汽輪機(jī)畢設(shè)終結(jié)版

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：660MW亞臨界凝汽式汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué) 院:材料與冶金學(xué)院專 業(yè):熱能與動(dòng)力工程學(xué) 號(hào):201102129055學(xué)生姓名:謝靈運(yùn)指導(dǎo)教師:姜太功日 期:二一五年六月武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)摘 要汽輪機(jī)作為現(xiàn)代重要的動(dòng)力機(jī)械設(shè)備，在國(guó)家動(dòng)力能源方面起著舉足輕重的地位。本次設(shè)計(jì)一方面是為了鞏固所學(xué)的理論知識(shí)，強(qiáng)化對(duì)汽輪機(jī)整體的認(rèn)知；另一方面，也是希望借此設(shè)計(jì)培養(yǎng)獨(dú)立思考及動(dòng)手解決問(wèn)題的能力，為今后的工作學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。本文設(shè)計(jì)的是一臺(tái)660WM亞臨界凝汽式汽輪機(jī)，首先根據(jù)基本參數(shù)的要求，完成透平機(jī)械的熱力設(shè)計(jì)，即選定汽輪機(jī)的基本參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式，確定通流部分的重要尺寸，求出整機(jī)

2、的內(nèi)功率和內(nèi)效率，然后由設(shè)計(jì)得出的參數(shù)，進(jìn)行汽耗量和功率的校核，最后完成其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)采用的是三缸四排汽，高中壓缸合缸，低壓缸四流程的亞臨界反動(dòng)凝汽式設(shè)計(jì)，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)大型機(jī)組的主流設(shè)計(jì)形式，同時(shí)采用一次中間再熱，提高發(fā)電效率，八級(jí)抽汽加熱給水提高給水溫度，以提高機(jī)組的效率。最終在設(shè)計(jì)工況下的熱耗量是8140.64KJ/KWh，汽輪機(jī)機(jī)組的絕對(duì)電效率是44.23%，在設(shè)計(jì)上是安全可靠的。關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；能源；設(shè)計(jì)；亞臨界AbstractTurbine as an important driving force of modern machinery and equipment, plays

3、an important role in the national power energy. The design on the one hand is to consolidate the theoretical knowledge learned, to strengthen awareness of the turbine as a whole; the other hand, is hoping to design independent thinking and the ability to begin to solve the problem, lay the foun

4、dation for future work and study.This design is a 660WM subcritical condensing steam turbine, the first under the requirements of the basic parameters, complete thermal turbomachinery design, namely the basic parameters and structure of the selected turbine, determine critical dimensions flow passag

5、e is obtained and internal efficiency within the power of the machine, and then drawn by the design parameters, steam and power consumption checking, finalizing his design.This design uses a three-cylinder four exhaust, subcritical reaction condensing steam turbine cylinder closing cylinder design,

6、low pressure cylinder, four processes are designed to form the current mainstream domestic large units, while using single reheat, improve power generation efficiency , eight steam extraction feedwater heating water temperature increase to improve the efficiency of the unit.Final heat consumption at

7、 design condition is 8140.64KJ / KWh, absolute power efficiency steam turbine plant is 44.23%, the design is safe and reliable.Key words：Turbine; Energy; Design; Subcritical目 錄1 緒論11.1 汽輪機(jī)簡(jiǎn)介11.2 電站高參數(shù)大容量汽輪機(jī)技術(shù)研究和國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11.3 設(shè)計(jì)意義21.4 論文研究?jī)?nèi)容22 熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)42.1 設(shè)計(jì)基本參數(shù)選擇42.2 汽輪機(jī)熱力過(guò)程線的擬定42.3 汽輪機(jī)進(jìn)汽量計(jì)算62.4 抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)

8、熱平衡初步計(jì)算73 調(diào)節(jié)級(jí)設(shè)計(jì)133.1 調(diào)節(jié)級(jí)形式及焓降確定133.2 調(diào)節(jié)級(jí)主要參數(shù)的確定133.3 調(diào)節(jié)級(jí)詳細(xì)計(jì)算143.3.1 噴嘴部分的計(jì)算143.3.2 動(dòng)葉部分計(jì)算173.3.3 級(jí)內(nèi)損失的計(jì)算193.3.4 級(jí)效率與內(nèi)功率的計(jì)算204 非調(diào)節(jié)級(jí)計(jì)算214.1 高壓缸非調(diào)節(jié)級(jí)計(jì)算214.2 中壓缸非調(diào)節(jié)級(jí)計(jì)算234.3 低壓缸非調(diào)節(jié)級(jí)計(jì)算254.4 抽汽壓力調(diào)整284.5 重新列汽水參數(shù)表285 汽輪機(jī)各部分汽水流量和各項(xiàng)熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算305.1 重新計(jì)算汽輪機(jī)各段抽汽量305.2 汽輪機(jī)汽耗量計(jì)算及流量校核316 結(jié)束語(yǔ)33參考文獻(xiàn)34致 謝35III1 緒論1.1 汽輪機(jī)簡(jiǎn)介

9、汽輪機(jī)是一種以水蒸汽為工質(zhì)，通過(guò)將蒸汽熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的外燃高速旋轉(zhuǎn)式原動(dòng)機(jī)。其具有單機(jī)功率大、效率高、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)和使用壽命長(zhǎng)及單位功率制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)今重要的動(dòng)力機(jī)械設(shè)備。汽輪機(jī)的用途主要是作為發(fā)電用的原動(dòng)機(jī)。在使用化石燃料的常規(guī)現(xiàn)代火力發(fā)電廠、地?zé)岚l(fā)電站和核電站中，都采用汽輪機(jī)作為動(dòng)力的汽輪發(fā)電機(jī)組。汽輪機(jī)的排汽或中間抽汽還可以用來(lái)滿足生產(chǎn)和生活上的所需供熱。此外，工廠企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的余能、余熱，還可分類為不同品位的熱能加以合理有效地利用。由于汽輪機(jī)能設(shè)計(jì)為變速運(yùn)行，所以還可以用它直接驅(qū)動(dòng)各種從動(dòng)機(jī)械，如壓氣機(jī)、風(fēng)機(jī)、高爐風(fēng)機(jī)、泵和船舶的螺旋槳等等 沈士一，康松.汽輪機(jī)原理.北京：中國(guó)

