和蒸汽取0.6483）流量比 =D/ Dcr压力比 =+（2）求取新工况下喷嘴中的各项参数：喷嘴后压力 根据水蒸气性质求出喷嘴出口理想比焓，喷嘴理想比焓降 喷嘴理想出口速度 喷嘴损失 (其中取0.900.97)喷嘴实际比焓降 求喷嘴出口焓h1，温度t1喷嘴实际出口速度 轮周速度 u= （dm为级的平均直径）动叶进口相对速度 与速度对应的焓动叶进汽角冲角撞击损失动叶进口滞止焓根据水蒸气性质求得动叶进口滞止参数 （3）求取动叶的压力比，流量比，及临界流量；临界流量流量比压力比动叶后压力（4）求取新工况下动叶中的各项参数：根据水蒸气热力性质求得动叶理想比焓降动叶理想出口速度反动度动叶损失动叶出口焓根据水蒸气性质求动叶出口温度动叶实际比焓降动叶出口相对速度动叶出口绝对速度画出速度三角形，求出速度三角形中各项参数，速度三角形如下：（5）求取级效率，出口参数：叶高损失扇型损失湿气损失隔板漏汽损失余速损失级有效焓降理想可用能量相对内效率级的内效率一级计算过完成。分析与结论汽轮机在设计参数下运行称为汽轮机的设计工况。由于汽轮机的主要尺寸基本上是按设计工况要求确定的，而汽轮机功率在运行时将根据外界的要求而变化，汽轮机参数均有可能变化，从而引起蒸汽流量、各级参数和效率的变化，称为汽轮机的变工况。为了估计汽轮机在新工况下运行的经济性，可靠性与安全性，有必要对新工况进行热力计算。核算项目有：喷嘴、动叶前后参数、级效率、级功率、反动度等等。：汽轮机级的变工况计算是确定级变工况后安全、经济性的一种有效的手段,同时也是预测机组通流部分改造效果所必须进行的工作。在级的变工况计算中,我们使用了一些方法合理简化问题,如忽略了调节汽门重叠度以及将水蒸汽近似为理想气体等。汽轮机的工况变动时,通流部分各级的工作过程也随之改变,改变的情况与级所在的位置、作用和汽轮机的类型有关。汽轮机的配汽方式通常有两种,一种是节流配汽,一种是喷嘴配汽。对于节流配汽,由于几个调节汽阀的开度相同,因此无调节级,可把整个汽轮机看作是一个大的级组。而采用喷嘴配汽的多级汽轮机级可分为调节级和非调节级,调节级的通流面积是随负荷变化的,以适应不同功率下改变蒸汽量的要求,非调节级则由若干个按压力高低串联排列的压力级组成，本机组就属于这一种。一般来说,在设计额定工况下,汽轮机有着最好的相对内效率和热效率。这时候采用“部分调节阀全开”运行方式时，开启的调节阀数目与原设计工况开启的调节阀数目相同,其他通流部分的情况也与设计工况相同,故“部分调节阀全开运行”方式在额定工况下的初参数与设计工况相同,也就是说“部分调节阀全开运行”的方式的工况就是设计工况,机组的效率就是设计额定工况的效率。采用喷嘴配汽的汽轮机在运行中,主汽门全开。当负荷发生变化时,依次开启或关闭若干个调节汽阀,改变调节级的通流面积,以控制进入汽轮机的蒸汽量。对喷嘴配汽的机组来说,可以把整个凝汽式汽轮机分为三个级组:调节级、中间级和最末级。在负荷变化时,位于调节级与末级之间的中间级的级前压力与流量成正比,所以级的压力比不变,级的理想焓降亦近似不变,相应地,级的速度比、反动度也近似不变,与速度比有关的叶高损失、叶轮摩擦损失、鼓风损失以及漏汽损失的相对值也几乎不变,因此,级的内效率也基本不变。采用喷嘴调节的凝汽式汽轮机在变工况下工作,调节级与末级受到的影响最大,级内参数变化的程度也最大。在负荷变化时,调节级和末级的焓降、速度比、反动度以及级的效率等级内参数都随之变化,从而影响汽轮机的运行。例如,当负荷增加时,调节级的焓降减小,末级的焓降增加;而在负荷降低时,调节级的焓降增加,末级的焓降减小。