汽輪機(jī)變工況運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性核算

1、貴州大學(xué)課程設(shè)計(jì)1緒言1.1變工況核算的必要性 汽輪機(jī)在設(shè)計(jì)參數(shù)下運(yùn)行稱為汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)工況。由于汽輪機(jī)的主要尺寸基本上是按設(shè)計(jì)工況要求確定的，而汽輪機(jī)功率在運(yùn)行時(shí)將根據(jù)外界的需要而變化，汽機(jī)參數(shù)均有可能變化，從而引起蒸汽流量、各級(jí)參數(shù)和效率的變化，稱為汽輪機(jī)的變工況。為了估計(jì)汽輪機(jī)在新工況下運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，可靠性與安全性，有必要對(duì)新工況進(jìn)行熱力核算。核算項(xiàng)目有：噴嘴、動(dòng)葉前后參數(shù)、級(jí)效率、級(jí)功率、反動(dòng)度、速度比、漏汽量、軸向推力等。 變工況熱力計(jì)算能獲得各級(jí)的狀態(tài)參數(shù)，理想比焓降，反動(dòng)度，效率，出力等較詳盡的數(shù)據(jù)，這就為強(qiáng)度分析，推力計(jì)算以及了解效率及出力變化提供了科學(xué)的參考依據(jù)。因此，變工況熱

2、力核算常成為了解機(jī)組運(yùn)行情況，預(yù)測(cè)設(shè)備系統(tǒng)改進(jìn)所產(chǎn)生的效果，乃至分析事故原因的重要手段。1.2變工況核算的基本方法與特點(diǎn)汽輪機(jī)的熱力計(jì)算是以級(jí)為基礎(chǔ)的，目前，在變工況計(jì)算中，根據(jù)不同的給定原始條件，單級(jí)的詳細(xì)熱力核算可分為順序計(jì)算和倒序計(jì)算兩種基本方法，此外還有將倒序和順序結(jié)合起來的混合算法。順序算法以給定的級(jí)前狀態(tài)為起點(diǎn)，由前向后計(jì)算；倒序算法則以給定的級(jí)后狀態(tài)為起點(diǎn)，由后向前計(jì)算?；旌纤惴ㄖ校考?jí)都包含若干輪先是倒序后是順序的混合計(jì)算，只有當(dāng)?shù)剐蚺c順序的計(jì)算結(jié)果相符合時(shí)，級(jí)的核算才可以結(jié)束，然后逐級(jí)向前推進(jìn)。三種方法都建立在噴嘴和動(dòng)葉出口截面連續(xù)性方程和單級(jí)工作原理的基礎(chǔ)上，并且計(jì)算時(shí)，級(jí)

3、流量和幾何尺寸是已知的。與此相對(duì)應(yīng)，單級(jí)的數(shù)值計(jì)算也有順序、倒序和混合三種算法。兩種方法可概述如下： （1）由級(jí)前向級(jí)后核算由已知的級(jí)前初參數(shù)開始，根據(jù)流量比求得壓力比，然后求出噴嘴后壓力，求出相應(yīng)的噴嘴理想比焓降，計(jì)算出噴嘴出口汽流理想速度。然后進(jìn)行動(dòng)葉核算，方法與上述類同，求出新工況下動(dòng)葉后壓力，求出動(dòng)葉理想比焓降，計(jì)算出動(dòng)葉出口汽流速度。上述方法適用于在噴嘴和動(dòng)葉中全是亞臨界流動(dòng)的情況。當(dāng)噴嘴中或動(dòng)葉中出現(xiàn)超臨界流動(dòng)時(shí)，可以假定噴嘴后或動(dòng)葉后的壓力，繼續(xù)使用該方法進(jìn)行計(jì)算，但需要根據(jù)已知條件進(jìn)行假定壓力的校核。一般來說，順?biāo)惴ㄔ诔R界流動(dòng)中很少使用。 （2）由級(jí)后向級(jí)前推算從已知的級(jí)后壓

