多级背压式汽轮机设计

1、课程设计说明书题目：b100-8.83/1.27多级背压式汽轮机设计院（系）：基层教学单位:学号学生姓名专业（班级）设计题目b100-8.83/1.27多级背压式汽轮机设计设计机组类型:多级背压式汽轮机技新汽压力:p0=8.83mpa；新汽温度：t0=535 c术排气压力:pc=1.27mpa；额定功率：pe=100mw参 数转速：n=3000rpm设1、编写课程设计说明书，写出详细的计算步骤，列出计算汇总列表；计2、将各级动叶出口速度三角形，按照一定的比例画在同一张图上；要3、画出调节级和第一一压力级的详细热力过程线，并标出各个参数；求4、画出整机热力过程线，画出通流部分图。工 作 量1、撰

2、写课程设计说明书一份；2、计算汇总表一份；2、各级动叶出口速度三角形、调节级和a压力级的详细热力过程线、整机热力过程线、通流部分图。工 作 计 划1、分析并确定汽轮机热力设计的基本参数：12天；2、分析并选择汽轮机的型式、配汽机构型式、通流部分形状及有关参数，拟定汽轮机近似热力过程线和原则性热力系统，进行汽耗量与热经济性的初步计算：34天；3、确定压力级的级数，进行各级比始降分配；对各级进行详细的热力计算， 确定汽轮机的实际热力过程线：45天；4、修正热力计算结果，撰写说明书，绘图，计算结果汇总：45天；5、答辩：1天。参 考 资 料1、电厂汽轮机原理及系统，靳智平，中国电力出版社， 2006

3、;2、汽轮机课程设计参考资料，冯慧雯，水利电力出版社，1992。指导教师签字基层教学单位主任签字说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。2015年12月21日一、课程设计的目的与要求1.二、课程设计题目 2.三、课程设计内容2.四、计算汇总列表2.4.五、汽轮机通流图 2.6.六、课程设计总结2.7.七、参考文献2.7.燕山大学课程设计说明书一、课程设计的目的与要求1 .系统地总结、巩固并应用汽轮机原理课程中已学过的理论知识， 重点掌握汽轮机热力设计的方法、步骤。2 .汽轮机热力设计的任务，一般是按照给定的设计条件，确定流通部分的 几何参数，力求获得较高的相对内效率。就汽

4、轮机课程设计而言其任务通常是 指各级几何尺寸的确定及级效率和内功率的计算。3.汽轮机设计的主要内容与设计程序大致包括：(1)分析并确定汽轮机热力设计的基本参数，如汽轮机容量、进汽参数、 转速、排汽压力或循环水温度、回热加热级数及给水温度、供热汽轮机的供汽 压力等。(2)分析并选择汽轮机的型式、配汽机构型式、通流部分形状及有关参数。(3)拟定汽轮机近似热力过程线和原则性热力系统，进行汽耗量与热经济 性的初步计算。(4)根据汽轮机运行特性、经济要求及结构强度等因素，比较和确定调节 级的型式、比始降、叶型及尺寸等。(5)根据流通部分形状和回热抽汽压力要求， 确定压力级的级数，并进行 各级比始降分配。

5、(6)对各级进行详细的热力计算，求出各级流通部分的几何尺寸、相对内 效率和内功率，确定汽轮机的实际热力过程线。(7)根据各级热力计算的结果，修正各回热抽汽点压力以符合实际热力过 程线的要求。(8)根据需要修正热力计算结果。(9)绘制流通部分及纵剖面图。4 .通过设计对整个汽轮机的结构作进一步的了解，明确主要部件在整个 机组中的作用、位置及相互关系。5 .通过设计了解并掌握我国当前的技术政策和国家标准、设计资料等。6 .所设计的汽轮机应满足以下要求：(1)运行时具有较高的经济性。(2)不同工况下工作时均有高的可靠性。(3)在满足经济性和可靠性要求的同时，还应考虑到汽轮机的结构紧凑、 系统简单、布