而所有中间级的焓降,可近似认为不变。喷嘴调节的凝汽式汽轮机,当负荷偏离设计值时,机组的效率降低。效率降低主要也发生在调节级和末级,并且负荷变化越大,效率降低得越多,而中间级的效率基本不变,只有当负荷变化较大使级的速度比也改变较多时,中间级的效率才明显下降。级的反动度是汽轮机重要的特性参数,反动度的大小是随着工况而变化的,因此,从某些侧面反映了级和汽轮机的工作状态。一个级的反动度数值表示能量转换中级的理想焓降在喷嘴和动叶的分配关系，下图为汽轮机变工况后反动度的值，除调节级外，中间级的反动度基本都在0.5左右：反动度在汽轮机的热力计算中起着主导的作用,因此,正确地确定反动度的数值对于保证热力计算的准确性以及了解汽轮机的工作状态有着重要的意义。级的变工况核算可以从级前参数向后计算, 也可以从级后参数向前计算, 或者前后混合计算。由于高中压级一般不会出现临界问题，所以在此使用从级前参数向后计算。据上分析，我们得到如下结论：1、在负荷变化时,位于调节级与末级之间的中间级的级前压力与流量成正比,所以级的压力比不变,级的理想焓降亦近似不变,相应地,级的速度比、反动度也近似不变,与速度比有关的叶高损失、叶轮摩擦损失、鼓风损失以及漏汽损失的相对值也几乎不变,因此,级的内效率也基本不变。2、在负荷变化时,调节级和末级的焓降、速度比、反动度以及级的效率等级内参数都随之变化,从而影响汽轮机的运行。3、喷嘴调节的凝汽式汽轮机,当负荷偏离设计值时,机组的效率降低。效率降低主要也发生在调节级和末级,并且负荷变化越大,效率降低得越多,而中间级的效率基本不变,只有当负荷变化较大使级的速度比也改变较多时,中间级的效率才明显下降。4、级的反动度是汽轮机重要的特性参数,反动度的大小是随着工况而变化的,因此,从某些侧面反映了级和汽轮机的工作状态计算结果分析1）在汽轮机的高压段的各级中，各级的比焓降不大，比焓降的变化量较为接近，变化幅度不大。由连续性方程可知，由于通过高压段各级的容积流量较小，为增大叶片高度，以减小叶高损失，叶轮的平均直径就比较的小，相应的圆周速度就是较小。同时为保证各级在最佳速度比附近工作，以提高效率，喷嘴的出口气流速度也必然较小，则各级比焓降不大。由于高压各级的比容变化较小，因而各级的平均直径变化也不大，所以各级的比焓降的变化也不大。2）在高压缸各级中，由于高压段蒸汽的比容较小，漏气间隙又不可能按比例减小，故漏气量相对较大，漏气损失也随之加大。对于部分进气的级，如调节级等，由于不进气的动叶部分反成为了漏气的通道，故漏气量则更大。此外，由于高压段叶片的高度相对较小，所以叶高损失也较大，所以，高压段各级的相对效率较低。3）在中压缸各级中，由于蒸汽比容加大，使得中压级有足够的叶片高度，叶高损失较小，扇形损失也随着叶栅径高比的增大而减小。一般为全周进气，几乎没有部分进气损失。此外，中压缸漏气损失较小，叶轮摩擦损失也较小，也没有湿气损失。因此，中压各级的级内损失较小，效率比高压各级要高些。设计工况、变工况下主要热力参数变化： 1）压力在变工况即99%额定流量时，压力都有变化。在忽略温度变化时，利用弗留格尔公式粗略计算的压力，相差不大，证明了计算的正确性，同时也存在些差异（中压各级大都偏低），这是因为利用速度三角形进行计算时，对于一系列的损失，均采用经验和半经验的计算公式，这些计算的结果与实际结果是存在一定的差异的；另外，对于喷嘴和动叶的速度系数以及速度利用系数的选取方面也存在一些误差。2)温度比较设计工况、变工况下温度可知，在高压部分，各