10、電力出版社，1992.7895。汽輪機(jī)設(shè)備及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括汽輪機(jī)本體、熱力系統(tǒng)、調(diào)節(jié)保安油系統(tǒng)、輔助設(shè)備等幾大部分。汽輪機(jī)本體是由轉(zhuǎn)子和靜子組成，調(diào)節(jié)保安油系統(tǒng)主要包括調(diào)節(jié)氣閥、調(diào)速器、主油泵、油箱、調(diào)速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、安全保護(hù)裝置等；輔助設(shè)備主要包括凝汽器、抽氣器高低壓加熱器、除氧器、給水泵、凝升泵、凝結(jié)水泵、循環(huán)水泵等；熱力系統(tǒng)主要是指主蒸汽系統(tǒng)、再熱蒸汽系統(tǒng)、凝汽系統(tǒng)、給水回?zé)嵯到y(tǒng)、給水除氧系統(tǒng)、旁路系統(tǒng)等。由于汽輪機(jī)通常的工作環(huán)境為高溫、高壓和高轉(zhuǎn)速，所以其屬于一種較為精密的重型機(jī)械。同時(shí)，其制造和發(fā)展也涉及到許多工業(yè)部門和科學(xué)領(lǐng)域，如優(yōu)質(zhì)的大型鍛鑄件的供應(yīng)，高效長(zhǎng)葉片的設(shè)計(jì)，高強(qiáng)度耐熱合

11、金鋼的研制和研制和加工制造，及新工藝新技術(shù)的應(yīng)用等 華東六省一市電機(jī)工程學(xué)會(huì)編.汽輪機(jī)設(shè)備及其系統(tǒng).北京：中國(guó)電力出版社 2000.2330。因而，無(wú)論從生產(chǎn)應(yīng)用或是制造工業(yè)上，其都是反映國(guó)家工業(yè)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和能源發(fā)展中起著極其重要的作用。1.2 電站高參數(shù)大容量汽輪機(jī)技術(shù)研究和國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀由于近幾年我國(guó)工業(yè)的日益發(fā)展，電力產(chǎn)業(yè)對(duì)汽輪機(jī)制造業(yè)提出的要求不斷提高，汽輪機(jī)也逐漸向高參數(shù)、大容量、低污染、高可靠性、負(fù)荷適應(yīng)性高、自動(dòng)化程度高、經(jīng)濟(jì)、安全方向發(fā)展。目前，現(xiàn)代大型汽輪機(jī)一般都采用級(jí)數(shù)多、多汽缸、多排汽的結(jié)構(gòu)；汽缸采用內(nèi)、外雙層或者多層缸的結(jié)構(gòu)。汽輪機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)選擇

12、合理的熱力循環(huán)，汽輪機(jī)的通流部分應(yīng)有良好的熱力和氣動(dòng)特性，同時(shí)，汽輪機(jī)主、輔機(jī)及其主要零件還應(yīng)具有滿意的強(qiáng)度和振動(dòng)特性，良好的自動(dòng)調(diào)節(jié)性能以及合理的制造工藝 葉濤主編. 熱力發(fā)電廠（第二版）.中國(guó)電力出版社，2006.105112。隨著汽輪機(jī)技術(shù)研究的不斷深入和制造業(yè)能力的提高，最近幾年，汽輪機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：（1）提高單機(jī)功率及蒸汽初參數(shù)，通過(guò)改進(jìn)汽輪機(jī)的通流設(shè)計(jì)，以達(dá)到優(yōu)化中間再熱和給水回?zé)嵯到y(tǒng)，提高汽輪機(jī)的熱經(jīng)濟(jì)性的效果；（2）加大對(duì)大型機(jī)組和燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組的研發(fā)力度，以來(lái)提高一次能源的利用率；（3）提高智能化水平，通過(guò)開發(fā)相關(guān)計(jì)算機(jī)程序和電子元器件，完善自動(dòng)控制系統(tǒng)

13、；（4）提高加工制造設(shè)備和工藝水平，采用標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)管要求以確保產(chǎn)品質(zhì)量，從而增強(qiáng)機(jī)組的可靠性和可利用率。據(jù)最新科研報(bào)告，通過(guò)對(duì)汽輪機(jī)末級(jí)長(zhǎng)葉片上采用氣動(dòng)及強(qiáng)度振動(dòng)方面的改進(jìn)，可以提高汽輪機(jī)效率，其設(shè)計(jì)的新技術(shù)主要在以下幾個(gè)方面 黃保海,牟元恩,紀(jì)玉龍。 鄒縣電廠600 MW 機(jī)組特點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)性分析 電站系統(tǒng)工程2001，17（1）：4243.：（1）三元?dú)鈩?dòng)理論的設(shè)計(jì)方法，應(yīng)用可控渦流型，以提高反動(dòng)度分布，減少二次流損失，來(lái)改善出口流場(chǎng)的均勻性，從而減少排汽損失和漏氣損失；（2）應(yīng)用CAD軟件進(jìn)行葉型設(shè)計(jì)以保證能滿足氣動(dòng)參數(shù)的要求；（3）跨音速葉柵的設(shè)計(jì)，通過(guò)采用直線背弧以減少葉型的激波損失；（4