4、力開始，假設(shè)新工況下排汽比焓、級(jí)后各項(xiàng)損失，求出動(dòng)葉后參數(shù)，并對(duì)前面假設(shè)的余速損失進(jìn)行校核及修正；繼而假定動(dòng)葉進(jìn)口相對(duì)速度，求出動(dòng)葉前參數(shù)、噴嘴后參數(shù)，再對(duì)動(dòng)葉進(jìn)口相對(duì)速度進(jìn)行校核并修正；最后確定噴嘴前蒸汽狀態(tài)點(diǎn)，并對(duì)最初估計(jì)的各項(xiàng)損失進(jìn)行校核及修正；待各項(xiàng)假設(shè)都校核通過，即可求出新工況下級(jí)的反動(dòng)度、級(jí)效率和內(nèi)功率。判斷動(dòng)葉和噴嘴內(nèi)是否出現(xiàn)超音速流動(dòng)，當(dāng)級(jí)內(nèi)出現(xiàn)超音速流動(dòng)時(shí)，還需確定臨界狀態(tài)點(diǎn)，并計(jì)算出口汽流偏轉(zhuǎn)角。 汽輪機(jī)在級(jí)在偏離設(shè)計(jì)工況工作時(shí)，在許多情況下，常常已知級(jí)后的壓力以及流量，此時(shí)采用以級(jí)后狀態(tài)為起點(diǎn)的倒序算法較為方便。這種情況常出現(xiàn)在凝汽式和被壓式機(jī)組的末級(jí)或是抽汽機(jī)組抽汽點(diǎn)前

5、面的壓力級(jí)，也可能出現(xiàn)在通流部分被拆除級(jí)前面的壓力級(jí)，由于凝汽器內(nèi)的壓力或是抽汽壓力或是被壓發(fā)生變化，需要對(duì)其級(jí)前的功率，效率進(jìn)行校核。在另外一些情況下，則可能已知級(jí)前的狀態(tài)與級(jí)流量，此時(shí)應(yīng)采用以級(jí)前狀態(tài)為起點(diǎn)的順序算法比較方便，例如通過計(jì)算得到或通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得調(diào)節(jié)級(jí)室的壓力和溫度，因此壓力級(jí)組前的狀態(tài)是已知的，在此情況下，對(duì)壓力級(jí)的校核就應(yīng)采用順序算法。2設(shè)計(jì)工況核算2.1原始數(shù)據(jù)2.2.1 50MW純凝式汽輪機(jī)的基本參數(shù)（1） 汽輪機(jī)類型機(jī)組型號(hào)：N50-8.82/535 機(jī)組形式：高壓、單缸單軸凝汽式汽輪機(jī)（2）基本參數(shù)額定功率=50MW新蒸汽壓力=8.82MPa，新蒸汽溫度=535凝汽器

6、壓力=6kPa 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速n=3000r/min（3） 其他參數(shù)給水泵出口壓力=13.73凝結(jié)水出口壓力=1.33MPa機(jī)械效率=0.98發(fā)電機(jī)效率=0.98加熱器效率=0.98（4） 相對(duì)內(nèi)效率的估計(jì)根據(jù)已有同類機(jī)組相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)選擇汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率，=85.5%（5） 損失的估算主汽閥的調(diào)節(jié)氣閥節(jié)流壓力損失：=0.05=0.441MPa排氣阻力損失：（6）熱力過程線圖2-1 50MW機(jī)組熱力過程線（7） 回?zé)嵯到y(tǒng)簡(jiǎn)圖圖2-2 N50-8.83/535型汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)示意圖（8） 變工況數(shù)據(jù)背壓=0.006MPa負(fù)荷=90%2.1.2閥桿數(shù)據(jù)與軸封系統(tǒng)表2-1 50MW汽輪機(jī)主汽閥和調(diào)節(jié)氣閥

7、閥桿數(shù)據(jù)項(xiàng)目符號(hào)單位主汽閥調(diào)節(jié)氣閥1段2段3段1段2段3段閥桿數(shù)Z14閥桿直徑cm3.43.6徑向間隙cm0.020.02間隙面積0.2140.227分段長(zhǎng)度lcm41.8115.833.343.8表2-2 50MW汽輪機(jī)軸封數(shù)據(jù)項(xiàng)目符號(hào)單位前軸封后軸封1段2段3段4段5段6段1段2段3段軸封直徑cm61.844.355.345.8徑向間隙cm0.050.05軸封齒數(shù)z78361012962.1.3加熱器相關(guān)參數(shù)表2-3 50MW凝汽式汽輪機(jī)加熱器汽水參數(shù)表項(xiàng)目單位H1H2H3H4H5H6H7C回?zé)岢闅獬闅鈮毫Pa2.61881.440.9760.37120.17220.070670.024

