多級背壓式汽輪機設計

1、課 程 設 計 說 明 書題目： B100-8.83/1.27多級背壓式汽輪機設計院（系）： 基層教學單位： 學 號學生姓名專業(yè)（班級）設計題目B100-8.83/1.27多級背壓式汽輪機設計設計技術參數(shù)機組類型：多級背壓式汽輪機新汽壓力：P0=8.83MPa；新汽溫度：t0=535排氣壓力：Pc=1.27MPa；額定功率：Pel=100MW轉速：n=3000rpm設計要求1、編寫課程設計說明書，寫出詳細的計算步驟，列出計算匯總列表；2、將各級動葉出口速度三角形，按照一定的比例畫在同一張圖上；3、畫出調節(jié)級和第一壓力級的詳細熱力過程線，并標出各個參數(shù)；4、畫出整機熱力過程線，畫出通流部分圖。工

2、作量1、撰寫課程設計說明書一份；2、計算匯總表一份；2、各級動葉出口速度三角形、調節(jié)級和第一壓力級的詳細熱力過程線、整機熱力過程線、通流部分圖。工作計劃1、分析并確定汽輪機熱力設計的基本參數(shù)：12天；2、分析并選擇汽輪機的型式、配汽機構型式、通流部分形狀及有關參數(shù)，擬定汽輪機近似熱力過程線和原則性熱力系統(tǒng)，進行汽耗量與熱經濟性的初步計算：34天；3、確定壓力級的級數(shù)，進行各級比焓降分配；對各級進行詳細的熱力計算，確定汽輪機的實際熱力過程線：45天；4、修正熱力計算結果，撰寫說明書，繪圖，計算結果匯總：45天；5、答辯：1天。參考資料1、電廠汽輪機原理及系統(tǒng)，靳智平，中國電力出版社，2006；2

3、、汽輪機課程設計參考資料，馮慧雯，水利電力出版社，1992。指導教師簽字基層教學單位主任簽字說明：此表一式四份，學生、指導教師、基層教學單位、系部各一份。2015年12月21日 目 錄一、課程設計的目的與要求1二、課程設計題目2三、課程設計內容2四、計算匯總列表24五、汽輪機通流圖26六、課程設計總結27七、參考文獻27燕 山 大 學 課 程 設 計 說 明 書一、課程設計的目的與要求1系統(tǒng)地總結、鞏固并應用汽輪機原理課程中已學過的理論知識，重點掌握汽輪機熱力設計的方法、步驟。2汽輪機熱力設計的任務，一般是按照給定的設計條件,確定流通部分的幾何參數(shù)，力求獲得較高的相對內效率。就汽輪機課程設計而

4、言其任務通常是指各級幾何尺寸的確定及級效率和內功率的計算。3汽輪機設計的主要內容與設計程序大致包括：(1) 分析并確定汽輪機熱力設計的基本參數(shù)，如汽輪機容量、進汽參數(shù)、轉速、排汽壓力或循環(huán)水溫度、回熱加熱級數(shù)及給水溫度、供熱汽輪機的供汽壓力等。(2) 分析并選擇汽輪機的型式、配汽機構型式、通流部分形狀及有關參數(shù)。(3) 擬定汽輪機近似熱力過程線和原則性熱力系統(tǒng)，進行汽耗量與熱經濟性的初步計算。(4) 根據汽輪機運行特性、經濟要求及結構強度等因素，比較和確定調節(jié)級的型式、比焓降、葉型及尺寸等。(5) 根據流通部分形狀和回熱抽汽壓力要求，確定壓力級的級數(shù)，并進行各級比焓降分配。(6) 對各級進行詳

5、細的熱力計算，求出各級流通部分的幾何尺寸、相對內效率和內功率，確定汽輪機的實際熱力過程線。(7) 根據各級熱力計算的結果，修正各回熱抽汽點壓力以符合實際熱力過程線的要求。(8) 根據需要修正熱力計算結果。(9) 繪制流通部分及縱剖面圖。4通過設計對整個汽輪機的結構作進一步的了解，明確主要部件在整個機組中的作用、位置及相互關系。5通過設計了解并掌握我國當前的技術政策和國家標準、設計資料等。6所設計的汽輪機應滿足以下要求：(1) 運行時具有較高的經濟性。(2) 不同工況下工作時均有高的可靠性。 共 27 頁 第 1 頁燕 山 大 學 課 程 設 計 說 明 書(3) 在滿足經濟性和可靠性要求的同時

