汽轮机课程设计

本文格式为Word版，下载可任意编辑——汽轮机课程设计汽轮机原理课程设计说明书

第一章23MW凝汽式汽轮机设计任务书

1.1设计题目：23MW凝汽式汽轮机热力设计1.2设计任务及内容

根据给定条件完成汽轮机各级尺寸的确定及级效率和内功率的计算。在保证运行安全的基础上，力求达到结构紧凑、系统简单、布置合理、使用经济性高。

汽轮机设计的主要内容：1.确定汽轮机型式及配汽方式；

2.拟定热力过程及原则性热力系统，进行汽耗量于热经济性的初步计算；3.确定调理级型式、比焓降、叶型及尺寸等；4.确定压力级级数，进行比焓降分派；

5.各级详细热力计算，确定各级通流部分的几何尺寸、相对内效率、内功率与整机实际热力过程曲线；

6.整机校核，汇总计算表格。

1.3设计原始资料

额定功率：23MW设计功率：18.4MW新汽压力：3.43MPa新汽温度：435℃排汽压力：0.005MPa冷却水温：22℃机组转速：3000r/min回热抽汽级数：5给水温度：168℃

1.4设计要求

1.严格遵守作息时间，在规定地点认真完成设计，设计共计两周；2.完成设计说明书一份，要求过程完整，数据确凿；3.完成通流部分纵剖面图一张（A0图）4.计算结果以表格汇总。

-1-

汽轮机原理课程设计说明书

其次章多极汽轮机热力计算

2.1近似热力过程曲线的拟定

一、进排汽机构及连接纳道的各项损失

蒸汽流过个阀门及连接纳道时，会产生节流损失和压力损失。表2-1列出了这些损失寻常选取范围。

表2-1汽轮机各阀门及连接纳道中节流损失和压力估取范围

损失名称符号估算范围主汽管和调理阀节流损失?p0△P=（0.03～0.05）p0排汽管中压力损失?pc△P=（0.02～0.06）pc回热抽汽管中压力损失?pe△P=（0.04～0.08）peP0P00ΔP0＇t00＇Δhi(Δht)Δhtmac＇macPc＇PcmachΔPcs图2-1进排汽机构损失的热力过程曲线

-2-

汽轮机原理课程设计说明书

二、汽轮机近似热力过程曲线的拟定

根据经验，对一般非中间再热凝汽式汽轮机可近似地按图2-2所示方法拟定近似

热力过程曲线。

由已知的新汽参数p0、t0，可得汽轮机进汽状态点0，并查得初比焓h0=3304.2kj/kg。由前所得，设进汽机构的节流损失ΔP0=0.04P0=0.1372MPa得到调理级前压力P0＇=P0-ΔP0=3.2928MPa，并确定调理级前蒸汽状态点1。过1点作等比熵线向下交于Px线于2点，查得h2t=2152.1kj/kg，整机的理想比焓降

??h??hmac't0?h2t?3304.2-2128=1176kj/kg3304.2?2120?1184.2。由上估计进汽量后得到的相对内效率

＇

ηri=83.1%，有效比焓降Δhtmac=（Δhtmac）ηri=1176×0.831=977.3kj/kg，排汽比

焓hz?h0??htmac?3304.23304.2-977.3=2326.9kj/kg?986.328?2317.872，在h-s图上得排汽点Z。用直线连接1、Z两点，在中间3'点处沿等压线下移21～25kj/kg得3点，用光滑连接1、3、Z点，得该机设计工况下的近似热力过程曲线，如图2-2所示。