8、870.0046抽氣溫度3813112691750.9950.9580.924抽氣比焓值kJ/kg3195306529852810268825652440抽氣壓損%88408888汽側(cè)壓力MPa2.409331.325280.5880.34150.15840.065020.02288下的飽和水溫222192.51581381138863下的飽和水比焓kJ/kg952.9818.73667.08580.62474.07368.56263.71抽氣放熱kJ/kg2353.472354.232310.232229.382213.932196.442176.29疏水上端差5505555下端差1010疏

9、水溫度197.55168疏水比焓kJ/kg841.53710.77疏水放熱kJ/kg130.7636106.55105.51104.85水側(cè)加熱器出口水溫217187.5158133108835831.4加熱器水側(cè)壓力MPa13.7313.730.5881.331.331.331.33加熱器出口水比焓kJ/kg933.51802.52674.77*/667.08559.9453.77348.55243.9131.66給水比焓升kJ/kg130.99127.75110.99106.13105.22104.65112.32.2閥桿和軸封漏氣量計(jì)算(1)主汽閥閥桿漏汽量的計(jì)算主汽閥桿間隙面積；第1段

10、閥桿漏汽系數(shù)；第1段閥桿前蒸汽參數(shù)為，。則主汽閥桿漏汽量。第2段閥桿漏汽系數(shù)；第2段閥桿前蒸汽參數(shù)為，。則流經(jīng)第2段閥桿漏汽量。(2)調(diào)節(jié)汽閥閥桿漏汽主汽閥桿間隙面積；第1段閥桿漏汽系數(shù)；第1段閥桿前蒸汽參數(shù)為，。則調(diào)節(jié)汽閥桿漏汽量。第2段閥桿漏汽系數(shù)；第2段閥桿前蒸汽參數(shù)為，。則流經(jīng)第2段閥桿漏汽量。根據(jù)主汽閥桿和調(diào)節(jié)汽閥閥桿的漏汽計(jì)算，可得閥桿總漏汽量；軸封冷卻器回收閥桿漏汽其余除氧器回收。(3)前軸封漏汽軸封1、2、3段間隙面積；第1段軸封前蒸汽參數(shù)為，（調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴后參數(shù)）。第1段軸封后蒸汽參數(shù)為。判別系數(shù)則前軸封漏汽量；第2段軸封前蒸汽參數(shù)為，。第2段軸封后蒸汽參數(shù)為。判別系數(shù)則前軸封

11、漏汽量；第3段軸封前蒸汽參數(shù)為，。第3段軸封后蒸汽參數(shù)為。判別系數(shù)則前軸封漏汽量；軸封4、5、6段間隙面積：；第4段軸封前蒸汽參數(shù)為，。第4段軸封后蒸汽參數(shù)為。判別系數(shù)第4段軸封流經(jīng)蒸汽量；第5段軸封前蒸汽參數(shù)為，。第5段軸封后蒸汽參數(shù)為。判別系數(shù)第5段軸封流經(jīng)蒸汽量。(4)后軸封漏汽軸封1、2段間隙面積；第1段軸封前蒸汽參數(shù)為，。第1段軸封后蒸汽參數(shù)為。判別系數(shù)第1段軸封流經(jīng)蒸汽量；第2段軸封前蒸汽參數(shù)為，。第2段軸封后蒸汽參數(shù)為。判別系數(shù)第2段軸封流經(jīng)蒸汽量。由上面計(jì)算可得：閥桿漏汽量除氧器回收前軸封漏汽量流到2號(hào)高壓加熱器的蒸汽量流到5號(hào)低壓加熱器的蒸汽量流到7號(hào)低壓加熱器的蒸汽量均壓箱

12、向前軸封供汽量;均壓箱向后軸封供汽量;均壓箱總供汽量軸封冷卻器回收前軸封漏汽量軸封冷卻器回收后軸封漏汽量軸封冷卻器總回收2.3汽輪機(jī)流量計(jì)算 設(shè)m=1.15，機(jī)械效率m=0.98，發(fā)電機(jī)效率g=0.98，汽輪機(jī)漏汽量D0=3%D0，額定功率Pel=50MW,則： =3.61.1547500/(1209.20.980.98)+0.03D0=174.57 t/h2.4調(diào)節(jié)級(jí)的計(jì)算2.4.1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h0t。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。由熱力過程線的確定步驟可得： ，由前面選取其理