6、局合理、成本低廉、安装与维修方便以及零部件通用化、系列标 准化等因素。7 .由于课程设计的题目接近实际，与当前国民经济的要求相适应，因而 要求设计者具有高度的责任感，严肃认真。应做到选择及计算数据精确、合理、 绘图规范，清楚美观。二、课程设计题目以下为典型常规题目，也可以设计其他类型的机组。机组型号：b100-8.83/1.27机组型式：多级冲动式背压汽轮机新汽压力：p0 =8.83mpa新汽温度：t0 =535c排汽压力：pc =1.27mpac额定功率：pe1 -100mw转速：n = 3000 r / min三、课程设计内容(一)设计工况下的总机初步参数选择1 .机组配汽方式采用喷嘴配汽

7、2 .调节级选型采用单列级3 .主要参数的确定(1)已知参数p0 =8.83mpa、t0 =535 c、pc =1.27mpa、p =100mw、n =3000r/min(2)选取设计参数设计功率 一般凝汽式机组有一系列标准，而背压式机组在国内目前尚无统一系列标准。可取设计功率=经济功率=额定功率。汽轮机的相对内效率选取 =85%,待各级详细计算后与所得 ,进行比较，直到符合要求为止。机械效率：取 m =99%发电机效率：取4 =97% g给水回热系统及参数：采用两级加热器，一级除氧器。系统及参数详见 给水回热系统图。图1回热加热系统4 .近似热力过程线的拟定在h-s图上，根据新蒸汽压力p0

8、=8.83mpa和新蒸汽温度t0 =535c , 可确定汽轮机进汽状态点0 （主汽阀前），并查的该点的比始值h0 =3476.64kj/kg ,比嫡 s0 =6.7771kj/（kgc）,比体积 v0 = 0.03979m3 / kg。在h-s图上，根据初压po =8.83mpa及主汽阀和调节汽阀节流压力损- . . 一 一 一一失ap =0.4415mpa可以确定调节级前压力 po = po -ap0 =8.389mpa，然后根据p0与h0的交点可以确定调节级级前状态点1,并查的该点的温度 to =533.11 c ,比嫡 s0 =6.7996kj/(kg ,c)，比体积 v0 =0.041

9、9598m /kg。在h-s图上，根据凝汽器压力pc =1.27mpa和排汽阻力损失apc =0, 可以确定排气压力pc = pc =1.27mpa。在h-s 图上，根据凝汽器压力pc =1.27m p豕口比嫡 so =6.7771kj/(kg,c )可以确定汽缸理想出口状态点2t,并查得此点比始值hct = 2920.41kj / kg ,温度 tct = 244.5c ,比体积 vct = 0.179m3 / kg ,干度 xct = 1。 由此可以得到汽轮机理想比始降ht = h - hct = 556.23kj / kg ,进而可以确确定汽轮机实际比始降ahimac =&乩3父 =47

10、2.8kj/kg,再根据h。，ahimac 和pc可以确定实际出口状态点2,并计算此点比始值hc2 =3003.84kj/kg ,查 的温度 tc2 =281.5c ,比体积 vc2 = 0.1943m3/kg ,干度 xct =1。考虑末级余速损失，防c2 =0.018m醺=10.0kj/kg,然后沿压力线下 移10.0kj/kg得3点，并查得比体积 % = 0.1924m3/kg该点比始值 hc3 =2993.84kj /kg ,温度九=277.0c ,用直线连接1和3点两点,在中间4 点沿压力线下移1215kj/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

11、组在设计工况下的近似热力过程线。5 .汽轮机总进汽量的初步估算do3.6* pei3.6 100000(二 htmac)* ri g m556.23 85% 99% 97%父1十(3.8+1.2)=797.95t / h汽轮机的设计功率，kw(htmac)汽轮机通流部分的理想比始降，3476.64kj/kg% 汽轮机通流部分相对内效率之初估值；，一一机组的发电机效率；刈m机组的机械效率；m 一一考虑回热抽汽引起汽量增大的系数，它与回热级数、给水温度、汽机 容量及参数有关，取m=1； d是考虑门杆漏汽及前轴封漏汽的蒸汽余量，(t/h )ad =ad1 +adv给定前轴封漏汽adi =3.8t/h

