基于B1008.831.27多級(jí)背壓式汽輪機(jī)設(shè)計(jì)

1、課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)題目： b100-8.83/1.27多級(jí)背壓式汽輪機(jī)設(shè)計(jì)院（系）： 基層教學(xué)單位： 學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)（班級(jí)）設(shè)計(jì)題目b100-8.83/1.27多級(jí)背壓式汽輪機(jī)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)機(jī)組類型：多級(jí)背壓式汽輪機(jī)新汽壓力：p0=8.83mpa；新汽溫度：t0=535排氣壓力：pc=1.27mpa；額定功率：pel=100mw轉(zhuǎn)速：n=3000rpm設(shè)計(jì)要求1、編寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，寫(xiě)出詳細(xì)的計(jì)算步驟，列出計(jì)算匯總列表；2、將各級(jí)動(dòng)葉出口速度三角形，按照一定的比例畫(huà)在同一張圖上；3、畫(huà)出調(diào)節(jié)級(jí)和第一壓力級(jí)的詳細(xì)熱力過(guò)程線，并標(biāo)出各個(gè)參數(shù)；4、畫(huà)出整機(jī)熱力過(guò)程線，畫(huà)出通流部分圖。工

2、作量1、撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份；2、計(jì)算匯總表一份；2、各級(jí)動(dòng)葉出口速度三角形、調(diào)節(jié)級(jí)和第一壓力級(jí)的詳細(xì)熱力過(guò)程線、整機(jī)熱力過(guò)程線、通流部分圖。工作計(jì)劃1、分析并確定汽輪機(jī)熱力設(shè)計(jì)的基本參數(shù)：12天；2、分析并選擇汽輪機(jī)的型式、配汽機(jī)構(gòu)型式、通流部分形狀及有關(guān)參數(shù)，擬定汽輪機(jī)近似熱力過(guò)程線和原則性熱力系統(tǒng)，進(jìn)行汽耗量與熱經(jīng)濟(jì)性的初步計(jì)算：34天；3、確定壓力級(jí)的級(jí)數(shù)，進(jìn)行各級(jí)比焓降分配；對(duì)各級(jí)進(jìn)行詳細(xì)的熱力計(jì)算，確定汽輪機(jī)的實(shí)際熱力過(guò)程線：45天；4、修正熱力計(jì)算結(jié)果，撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)，繪圖，計(jì)算結(jié)果匯總：45天；5、答辯：1天。參考資料1、電廠汽輪機(jī)原理及系統(tǒng)，靳智平，中國(guó)電力出版社，2006；2

3、、汽輪機(jī)課程設(shè)計(jì)參考資料，馮慧雯，水利電力出版社，1992。指導(dǎo)教師簽字基層教學(xué)單位主任簽字說(shuō)明：此表一式四份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、基層教學(xué)單位、系部各一份。2015年12月21日 目 錄一、課程設(shè)計(jì)的目的與要求1二、課程設(shè)計(jì)題目2三、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容2四、計(jì)算匯總列表24五、汽輪機(jī)通流圖26六、課程設(shè)計(jì)總結(jié)27七、參考文獻(xiàn)27燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)一、課程設(shè)計(jì)的目的與要求1系統(tǒng)地總結(jié)、鞏固并應(yīng)用汽輪機(jī)原理課程中已學(xué)過(guò)的理論知識(shí)，重點(diǎn)掌握汽輪機(jī)熱力設(shè)計(jì)的方法、步驟。2汽輪機(jī)熱力設(shè)計(jì)的任務(wù)，一般是按照給定的設(shè)計(jì)條件,確定流通部分的幾何參數(shù)，力求獲得較高的相對(duì)內(nèi)效率。就汽輪機(jī)課程設(shè)計(jì)而

4、言其任務(wù)通常是指各級(jí)幾何尺寸的確定及級(jí)效率和內(nèi)功率的計(jì)算。3汽輪機(jī)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容與設(shè)計(jì)程序大致包括：(1) 分析并確定汽輪機(jī)熱力設(shè)計(jì)的基本參數(shù)，如汽輪機(jī)容量、進(jìn)汽參數(shù)、轉(zhuǎn)速、排汽壓力或循環(huán)水溫度、回?zé)峒訜峒?jí)數(shù)及給水溫度、供熱汽輪機(jī)的供汽壓力等。(2) 分析并選擇汽輪機(jī)的型式、配汽機(jī)構(gòu)型式、通流部分形狀及有關(guān)參數(shù)。(3) 擬定汽輪機(jī)近似熱力過(guò)程線和原則性熱力系統(tǒng)，進(jìn)行汽耗量與熱經(jīng)濟(jì)性的初步計(jì)算。(4) 根據(jù)汽輪機(jī)運(yùn)行特性、經(jīng)濟(jì)要求及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等因素，比較和確定調(diào)節(jié)級(jí)的型式、比焓降、葉型及尺寸等。(5) 根據(jù)流通部分形狀和回?zé)岢槠麎毫σ?，確定壓力級(jí)的級(jí)數(shù)，并進(jìn)行各級(jí)比焓降分配。(6) 對(duì)各級(jí)進(jìn)行詳