6、，還應考慮到汽輪機的結構緊湊、系統(tǒng)簡單、布局合理、成本低廉、安裝與維修方便以及零部件通用化、系列標準化等因素。7由于課程設計的題目接近實際，與當前國民經濟的要求相適應，因而要求設計者具有高度的責任感，嚴肅認真。應做到選擇及計算數(shù)據精確、合理、繪圖規(guī)范，清楚美觀。二、課程設計題目以下為典型常規(guī)題目，也可以設計其他類型的機組。機組型號：B100-8.83/1.27機組型式：多級沖動式背壓汽輪機新汽壓力：新汽溫度：排汽壓力：額定功率：轉速：三、課程設計內容（一）設計工況下的總機初步參數(shù)選擇1機組配汽方式 采用噴嘴配汽2調節(jié)級選型 采用單列級3主要參數(shù)的確定（1）已知參數(shù)、（2）選取設計參數(shù)設計功率

7、一般凝汽式機組有一系列標準，而背壓式機組在國內目前尚無統(tǒng)一系列標準?？扇≡O計功率=經濟功率=額定功率。汽輪機的相對內效率 選取，待各級詳細計算后與所得進行比較，直到符合要求為止。機械效率：取發(fā)電機效率：取給水回熱系統(tǒng)及參數(shù)：采用兩級加熱器,一級除氧器。系統(tǒng)及參數(shù)詳見給水回熱系統(tǒng)圖。圖1 回熱加熱系統(tǒng)4近似熱力過程線的擬定在h-s圖上，根據新蒸汽壓力和新蒸汽溫度，可確定汽輪機進汽狀態(tài)點0（主汽閥前），并查的該點的比焓值，比熵,比體積。在h-s圖上，根據初壓及主汽閥和調節(jié)汽閥節(jié)流壓力損失可以確定調節(jié)級前壓力，然后根據與的交點可以確定調節(jié)級級前狀態(tài)點1，并查的該點的溫度，比熵,比體積。在h-s圖上，

8、根據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，根據凝汽器壓力和比熵可以確定汽缸理想出口狀態(tài)點2t,并查得此點比焓值，溫度，比體積，干度。由此可以得到汽輪機理想比焓降，進而可以確確定汽輪機實際比焓降，再根據，和可以確定實際出口狀態(tài)點2，并計算此點比焓值，查的溫度，比體積，干度?？紤]末級余速損失，,然后沿壓力線下移得3點,并查得比體積該點比焓值,溫度,用直線連接1和3點兩點,在中間4點沿壓力線下移1215得4點，光滑連接1、4、3點，則由點0、1、4、3、2連接的線即為該機組在設計工況下的近似熱力過程線。5汽輪機總進汽量的初步估算 汽輪機的設計功率，kW 汽輪機通流部分的理想比焓降

9、，3476.64kJ/kg 汽輪機通流部分相對內效率之初估值； 機組的發(fā)電機效率； 機組的機械效率； 考慮回熱抽汽引起汽量增大的系數(shù),它與回熱級數(shù)、給水溫度、汽機容量及參數(shù)有關，取； 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；是汽輪機總進汽量。圖2 初擬定熱力過程線（二）調節(jié)級計算1.噴嘴部分的計算(1)調節(jié)級進口參數(shù)及調節(jié)級的滯止理想比焓降。調節(jié)級進口參數(shù)即為高壓缸進口參數(shù)，由于進入調節(jié)級的氣流速度很小，可以近似認為滯止參數(shù)與進口參數(shù)相等。由擬定熱力過程線的步驟可得：，,。(2)調節(jié)級進汽量(3)確定速比 和理想比焓降取， 取調節(jié)級平均直徑dm=1100mm

10、，計算時取dm=dn=db (4)平均反動度的確定 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 該過程為等熵膨脹過程，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，采用漸縮噴嘴，選噴嘴型號TC-1A、。（8）計算噴嘴損失（9）噴嘴出口面積。因為噴嘴中為亞聲速流動，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）確定部分進汽度e確定部分進汽度的原則是選擇部分進汽度 和噴嘴高度 的最佳組合，使

11、葉高損失和部分進汽損失之和為最小。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令其一階導數(shù)為零，即求y 的極值，最終可得到e ，設計時選取e 值比計算值稍大些。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動葉部分的計算（1）求動

12、葉進口汽流相對速度和進汽角動葉等比熵出口參數(shù)與由，,查得，動葉出口壓力(3) 確定動葉理想比焓降和動葉滯止理想比焓降 (4) 計算動葉出口汽流相對速度 取 （5）計算動葉損失 （6）確定動葉出口面積 (7)計算動葉高度 由，可知，進出口比體積相差不大，故可取，根據噴組高度有式中 葉頂高度，??；葉根蓋度，取。 （8）作動葉出口速度三角形。由、確定速度三角形 (9) 動葉出口比焓值由、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。調節(jié)級后余速不可利用，系數(shù)為(14) 校核輪周效率 ，在誤差允許范圍內。u=172.79u=172.79（15）做調節(jié)級速度三角形圖

