汽輪機課程設計中壓缸

1、 CHANGSHA UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 課程設計題目：600MW超臨界汽輪機通流部分設計（中壓缸）學 生 姓 名： 丁艷平院（系）名稱： 能源與動力工程班 級: 熱能與動力工程03-03班指 導 教 師： 譚欣星2006 年 11 月能源與動力工程學院課程設計任務書 熱能動力工程 專業(yè) 036503 班課程名稱 汽輪機原理題 目 600MW超臨界汽輪機通流部分設計（中壓缸）任務起止日期：2006年 11 月 13 日 2006年 12 月 4 日學 生 姓 名 丁艷平 2006年 12月4日指 導 教 師 譚欣星 2006年 11月 5

2、日教研室主任 年 月 日院 長 年 月 日能源與動力工程學院課題內容與要求設計內容1.根據給定參數分析并選擇汽輪機的型式、通流部分形狀及有關參數；2.擬定汽輪機近似熱力過程曲線和原則性回熱系統(tǒng)，計算高壓缸排汽到中壓缸進汽段的壓力損失（即確定中壓缸進汽壓力）；3.根據通流部分形狀和回熱抽汽點要求，確定壓力級即非調節(jié)級的級數，并進行各級比焓降分配；4.對各級進行詳細的熱力計算，求出各級通流部分的幾何尺寸、相對內效率和內功率，確定汽輪機實際的熱力過程曲線；5.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曲線的要求，并修正回熱系統(tǒng)的熱平衡計算；6.根據需要修正汽輪機熱力計算結果；設計

3、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；3在滿足經濟性和可靠性要求的同時，還應考慮到汽輪機的結構緊湊、系統(tǒng)簡單、布置合理。已知技術條件與參數 1.600MW 2.轉速3000r/min 3.主汽壓力：24.2MPa；主汽溫度：566 4.高壓缸排汽壓力 4.23MPa 5.給水溫度284，中壓缸進汽量 1415.73t/h課題完成后應提交的文件（設計說明書、圖表、設計圖紙等）1繪制通流部分方案圖及縱剖面圖。2設計、計算說明書一冊。3詳細的設計過程、思路說明。參考文獻資料1.汽輪機課程設計參考資料 馮慧雯，水利電力出版社，19982.汽輪機原理 翦天聰，水利電力出版社，1

4、9853.葉輪機械原理 舒士甄等，清華大學出版社，19914.有關超臨界600MW汽輪機培訓教材 同組設計者李國勇，那 昕，丁艷平胡風華，歐陽海特，陳超 注：1. 此任務書應由指導教師填寫。2. 此任務書最遲必須在課程設計開始前三天下達給學生。600MW超臨界汽輪機通流部分設計（中壓缸）摘 要本文根是根據給定的設計條件,確定通流部分的幾何尺寸,以求獲得較高的相對內效率。設計原則是保證運行時具有較高的經濟性；在不同的工況下工作均有高的可靠性；同時在滿足經濟性和可靠性要求的同時，考慮了汽輪機的結構緊湊，系統(tǒng)簡單，布置合理，成本低廉，安裝與維修方便，心以及零件的通用化和系列化等因素。主要設計過程是：

5、分析與確定汽輪機熱力設計的基本參數，選擇汽輪機的型式，配汽機構形式，通流部分及有關參數；擬定汽輪機近似熱力過程曲線，并進行熱經濟性的初步計算；根據通流部分形狀和回熱抽汽點的要求，確定中壓級組的級數并進行各級比焓降的分配，對各級進行詳細的熱力計算，確定汽輪機實際熱力過程曲線，根據熱力計算結果，修正各回熱汽點壓力以符合熱力過程曲線的要求，并修正回熱系統(tǒng)的熱平衡計算，汽輪機熱力計算結果。目 錄摘要1第一章:汽輪機熱力計算的基本參數2第二章:汽輪機蒸汽流量的初步計算3第三章:通流部分選型 9第四章:壓力級比焓降分配及級數確定10第五章:汽輪機級的熱力計算14第六章;高中壓缸結構概述17第七章:600M