12、,门杆漏汽adv =1.2t/h;d。是汽轮机总进汽量(二)调节级计算1.喷嘴部分的计算(1)调节级进口参数及调节级的滞止理想比始降 aht0。调节级进口参数即为高压缸进口参数，由于进入调节级的气流速度很小，可以近似认为滞止参 数与进口参数相等。由拟定热力过程线的步骤可得：pt= p0=8.389mpa ,tt=t = 533.11 c,h0= h0= 3476.64kj/kg,0c03.s0 =s0 =6.7771kj/(kg c), % =v = 0.03979m /kg。(2)调节级进汽量dg =d0-.：dv =797.95-1.2 =796.75t/h = 221.32kg/s(3)

13、确定速比xa和理想比始降aht取xa =0.3535, 取调节级平均直径dm=1100mm计算时取dm=dn=dbu =二* dm * n/60= 1*1.1*3000/60-172.79m/sca =u/xa= 172.79/0.3535-488.80m/sht =ca2/2 2_= 488.80 /2119.463kj / kg(4)平均反动度cm的确定取=6.5%(5)喷嘴的滞止理想比始降小：二。-1、)0 = (1 -0.065) 119.463 = 111.7kj/kg(6)喷嘴出口汽流速度gt与cic1t =52 ： h =/2 111.7 1000 = 472.65 m/ sg

14、=巾*5,取(j=0.97,故 c1=458.5m/s。(7)计算喷嘴前后压比与喷嘴出口等比嫡出口参数t, %t, pi。由ht0和hn0求出喷嘴出口理想比始降 hith1t =t0 一 h0 =3476.64 111.7 =3364.94kj/kg该过程为等嫡膨胀过程，由h1t =2956.56kj/kg、s0 = 6.7771kj/(kg c)查水蒸气h-s图得出口比体积v1t = 0.051m3/kg,喷嘴出口压力p1 =6.41mpa。_ p1n 一 -0pt6.418.389= 0.764；n =0.546共27页第30页tc-1a由此可知，喷嘴中为亚声速流动，采用渐缩喷嘴，选喷嘴型

15、号% =12.9，sino(1 =0.223。(8)计算喷嘴损失hn6hn =(1 -*2)* ahn = (1 -0.972) d11.7=6.6kj/kg(9)喷嘴出口面积ano因为喷嘴中为亚声速流动，故 an为2=246.2cm2gn v1t221.32 0.051 104n gt -0.97 472.65gn喷嘴流量，kg/sv1t喷嘴出口理想比容，m3/kg(jn喷嘴流量系数，取(jn=0.97(10)确定部分进汽度e确定部分进汽度的原则是选择部分进汽度e和喷嘴高度in的最佳组合，使叶高损失和部分进汽损失&he之和为最小。由 an=e* t*dm*ln*sin( on)得 in=a

16、n/ (e* /dm *sin( oi)而出i= &eo=ai/in*xa2*eo ,取 al=9.96 e=衽。=(.+ *eo鼓风损失系数 &=be*1/e*(l-e-ec/2)*xa3,取 be=0.15, ec=0.4斥汽损失系数 虻ce*1/e*sn/dn*xa ,取ce=0.012, sn=3 (喷嘴组数)， dn=dm=1100mm令y=布i+ se令其一阶导数为零，即求y的极值，最终可得到e ,设计时选取e值 比计算值稍大些。取e=0.35。(11)确定喷嘴高度inane：tsin ： 1246.2 1000.35 兀 1100 sin12.9=91.3mm为了方便制造，选取i

17、n =92mm(12)喷嘴出口比始值h1h1 =111thn =3364.94 6.6 = 3371.54kj / kg由儿、p1 查得 s1 =6.786kj/(kg c) , v = 0.0512m3/kg2.动叶部分的计算(1)求动叶进口汽流相对速度 w1和进汽角aw1 = c2 u2 -2clucos： 1= 458.52 +172.792 - 2 父 458.5父 172.79 父 cos12.9 =292.m/sc . gsin%, 458.5x sin12.91 = arcsin = arcsin一292= 21.1,hw12w12922= 42.6kj/kg动叶等比嫡出口参数h