3.43Mpa3.2928Mp435℃h0=3304.2kJ/kg

03＇21～25kj/kg1176.2kj/kg30.005Mpa977.3kj/kgz2th2t=2152.1kj/kghz=2326.9kj/kg

图2-212MW凝汽式汽轮机近似热力过程曲线

-3-

汽轮机原理课程设计说明书

2.2汽轮机总进汽量的初步估算

一般凝汽式汽轮机的总蒸汽流量D0可由下式估算：

D0?3.6Peri??h??mac't?g?mm??D=84.36t/h

式中Pe———汽轮机的设计功率，KW；??htmac?——通流部分的理想比焓降，Kj/kg；

'?ri———汽轮机通流部分相对内效率的初步估算值；

?g———机组的发电机效率；

?m———机组的机械效率；

?D———考虑阀杆漏气和前轴封漏汽及保证在处参数下降或背压升高时

仍能发出设计功率的蒸汽余量，寻常取=3%左右，t/h

m————考虑回热抽汽引起进汽量增大的系数，它与回热级数、给水温

度、汽轮机容量及参数有关，寻常取m=1.08～1.25，

设m=1.16ΔD=2.5t/h?m=0.99?g=0.97则

D0=(3.6×18400×1.16/977.3×0.99×0.97)+2.5=84.36t/h

蒸汽量?D包括前轴封漏汽量?Dl=1.500t/h（其中?Dl1=0.77t/h漏人H2高压加热器），?D/D0=3%。

调理抽汽式汽轮机通流部分设计式，要考虑到调理抽汽工况及纯凝汽工况。般高压部分的进汽量及几何尺寸以调理抽汽工况作为设计工况进行计算，低压部分的进汽量及几何下以纯凝汽工况作为设计工况进行计算。

2.3回热系统的热平衡初步计算

汽轮机进汽量估算及汽轮机近似热力过程曲线拟定以后，就可进行回热系统的热平衡计算。

一、回热抽汽压力的确定1.除氧器的工作压力

给水温度tfw和回热级数zfw确定之后，应根据机组的初参数和容量确定除氧器的工作压力。除氧器的工作压力与除氧效果关系不大，一般根据技术经济比较和实用条件来确定。寻常在中低参数机组中采用大气式除氧器。大气式除氧器的工作压力一般

-4-

汽轮机原理课程设计说明书

选择略高于大气压力即0.118MP.

2.抽汽管中压力损失?pe

在进行热力设计时，要求?pe不超过抽汽压力的10%，寻常取?pe=（0.04～0.08）pe，级间抽汽时取较大值，高中压排汽时取较小值。

3.表面式加热器出口传热端差?t

由于金属表面的传热阻力，表面式加热器的给水出口水温tw2与回热抽汽在加热器中凝结的饱和水温te'间存在温差?t=te'-tw2称为加热器的出口端差，又称上端差，经济上合理的端差需通过综合的技术比较确定。一般无蒸汽冷却段的加热器取?t=3～6℃

4.回热抽汽压力的确定

在确定了给水温度tfw、回热抽汽级数zfw、上端差?t和抽汽管道压损?pe等参数后，可以根据除氧器的工作压力，确定除氧器前的低压加热器数和除氧器后的高压加热器数，同时确定各级加热器的比焓升?hw或温升?tw。这样，各级加热器的给水出口水温tw2也就确定了。根据上端差?t可确定各级加热器内的疏水温度te'，即

te'=tw2+?t。从水和水蒸气热力性质图表中可查得te'所对应的饱和蒸汽压力个

加热器的工作压力pe'。考虑回热抽汽管中的压力损失，可求出汽轮机得抽汽压力pe，即pe=pe'+?pe。在汽轮机近似热力过程曲线中分别找出个抽汽点得比焓值he，并将上述参数列成表格如下：

表2-223MW凝汽式汽轮机即热汽水参数

-5-

汽轮机原理课程设计说明书

加热器号抽汽压力pe抽汽比焓he抽汽管压损?pe（MPa）（Kj/kg）加热器工作压pe力饱和水温度te'饱和水比焓he'出口端差?t℃给水出口水温tw2给水出口比焓hw2℃'pe（%）（MPa）0.8510.3220.1180.080173（Kj/kg）℃（Kj/kg）710.50550.65437376.7273.1H1H2HdH3H40.9250.3510.1420.0870.0313022.4828488732.455033168131104.2590.1565.4136572.05104.2593437390.22709.5172630.182490.880.02968.4284.6二、各级加热器回热抽汽量计算1.H1高压加热器其给水量为