13、3 調節(jié)級進出口速度三角形3級內其他損失的計算(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 經驗系數(shù)，一般取（4）部分進氣損失鼓風損失 斥汽損失 kJ/kg式中 噴嘴組數(shù)，?。慌c級類型有關的系數(shù)，單列級，一般取0.15；裝有護罩弧段長度與整個圓周長度之比；與級類型有關的系數(shù)，單列級，一般取0.012；故有所以(5) 級內各項損失之和(6)下一級入口參數(shù)由、查得，4.級效率與內功率的計算（1）級的有效比焓降（2）級效率（3）級的內功率5.調節(jié)級熱力過程線圖4 調節(jié)級熱力過程線（三）壓力級的計算1.壓力級比焓降分配和級數(shù)確定 本機組采用整段轉子，整段轉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的隔板體通用。（1）第一壓力級平均直徑的確定 給定選取，查焓熵圖求出第一壓力級噴嘴流量為調節(jié)級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）末級平均直徑的確定 給定（3）確定壓力級平均直徑的變化根據汽輪機原理所描述的蒸汽通道形狀，確定壓力級平均直徑的變化規(guī)律，通常采用作圖法。在縱坐標上任取長度為a 的線段BD（一般a=25cm），用以表示第一壓力級至末級動葉中心之軸向距離。在BD 兩端分別按比例畫出第一壓力級與末級的平均直徑值。根據選擇的通道形狀，用光滑曲線將A、C 兩點連接起來。AC

15、曲線即為壓力級各級直徑的變化規(guī)律。（4）壓力級的平均直徑（平均）將BD 線等分為m 等分，取1、2、3m-1 點。為了減小誤差，建議>6。從圖中量出割斷長度，求出平均直徑。式中的k 為比例尺。圖5 壓力級平均直徑變化曲線圖（5）壓力級的平均比焓降選取平均速比，則（6）壓力級級數(shù)的確定Z式中-壓力級的理想比焓降 ，為重熱系數(shù)，本機，將Z取整。取整。(7)各級平均直徑的求取 求取壓力級級數(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平均直徑。得表-1各級平均直徑數(shù)據。圖6 壓力級的各級平均直徑修正圖（8）各級比焓降分配 根據求出的各級平均直徑，選取相應的速比

16、，求出各級的理想比焓降。為了便于比較和修正，一般以表格的方式列出。表1 各級比焓降值級序號12345678比焓降23.0424.7327.1130.2634.3037.8443.8847.40（9）各級比焓降的修正在擬定的熱力過程線上逐級作出各級理想比焓降，計算。（10）檢查各抽汽點壓力值誤差小于2%，所以符合要求。（11）最后按照各級的和求出相應的各級速比。2壓力級詳細熱力計算(1)本級的比焓降和本級滯止比焓降 由調節(jié)級的計算結果，已知本級的， 由壓力級比焓降分配，已知本級的， 由和查本級比焓降 本級滯止比焓降 (2)選取平均反動度 選取 (3)噴嘴的理想比焓降 (4)噴嘴的滯止理想比焓降

17、(5)噴嘴的出口汽流理想速度 (6)噴嘴出口汽流實際速度 ，這里取。 (7)噴嘴損失 (8)圓周速度u (9)級的假想速度 (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)噴嘴出口實際比焓降 (17)動葉進口汽流角和相對速度 (18)動葉理想比焓降 (19)動葉滯止理想比焓降 (20)動葉出口理想汽流速度 (21)動葉出口實際汽流速度 (22)動葉損失 （23）確定動葉后參數(shù)、 根據，查焓商表得到，（24）動葉出口面積（25）動葉高度 這里為蓋

18、度，參照調節(jié)級中的給定。（26）檢驗根部反動度在0.03-0.05范圍內，符合要求。（27）計算動葉出汽角 （28）根據和在動葉葉型表中動葉型號 選擇 TP-1A型（29）確定動葉出口絕對速度和方向角 （30）余速損失 （31）輪周有效比焓降（無限長葉片）（32）級消耗的理想能量 （33）輪周效率 （34）校核輪周效率 單位質量蒸汽對動葉所做的輪周功（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?。焊舭鍤夥恺X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）計算級內各項損失之和（41）計算級的有效比焓降（42）計算級效率（43）計算級內功率（44）確定級后參數(shù)查焓商表得，下一級的7（45）作出級的熱力過程線圖7 壓力級的熱力過程線（46）作出第一壓力級的速度三角形圖8 第一壓力級的速度三角形四計算匯總列表 表2 級的詳細計算結果項目符號單位調節(jié)級第一壓力級蒸汽流量G221.32217.52噴嘴平均直徑mm1100981動葉平均直徑mm1100981