18、2t与v2th2tht0 = 3364.94 -0.065 119 =3357.2kj/kg由 aha, si =6.786kj/(kg,k),查得 v2 =0.053m3/kg ,动叶出 口压力p2 =6.14mpa(3)确定动叶理想比始降客九和动叶滞止理想比始降ah.几=m * ：ht = 0.065 556.23 = 36.15kj / kg由：=hb 、hw1 =36.15 42.6 = 78.75kj / kg(4)计算动叶出口汽流相对速度w2w2t2*3hb-=、;2 36.15 1000 = 268.89m/s取 =0.9 w2=： *w2t =0.9 268.89 = 242m

19、/s(5)计算动叶损失、几hb =(1 一 - 2)* .：h0 =(1一0.92) 78.75 = 7.68kj/kg(6)确定动叶出口面积abagb v2ab 二221.32 0.053 1042=484.7cmw2242(7) 计算动叶高度lb由v1t =0.0512m3/kg , v2t = 0.053m3 /kg可知，进出口比体积相差不大，故可取lb =,根据喷组高度in有lb =ln -工 r =92 1 1 = 94mm式中冬一叶顶高度，取a =1mm；r_叶根盖度，取ar=1mmo(8)作动叶出口速度三角形。由 切2、p2、u确定速度三角形0.43sin p2 = ab /(e

20、* 冗 * db * lb) = 484.7 黑 100/(0.35父n父 94父 1100)c2 = . w2 u2 -2w2ucos ：2=2422 172.792 -2 242 172.79 0.9 =114.69m/s_*_. w2 sin - 2_. 172.79 0.43口 2 = arcsin=arcsin=40.4c2114.69(9) 动叶出口比始值h2 =h2t、hb =3357.2 15 =3372.2kj/kg由 h2、p2查得 s2 =6.81kj/(kg k), v = 0.0535m3/kg(10)余速损失加c2c144.6922 一 2= 10.47kj/kg(

21、11)轮周损失6,、几=hn 、hbhc2 =6.6 7.68 10.47 = 24.75kj/kg(12)轮周有效比始降几hu = ht0 - hu =119.463-24.75 =94.7kj/kg(13)轮周效率*。调节级后余速不可利用，系数为 吃=0hueo中0-1-几294.7119.463=79.3%(14)校核轮周效率nupul 二u(g cos： 1 c2 cos： 2)= 172.79 (458.5 cos12.9 144.69 cos40.4) = 96.26kj / kgpuleopulm0 - hc296.26=80.9%119.46380.9-79.379.3= 0.

22、02% 12mm,符合要求。(2)末级平均直径的确定给定 dmz = 1019.5mm(3)确定压力级平均直径的变化根据汽轮机原理所描述的蒸汽通道形状，确定压力级平均直径的变 化规律，通常采用作图法。在纵坐标上任取长度为a的线段bd(一般a=25cn), 用以表示第一压力级至末级动叶中心之轴向距离。在 bd两端分别按比例画出 第一压力级与末级的平均直径值。根据选择的通道形状，用光滑曲线将a、c两 点连接起来。ac曲线即为压力级各级直径的变化规律。(4)压力级的平均直径dm (平均)将bd线等分为m等分，取1、2、3m -1点。为了减小误差，建议6。 从图中量出割断长度，求出平均直径。dm(平

23、土匀)=(ab + (1-1) +(2-2) +cd)/(m + 1)*k式中的k为比例尺。（5）压力级的平均比始降aht（平均）选取平土匀速比xa （平均）=0.4367,则ht（平土匀）=0.5*（ n* dm（平土匀）* n/60/xa（平土匀）2= 0.5*（*1.0*3000/60/0.4367）2=64.69kj/kg（6）压力级级数的确定zz =（1 a）* htp/ ht（平土） = （1 0.05）*490.87/64.69 = 7.84式中ahtp-压力级的理想比始降，a为重热系数，本机a = 0.05,将z取整。取整z =8。(7)各级平均直径的求取求取压力级级数后，再将