Dfw=D0-ΔDl+ΔDej=39.72-1.5+0.77+1=84.67t/h

式中ΔDl———高压端轴封漏汽量，t/h；

ΔDl1———漏人H2高压加热器的轴封漏汽量，t/h；

ΔDej———射汽漏汽器耗汽量，t/h。

该级回热抽汽量为：

?Del?Dfw(hw2?hw1)(hel?h'el)?h=6.01t/h

2.?D'e2?Dcwhw2?hw1550.65?437?84.67?4.31t/h

(he2?he'2)?h(2848?572.1)?0.98考虑前轴封一部分漏气量漏人本级加热器并放热可使本级回热抽气量减少的相

当量为：ΔDl1=0.77×（3116-572.1）/(2848-572.1)=0.75

-6-

汽轮机原理课程设计说明书

考虑上级加热器疏水流入高压加热器并放热可使本级回热抽气量减少的相当量为：?D'el=6.01×（732.4-572.1）/(2482-572.1)=0.35t/h

3.Hd（除氧器）除氧器为混合式加热器，其平衡图见图2-3。

ΔDl1ΔDe2ΔDelhe2hw2hw1Dfwhel＇helhw2hw1Dfwhe2＇hedΔDdDcwhw1hel＇hel＇hed＇(b)图2-3混合式加热器

'?Dedhed?(?Del??De2??Dl1)he'?Dcwhw1?Dfwhed

（c）Dcw??Dl1??Ded??Del??De2?Dfw

代入数字解得：?Ded=1.53t/hDcw=73.08t/h

4.低压加热器

?De3?Dcwhw2?hw1376.7?273.1?73.08?3.45t/h

(he3?he')?h(2630.1?390.2)?0.98H4的计算抽气量为：

?D'e4=84.76（273.1-147.59）/(2490.8-284.6)×0.98=4.92t/h

2.4流经汽轮机各级机组的蒸汽两级及其内功率计算

调理级：D0=84.36t/h

-7-

汽轮机原理课程设计说明书

Pi0=D0(h0-h2)/3.6=84.36×（3304.2－3116）/3.6=4410.1kw

（调理级后压力为1.228Mpa，h2=3116kj/kg,待调理级型式选定及热力计算后求得。第一次估算时，可估取调理级理想比焓降及级效率后在h-s图的近似热力过程线上查得）

第一级组：

D1=D0-ΔDl=84.36-1.5=82.86t/h

Pi1=D1（hl-he1）/3.6=82.86×（3116－3032）/3.6=1979.4kw

其次级组：

D2=D1-ΔDel=82.86-6.01=76.86t/h

Pi2=D2（he1-hed）/3.6=76.86×（3032－2848）/3.6=3808kw

第三级组：

D3=D2-ΔDed=76.86-3.21=73.65t/h

Pi3=D3（hed-h2）/3.6=73.65×（2848－2709.5）/3.6=2823kw

第四级组：

D4=D3-ΔDe3=73.65-1.53=72.1t/h

Pi4=D4（h2-hz）/3.6=72.1×（2709－2630.1）/3.6=1580.1kw

第五级组：D5=72.1-3.5=68.5t/h

Pi5=68.5×(2630.1-2490.8)/3.6=2646.8第六级组：D6=68.5-4.92=63.58t/h

Pi6=63.58×(2490.8-2330.2)/3.6=2737.5整机内功率：

Pi=ΣPi=4410.1+1979.4+3808+2823+1580.1+2646.8+2737.5=19556.kw

2.5计算汽轮机装置的热经济性

机械损失

ΔPm=Pi(1-ηm)=19556×(1-0.99)=196kw

轴端功率

Pa=Pi-ΔPm=19556-196=19360kw

发电机功率

Pe=Paηg=19360×0.97=18779kw

校核

-8-

汽轮机原理课程设计说明书

（18779-18400）/18400×100%=2%

符合设计工况Pe=18400kw的要求，原估计的蒸汽量D0正确。汽耗率：

84360D0?10394200d???3.74=4.49kg/(kw·h)