14、）新的動(dòng)強(qiáng)度考核準(zhǔn)則，通過(guò)對(duì)高階振型的安全性作出評(píng)估。1.3 設(shè)計(jì)意義本次課題是設(shè)計(jì)一臺(tái)660MW亞臨界凝汽式汽輪機(jī)，在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先，我在網(wǎng)上收集了一些660MW的汽輪機(jī)設(shè)計(jì)論文，同時(shí)參考了國(guó)內(nèi)外當(dāng)前汽輪機(jī)的最新數(shù)據(jù)，以從整體上構(gòu)建一個(gè)660MW的汽輪機(jī)模型。同時(shí)通過(guò)課題所給的基礎(chǔ)參數(shù)及查閱相關(guān)書籍，完善相關(guān)參數(shù)以為設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。接著進(jìn)行熱力計(jì)算，主要是選定汽輪機(jī)的基本參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式，確定通流問(wèn)好分的主要尺寸，求出其整機(jī)的內(nèi)功率和內(nèi)效率。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我認(rèn)為收獲良多，一方面，能系統(tǒng)掌握汽輪機(jī)的理論知識(shí)，將理論知識(shí)更好地應(yīng)用到實(shí)際工作中，另一方面，能很好地鍛煉自己獨(dú)立思考能力，培養(yǎng)綜合運(yùn)用

15、所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力以團(tuán)結(jié)協(xié)作的工作能力。總的來(lái)說(shuō)，雖然這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題在選題上相對(duì)傳統(tǒng)單一，但卻讓我受益匪淺。1.4 論文研究?jī)?nèi)容本論文主要設(shè)計(jì)了660MW三缸四排汽，高中壓缸合缸，低壓缸四流程的亞臨界反動(dòng)凝汽式汽輪機(jī)，目前在國(guó)內(nèi)是主流的大型汽輪機(jī)機(jī)組。本機(jī)組的特點(diǎn)是采用一次中間再熱提高機(jī)組的發(fā)電效率；通過(guò)八級(jí)抽汽加熱給水提高給水溫度，從而提高機(jī)組的效率。 其設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括以下：（1）透平機(jī)械的熱力計(jì)算；（2）通流部分計(jì)算；（3）汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)；（4）各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的校核在本次設(shè)計(jì)中，首先我們根據(jù)本次設(shè)計(jì)所給的課題和基礎(chǔ)參數(shù)，查閱相關(guān)書籍和文獻(xiàn)，補(bǔ)充一些例如給水泵及凝結(jié)水泵出口壓

16、力、相對(duì)內(nèi)效率、中壓缸排汽壓力等經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，使得設(shè)計(jì)參數(shù)完整，為之后設(shè)計(jì)計(jì)算作好準(zhǔn)備。然后通過(guò)所給的參數(shù)，進(jìn)行汽輪機(jī)熱力過(guò)程線的擬定，從而得到整機(jī)的焓值基本分配情況及各點(diǎn)壓力值。接著就是抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)熱平衡的初步計(jì)算，通過(guò)凝結(jié)水溫、加熱器的等溫升、加器端差和抽汽管路壓損等設(shè)定的條件決定各抽汽級(jí)數(shù)的溫度、焓值、壓力及比容等相關(guān)數(shù)據(jù)，以列出其加熱器的汽水參數(shù)表和各級(jí)抽汽系數(shù)。之后，便是通流部分計(jì)算，通過(guò)這部分計(jì)算，我們可以確定各缸的級(jí)數(shù)和每一級(jí)的壓力、焓值等參數(shù)，進(jìn)而確定其噴嘴、動(dòng)葉的選擇和尺寸等相關(guān)數(shù)據(jù)。當(dāng)機(jī)組級(jí)數(shù)和比焓降重新分配完成后，理論抽汽壓力要由相鄰的級(jí)間壓力低替，因此需要調(diào)整各回?zé)岢槠麎毫?/p>

17、，得到新的汽水列表。最后，由新的汽水參數(shù)表，重新計(jì)算汽輪機(jī)各段抽汽量，然后進(jìn)行汽輪機(jī)汽耗量計(jì)算及流量校核，若汽耗量誤差小于百分之二，功率誤差小于百分之一，則說(shuō)明設(shè)計(jì)誤差在允許范圍內(nèi)，該設(shè)計(jì)可靠。2 熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)基本參數(shù)選擇（1）汽輪機(jī)類型機(jī)組型號(hào)為N660-16.68/538/538機(jī)組形式為亞臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、凝汽式汽輪機(jī)（2）基本設(shè)計(jì)參數(shù)項(xiàng)目數(shù)值單位項(xiàng)目數(shù)值單位額定功率660MW汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速3000r/min蒸汽初壓16.68Mpa蒸汽初溫538再熱蒸汽熱段壓力3.323Mpa再熱蒸汽熱段溫度538再熱蒸汽冷段壓力3.567Mpa再熱蒸汽冷段溫度315背壓4.

18、4KPa給水溫度240中壓缸排汽壓力0.78Mpa給水泵出口壓力21.47Mpa凝結(jié)水泵出口壓力1.73Mpa加熱器效率0.98機(jī)械效率0.985發(fā)電機(jī)效率0.992.2 汽輪機(jī)熱力過(guò)程線的擬定工質(zhì)在汽輪機(jī)內(nèi)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的熱力過(guò)程是客觀存在的，它對(duì)應(yīng)著焓熵圖中一條特定的力工程曲線。故，為了給起初的逐級(jí)計(jì)算設(shè)置一個(gè)準(zhǔn)繩或依據(jù)，就必須擬定一條近似的熱力過(guò)程曲線。對(duì)于本設(shè)計(jì)，由于采用再熱式，所以其曲線可以看作由兩部分組成：工質(zhì)在再熱前的通流部分為高壓部分；再熱后的通流部分分為中、低壓部分。其具體方法如下：（1）在h-s圖上，根據(jù)新蒸汽壓力P0=16.68MPa和新蒸汽溫度t0=538,可確定汽輪機(jī)進(jìn)