5、細(xì)的熱力計(jì)算，求出各級(jí)流通部分的幾何尺寸、相對(duì)內(nèi)效率和內(nèi)功率，確定汽輪機(jī)的實(shí)際熱力過(guò)程線。(7) 根據(jù)各級(jí)熱力計(jì)算的結(jié)果，修正各回?zé)岢槠c(diǎn)壓力以符合實(shí)際熱力過(guò)程線的要求。(8) 根據(jù)需要修正熱力計(jì)算結(jié)果。(9) 繪制流通部分及縱剖面圖。4通過(guò)設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步的了解，明確主要部件在整個(gè)機(jī)組中的作用、位置及相互關(guān)系。5通過(guò)設(shè)計(jì)了解并掌握我國(guó)當(dāng)前的技術(shù)政策和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)資料等。6所設(shè)計(jì)的汽輪機(jī)應(yīng)滿足以下要求：(1) 運(yùn)行時(shí)具有較高的經(jīng)濟(jì)性。(2) 不同工況下工作時(shí)均有高的可靠性。 共 27 頁(yè) 第 1 頁(yè)燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)(3) 在滿足經(jīng)濟(jì)性和可靠性要求的同時(shí)

6、，還應(yīng)考慮到汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、布局合理、成本低廉、安裝與維修方便以及零部件通用化、系列標(biāo)準(zhǔn)化等因素。7由于課程設(shè)計(jì)的題目接近實(shí)際，與當(dāng)前國(guó)民經(jīng)濟(jì)的要求相適應(yīng)，因而要求設(shè)計(jì)者具有高度的責(zé)任感，嚴(yán)肅認(rèn)真。應(yīng)做到選擇及計(jì)算數(shù)據(jù)精確、合理、繪圖規(guī)范，清楚美觀。二、課程設(shè)計(jì)題目以下為典型常規(guī)題目，也可以設(shè)計(jì)其他類型的機(jī)組。機(jī)組型號(hào)：b100-8.83/1.27機(jī)組型式：多級(jí)沖動(dòng)式背壓汽輪機(jī)新汽壓力：新汽溫度：排汽壓力：額定功率：轉(zhuǎn)速：三、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容（一）設(shè)計(jì)工況下的總機(jī)初步參數(shù)選擇1機(jī)組配汽方式 采用噴嘴配汽2調(diào)節(jié)級(jí)選型 采用單列級(jí)3主要參數(shù)的確定（1）已知參數(shù)、（2）選取設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)功率

7、一般凝汽式機(jī)組有一系列標(biāo)準(zhǔn)，而背壓式機(jī)組在國(guó)內(nèi)目前尚無(wú)統(tǒng)一系列標(biāo)準(zhǔn)。可取設(shè)計(jì)功率=經(jīng)濟(jì)功率=額定功率。汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率 選取，待各級(jí)詳細(xì)計(jì)算后與所得進(jìn)行比較，直到符合要求為止。機(jī)械效率：取發(fā)電機(jī)效率：取給水回?zé)嵯到y(tǒng)及參數(shù)：采用兩級(jí)加熱器,一級(jí)除氧器。系統(tǒng)及參數(shù)詳見(jiàn)給水回?zé)嵯到y(tǒng)圖。圖1 回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)4近似熱力過(guò)程線的擬定在h-s圖上，根據(jù)新蒸汽壓力和新蒸汽溫度，可確定汽輪機(jī)進(jìn)汽狀態(tài)點(diǎn)0（主汽閥前），并查的該點(diǎn)的比焓值，比熵,比體積。在h-s圖上，根據(jù)初壓及主汽閥和調(diào)節(jié)汽閥節(jié)流壓力損失可以確定調(diào)節(jié)級(jí)前壓力，然后根據(jù)與的交點(diǎn)可以確定調(diào)節(jié)級(jí)級(jí)前狀態(tài)點(diǎn)1，并查的該點(diǎn)的溫度，比熵,比體積。在h-s圖上，