Pe25192.4718779

不抽汽时(回热抽汽阀停用)估计汽耗率：

D0?103=3.86t/hd??D0(h0?hz)[??Pm]?m3.6汽轮机装置汽耗率：

q?d(h0?hfw)=4.49×（3304.2－710.2）=11647.1KJ/(kw.h)

q?d(h?hfw)q?，d查得(h?hfw=710.2kj/kg)给水焓，由给水温度150℃，给水压力P=0.543MPa

汽轮机装置的绝对电效率：

?el?计算结果列于表2-3

3600?100%=3600/11647.1=31%q

表2-325MW基本0.00511647.132.05汽轮机装3.86710.235.56.271.1816831-9-

3.43ΔDelΔhelD0ΔDlDet/h63.58t/h1.5给水泵压头凝结水泵压头t/h84.36抽汽冷却器出口水温KJ/kg2299.7凝汽器出口水温tctejpfppcpt/h1.0435汽轮机背压pc/pc′汽轮机初压P0MpaMpa℃℃MpaMpa汽轮机初温t0℃汽轮机初比焓300022流入凝汽器蒸汽量h0KJ/kg3304.2工作转速nt/min射汽抽汽器汽耗量射汽抽汽器比焓降汽轮机总进汽量前轴封漏气量冷却水温tcl℃汽轮机原理课程设计说明书

-10-

排气比焓ΔPmPaηg℅kWD0dt/hkg/kWhkWkW连轴器端功率发电机效率发电机端功率PehzKJ/kg2330.2机械损失19619360971877984.364.49不抽气时汽耗率给水温度给水比焓热耗率绝对电效率d′tfwhfwqηelkg/kWh℃KJ/kgkg/kWh℅等比熵排气比焓理想比焓降h2tKJ/kg2128.2有效比焓降汽轮机内效率19556ΔKJ/kg1176machtΔKJ/kg977.3machtηri℅83.1汽轮机总进汽量汽耗率汽轮机内功率pikW

热平衡计算数据H1MpaKJ/kgMpa℃KJ/kgKJ/kgt/h℃KJ/kg℃℃KJ/kgKJ/kgt/ht/ht/ht/h加热器pelheipeictei′hei′ΔheDwtw1hw1δttw2hw2ΔhwΔDel′ΔDl′H20.35128480.32210.118104.25437227276.8690376.74375131550.65113.650136572.05227684.67104.2527092630.10.08093390.2224076.8665.4273.130.1420.087HdH3H40.0312490.80.02968.4284.62206.276.8635.5148365.4273抽汽压力0.92530320.8505173732.4230084.67131550.655168710.51606.016.01加热抽汽抽汽比焓加热器压力pe′下饱和水温pe′下饱和水比焓1kJ蒸汽的放热量被加热的凝结水量汽轮机原理课程设计说明书

-11-

凝结给水加热器进口水温加热器进口水比焓加热器出口端茶出口水温凝结给水出口水比焓104.29054376.760.34.310.750.353.210.4651.531.98103.73.453.45给水比焓增1254.920.34.62计算抽气量抽气量前轴封回收相当量上级加热器疏水相当量ΔDelΔDe(i1)′实际抽气量汽轮机原理课程设计说明书

第三章通流部分选型及热力计算

3.1通流部分选型

一、排汽口数和末级叶片

凝汽式汽轮机得汽缸数和排气口数是根据其功率和单排汽口凝汽式汽轮机得极限功率确定得。但汽轮机的功率大于单排汽口凝汽式汽轮机的极限功率时，需要采用多缸和多排汽口，但很少采用五个以上汽缸的。

当转速和初终参数一定时，排汽口数主要取决于末级通道的排汽面积。末级通道的排汽面积需结合末级长叶片特性、材料强度、汽轮机背压、末级余速损失大小及制造成本等因素，进行综合比较后确定。寻常可按下式估算排汽面积：