13、想比焓降為 。（2)調(diào)節(jié)級(jí)進(jìn)汽量 則調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴流量（3)平均反動(dòng)度，由原始資料可知。 （4)噴嘴的滯止理想比焓降h0n=(1-m)h0t=(1-0.075)*110=101.75kJ/kg（5)噴嘴出口汽流速度其中 -噴嘴速度系數(shù)，取0.97。（6)噴嘴出口等比熵出口參數(shù)h1t、v1t、p1。由h0T和h0n求出噴嘴出口理想比焓降h1t=h0T-h0n=3476.75-101.75=3375kJ/kg。該過程為等比熵膨脹過程，由h1t=3375kJ/kg、s0T=6.8042kJ/(kg)查水蒸氣h-s圖得出口比體積v1t=0.052982m3/kg，噴嘴出口壓力p1=6.2141MPa。（7

14、)噴嘴壓比由此可知，噴嘴中為亞音速汽流，采用減縮噴嘴，選取噴嘴型號(hào)為TC-1A、=12.9、sin1=0.2606.（8)噴嘴出口面積An。噴嘴中是亞音速流動(dòng)，故（9)級(jí)的假想速度（10)級(jí)的圓周速度（11)噴嘴高度（12)噴嘴損失hn=（1-2）h0n=（1-0.972）101.75=6.013kJ/kg（13)噴嘴出口比焓值h1=h1t+hn=3375+6.013=3381.013kJ/kg由h1、p1查得s1=6.8122kJ/（kg*K),v1=0.0531993m3/kg（14)求動(dòng)葉進(jìn)口汽流相對(duì)速度w1和進(jìn)汽角1 = =273.87m/s=20.92.4.2動(dòng)葉部分計(jì)算（1)動(dòng)葉出

15、口相對(duì)速度w2t和w2=302.5m/sw2=w2t=0.925302.5=278.3m/s式中 -動(dòng)葉速度系數(shù)，由與m、w2t的關(guān)系曲線查得=0.925.（2)動(dòng)葉等比熵出口參數(shù)h2t與v2t由h2t，s1=6.8122kJ/（kgK),查得v2t=0.0542553m3/kg，動(dòng)葉出口壓力p2=6.05998MPa.（3)動(dòng)葉出口面積Ab=（4)動(dòng)葉高度lb。lb=ln+t+r=24+1+1=25mm（5)作動(dòng)葉出口速度三角形。由、u確定速度三角形 = (6)動(dòng)葉損失 (7)動(dòng)葉出口比焓值 由、查得， (8)余速損失 (9)輪周損失 (10)輪周有效比焓降 hu=ht0-hu=110-21

16、.2=88.8kJ/kg (11)輪周效率。調(diào)節(jié)級(jí)后余速不可利用，系數(shù)為 (12)校核輪周效率u =170.7（437.60.9748+130.90.7009） =88.39kJ/kg ，誤差在允許范圍內(nèi)。2.4.3級(jí)內(nèi)其他損失的計(jì)算（1)葉高損失 =88.8=4.633kJ/ka- 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，單列級(jí)a=1.2。（2)扇形損失=0.7=0.7()2(110-8.57)=0.035kJ/kg（3)葉輪摩擦損失由前面，v1=0.0531993m3/kg，v2=0.0545011 m3/kgV=0.0538502m/kg=1.2*(170.7/100)3(110010-3)2/0.0538502=1

17、34.12kW =kJ/kg式中K1-經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取K1=1.01.3.（4)部分進(jìn)汽損失鼓風(fēng)損失 =(1-e-)=0.15*(1-0.3328)*0.3643=0.0145斥汽損失 =0.012* =0.0477故有=+=0.0145+0.0477=0.0622所以=110.0622=6.842kJ/kg（5)級(jí)內(nèi)各項(xiàng)損失之和hkJ/kg（6)下一級(jí)入口參數(shù) =+h=3379.4+8.57+14.297=3402.267kJ/kg由，P2查得s2=6.8511kJ/（kgk），v2=0.055346m3/kg，t2=491.622.4.4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)