6、W汽輪機熱力系統(tǒng)19第八章:總結20 參考文獻23第一章 汽輪機熱力計算的基本參數主蒸汽壓力 24.2MPa主蒸汽溫 566 轉速 3000r/min給水溫度 284額定功率 600MW高壓缸排汽壓力 4.23 MPa中壓缸進汽量 1415.73t/h設計參考機型:CLN600-24.2/566/566型超臨界參數、一次中間再熱、單軸、三缸、四排汽反動式汽輪機第二章 汽輪機蒸汽流量的初步計算一 近似熱力過程曲線的擬定。（一） 進排汽機構及連接管道的各項損失。損失名稱符號估算范圍取值說明主汽門調節(jié)閥節(jié)流損失排汽管中壓力損失中間再熱器及連接管道中壓力損失中壓快速截止閥和調節(jié)閥中節(jié)流損失中低壓連通管

7、中壓力損失（二） 汽輪機相對內效率的估算?。ㄈ?汽輪機近似熱力過程的擬定0點：，查表得：。過0點做等比熵線交高壓缸排汽壓力4.23MPa等壓線于2點，查表得：。由此得：，得2點，考慮損失，得3點；，。查表得：考慮損失，得4點。過3點做等比熵線交低壓缸排汽壓力4.9KPa等壓線于3點，查表得：，由此得：，?？芍赫壍睦硐氡褥式担赫売行П褥式担河纱说门牌c6，考慮末級余速損失，得動葉后蒸汽狀態(tài)點5，連接4、5，在中間點7處，沿等壓線下降約7kJ/kg得7點，用光滑曲線連接點4、7、5，初步完成熱力過程曲線的擬訂。二 汽輪機總進汽量的初步估算取， ， ， ，則三 回熱系統(tǒng)的熱平衡初步計算（一）

8、 回熱抽汽壓力的確定1除氧器的工作壓力根據SDJ1-80火力發(fā)電廠設計技術規(guī)程規(guī)定，本機組及大容量機組易采用滑壓除氧器，作為獨立一級回熱加熱器，使回熱分配接近最佳值。額定工況時，除氧器工作壓力為1.01Mpa。2.回熱抽汽壓力的確定 回熱抽汽點的不同以及各抽氣點抽汽量的不同，會造成循環(huán)效率的不同。 提高回熱抽汽循環(huán)系統(tǒng)節(jié)能效果的重要原則：高品位（即處于高熱焓，低熵值蒸汽狀態(tài)）處不抽汽或少抽汽，低品位處則盡可能地多抽汽由此確定中壓缸的兩級抽汽：一段抽汽從中壓缸4段抽汽口抽出，供給3號高壓加熱器；一段抽汽從中壓缸6段抽汽口至抽汽總管，然后再由總管上引出三路，分別供給出氧器、給水泵驅動汽輪機和輔助蒸

9、汽系統(tǒng)。 額定工況時，除氧器工作壓力1.01MPa，對應的飽和水溫度180.3，考慮到非調節(jié)抽汽隨負荷變化的特點，取除氧器的回熱抽汽壓力為1.06MPa。因低加進口水溫33，根據給水溫度=284可得1號高加給水溫為275 。 則每級平均溫升約為(275-33)/8330。 則低加級數Z=(180.3-33)/305，去除氧器一臺，則系統(tǒng)有四臺低壓加器。高壓級數Z=(275-180.3)/303，則系統(tǒng)有三臺高壓加熱器。（二）回熱系統(tǒng)的熱平衡初步估算1.加熱器汽水參數 根據給水溫度284,可得1號高加給水出口水溫275.1,且除氧器出口水溫180.3,根據等溫升分配原則選擇各加熱器出口水溫。 根