8、根據(jù)凝汽器壓力和排汽阻力損失，可以確定排氣壓力。在h-s圖上，根據(jù)凝汽器壓力和比熵可以確定汽缸理想出口狀態(tài)點(diǎn)2t,并查得此點(diǎn)比焓值，溫度，比體積，干度。由此可以得到汽輪機(jī)理想比焓降，進(jìn)而可以確確定汽輪機(jī)實(shí)際比焓降，再根據(jù)，和可以確定實(shí)際出口狀態(tài)點(diǎn)2，并計(jì)算此點(diǎn)比焓值，查的溫度，比體積，干度?？紤]末級(jí)余速損失，,然后沿壓力線下移得3點(diǎn),并查得比體積該點(diǎn)比焓值,溫度,用直線連接1和3點(diǎn)兩點(diǎn),在中間4點(diǎn)沿壓力線下移1215得4點(diǎn)，光滑連接1、4、3點(diǎn)，則由點(diǎn)0、1、4、3、2連接的線即為該機(jī)組在設(shè)計(jì)工況下的近似熱力過(guò)程線。5汽輪機(jī)總進(jìn)汽量的初步估算 汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)功率，kw 汽輪機(jī)通流部分的理想比焓降

9、，3476.64kj/kg 汽輪機(jī)通流部分相對(duì)內(nèi)效率之初估值； 機(jī)組的發(fā)電機(jī)效率； 機(jī)組的機(jī)械效率； 考慮回?zé)岢槠鹌吭龃蟮南禂?shù),它與回?zé)峒?jí)數(shù)、給水溫度、汽機(jī)容量及參數(shù)有關(guān)，?。?是考慮門桿漏汽及前軸封漏汽的蒸汽余量，（t/h）給定前軸封漏汽，門桿漏汽；是汽輪機(jī)總進(jìn)汽量。圖2 初擬定熱力過(guò)程線（二）調(diào)節(jié)級(jí)計(jì)算1.噴嘴部分的計(jì)算(1)調(diào)節(jié)級(jí)進(jìn)口參數(shù)及調(diào)節(jié)級(jí)的滯止理想比焓降。調(diào)節(jié)級(jí)進(jìn)口參數(shù)即為高壓缸進(jìn)口參數(shù)，由于進(jìn)入調(diào)節(jié)級(jí)的氣流速度很小，可以近似認(rèn)為滯止參數(shù)與進(jìn)口參數(shù)相等。由擬定熱力過(guò)程線的步驟可得：，,。(2)調(diào)節(jié)級(jí)進(jìn)汽量(3)確定速比 和理想比焓降取， 取調(diào)節(jié)級(jí)平均直徑dm=1100mm

10、，計(jì)算時(shí)取dm=dn=db (4)平均反動(dòng)度的確定 取(5)噴嘴的滯止理想比焓降(6)噴嘴出口汽流速度與,取=0.97，故c1=458.5m/s。(7)計(jì)算噴嘴前后壓比噴嘴出口等比熵出口參數(shù)，。由和求出噴嘴出口理想比焓降 該過(guò)程為等熵膨脹過(guò)程，由、查水蒸氣h-s圖得出口比體積，噴嘴出口壓力。由此可知，噴嘴中為亞聲速流動(dòng)，采用漸縮噴嘴，選噴嘴型號(hào)tc-1a、。（8）計(jì)算噴嘴損失（9）噴嘴出口面積。因?yàn)閲娮熘袨閬喡曀倭鲃?dòng)，故為gn噴嘴流量，kg/sv1t噴嘴出口理想比容，m3/kgn噴嘴流量系數(shù)，取n=0.97（10）確定部分進(jìn)汽度e確定部分進(jìn)汽度的原則是選擇部分進(jìn)汽度 和噴嘴高度 的最佳組合，使

11、葉高損失和部分進(jìn)汽損失之和為最小。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鼓風(fēng)損失系數(shù)w=be*1/e*(l-e-ec/2)*xa3,取be=0.15，ec=0.4斥汽損失系數(shù)s=ce*1/e*sn/dn*xa，取ce=0.012，sn=3（噴嘴組數(shù)），dn=dm=1100mm令y=hl+he令其一階導(dǎo)數(shù)為零，即求y 的極值，最終可得到e ，設(shè)計(jì)時(shí)選取e 值比計(jì)算值稍大些。取。（11）確定噴嘴高度為了方便制造，選?。?2）噴嘴出口比焓值由、查得，2動(dòng)葉部分的計(jì)算（1）求動(dòng)