18、效率 3（3） 級(jí)的內(nèi)功率 2.5壓力級(jí)計(jì)算取第一級(jí)和最末級(jí)進(jìn)行詳細(xì)熱力計(jì)算，計(jì)算過程同調(diào)節(jié)節(jié)詳細(xì)計(jì)算，結(jié)果如下表所示表2-4 級(jí)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)末級(jí)蒸汽流量Gkg/s48.1346.9832.63噴嘴平均直徑dnmm11009972007動(dòng)葉平均直徑dbmm11009972007級(jí)前壓力p0MPa8.326.059980.022級(jí)前溫度/干度to/xo533.1491.662.2級(jí)前速度Com/s00164級(jí)前比焓值h0kJ/kg3476.83401.72426.9圓周速度m/s170.7156.61315.26理想比焓降htkJ/kg11051.2321162.92

19、理想速度Cam/s469320.1593.92假想速比xa0.3640.4890.552反動(dòng)度m0.0750.07350.574利用上級(jí)余速動(dòng)能hcokJ/kg0013.448噴嘴滯止比焓降honkJ/kg101.7547.4775.13噴嘴出口理想速度c1tm/s451.11308.11387.64噴嘴速度系數(shù)0.970.970.97噴嘴出口實(shí)際速度c1m/s437.58298.87376.01噴嘴損失honkJ/kg6.012.814.44噴嘴后壓力p1MPa6.21415.230.014噴嘴后溫度/干度t1/x1483468.30.899噴嘴出口理想比體積v1tm3/kg0.0530.0

20、61969.5791噴嘴出口截面積Anm20.005830.0094850.82873噴嘴出汽角1()12.910.7518.33噴嘴高度lnmm2316418部分進(jìn)汽度e0.332811動(dòng)葉進(jìn)口相對(duì)速度w1m/s273.87147.92125.38相對(duì)于w1的比焓降hw1kJ/kg37.510.947.86動(dòng)葉滯止比焓降hobkJ/kg45.7514.7109.1動(dòng)葉出口理想速度w2tm/s302.5171.5467.11動(dòng)葉速度系數(shù)0.9250.93550.95動(dòng)也損失hbkJ/kg6.61.83610.64動(dòng)葉出口相對(duì)速度w2m/s278.3160.44443.75動(dòng)葉出口絕對(duì)速度c2m

21、/s130.949.44247.71余速損失hc2kJ/kg8.571.2230.68動(dòng)葉后壓力p2MPa6.065.1870.00478動(dòng)葉后溫度/干度t2/x2481.6467.20.874動(dòng)葉出口比體積v2m3/kg0.054260.062619.446動(dòng)葉出口面積Abm20.0087340.0173371.400478動(dòng)葉出汽角2()19.717.8932.89動(dòng)葉高度lbmm2518.5423級(jí)理想能量EokJ/kg11050176.4輪周有效比焓降hukJ/kg88.845.4130.6輪周功率pukW4278.662131.424261.87輪周效率u80.7390.7274.6

22、葉高損失hlkJ/kg4.633.40.375葉輪摩擦損失hfkJ/kg2.7871.570.32部分進(jìn)汽損失hekJ/kg6.84200漏氣損失hkJ/kg01.0160.127濕汽損失hxkJ/kg0013.7442級(jí)內(nèi)有效比焓降hikJ/kg74.539.37110.69級(jí)相對(duì)內(nèi)效率i67.7378.7362.76級(jí)的內(nèi)功率pikW3585.831849.833611.862.6熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)計(jì)算2.6.1汽輪機(jī)汽耗量計(jì)算及校核(1)做功不足系數(shù)的計(jì)算 (2)汽輪機(jī)的汽耗量計(jì)算及校核 合理 (3)汽輪機(jī)功率核算 合理2.6.2汽輪機(jī)熱耗量Q0、熱耗率q0 2.6.3絕對(duì)電效率a,el 2.