10、據各加熱器的出口水溫及出口端差,可得加熱器疏水溫度,查得tl對應的飽和壓力Pe加熱器的工作壓力,考慮抽汽管壓損后確定各級回熱抽汽壓力Pe。 在擬定的近似熱力過程曲線上求出各回熱抽汽的焓值。加熱器型號抽汽壓力 (MPa)抽汽比焓(kj/kg)抽汽管壓損(%)加熱器工作壓力 (MPa)飽和水溫度 ()飽和水比焓 (kj/kg)出口溫差 ()給水出口溫 ()給水出口比焓 (kj/kg)Hd1.06053178.2851.01180.32764.60180.32779.50H32.1843403.3252.08214.38917.755209.38905.70說明：（1） 加熱器端差愈小，機組的熱經濟

11、性降低也愈小，效益越大。（2） 不合理的抽汽管壓降和加熱器端差會帶來汽輪機高壓抽汽增加，低壓抽汽減少的不利趨勢，從而導致汽輪機熱經濟性降低。（3） 配用高壓除氧器，既可防止除氧器自生沸騰，又可減少高壓加熱器數目，節(jié)約鋼材和初投資，而且有利于除氧效果。（4） 將中壓缸4段抽汽用作除氧器汽源，可以避免高加疏水造成除氧器自生沸騰，同時提高除氧器后給水溫度，充分利用該段抽汽的加熱熱量，有利于提高系統(tǒng)效率。2各級加熱器回熱抽汽量計算 （1）H3高壓加熱器確定各級加熱器的效率，高加給水量Dfw=1611.22t/h，先不考慮漏入H3高壓加熱器的那部分軸封漏汽量D12以及上級加熱器H3流入本級加熱器的疏水量

12、D12，則該級加熱器的計算抽汽量為：考慮上級加熱器疏水流入H3高壓加熱器并放熱可使本級抽汽減少的相當量為：考慮前軸封一部分漏汽量D12漏入本級加熱器并放熱可使本級回熱抽汽量減少的相當量為：軸封漏氣比焓值，相當于調節(jié)級后汽室中蒸汽比焓則本級高壓加熱器H3實際所需回熱抽汽量為：（2）除氧器除氧器為混合式回熱器，根據熱平衡圖，列除氧器熱平衡方程式和質量平衡方程式。代入已知數據，整理得：故：除氧器抽汽量 凝結水量說明：由于除氧器是混合式加熱器，其加熱效率最高，因此其回熱系統(tǒng)在除氧器分配的抽汽量比較大，有利于系統(tǒng)效率的提高。3流經汽輪機各級組的蒸汽流量及其內功率的計算對于中壓缸部分：第三級組：第四級組：

13、中壓缸排汽參數：排汽溫度：372排汽壓力：1.08MPa排汽比焓：3205KJ/Kg排汽量：1253.504t/h第三部分 通流部分選型一 排汽口數和末級葉片根據汽輪機功率確定排汽口數和末級葉片一般末級葉片應使經高比=d/l7，軸向排汽速度C2ax300m/s。二 配汽方式和調節(jié)級選型1 采用噴嘴配汽，通過改變調節(jié)級的工作面積來改變蒸汽流量。2 為獲得較高的熱效率，采用單列調節(jié)級，其級效率約0.70.8。三 壓力級設計特點對于中壓級組，由于無濕汽損失，且工作在過熱蒸汽區(qū)，蒸汽流過高壓級組膨脹后容積流量較大，各級的葉高損失和漏汽損失相對較小，級給內各級效率較高，可設計成有適中高度，光滑變化的通道

