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技术参数机组类型：多级背压式汽轮机新汽压力：P0=8.83MPa；新汽温度：t0=535排气压力：Pc=1.27MPa；额定功率：Pel=100MW转速：n=3000rpm设计要求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；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；3、画出调节级和第一压力级的详细热力过程线，并标出各个参数；4、画出整机热力过程线，画出通流部分图。工

2、作量1、撰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、调节级和第一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，进行各级比焓降分配；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；2

3、、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 目 录一、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24五、汽轮机通流图26六、课程设计总结27七、参考文献27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。就汽轮机课程设计而

4、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、比焓降、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，并进行各级比焓降分配。(6) 对各级进行详

5、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。 共 27 页 第 1 页燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书(3) 在满足经济性和可靠性要求的同时

6、，还应考虑到汽轮机的结构紧凑、系统简单、布局合理、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：新汽温度：排汽压力：额定功率：转速：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2调节级选型 采用单列级3主要参数的确定（1）已知参数、（2）选取设计参数设计功率

7、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，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：取发电机效率：取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，根据新蒸汽压力和新蒸汽温度，可确定汽轮机进汽状态点0（主汽阀前），并查的该点的比焓值，比熵,比体积。在h-s图上，根据初压及主汽阀和调节汽阀节流压力损失可以确定调节级前压力，然后根据与的交点可以确定调节级级前状态点1，并查的该点的温度，比熵,比体积。在h-s图上，

8、根据凝汽器压力和排汽阻力损失，可以确定排气压力。在h-s图上，根据凝汽器压力和比熵可以确定汽缸理想出口状态点2t,并查得此点比焓值，温度，比体积，干度。由此可以得到汽轮机理想比焓降，进而可以确确定汽轮机实际比焓降，再根据，和可以确定实际出口状态点2，并计算此点比焓值，查的温度，比体积，干度。考虑末级余速损失，,然后沿压力线下移得3点,并查得比体积该点比焓值,温度,用直线连接1和3点两点,在中间4点沿压力线下移1215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。5汽轮机总进汽量的初步估算 汽轮机的设计功率，kW 汽轮机通流部分的理想比焓降

9、，3476.64kJ/kg 汽轮机通流部分相对内效率之初估值； 机组的发电机效率； 机组的机械效率； 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； 是考虑门杆漏汽及前轴封漏汽的蒸汽余量，（t/h）给定前轴封漏汽，门杆漏汽；是汽轮机总进汽量。图2 初拟定热力过程线（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焓降。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：，,。(2)调节级进汽量(3)确定速比 和理想比焓降取， 取调节级平均直径dm=1100mm

10、，计算时取dm=dn=db (4)平均反动度的确定 取(5)喷嘴的滞止理想比焓降(6)喷嘴出口汽流速度与,取=0.97，故c1=458.5m/s。(7)计算喷嘴前后压比喷嘴出口等比熵出口参数，。由和求出喷嘴出口理想比焓降 该过程为等熵膨胀过程，由、查水蒸气h-s图得出口比体积，喷嘴出口压力。由此可知，喷嘴中为亚声速流动，采用渐缩喷嘴，选喷嘴型号TC-1A、。（8）计算喷嘴损失（9）喷嘴出口面积。因为喷嘴中为亚声速流动，故为Gn喷嘴流量，kg/sv1t喷嘴出口理想比容，m3/kgn喷嘴流量系数，取n=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 和喷嘴高度 的最佳组合，使

11、叶高损失和部分进汽损失之和为最小。由An=e*dm*ln*sin(1)得ln=An/ (e*dm *sin(1)而hl=lEo=al/ln*Xa2*Eo，取al=9.9he=eEo=(w+s)*Eo鼓风损失系数w=Be*1/e*(l-e-ec/2)*Xa3,取Be=0.15，ec=0.4斥汽损失系数s=Ce*1/e*Sn/dn*Xa，取Ce=0.012，Sn=3（喷嘴组数），dn=dm=1100mm令y=hl+he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。（11）确定喷嘴高度为了方便制造，选取（12）喷嘴出口比焓值由、查得，2动叶部分的计算（1）求动

12、叶进口汽流相对速度和进汽角动叶等比熵出口参数与由，,查得，动叶出口压力(3) 确定动叶理想比焓降和动叶滞止理想比焓降 (4) 计算动叶出口汽流相对速度 取 （5）计算动叶损失 （6）确定动叶出口面积 (7)计算动叶高度 由，可知，进出口比体积相差不大，故可取，根据喷组高度有式中 叶顶高度，取；叶根盖度，取。 （8）作动叶出口速度三角形。由、确定速度三角形 (9) 动叶出口比焓值由、查得, (10)余速损失(11) 轮周损失(12) 轮周有效比焓降（13）轮周效率。调节级后余速不可利用，系数为(14) 校核轮周效率 ，在误差允许范围内。u=172.79u=172.79（15）做调节级速度三角形图