24、图-5中的bd线段重新分为7等份，在原拟定的平均直径变化曲线上求出各级平均直径。得表 -1各级平均直径数据。图6压力级的各级平均直径修正图snlg冕s二同工二eg-(8)各级比始降分配根据求出的各级平均直径，选取相应的速比，求出各级的理想比始降ht o1 d； 9ht =12.3245 ()2xai为了便于比较和修正，一般以表格的方式列出表1各级比烙降值级序号12345678比始降ahi (kj /kg)23.0424.7327.1130.2634.3037.8443.8847.40(9)各级比始降的修正在拟定的热力过程线上逐级作出各级理想比始降% ,计算ahp.h =(1 a)* . =ht

25、 - 二 ht =0.625(10)检查各抽汽点压力值误差小于2%,所以符合要求。(11)最后按照各级的dm和儿求出相应的各级速比xa2 .压力级详细热力计算(1)本级的比始降aht和本级滞止比始降aht0由调节级的计算结果，已知本级的p0, ho, po, 6hco,由压力级比始降分配，已知本级的aht, dm , go, xar 一 ，一 一一一由p2和s。查h2t = 3350.79kj / kg本级比始降 一一 一 一一 一 一 一 一一. ht = h0 - h2t = 3391.48 -3350.79 = 40.69kj /kg本级滞止比始降ht0 =0*hc0 =40.69 0.

26、97 10.47 = 50.85kj / kg(2) 选取平均反动度q m选取 cm =0.064(3) 喷嘴的理想比始降ahnhn =(1-m)* ht = (1 - 0.064) * 40.69 = 38.1kj / kg(4) 喷嘴的滞止理想比始降ahn0hn0 = hn、hc0 =38.1 10.47 =48.1kj/kg(5) 喷嘴的出口汽流理想速度cti.c1t = ./2hn0 =炎 48.1 1000 =310.16m/s(6) 喷嘴出口汽流实际速度c1g =l*cit =0.97x310.16 = 300.86m/s ,这里取 1=0.97。 喷嘴损失6hn、.hn =(1

27、一 2)* . ：hn =(1 0.972) 48.1 =2.84kj/kg(8) 圆周速度uu =二* dm* n/60 =: 981 3000/1000/60 = 154m/s(9)级的假想速度cac”,；2ht0 =、/2 50.85 1000 =318.9m/s(10) 假想速比xax 旦=j54 =0.483ca318.9(11) 确定喷嘴等比嫡出参数 几3和ph1t = h0 - hn = 3391.48 -38.1 = 3353.38kj / kg在始嫡图上查的 v1t = 0.0593m3/kg , r =5.47mpa(12) 喷嘴前后压力比与；n = p / p0 =5.4

28、7/6.14 =0.89(13) 选取喷嘴型式和出汽角 %选tc-1a喷嘴，出汽角叫 =12(14) 喷嘴出口面积anan =g*v1t /n/c1t =217.52 0.0593-0.97-310.16 = 0.0429m2(15) 喷嘴高度lnln = an /(e* 二* dm * sin： 1)=0.0429/(1* n * 981/1000* sin12 )二67mm(16) 喷嘴出口实际比始降h1h1 =h1t 、hn =3353.38 2.84 = 3356.22kj/kg(17)动叶进口汽流角01和相对速度w1：1 = arctg (c1 * sin ：- 1 /(c1 * c

29、os ： 1 - u)-arctg (300.86 sin12 /(300.86 cos12 -154)二24w1 j；c12 u2 -2* u* c1 * cos1 1=300.862 1542 -2 300.86 154 cos12=153.6 m/s(18) 动叶理想比始降arhb = im * ht = 0.064 40.69 = 2.6kj/kg(19) 动叶滞止理想比始降ahb02hb hb、hw1 -2.6 1 53.62 / 2/1000-14.4kj/kg(20) 动叶出口理想汽流速度 w2tw2t = 2 ：hb0 = .2 14.4 1000 = 178.5m/s(21)