19、汽點(diǎn)0，并查得該點(diǎn)的比焓值h0=3398.84KJ/Kg,比熵s0=6.4159kJ/（Kg），比體積v0=0.0199210m3/kg。（2）在h-s圖上，根據(jù)初壓P0=16.68MPa和主汽閥和調(diào)節(jié)汽閥流壓力損失P0=0.834MPa，可以確定調(diào)節(jié)級(jí)前壓力P0'=16.0128MPa，然后根據(jù)P0'與h0的交點(diǎn)可以確定調(diào)節(jié)級(jí)前狀態(tài)點(diǎn)1，并查得該點(diǎn)的溫度t0'=535.30,比熵s0'=6.4326kJ/（Kg）,v0'=0.0199210m3/kg。（3）在h-s圖上，根據(jù)高壓缸排汽壓力Prh=3.567MPa和s0=6.4159kJ/（Kg）可以確

20、定高壓缸理想出口狀態(tài)點(diǎn)2t，并查得該點(diǎn)比焓值hHt=2964.36KJ/Kg,溫度tHt=295.64，比體積vHt=0.0662481m3/kg,由些可以得到高壓缸理想比焓降HtH=432.63 KJ/Kg,進(jìn)而可以確定高壓缸實(shí)際比焓降HiH=378.55 KJ/Kg,再根據(jù)h0、HiH、Prh可以確定高壓缸實(shí)際出口狀態(tài)點(diǎn)2，并查該點(diǎn)比焓值hH=3020.29KJ/Kg，溫度tH=316.76，比體積vH=0.06987m3/kg。（4）在h-s圖上，根據(jù)再熱壓力Prh'=3.323MPa和再熱蒸汽溫度trh=538可以確定中壓缸進(jìn)汽狀態(tài)點(diǎn)3，并查得該點(diǎn)的比焓值hrh'=35

21、41.65KJ/Kg,比熵srh'=7.2962 kJ/（Kg）,比體積vrh'=0.11043m3/kg。（5）在h-s圖上，根據(jù)再熱壓力Prh'=3.323MPa和中壓缸聯(lián)合汽閥節(jié)流壓力損失Prh'=0.07134MPa，可以確定中壓缸汽閥后壓力Prh''=3.2511MPa ,然后根據(jù)Prh''與hrh'的交點(diǎn)可以確定中壓缸汽閥后狀態(tài)點(diǎn)4，查得該點(diǎn)trh''=538.69，比熵srh''=7.3060 kJ/（Kg），比體積vrh''=0.1128579m3/kg。（6

22、）在h-s圖上，根據(jù)中壓缸排汽壓力Ps=0.78MPa和srh'=7.2962 kJ/（Kg）可以確定中壓缸理想出口狀態(tài)點(diǎn)5t，并查得該點(diǎn)比焓值hMt=3086.04KJ/Kg，溫度tMt=313.59，比體積vMt=0.3411082m3/kg,由此可以得到中壓缸理想比焓降HtM=455.61 KJ/Kg,進(jìn)而可以確定中壓缸實(shí)際比焓降HiM=423.717，再根據(jù)hrh'、HiM、Ps可以確定中壓缸實(shí)際狀態(tài)點(diǎn)5，并查到該點(diǎn)比焓值hs=3117.933KJ/Kg,溫度ts=328.77,比體積vs=0.3505m3/kg，ss=7.3499kJ/（Kg）。（7）在h-s圖上，根

23、據(jù)中壓缸排汽壓力Ps=0.78MPa和中低壓缸連通管壓力損失Ps=0.0162MPa，可以確定低壓缸進(jìn)汽點(diǎn)6，查得該點(diǎn)溫度ps'=0.7638MPa，溫度ts'=328.59，比熵ss=7.3594kJ/（Kg），比體積vs'=0.35797m3/kg。（8）在h-s圖上，根椐凝汽器壓力Pc=0.0044MPa和ss=7.3499kJ/（Kg）可以確定低壓理想出口狀態(tài)點(diǎn)7t，其比焓值為hct=2226.15KJ/Kg。綜上，可擬定其熱力過(guò)程線如圖2-1。圖2-1 整機(jī)熱力過(guò)程線2.3 汽輪機(jī)進(jìn)汽量計(jì)算對(duì)一般的凝汽式汽輪機(jī)，其進(jìn)汽量可按下式估算： （T/h） (2.1)式

24、中：m考慮回?zé)岢槠惯M(jìn)汽量增大的系數(shù)，取m=1.225；考慮軸封漏汽、門桿漏汽所需的新汽量，取為3%D；全機(jī)理想焓降（kJ/kg）有：D0=3.6×6600001564.253×0.985×0.99×1.225+0.03×D0=1967t/h2.4 抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)熱平衡初步計(jì)算給水系統(tǒng)是指從凝汽器出口到鍋爐省煤器的進(jìn)口之間的這段管道、閥門和附件的總稱。其包含低壓給水系統(tǒng)和高壓給水系統(tǒng)。在當(dāng)代汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)中，一般采用抽汽加熱的給水的回?zé)嵯到y(tǒng)，優(yōu)點(diǎn)在于可以減少冷源的損失，提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性，已提高給水溫度。如圖列出了國(guó)內(nèi)和國(guó)外汽輪機(jī)組所采用的給水溫度

25、和回?zé)峒?jí)數(shù) 肖增弘 ,王雷, 夏永軍, 王強(qiáng). 汽輪機(jī)課程設(shè)計(jì) 中國(guó)電力出版社 2012。8692。表2-1不同回?zé)峒?jí)數(shù)和給水溫度下循環(huán)效率的增益新蒸汽壓力2.353.438.8212.7413.2316.1716.6623.5新蒸汽溫度390435535535/535535/535565/565回?zé)峒?jí)數(shù)133567787889給水溫度105150150170210230220250245270270300相對(duì)效益67891113141515161718表2-2 部分國(guó)外大型機(jī)組采用的給水溫度及回?zé)峒?jí)數(shù)項(xiàng) 目美 國(guó)英 國(guó)蘇 聯(lián)新汽壓力9.812.4513.717.65>23.510.31