14、形狀。中壓非調節(jié)級的速度比=0.46-0.50;為保證設計工況下葉片根部不吸汽不漏汽，選用根部反動度r=3%-5%。第四部分 壓力級比焓降分配及級數確定一 蒸汽信道的合理形狀根據反動式汽輪機每級作功能力較沖動級小，為保證高壓部分全周進汽，選擇較小的平均直徑。由此選擇由三種不同等根徑級給形成的通道形狀。二 各級平均直徑的確定。壓力級比焓降分配的主要依據是各級要有合適的速度比，同時使通道形狀光滑變化以達到較高的內效率，所以首先要考慮到各級直徑選取，各級直徑的選擇既要考慮通道光滑性，還要考慮通用性。1 中壓級組第一級平均直徑的估取取，則2.中壓級組末級直徑的估取取則根據作圖法確定壓力級平均直徑的變化

15、在橫坐標上任取長度為a的線段BD(a=25cm),用以表示中壓缸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AB，CD，根據所選的通道形狀，用光滑曲線將A，C兩點連接起來，AC曲線即為壓力級各級直徑的變化規(guī)律。三 級數的確定及比焓降的分配1 級數的確定（1） 壓力級平均直徑在圖上將BD曲線m等分，從中量取各段長度，求出平均直徑：（2） 壓力級平均理想比焓降（3） 級數的確定壓力級組理想比焓降2 比焓降的分配（1） 各級平均直徑的求取 在壓力級平均直徑變化曲線上求取各級的平均直徑（2） 各級比焓降分配根據求出的各級平均直徑，選取相應的速度比，根據，求出各級

16、的理想比焓降，其參數如下：級號1233456平均直徑1.081.101.121.171.231.32速度比0.49000.49020.49050.49080.49100.4915試算理想比焓降60.0062.1264.3070.1077.9288.98（3） 各級比焓降的修正 調整抽汽壓力的注意事項： 除氧器的抽汽壓力等大于其額定值，以免負荷變小時，不能保證除氧 除氧器前一級抽汽壓力不可過高，否則容易引起給水在除氧器內的自生沸騰。 滿足給水溫度要求中壓缸實際熱力過程曲線測點13538.193543.5954.623481.473487.0656.529233422.763428.54758.5

17、1343358.4473364.75663.79153294.6563294.303870.452263205.32383213.33280.9718第五部分 汽輪機的熱力計算一 葉型及其選擇1葉型的選擇根據汽流在其出口處的馬赫數M=c/a的大小，又由于采用單列級，故采用帶“A”的亞音速葉柵。因容積流量較大，故選擇出口角較大的葉柵，以免葉片高度增加過快，為利于生產制造，降低成本，葉壓級組葉片采用相同葉型。具體葉型及其參數如下：葉片型號出口角進口角（）相對節(jié)距（mm）安裝角葉寬B（mm）弦長b（mm）TP-3A24700.67785556.32TP-3A24700.67785556.322 相對

18、節(jié)距和葉片數的確定根據，取整后確定葉片數，具體數據如下：項目123456噴管90909296102110動葉90909296102110二級的熱力計算中壓缸第一級： 1噴嘴出口汽流速度及噴管損失噴嘴中理想比焓降： 初速動能：滯止理想比焓降：噴嘴出口汽流理想速度：噴嘴出口汽流實際速度：噴嘴損失：2噴嘴出口面積：由于噴嘴工作于亞音速區(qū)，故采用漸縮噴嘴，噴嘴出口面積An為：3噴嘴出口高度：4動葉進出口速度及能量損失動葉中理想比焓降：動葉進口汽流方向：動葉進口汽流速度：動葉進口速度動能：動葉滯止比焓降：動葉出口汽流理想速度：動葉出口汽流實際速度：動葉出口絕對速度之方向與大?。簞尤~損失：余速損失：5動葉

19、出口面積：6動葉高度：中壓缸第26級熱力計算進程同上，主要計算結果見下表：項目123456噴嘴出口汽流速度221.99237.576249.093255.949267.46286.11噴嘴損失2.663.0493.2183.513.8464.422噴嘴出口面積1561.5217031960216022152537動葉出口面積1638.3117402018232623682742動葉進口速度96.147106.317113.752115.545120.24128.345動葉出口速度240.04258.154266.946277.541290.83293.941動葉損失3.113.603.854.