Abz?pelm2

3162pc式中pel————机组电功率，KW；pc————汽轮机排汽压力，KPa。

二、配汽方式和调理级选型

电站用汽轮机的配汽方式有称调理方式，与机组的运行要求密切相关。寻常有喷嘴配汽、节流配汽、变压配汽及旁通配汽四种方式。我国绝大多数采用喷嘴配汽方式。采用喷嘴配汽的汽轮机，其蒸汽流量的改变主要是通过改变第一级组的工作面积来实现的，所以该机的第一级又称调理级。调理级各喷嘴组的通道面积及通过其内的蒸汽流量是不一定一致的。调理级型式与参数的选择在设计中是相当重要的，与汽轮机的容量大小、运行方式等因素有关。

1．调理级选型

由于双列级能承受较大的理想比焓降，一般约为160～500Kj/kg；但它的级效率几整机效率较底，在工况变动时其级效率变化较单级小；采用双列级的汽轮机级数较少，结构紧凑，由于其调理级后的蒸汽压力与温度下降较多，所以除调理级汽室及喷嘴组等部件需较好的材料外，汽缸与转子的材料等级可适当降低，从而降低机组造价，提高机组运行的可靠性。应选用双列调理级。

2．调理级热力参数的选择（1）理想比焓降的选择

目前国产汽轮机调理级理想比焓降选取范围如前所述：双列级约为160～

-12-

汽轮机原理课程设计说明书

500Kj/kg。应选调理级比焓降为270Kj/kg。

（2）调理级速度比xa?uca的选择

为了保证调理级的级效率，应选中取适当的速度比，它与所选择的调理级型式有关。寻常双列级速度比的选择范围为xa?0.22～0.28。

（3）调理级反动度的选择

为提高调理级的级效率，一般调理级都带有一定的反动度。由于调理级为部分进汽级，为了减少漏汽损失反动度不适合选的过大。双列调理级各列叶栅反动度之和

?m不超过13%～20%。应选取?m=18%。

3、调理级几何参数的选择（1）调理级平均直径的选择

选择调理级平均直径是寻常要考虑制造工艺调理级叶片的高度以及第一压力级的平均直径。一般在以下范围内选取：中低压汽轮机（套装叶轮）取dm=1000～1200mm。应选dm=1200mm。

（2）调理级叶型及其几何特性

调理级的叶型，特别是双列调理级的叶型，寻常是成组套装选择使用的。国产汽轮机调理级最常用的叶型组合为苏字叶型。故可选择如表3-1的叶型：

表3-1双列调理级的叶型

名称叶片型线喷嘴32TC-1A第一列动叶40TP-0A导叶20TP-2A其次列动叶30TP-4A如表3-1中所示喷嘴的宽度Bn1=32mm，按

汽轮机原理课程设计说明书

3.43Mpa3.29Mpa1.228Mpa1.1Mpa0.92Mpa3304.2kj/kg3116kj/kg920kj/kg0.73Mpa730.75kj/kg0.33Mpa0.176Mpa0.079Mpah0.028Mpa0.0062330.2kj/kg2128.2kj/kgs图4-2分派比焓降用的热力过程曲线

-26-

974kj/kg0.54Mpa

单t/h84.4mmmmMpa1.2281.10.92289301429532877278326824117313826680.730.540.33℃kJ/31163068334.83069701030110012301360152117201974969.51029.10991229135915201719197382.8682.8682.8676.8676.8673.772.172.122482250123456789序号项目符1蒸汽流量D2喷嘴平均直径dn3动叶平均直径db4级前压力P00.1760.0790.0120.9870.938252123405级前温度/干度t0/x6级前比焓值h0汽轮机原理课程设计说明书

-27-

748.0553.8461.276.2圆周速度um/s152.3161,7172.5192.9213.5238.8270.1309.9253.292.75115.4147.1181.7230.28级理想比焓降ΔhtkJ/9理想出口速度ca′m/s309.9328.1349.8390.4430.7480.4542.4602.8678.50.4910.4930.4930.4940.4960.4970.4980.517.067.688.128.649.029.6112.316.80.5220.910％kJ/0速度比xa′11平均反动度Ωm12喷嘴型线3.5083.5923.5853.5853.5843.5963.5963.5953.4953.4893.4893.4893.4893.4963.9601.381.833.233.023.4963.4963.4983.515.587.1313动叶型线14利用上级余速动Δ