26、5.916.1812.7323.5新汽溫度538566538566538566538566565540給水溫度230240240260260280224238252235265274回?zé)峒?jí)數(shù)5667796687891. 回?zé)岢槠?jí)數(shù)的選擇如上表，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，本次設(shè)計(jì)選擇8段加熱抽汽，采用“三高、四低、一除氧”的形式，高壓加熱器采用內(nèi)置式蒸汽冷卻器和內(nèi)置式疏水冷卻器，低壓加熱器采用內(nèi)置式疏水冷卻器；高壓加熱器疏水收集方式為逐級(jí)自流到除氧器，低壓加熱器疏水收集方式為逐級(jí)自流到冷凝器。其加熱器的編號(hào)從高壓到低壓依次排列，為1、2、8號(hào)。給水泵驅(qū)動(dòng)方式為汽動(dòng)。2. 除氧器工作壓力的選擇除氧器滑壓運(yùn)行

27、，在設(shè)計(jì)工況下工作壓力Pd選 為0.7603. 各加熱器汽水參數(shù)計(jì)算表2-3 回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)原始汽水參數(shù)抽汽管道壓損Pj%33353333項(xiàng) 目單位H1H2H3H4H5H6H7H8加熱器上端差j-1.70-1.702.82.82.82.8加熱器下端差j5.55.55.55.55.55.55.55.5其它相關(guān)參數(shù)如下：給水溫度tfw=275；凝汽器壓力pc對(duì)應(yīng)下的飽和水溫，即凝結(jié)水溫度tc=30.5;除氧器工作壓力Pd對(duì)應(yīng)下的飽和水溫，即除氧器水箱出口水溫td=168.1;由等溫升法可得58號(hào)低壓加熱器水側(cè)溫升為t=27.32,其中凝結(jié)水泵及軸封加熱器溫升取1。圖2-2 660MW機(jī)組原則性熱力系

28、統(tǒng)圖對(duì)于各級(jí)加熱器的汽水參數(shù)計(jì)算思路可分為三個(gè)部分。第一部分為低壓加熱器，首先通過(guò)凝結(jié)水溫、加熱器水側(cè)溫升等，計(jì)算出各級(jí)加熱器入口及出口水溫；再由凝結(jié)水泵出口壓力和水溫查表，可確定其入口及出口水比焓；最后其出口水溫加上上端差可得到凝結(jié)段的飽和水溫，從而可以確定其汽側(cè)工作壓力和抽汽壓力。第二部分為高壓加熱器，其計(jì)算思路基本上與低壓加熱器一致，區(qū)別在于，1號(hào)高壓加熱器的出口水溫為給水溫度，在原始數(shù)據(jù)里給出。第三部分為除氧器，除氧器作為一個(gè)獨(dú)立部分，其工作壓力和水溫在原始數(shù)據(jù)里已確定，故可直接計(jì)算其抽汽壓力和出口水焓。具體計(jì)算過(guò)程，如下：（1）8號(hào)低壓加熱器8號(hào)低壓加熱器入口水溫tcw=31.5；8

29、號(hào)低壓加熱器出口水溫tw8=58.82；由凝對(duì)結(jié)水泵出口壓力pcp和tw8可得8號(hào)低壓加熱器入口水比焓hcw8=134.51KJ/kg;由凝對(duì)結(jié)水泵出口壓力pcp和tw8可得8號(hào)低壓加熱器出口水比焓hw8=248.52KJ/kg;8號(hào)低壓加熱器凝結(jié)段的飽和水溫度tb8=tw8+8=61;hb8=255.34 KJ/kg;8號(hào)低壓加熱器汽側(cè)工作壓力p8'=0.02089MPa；8段抽汽壓力P8=0.02154MPa； 8號(hào)低壓加熱器疏水溫度ts8=tcw8+8=37; 8號(hào)低壓加熱器疏水比焓hs8=155.0 KJ/kg。（2）7號(hào)低壓加熱器7號(hào)低壓加熱器入口水溫tw7=58.82；7號(hào)

30、低壓加熱器入口水比焓hw8=248.52KJ/kg;7號(hào)低壓加熱器出口水水溫hw7=86.14;由凝結(jié)水泵出口壓力pcp和tw7可得7號(hào)低壓加熱器出口水比焓hw7=362.58KJ/kg;7號(hào)低壓加熱器凝結(jié)段的飽和水溫度tb7=tw7+7=88.94;hb7=372.51KJ/kg;7號(hào)低壓加熱器汽側(cè)工作壓力p7'=0.0674MPa;8段抽汽壓力P7=0.0695MPa; 7號(hào)低壓加熱器疏水溫度ts7=tcw7+7=64.32; 7號(hào)低壓加熱器疏水比焓hs7=269.23KJ/kg。（3）6號(hào)低壓加熱器6號(hào)低壓加熱器入口水溫tw7=86.14；6號(hào)低壓加熱器入口水比焓hw7=362.

31、85KJ/kg;6號(hào)低壓加熱器出口水水溫hw6=113.46;由凝結(jié)水泵出口壓力pcp和tw6可得6號(hào)低壓加熱器出口水比焓hw6=477.89;6號(hào)低壓加熱器凝結(jié)段的飽和水溫度tb6=tw6+6=116.26;hb6=487.90KJ/kg;6號(hào)低壓加熱器汽側(cè)工作壓力p6'=0.1762MPa;8段抽汽壓力P6=0.1816MPa; 6號(hào)低壓加熱器疏水溫度ts6=tcw6+6=91.64;6號(hào)低壓加熱器疏水比焓hs6=383.87KJ/kg。（4）5號(hào)低壓加熱器5號(hào)低壓加熱器入口水溫tw6=113.46；5號(hào)低壓加熱器入口水比焓hw6=477.89KJ/kg;5號(hào)低壓加熱器出口水水溫h