20、1614.5695.225余速損失6.0117.5068.2088.8119.739.025噴嘴出口高度113.2121137144.6159.85176.08動葉高度116123139155.7167.06188.60三、級效率與內功率1輪周功率及輪周效率葉高損失:輪周有效比焓降余速利用系數，取=0.85輪周功率：2級后各項能量損失 扇形損失：隔板漏汽損失:葉頂漏汽損失: 3.級效率和級內功率級有效比焓降:級效率: 級內功率: 數據匯總見下表：項目12345642.36550.954256.295860.05668.64279.538886.6591.9689.1990.3590.4291.

21、7860.640.69370.75460.8420.9261.0610.040.04250.0370.03660.04080.04260.760.9720.7280.6810.7290.78488.7189.37589.2189.3389.48290.83226.09437.5340.29243.29545.23247.191第六部分 高中壓缸結構概述一 哈爾濱汽輪機廠與日本三菱公司聯(lián)合設計和合作制造的超臨界機組，其高中壓缸結構如下：1 采用沖動式調節(jié)級和反動壓力級的混合型號式，主蒸汽通過安裝在汽輪機兩側的主汽閥-調節(jié)閥組件進入高壓汽輪機。2 蒸汽在高壓缸膨脹做功后，通過高中壓外缸下半的兩個排

22、汽口排出后流進再熱器，從再熱器流出的再熱蒸汽通過兩個中壓主汽閥-調節(jié)閥進入中壓缸。3 機組啟動后，主汽閥用來控制從盤車轉速到大約90%的額定轉速時機組通過的汽流流量，調節(jié)閥用來調節(jié)機組從90%的額定轉速到同步轉速以及汽輪機整個負荷范圍內的蒸汽流量。4 高中壓外缸和內缸約為合金鋼鑄造而成，沿水平中分面形成上缸和下缸。5 高壓噴嘴室進口支撐在內缸上，進汽套管用滑動接頭連接到內缸上，以適應溫度的變化。二 中壓汽缸1 高中壓缸采用合缸結構，通流部分為反向布置。由高中壓外缸高壓內缸和中壓內缸組成，形成雙層汽缸結構。2 中壓部分有6個反動式中壓級，為汽輪機的第1116級。3 高中壓汽缸通流部分的壓力級反向

23、布置，即高壓汽缸中的壓力級與中壓汽缸中的壓力級的蒸汽流動方向相反。由鍋爐來的新蒸汽通過主蒸汽管從下部進入布置于汽輪機兩側的兩個高壓主汽閥，由每側的各兩個調節(jié)閥流出，經過四根高壓導汽管進入高壓汽輪機。進入高壓汽輪機的蒸汽通過調節(jié)級和高壓級后，由外缸下部兩側排出進入再熱器。再熱后的蒸汽通過中壓缸兩側的兩個再熱主汽閥和四個中壓調節(jié)閥，由每側的兩個中壓調節(jié)閥流出，經過四個中壓導汽管由高中壓缸中部進入中壓缸，進入中壓缸的蒸汽經過中壓級后，從中壓缸上部排汽口排出，經中低壓連通管，分別從1號2號低壓缸中部進入兩個低壓缸。4 反向布置的優(yōu)點： 新蒸汽及再熱蒸汽的進汽部分均集中在高中壓汽缸的中部，可減小汽輪機轉