12、葉進(jìn)口汽流相對(duì)速度和進(jìn)汽角動(dòng)葉等比熵出口參數(shù)與由，,查得，動(dòng)葉出口壓力(3) 確定動(dòng)葉理想比焓降和動(dòng)葉滯止理想比焓降 (4) 計(jì)算動(dòng)葉出口汽流相對(duì)速度 取 （5）計(jì)算動(dòng)葉損失 （6）確定動(dòng)葉出口面積 (7)計(jì)算動(dòng)葉高度 由，可知，進(jìn)出口比體積相差不大，故可取，根據(jù)噴組高度有式中 葉頂高度，取；葉根蓋度，取。 （8）作動(dòng)葉出口速度三角形。由、確定速度三角形 (9) 動(dòng)葉出口比焓值由、查得, (10)余速損失(11) 輪周損失(12) 輪周有效比焓降（13）輪周效率。調(diào)節(jié)級(jí)后余速不可利用，系數(shù)為(14) 校核輪周效率 ，在誤差允許范圍內(nèi)。u=172.79u=172.79（15）做調(diào)節(jié)級(jí)速度三角形圖

13、3 調(diào)節(jié)級(jí)進(jìn)出口速度三角形3級(jí)內(nèi)其他損失的計(jì)算(1)葉高損失取系數(shù)。(2)扇形損失(3)葉輪摩擦損失：由前面， 式中 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取（4）部分進(jìn)氣損失鼓風(fēng)損失 斥汽損失 kj/kg式中 噴嘴組數(shù)，取；與級(jí)類型有關(guān)的系數(shù)，單列級(jí)，一般取0.15；裝有護(hù)罩弧段長(zhǎng)度與整個(gè)圓周長(zhǎng)度之比；與級(jí)類型有關(guān)的系數(shù)，單列級(jí)，一般取0.012；故有所以(5) 級(jí)內(nèi)各項(xiàng)損失之和(6)下一級(jí)入口參數(shù)由、查得，4.級(jí)效率與內(nèi)功率的計(jì)算（1）級(jí)的有效比焓降（2）級(jí)效率（3）級(jí)的內(nèi)功率5.調(diào)節(jié)級(jí)熱力過(guò)程線圖4 調(diào)節(jié)級(jí)熱力過(guò)程線（三）壓力級(jí)的計(jì)算1.壓力級(jí)比焓降分配和級(jí)數(shù)確定 本機(jī)組采用整段轉(zhuǎn)子，整段轉(zhuǎn)子的葉片根部直徑一般

14、采用相同的值。這樣，一方面是加工方便，另一方面可使很多級(jí)的隔板體通用。（1）第一壓力級(jí)平均直徑的確定 給定選取，查焓熵圖求出第一壓力級(jí)噴嘴流量為調(diào)節(jié)級(jí)流量減去前軸封漏氣量，即噴嘴出口氣流速度由連續(xù)性方程，其中流量系數(shù)而，其中取求得，符合要求。（2）末級(jí)平均直徑的確定 給定（3）確定壓力級(jí)平均直徑的變化根據(jù)汽輪機(jī)原理所描述的蒸汽通道形狀，確定壓力級(jí)平均直徑的變化規(guī)律，通常采用作圖法。在縱坐標(biāo)上任取長(zhǎng)度為a 的線段bd（一般a=25cm），用以表示第一壓力級(jí)至末級(jí)動(dòng)葉中心之軸向距離。在bd 兩端分別按比例畫(huà)出第一壓力級(jí)與末級(jí)的平均直徑值。根據(jù)選擇的通道形狀，用光滑曲線將a、c 兩點(diǎn)連接起來(lái)。ac

15、曲線即為壓力級(jí)各級(jí)直徑的變化規(guī)律。（4）壓力級(jí)的平均直徑（平均）將bd 線等分為m 等分，取1、2、3m-1 點(diǎn)。為了減小誤差，建議6。從圖中量出割斷長(zhǎng)度，求出平均直徑。式中的k 為比例尺。圖5 壓力級(jí)平均直徑變化曲線圖（5）壓力級(jí)的平均比焓降選取平均速比，則（6）壓力級(jí)級(jí)數(shù)的確定z式中-壓力級(jí)的理想比焓降 ，為重?zé)嵯禂?shù)，本機(jī)，將z取整。取整。(7)各級(jí)平均直徑的求取 求取壓力級(jí)級(jí)數(shù)后，再將圖-5中的bd線段重新分為7等份，在原擬定的平均直徑變化曲線上求出各級(jí)平均直徑。得表-1各級(jí)平均直徑數(shù)據(jù)。圖6 壓力級(jí)的各級(jí)平均直徑修正圖（8）各級(jí)比焓降分配 根據(jù)求出的各級(jí)平均直徑，選取相應(yīng)的速比，求出各