32、w5=140.78;由凝結(jié)水泵出口壓力pcp和tw5可得6號(hào)低壓加熱器出口水比焓hw5=594.09KJ/kg;5號(hào)低壓加熱器凝結(jié)段的飽和水溫度tb5=tw5+5=143.58;hb5=604.58KJ/kg;5號(hào)低壓加熱器汽側(cè)工作壓力p5'=0.39964MPa;5段抽汽壓力P5=0.4120MPa; 5號(hào)低壓加熱器疏水溫度ts5=tcw5+5=118.96;5號(hào)低壓加熱器疏水比焓hs5=501.18KJ/kg。（5）1號(hào)低壓加熱器根椐給水溫度，可以得到1號(hào)高壓加熱器出口水溫tw1=tfw=275；由結(jié)水泵出口壓力pfp和tw1可得1號(hào)高壓加熱器出口水比焓hw1=1206.26KJ/

33、kg;1號(hào)高壓加熱器凝結(jié)段的飽和水溫度tb1=tw1+1=273.3;hb1=1201.96KJ/kg;1號(hào)高壓加熱器汽側(cè)工作壓力p1'=5.79255MPa;1段抽汽壓力P1=5.9717MPa。 （6）2號(hào)低壓加熱器一般將高壓缸的排汽的一部分作為2段抽汽，所以2段抽汽壓力P2=Prh=3.567MPa；2號(hào)高壓加熱器汽側(cè)工作壓力p2'=3.4599MPa; 2號(hào)高壓加熱器凝結(jié)段的飽和水溫度tb2=241.90;hb2=1046.61KJ/kg;2號(hào)高壓加熱器出口水溫tw2=ts2-2=241.09由結(jié)水泵出口壓力pfp和tw2可得2號(hào)高壓加熱器出口水比焓hw2=1049.2

34、1KJ/kg;1號(hào)高壓加熱器疏水溫度ts1=tw2+1=247.4;1號(hào)低壓加熱器疏水比焓hs1=1073.08KJ/kg。（7）3號(hào)低壓加熱器為了降低再熱后抽汽參數(shù)，應(yīng)靈活應(yīng)用等溫升法，使2號(hào)高壓加熱器溫升是3號(hào)高壓加熱器的1.5倍，即tw2-tw3=1.5×tw3-tw4，若給水泵溫升取3.4，則tw4=1771.5,得tw3=199.66。一般將高壓缸的排汽的一部分作為2段抽汽，所以2段抽汽壓力P2=Prh=3.567MPa；由結(jié)水泵出口壓力pfp和tw3可得3號(hào)高壓加熱器出口水比焓hw3=859.58KJ/kg;由結(jié)水泵出口壓力pfp和tw4可得4號(hào)高壓加熱器出口水比焓hw4

35、=737.32KJ/kg;3號(hào)高壓加熱器凝結(jié)段的飽和水溫度tb3=197.96;hb3=843.21KJ/kg;3號(hào)高壓加熱器汽側(cè)工作壓力p3'=1.4894MPa;3段抽汽壓力P3=1.5355MPa;2455.283號(hào)高壓加熱器疏水溫度ts3=tw3+3=177.0;3號(hào)低壓加熱器疏水比焓hs3=749.95KJ/kg。2號(hào)高壓加熱器疏水溫度ts2=tw2+2=205.16;2號(hào)低壓加熱器疏水比焓hs2=875.72KJ/kg(8)除氧器除氧器工作壓力p34'=pd=0.760MPa；水溫td=168.1; 四段抽汽壓力p4=0.81 MPa，出口水比焓hd=710.98K

36、J/kg;由上數(shù)據(jù)，可擬定各回?zé)崞髌畢?shù)如表2-2：表2-4 660MW凝汽式汽輪機(jī)加熱器汽水參數(shù)表項(xiàng)目單位H1H2H3H4(HD)H5H6H7H8SGC回?zé)岢槠槠麎毫jMPa5.97173.5671.5350.780.4120.18160.06950.021540.0044抽汽溫度tj3873154443532571901180.938730.62抽汽比焓值hjkJ/kg3144.23015.23352.23169.02978.52815.02716.02455.82355.9抽汽壓損Pj33333333加熱器汽側(cè)壓力pj,MPa5.79263.45601.48940.7600.399

37、640.17620.06740.02090.102pj,下的飽和水比焓tbj273.30241.90197.96168.10143.58116.2688.9464.64100.1630.62pj,下的飽和水比焓hbjkJ/kg1201.961046.61843.21710.98604.58487.90372.51255.34419.78128.34抽汽放熱qjkJ/kg2071.122139.482602.252458.112477.322431.132446.772300.8疏水上端差j-1.70-1.702.82.82.82.8下端差j5.55.55.55.55.55.55.55.5疏水溫

38、度tsj247.4205.16177.0168.1118.9691.6464.3237.0疏水比焓hsjkJ/kg1073.08875.72749.95710.89501.18383.87269.23155.00疏水放熱jkJ/kg197.36125.7739.06209.71117.31114.64114.23水側(cè)加熱器出口水溫twj275241.90199.66171.50140.78113.4686.1458.8231.6230.62加熱器水側(cè)壓力pwMPa21.4721.4721.470.9162.7582.7582.7582.7582.758128.34加熱器出口水比焓hsjkJ/k

39、g1206.261049.21859.58737.32594.09477.89362.85248.52135.01128.34給水比焓升jkJ/kg157.05189.63122.26143.23116.2115.04114.33113.516.67128.344. 回?zé)嵯到y(tǒng)熱平衡的初步計(jì)算(1) 1號(hào)高壓加熱器熱平衡計(jì)算=0.0754 (2.2)(2) 2號(hào)高壓加熱器熱平衡計(jì)算=0.0812 (2.3)(3) 3號(hào)高壓加熱器熱平衡計(jì)算 =0.03915 (2.4)(4) 除氧器 4=fw(hs-hw5)/h-（1+2+3）（hs3-hw5）h4-hw5=0.04347 (2.5) c4=1-