13、3 调节级进出口速度三角形3级内其他损失的计算(1)叶高损失取系数。(2)扇形损失(3)叶轮摩擦损失：由前面， 式中 经验系数，一般取（4）部分进气损失鼓风损失 斥汽损失 kJ/kg式中 喷嘴组数，取；与级类型有关的系数，单列级，一般取0.15；装有护罩弧段长度与整个圆周长度之比；与级类型有关的系数，单列级，一般取0.012；故有所以(5) 级内各项损失之和(6)下一级入口参数由、查得，4.级效率与内功率的计算（1）级的有效比焓降（2）级效率（3）级的内功率5.调节级热力过程线图4 调节级热力过程线（三）压力级的计算1.压力级比焓降分配和级数确定 本机组采用整段转子，整段转子的叶片根部直径一般

14、采用相同的值。这样，一方面是加工方便，另一方面可使很多级的隔板体通用。（1）第一压力级平均直径的确定 给定选取，查焓熵图求出第一压力级喷嘴流量为调节级流量减去前轴封漏气量，即喷嘴出口气流速度由连续性方程，其中流量系数而，其中取求得，符合要求。（2）末级平均直径的确定 给定（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=25cm），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

15、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（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。式中的k 为比例尺。图5 压力级平均直径变化曲线图（5）压力级的平均比焓降选取平均速比，则（6）压力级级数的确定Z式中-压力级的理想比焓降 ，为重热系数，本机，将Z取整。取整。(7)各级平均直径的求取 求取压力级级数后，再将图-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（8）各级比焓降分配 根据求出的各级平均直径，选取相应的速比

16、，求出各级的理想比焓降。为了便于比较和修正，一般以表格的方式列出。表1 各级比焓降值级序号12345678比焓降23.0424.7327.1130.2634.3037.8443.8847.40（9）各级比焓降的修正在拟定的热力过程线上逐级作出各级理想比焓降，计算。（10）检查各抽汽点压力值误差小于2%，所以符合要求。（11）最后按照各级的和求出相应的各级速比。2压力级详细热力计算(1)本级的比焓降和本级滞止比焓降 由调节级的计算结果，已知本级的， 由压力级比焓降分配，已知本级的， 由和查本级比焓降 本级滞止比焓降 (2)选取平均反动度 选取 (3)喷嘴的理想比焓降 (4)喷嘴的滞止理想比焓降

17、(5)喷嘴的出口汽流理想速度 (6)喷嘴出口汽流实际速度 ，这里取。 (7)喷嘴损失 (8)圆周速度u (9)级的假想速度 (10)假想速比 (11)确定喷嘴等比熵出参数，和 在焓熵图上查的， (12)喷嘴前后压力比 (13)选取喷嘴型式和出汽角 选TC-1A喷嘴 ，出汽角 (14)喷嘴出口面积 (15)喷嘴高度 (16)喷嘴出口实际比焓降 (17)动叶进口汽流角和相对速度 (18)动叶理想比焓降 (19)动叶滞止理想比焓降 (20)动叶出口理想汽流速度 (21)动叶出口实际汽流速度 (22)动叶损失 （23）确定动叶后参数、 根据，查焓商表得到，（24）动叶出口面积（25）动叶高度 这里为盖

18、度，参照调节级中的给定。（26）检验根部反动度在0.03-0.05范围内，符合要求。（27）计算动叶出汽角 （28）根据和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和方向角 （30）余速损失 （31）轮周有效比焓降（无限长叶片）（32）级消耗的理想能量 （33）轮周效率 （34）校核轮周效率 单位质量蒸汽对动叶所做的轮周功（35）叶高损失 式中取，已包括扇形损失。（36）轮周有效比焓降（37）轮周效率（38）叶轮摩擦损失,其中，（39）漏气损失选取：隔板气封齿的平均直径，隔板汽封间隙，汽封齿数，则有隔板漏气损失（40）计算级内各项损失之和（41）计算级的有效比焓降（42）计算级效率（43）计算级内功率（44）确定级后参数查焓商表得，下一级的7（45）作出级的热力过程线图7 压力级的热力过程线（46）作出第一压力级的速度三角形图8 第一压力级的速度三角形四计算汇总列表 表2 级的详细计算结果项目符号单位调节级第一压力级蒸汽流量G221.32217.52喷嘴平均直径mm1100981动叶平均直径mm1100981