30、动叶出口实际汽流速度w2w2 =一 * w2t =0.931 178.5 =166.2m/s(22) 动叶损失五hb =(12)* hb =(1 -0.9312) 2.6=0.35kj/kg(23)确定动叶后参数巳、v2根据 hi, ahb, 3%查始商表得到 p2 =5.45mpa , v2 = 0.0594m3/kg(24)动叶出口面积abab =g*v2/w2 =217.52 0.0594/158 = 0.082m166.2 cos20.5 -154(25)动叶高度lblb =ln =67 2.5 = 69.5mm这里为盖度，参照调节级中的给定。(26)检验根部反动度-r=1-(1 -1

31、1m)*(db -lb)/db=1 -(1 - 0.064) (981 - 69.5)，981 = 0.048在0.03-0.05范围内，符合要求。(27)计算动叶出汽角一：22 =arcsin- eabdm*lb0.0227二 arcsin1* 二 *(981/1000)*(21.06/1000)= 20.5(28)根据和p2在动叶叶型表中动叶型号选择tp-1a型(29)确定动叶出口绝对速度 c2和方向角口2= 58.23m/sc2 = . w22 u2 -2* w2 * u2 cos -2 = 166.22 1542 - 2 * 166.2* 154 * cos20.5=arctg= 88

32、.35,w2 * sin 2= arctgw2*cos -2 -u166.2 sin20.5(30)余速损失也2.2hc2 =c2 /2 =58.232/2 =1.70kj/kg(31)轮周有效比始降ihu (无限长叶片) ,0hu = ht -、hn -、hb -、hc2 =50.85 - 0.35 - 2.84 -1.7 =45.96kj/kg(32)级消耗的理想能量e。e0 = ：ht0 - 口1 *、hc2 = 50.85-1 1.7 = 49.15kj / kg(33)轮周效率nu _ _ _ _ _u 二. hu /e0 =45.96/49.15=0.935(34)校核轮周效率单位

33、质量蒸汽对动叶所做的轮周功wu叫=u*(g *cos：1 c2*cos： 2) =154 (300.86 cos12 58.23 cos85.35 ) = 46.05kj/kg u =wu/e0 =46.05/49.15 =0.937 n nu - u0 937-0 935 “u =父100% =0937_0935m100% = 0.214% 1%u0.935(35)叶高损失hl a16为=amahu =6-父45.96 =3.5kj/kg 式中取a =1.6,已包括扇形损失。l21.06(36)轮周有效比始降hu一一 ._ _ _ _ _ _ _hu = hu - hl -45.96 -3.

34、5 = 42.46kj / kg(37)轮周效率uu hu/e0 =42.46/49.15=0.864(38)叶轮摩擦损失ohfhf= apf/g,其中,pf“ u dm154、0.9812=ki i =1.07 父（）m= 26.7kj / kg100 v1000.0594hf=.pf /g = 26.7/60.42 = 0.44kj / kg(39)漏气损失 h选取：隔板气封齿的平均直径dp =590mm,隔板汽封间隙6p = 0.5mm, p p汽封齿数zp =10,则有隔板漏气损失ap =1*dp*、p =瘪x0.59 0.5 10=0.927 10m2 pp p0_-hiht -、

35、- hb - hl - hc2= 50.85-3.5 -1.7 -0.35-2.84= 42.46kj.kghp = ap/an/ . zp * .：hi0.927 10”0.0119 -10= 1.05kj/kg42.46(40)计算级内各项损失之和 匚力三 h = hlhfh =1.05 0.44 3.5 =4.99kj/kg(41)计算级的有效比始降hihu -三、h =45.96 4.99 =40.97kj/kg(42)计算级效率ii 二hi/e0 =40.97- 49.15=0.834(43)计算级内功率pspis =g* w =40.97 217.52 =8911.794kw(44)确定级后参数h3 =h2 十工为十(1四)5hc2 =4.