40、1+2+3+4=0.76078 (2.6)(5) 5號(hào)低壓加熱器熱平衡計(jì)算=0.02773 (2.7)(6) 6號(hào)低壓加熱器熱平衡計(jì)算 =0.03416 (2.8)(7) 7號(hào)低壓加熱器熱平衡計(jì)算=0.03265 (2.9)(8) 8號(hào)低壓加熱器熱平衡計(jì)算 8=c4(hw8-hc')/h-（5+6+7）（hs7-hs8）h8-hs8=0.03416 (2.10)各段加熱器抽汽系數(shù)如下：表2-5 抽汽系數(shù)表加熱器H1H2H3H4H5H6H7H8抽汽系數(shù)0.075400.081200.039150.043470.027730.034160.034160.032655. 閥桿漏浩汽量、軸封漏

41、汽量和給水泵汽輪機(jī)用汽估算（1）閥桿漏汽包括主汽閥及調(diào)節(jié)汽閥閥標(biāo)漏汽GV1和中壓缸聯(lián)合汽閥漏汽GV2，可根據(jù)其相應(yīng)的狀態(tài)對(duì)應(yīng)公式計(jì)算出漏汽量，前者大概為總進(jìn)汽量的1%，后者約為總進(jìn)汽量的0.4%。（2）軸封漏汽包括高壓缸后軸封漏汽Gsg1和中壓缸后軸封漏汽Gsg2，可根據(jù)其相應(yīng)的狀態(tài)對(duì)應(yīng)的公式計(jì)算出漏汽量，前者大概是總進(jìn)汽量的1.3%，后者約為總進(jìn)汽量的0.1%。（3）給水泵汽輪機(jī)用汽量中壓缸末級(jí)抽汽，除了作為除氧器汽原外，還抽一部分用作給水泵汽輪機(jī)汽原，設(shè)計(jì)工況下抽汽量G為74.156t/h，抽汽系數(shù)為：0.0377。3 調(diào)節(jié)級(jí)設(shè)計(jì)3.1 調(diào)節(jié)級(jí)形式及焓降確定（1） 調(diào)節(jié)級(jí)形式的確定調(diào)節(jié)級(jí)有

42、單列和雙列之分，這取決于經(jīng)濟(jì)功率下調(diào)節(jié)級(jí)理想焓降的大小。由于本設(shè)計(jì)機(jī)組屬高參數(shù)、大容量類，并在是電網(wǎng)中承擔(dān)基本負(fù)荷的汽輪機(jī)，要求有盡量好的經(jīng)濟(jì)性，這種汽輪機(jī)的進(jìn)汽量或容積流量很大，經(jīng)由前軸填充的漏汽量通常不超過(guò)總進(jìn)汽量的1%，且前幾個(gè)壓力級(jí)的葉片容易設(shè)計(jì)成具有較大的高度，在這種情況下，采用單列調(diào)節(jié)級(jí)是合理的 何阿平, 葉菱, 彭澤瑛. 亞臨界600MW汽輪機(jī)通流部分優(yōu)化設(shè)計(jì) 上海汽輪機(jī)2001，4：5455。（2） 調(diào)節(jié)級(jí)焓降的確定目前，國(guó)產(chǎn)大功率汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)（單列）的理想熱降約為：70100 kJ/kg，據(jù)此，本設(shè)計(jì)中采用單列調(diào)節(jié)級(jí)，經(jīng)濟(jì)功率下的調(diào)節(jié)級(jí)理想焓降取為：85 kJ/kg。3.2

43、調(diào)節(jié)級(jí)主要參數(shù)的確定（1）調(diào)節(jié)級(jí)的速比的選取選取適當(dāng)?shù)乃俣缺戎?，以保證調(diào)節(jié)級(jí)的效率。由于調(diào)節(jié)級(jí)都為部分進(jìn)汽，所以其最佳速度比要比全周進(jìn)汽的小，一般在額定工況下，單列級(jí)取0.40.45或者更小。本設(shè)計(jì)中即：取0.44.（2）調(diào)節(jié)級(jí)平均直徑的確定調(diào)節(jié)級(jí)平均直徑通常比其后面的壓力級(jí)的直徑大。因?yàn)檗D(zhuǎn)速在一定時(shí)，平均直徑越大，動(dòng)葉圓周速度越大，根據(jù)最佳速比的要求，調(diào)節(jié)級(jí)能承擔(dān)的比焓降也越大，這是設(shè)計(jì)汽輪機(jī)時(shí)所追求的。當(dāng)然，調(diào)節(jié)級(jí)的平均直徑不能任意加大，因?yàn)檫^(guò)大的平均直徑會(huì)使制造成本加大，并使葉柵高度變得太小。如果平均直徑取得過(guò)小，又會(huì)使套裝葉輪所具備的預(yù)緊力不足。因而對(duì)采用整鍛轉(zhuǎn)子的高壓汽輪機(jī)，取dm取

44、1000-1200mm;在級(jí)的設(shè)計(jì)中，由于其焓降、速比、平均直徑三者中只有兩個(gè)是獨(dú)立變量。故：平均直徑由公式計(jì)算：dm=60xa2ht°n=60×0.44×2×85×10003.14×3000=1155mm (3.1)（3）調(diào)節(jié)級(jí)反動(dòng)度的選取調(diào)節(jié)級(jí)為部分進(jìn)汽，其反動(dòng)度要比全周進(jìn)汽的級(jí)小。對(duì)于單列調(diào)節(jié)級(jí)反動(dòng)度取為0.08。（4）部分進(jìn)氣度的確定由可見，在其他參數(shù)不變的條件下，葉高與部分進(jìn)汽度e成反比。葉高越小，葉高損失越大，但部分進(jìn)汽損失越小。部分進(jìn)汽損失又可分為兩種:一種為鼓風(fēng)損失,另一種為斥汽損失。部分進(jìn)汽度e越小，則鼓風(fēng)損失和斥汽