23、7軸向推力計(jì)算及安全性核算2.7.1調(diào)節(jié)級(jí)軸向推力計(jì)算（1）計(jì)算葉根反動(dòng)度r r=m=0.075（2）求葉片受到的軸向推力其中e=0.3328, lb=0.0247m,(p0-p2)=2.315MPa,代入后，F(xiàn)zl=4932.14N。即：調(diào)節(jié)級(jí)受到的軸向推力為4932.14N。2.7.2末級(jí)軸向推力計(jì)算（1）計(jì)算葉根反動(dòng)度r 以末級(jí)進(jìn)行計(jì)算其中m=0.574,rm【=1m,rr=0.6675m，1m=1820,代入后得r=0.0036。附表B-5中r=0.4%（2）求葉片受到的軸向推力其中l(wèi)b=0.665.m,(p0-p2)=0.0088MPa,代入后，F(xiàn)zl=21105.5N。（3）求當(dāng)量

24、隔板漏氣面積其中dp=0.745m,p=0.0005m,Zp=3,代入后=675mm2。（4）求葉根齒隙面積 式中：dr=1335mm, z=7.8mm, 代入得 =32696.82 mm2，附表中=32712mm2。（5）求q q=2.18（6）求葉輪反動(dòng)度d （7）求Pd 式中：p2=0.00461MPa, (p0-p2)=0.0088MPa, 代入得Pd=4.68kPa。（8）求輪盤面積Ad 式中：dr=978mm, dp=590mm, 代入得Ad=963352mm2（9）求輪盤軸向推力Fz2 式中：Ad=477581mm2，pd-p2=6.7-6=0.8kPa，代入得Fz2=83.5N

25、（10）作用在轉(zhuǎn)子軸肩的推力（11）綜上作用在末級(jí)的力F=21105.5+83.5-478.3=20710.6N2.7.3中間級(jí)軸向推力計(jì)算（1）計(jì)算葉根反動(dòng)度r 以17級(jí)進(jìn)行計(jì)算其中m=0.34,rm【=0.602m,rr=0.5325m，1m=1234,代入后得r=0.165。附表B-5中r=15.6（2）求葉片受到的軸向推力其中l(wèi)b=0.139.m,(p0-p2)=0.0725MPa,代入后，F(xiàn)zl=12960.09191N。（3）求當(dāng)量隔板漏氣面積其中dp=0.59m,p=0.0005m,Zp=5,代入后=457mm2。（4）求葉根齒隙面積 式中：dr=1065mm, z=2mm, 代

26、入得 =6692.2 mm2（5）求q q=0.4（6）求葉輪反動(dòng)度d （7）求Pd 式中：p2=0.1835MPa, (p0-p2)=0.0725MPa, 代入得Pd=0.188285kPa。（8）求輪盤面積Ad 式中：dr=1065mm, dp=590mm, 代入得Ad=617421mm2（9）求輪盤軸向推力Fz2 式中：Ad=617421mm2，pd-p2=6.7-6=0.8kPa，代入得Fz2=2954.3N（10）綜上作用在中間級(jí)級(jí)的力F=12960.1+2954.3=15914.4N2.7.4 設(shè)計(jì)工況安全性核算（1）總的葉片軸向力Fz1Fz1=4932.14+20710.6+14

27、*12960.09191=207084.03N（2）總的葉輪軸向力Fz2 Fz2=0+0+24*2954.3=70903.2N（3）總的轉(zhuǎn)子軸向力Fz3Fz3=-150235N（4）總的各級(jí)軸向力FzFz=207084.03+70903.2-150235 =129421.66N（5）安全系數(shù)n =1.509913. 變工況核算3.1特定冷段條件下.90%工況經(jīng)濟(jì)性核算3.1.1變工況調(diào)節(jié)級(jí)詳細(xì)計(jì)算（1）汽輪機(jī)進(jìn)汽量 設(shè)m=1.15，機(jī)械效率=0.98，發(fā)電機(jī)效率=0.98，汽輪機(jī)漏汽量=3%D0，設(shè)計(jì)功率=50MW,則： 通過全部氣門的流量 第一個(gè)汽門全開時(shí)： 第二個(gè)汽門全開時(shí)：第三個(gè)汽門全開

28、時(shí)：第四個(gè)汽門全開時(shí)： 取通過第一、二、三個(gè)汽門全開 第四汽門開啟（2）噴嘴部分的計(jì)算調(diào)節(jié)級(jí)進(jìn)汽量 則調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴流量反動(dòng)度調(diào)節(jié)級(jí)理想焓降 根據(jù)設(shè)計(jì)負(fù)荷中的，p1=6.2141MPa和等比熵膨脹過程得 變工況后的噴嘴出口壓力 由，h1t=h0T-h0n查h-s圖得 則噴嘴出口汽流速度 噴嘴壓比 由此可知，噴嘴中為亞音速汽流，采用減縮噴嘴，選取噴嘴型號(hào)為TC-1A、=12.9、sin1=0.2606.級(jí)的圓周速度噴嘴損失 hn=（1-2）h0n=（1-0.972）113.45=6.705kJ/kg噴嘴出口比焓值 =3363.30+6.705=3370.005kJ/kg 由h1、p1查得s1=6.8