24、子和汽缸的軸向溫差及熱應力。 高中壓汽缸中溫度最高的部分布置在遠離汽輪機軸承的地方，使軸承受汽封溫度的影響較小，軸承的工作溫度較低，改善了軸承的工作條件，還可平衡一部分高，中壓汽缸內的軸向推力。 因為前后軸端汽封均處于高中壓缸內排汽部分，使軸封長度顯著減少。 合缸結構減少了一至二個徑向支持軸承，縮短了高中壓轉子的長度。第七部分 600mw汽輪機熱力系統(tǒng)一、 熱再熱蒸汽系統(tǒng)采用雙管-單管-雙管布置、高溫再熱蒸汽由鍋爐再熱器出口集箱經兩根支管接出，匯流成一根單管通向汽輪機中壓缸，在汽輪機中壓聯(lián)合汽門前用一個45°斜三通分為兩根管道,分別接至汽輪機中壓聯(lián)合汽門。由于再熱蒸汽氣壓損時機組的熱

25、經濟性影響比新蒸汽大，采用單管系統(tǒng)更能夠有效地降低壓損，保障蒸汽的做功能力，還能消除進入汽輪機中壓缸的高溫再熱蒸汽的溫度偏差。二、 回熱抽汽系統(tǒng)采用回熱循環(huán)的主要目的是提高工質在鍋爐內吸熱過程的平均溫度，以提高機組的熱經濟性。 回熱抽汽系統(tǒng)必須保證系統(tǒng)中的汽、水介質不能倒流進入汽輪機的汽缸,防止汽輪機超速或發(fā)生水沖擊。 為避免各事故發(fā)生，在抽汽管道上安裝電動隔離閥的氣動止回閥。三、 除氧器汽水系統(tǒng) 設置除氧器將給水中的所有不凝結氣體除去，以防止或減輕這些氣體對設備的管路系統(tǒng)的腐蝕。除氧器配有一定水容積的水箱，有補償鍋爐給水的汽輪機凝結水量之間不平衡的作用。作用：加熱給水、除去水中的氣體、回收工

26、質。第八部分 總 結一 設計結果總結為期三周的汽輪機課程設計即將結束，在這個過程中，本組同學對汽輪機的結構和熱力設計有了較深刻的理解。本次課程設計內容雖不多，但我們通過查閱整理各種資料，分析解決了設計過程中出現(xiàn)的各類問題。態(tài)度認真，團結協(xié)作。本次課程設計內有很多知識涉及到較高的知識層次，在三周的時間內我多次請教老師和同學，仔細核算各計算式，細致繪制各設計輔助圖。雖然，設計結果沒有完全達到預期的理想結果，但我學到了不少寶貴的知識和方法，更重要的是學到了積極的工作態(tài)度，嚴謹的治學態(tài)度，為將來從事電廠方面的工作打下了堅實的基礎。二 設計思路說明給定參數參考機型熱力過程曲線回熱抽汽參數汽輪機總進汽量級

27、的熱力計算各級平均直徑各級比焓降三 問題討論1 回熱抽汽點的確定對于回熱抽汽點的初步確定，本組同學經過多次討論并查閱相關資料，終于在汽輪機設備及其系統(tǒng)一書上找到了其確定原則，經譚老師指點，我們終于初步完成了回熱抽汽點及抽汽壓力表的確定，并經熱力計算后修正確定了相關參數。2 除氧器工作壓力的確定經大家討論并參考火電廠設計技術規(guī)程決定采用滑壓運行，并查閱覽汽輪機設備及其系統(tǒng)一書，決定除氧器額定工作條件下壓力為1.01Mpa。3 回熱抽汽參數的確定 考慮了非調節(jié)抽汽隨負荷變化的特點，并參考汽輪機設備及其系統(tǒng)一書，初步確定了去除氧器和三號高加的抽汽壓力。 4 回熱抽汽量的計算 在計算第三級組蒸汽流量和內功率時，由于經過了回熱，該級比焓大于上級比焓，無法套用公式，經大家商量并查閱汽輪機設備及其系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)可以用he3he2來避免分子為負的情況。5 蒸汽通道的選擇 對于備選的三種通道形狀，我們反復求證比較選擇