16、級(jí)的理想比焓降。為了便于比較和修正，一般以表格的方式列出。表1 各級(jí)比焓降值級(jí)序號(hào)12345678比焓降23.0424.7327.1130.2634.3037.8443.8847.40（9）各級(jí)比焓降的修正在擬定的熱力過(guò)程線上逐級(jí)作出各級(jí)理想比焓降，計(jì)算。（10）檢查各抽汽點(diǎn)壓力值誤差小于2%，所以符合要求。（11）最后按照各級(jí)的和求出相應(yīng)的各級(jí)速比。2壓力級(jí)詳細(xì)熱力計(jì)算(1)本級(jí)的比焓降和本級(jí)滯止比焓降 由調(diào)節(jié)級(jí)的計(jì)算結(jié)果，已知本級(jí)的， 由壓力級(jí)比焓降分配，已知本級(jí)的， 由和查本級(jí)比焓降 本級(jí)滯止比焓降 (2)選取平均反動(dòng)度 選取 (3)噴嘴的理想比焓降 (4)噴嘴的滯止理想比焓降 (5)噴

17、嘴的出口汽流理想速度 (6)噴嘴出口汽流實(shí)際速度 ，這里取。 (7)噴嘴損失 (8)圓周速度u (9)級(jí)的假想速度 (10)假想速比 (11)確定噴嘴等比熵出參數(shù)，和 在焓熵圖上查的， (12)噴嘴前后壓力比 (13)選取噴嘴型式和出汽角 選tc-1a噴嘴 ，出汽角 (14)噴嘴出口面積 (15)噴嘴高度 (16)噴嘴出口實(shí)際比焓降 (17)動(dòng)葉進(jìn)口汽流角和相對(duì)速度 (18)動(dòng)葉理想比焓降 (19)動(dòng)葉滯止理想比焓降 (20)動(dòng)葉出口理想汽流速度 (21)動(dòng)葉出口實(shí)際汽流速度 (22)動(dòng)葉損失 （23）確定動(dòng)葉后參數(shù)、 根據(jù)，查焓商表得到，（24）動(dòng)葉出口面積（25）動(dòng)葉高度 這里為蓋度，參照

18、調(diào)節(jié)級(jí)中的給定。（26）檢驗(yàn)根部反動(dòng)度在0.03-0.05范圍內(nèi)，符合要求。（27）計(jì)算動(dòng)葉出汽角 （28）根據(jù)和在動(dòng)葉葉型表中動(dòng)葉型號(hào) 選擇 tp-1a型（29）確定動(dòng)葉出口絕對(duì)速度和方向角 （30）余速損失 （31）輪周有效比焓降（無(wú)限長(zhǎng)葉片）（32）級(jí)消耗的理想能量 （33）輪周效率 （34）校核輪周效率 單位質(zhì)量蒸汽對(duì)動(dòng)葉所做的輪周功（35）葉高損失 式中取，已包括扇形損失。（36）輪周有效比焓降（37）輪周效率（38）葉輪摩擦損失,其中，（39）漏氣損失選取：隔板氣封齒的平均直徑，隔板汽封間隙，汽封齒數(shù)，則有隔板漏氣損失（40）計(jì)算級(jí)內(nèi)各項(xiàng)損失之和（41）計(jì)算級(jí)的有效比焓降（42）計(jì)算級(jí)效率（43）計(jì)算級(jí)內(nèi)功率（44）確定級(jí)后參數(shù)查焓商表得，下一級(jí)的7（45）作出級(jí)的熱力過(guò)程線圖7 壓力級(jí)的熱力過(guò)程線（46）作出第一壓力級(jí)的速度三角形圖8 第一壓力級(jí)的速度三角形四計(jì)算匯總列表 表2 級(jí)的詳細(xì)計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目符號(hào)單位調(diào)節(jié)級(jí)第一壓力級(jí)蒸汽流量g221.32217.52噴嘴平均直徑mm1100981動(dòng)葉平均直徑mm1100981