序ΔhnkJ/Δm/s298.9315.3m/s290.1305.8326.23.340.762730.371267.30.25114.5238.3324830882640.610.452154.175.182.640.912902.940.970.970.970.970.970.970.97336.3kJ/46.4649.756.5570.5187.6107.3132.6156.44.6649.756.2369.6184.4104.3129.1151.项目符单12345678915喷嘴理想比焓降183.1190.2616.716喷嘴滞止比焓降17φ喷嘴出口理想速c1t375.5418.6463.2514.9559.18喷嘴速度系数0.970.97598.27.849.2711.219ΔhnkJ/p1℃m3/kcm2mmmm4234.238.238.514.0614.180.2430.245129.6219.00.1570.285316Mpa1.02喷嘴出口实际速c1364.2405.9449.3499.5543.6.340.2717520喷嘴损失21喷嘴后压力0.1530.061320.990.010.9332.7412.6汽轮机原理课程设计说明书

-28-

22v1tAnsinα1tnBnzn喷嘴后温度/干度t1/x23喷嘴出口比容0.4180.5230.7551.7224喷嘴出口面积270.7280.8366.4719.810310.2560.2610.2690.2740.2814.8515.1315.647.2308849.3507056.5509215.8916.359.4408066.740924305.0.28916.8175.9408425喷嘴出汽角正弦26喷嘴出汽角27喷嘴节距28喷嘴宽度29喷嘴数

序号符lne0.451111111mm38.927,730.927.425.228.548.759.1单123456789项目30喷嘴高度210.3131部分进汽度32kJ/3.414.24.134.976.588.3710.812.213.617.121.526.1动叶进口相对速w1m/s147.1156.2165.0184.9207.4228.5250.8260.9279.431.4534.0339.0248.133ΔhbkJ/ΔkJ/相应于w1的比焓Δ34动叶理想比焓降11.0918.0930.535动叶滞止比焓降16.3318.5723.6829.8737.1949.5464.5387.1236ψm/s156.71701.8951.31.320.922960.270.311.912.0956.41.590.732660.360.93动叶出口理想速w2tm/s168.518o.7192.7217.6244.4272.7314.8359.2417.40.9410.9420.9430.9450.9450.9450.9450.945181.5205.2230.92.6263.62.020.542410.433.1971.42.550.331970.66257.7297.5339.4394.43.9882.43.395.398.54.856.298.49109,7126.36.027.970.1760.0790.0120.0051441.28572.820.9290.91332111.2820.7汽轮机原理课程设计说明书

-29-

37动叶速度系数38ΔhbkJ/m/s50.7kJ/Mpa1.10℃m3/k1.3动叶出口实际速w239动叶损失40ΔP2动叶出口绝对速c241余速损失42动叶后压力43v2动叶后温度/干度t2/x44动叶出口比容

序号1395.4415.6452.6478.8606.91054.1930.6620.23456789Absinβ(o)20.7218.8818.927.23512676.64.8136.1141.2547.4846.6949.41091.76.5977.81.715900.5102.215900.51078.82.345900.5106.456.856.1661.21408.81.72.525900.5544.745.150.557.75.6276.11624.83.62.815900.5517418419621622676.25.2296.42058.85.23.235900.55252525253019.119.219.319.419.723.43024092.63.21mmmmmmkJ/kJ/kw％β2tbBbzblbΔhlΔhuPuηucm2项目单位符45动叶出口面积1045546动叶出汽角正弦0.3540.3240.3250.3260.3270.3280.3290.3310.33218.9519.0219.1519.1719.3019.4123.73024623.835266336.4479.32.141.23124.6158.1200.32616.86.63.45900.553206.86.93.795900.554011.87.74.475900.5547动叶出汽角48