45、損失越大，從而部分抵消了由于葉高增大而提高的效率，為了使調(diào)節(jié)級(jí)獲得較高的效率，確定調(diào)節(jié)級(jí)的葉高和部分進(jìn)汽度時(shí)須使與之和為最小。求得e=0.89。（5）汽流出口角和的確定噴嘴和動(dòng)葉的汽流出口角和的大小對(duì)級(jí)的通流能力、作功能力及級(jí)效率都有直接影響。當(dāng)調(diào)節(jié)級(jí)采用單列級(jí)時(shí)，其工作馬赫數(shù)大多在亞音速范圍內(nèi)，一般選用亞音速葉柵。單列級(jí)即使汽流出口速度為超音速，但由于超音速葉柵的變工況特性較差，加工復(fù)雜，且亞音速葉柵可利用斜切部分膨脹得到超音速汽流。綜全考慮各種因素，本設(shè)計(jì)中選用亞音速噴嘴葉柵，其型號(hào)為：TC-2A，有關(guān)參數(shù)為相對(duì)節(jié)距為0.650.85，進(jìn)汽角=70°100°，出汽角=1

46、3°17°；動(dòng)葉柵選用型號(hào)TP-2A，有關(guān)參數(shù)為：進(jìn)汽角=25°40°，出口角=19°22°，相對(duì)節(jié)距=0.580.65。具體上，本設(shè)計(jì)選取噴嘴汽流出汽角1=15.1°°，動(dòng)葉汽流出汽角2=19.5°。3.3 調(diào)節(jié)級(jí)詳細(xì)計(jì)算3.3.1 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)的汽流速度很小，可以近似認(rèn)為滯止參數(shù)與進(jìn)口參數(shù)相等。即,PT0=P0'=6.0128 MPa, tT0=t0'=535.30查水蒸汽h-s圖，有hT0=

47、h0'=3398.84 KJ/Kg，ST0=S0'=0.4326 KJ/(Kg)，vT0=v0'=0.0207561m3/kg。由前面選取其理想比焓降為。（2）調(diào)節(jié)級(jí)進(jìn)汽量，取進(jìn)入高壓缸前各種閥門及連接處漏汽量由于有GV1=0.01G0=0.01×1967=19.67t/h。所以可以算出進(jìn)入調(diào)節(jié)級(jí)的汽量為GT=G0-GV1=1947.33t/h=540.9kg/s，則調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴流量Gn=G0=540.9kg/s（3）平均反動(dòng)度的確定的確定由前面可知=0.08。（4）噴嘴的滯止理想比焓降= (1-)ht0=(1-0.08)×85=78.2kJ/kg (

48、3.2)（5）噴嘴出口汽流速度與 (3.3) (3.4)（6）噴嘴出口等比熵出口參數(shù)、由和求出噴嘴出口理想比焓值：該過(guò)程為等熵膨脹過(guò)程，由、查水蒸汽h-s圖得出口比容、出口壓力。（7）噴嘴壓比 (3.5)由此可知，噴嘴中為亞音速汽流，采用漸縮噴嘴，選噴嘴型號(hào)為TC-2A、。（8）噴嘴出出口面積因?yàn)閲娮熘惺莵喴羲倭鲃?dòng)，故選用下式計(jì)算 (3.6)其中噴嘴流量系數(shù)，取。（9）速比由前面選取得（10）級(jí)的假想速度 (3.7)（11）級(jí)的圓周速度 (3.8)（12）級(jí)的平均直徑（13）噴嘴高度 (3.9)為了設(shè)計(jì)制造方便，取噴嘴的計(jì)算高度為整數(shù)值，這里取。（14）噴嘴損失 (3.10)（15）噴嘴出口比

49、焓值 (3.11)由、查得（16）求動(dòng)葉進(jìn)口汽流相對(duì)速度和進(jìn)汽角 (3.12) hw1=w122000=22.84kJ/kg (3.13)3.3.2 動(dòng)葉部分計(jì)算（1）動(dòng)葉出口相對(duì)速度和 (3.14) (3.15)動(dòng)葉葉速度系數(shù)，由與與的關(guān)系曲線查得。（2）動(dòng)葉等比熵出口參數(shù)與 (3.16)由，查得,P2=12.310MPa（3）動(dòng)葉出口面積 (3.17)式中，動(dòng)葉流量系數(shù)，取動(dòng)葉進(jìn)口流量，未考慮葉頂漏汽量，即?。?）動(dòng)葉高度由、可知，進(jìn)出口比容相差不大，故可取，根據(jù)噴嘴高度有 (3.18)其中葉頂蓋度，取葉根蓋度，取（5）動(dòng)葉汽流出口角 ，式中： (3.19)因此，根據(jù)動(dòng)靜葉的式作條件和配對(duì)

50、要求，動(dòng)葉型號(hào)選用TP-2A型。（6）作動(dòng)葉出口速度三角形圖3-1調(diào)節(jié)級(jí)速度三角形由、確定速度三角形， (3.20)（7）動(dòng)葉損失 (3.21)（8）余速損失 (3.22)（9）動(dòng)葉出口比焓值h2h2=h2t+hb=3322.74，由h2、p2查得：s2=6.442KJ/(Kg),v2=0.025644m3/kg。（10）輪周損失huhu=hn+hb+hc2=4.62162+4.28+3.30=12.20KJ/Kg (3.23)（11）輪周有效比焓降hu=ht0-hu=85-12.20=72.80 KJ/Kg (3.24)（12）輪周效率u調(diào)節(jié)后余速不可利用，系數(shù)為1=0u=huE0=huht0-1hc2=72.8085=85.65% (3.25)（13）校核輪周效率uPu1=u(c1cos1+c2cos2) (3.26)=181.4×383.6×cos1