29、154487kJ/（kg*K),v1=0.0547995m3/kg求動(dòng)葉進(jìn)口汽流相對(duì)速度w1和進(jìn)汽角1 = =298.05m/s（3）動(dòng)葉部分計(jì)算動(dòng)葉出口相對(duì)速度w2t和w2=327.5m/sw2=w2t=0.920327.5=301.3m/s動(dòng)葉等比熵出口參數(shù)h2t與v2t由h2t，s1=6.8154487kJ/（kgK),查得v2t=0.0560321649m3/kg，動(dòng)葉出口壓力p2=5.8016775MPa.出口速度 = 動(dòng)葉損失 動(dòng)葉出口比焓值 由、查得， 余速損失 輪周損失 輪周有效比焓降 hu=ht0-hu=123-26.5=96.5kJ/kg 輪周效率。調(diào)節(jié)級(jí)后余速不可利用，系

30、數(shù)為 校核輪周效率u =170.7（4620.9748+151.90.7431） =96.14kJ/kg ，誤差在允許范圍內(nèi)。（4）級(jí)內(nèi)其他損失葉高損失 =96.5=5.035kJ/kb- 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，單列級(jí)a=1.2。扇形損失=0.7=0.7()2(123-11.54)=0.039kJ/kg葉輪摩擦損失由前面，v1=0.0547995m3/kg，v2=0.05635624 m3/kgV=0.0555779m/kg= = 式中K1-經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取K1=1.01.3.部分進(jìn)汽損失 由=+=0.0145+0.0477=0.0622 所以=1230.0622=7.651kJ/kg級(jí)內(nèi)各項(xiàng)損失之和hk

31、J/kg下一級(jí)入口參數(shù) =+h=3369.02+11.54+15.535=3396.095kJ/kg由，P2查得s2=6.862364kJ/（kgk），v2=0.057411m3/kg，t2=487.91（5）級(jí)效率與內(nèi)功率的計(jì)算級(jí)的有效比焓降級(jí)效率 級(jí)的內(nèi)功率 3.1.2變工況末級(jí)詳細(xì)計(jì)算（1） 末級(jí)的原始數(shù)據(jù)噴嘴平均直徑dnmm2007噴嘴高度lnmm418動(dòng)葉平均直徑dbmm2007動(dòng)葉高度lbmm423噴嘴出汽角a1 18.33動(dòng)葉出汽角232.89隔板軸封面積ApCm211.775隔板軸封齒數(shù)zp3噴嘴出口截面積Anm21.3210動(dòng)葉出口截面積Abm22.2750（2）90%工況下

32、末級(jí)的參數(shù)流量G0Kg/s30.75級(jí)后壓力P2MPa0.0045級(jí)后蒸汽干度X20.872（3）末級(jí)倒序詳細(xì)核算根據(jù)設(shè)計(jì)工況下級(jí)內(nèi)各損失估取變工況下的級(jí)內(nèi)各損失噴嘴損失kJ/kg4.52動(dòng)葉損失kJ/kg7.268葉高損失kJ/kg0.42隔板漏汽損失kJ/kg0.05濕汽損失kJ/kg0.4葉輪摩擦損失kJ/kg0.20余速損失kJ/kg19.86變工況后末級(jí)各參數(shù)的計(jì)算由變工況末級(jí)參數(shù)表知變工況后末級(jí)的流量為G1=30.75kg/s; 根據(jù)設(shè)計(jì)工況下冷端參數(shù)得變工況下冷端背壓的參數(shù)（按等熵過程）有設(shè)計(jì)工況的級(jí)后壓力=0.00478MPa和級(jí)后干度=0.874查得=7.41052 kJ/(

33、kg.)。則由=0.0045MPa與=7.41052 kJ/(kg.)查得；末級(jí)動(dòng)葉出口蒸汽的比焓值=2247.14kJ/kg末級(jí)動(dòng)葉出口蒸汽的干度=0.872，末級(jí)動(dòng)葉出口蒸汽比體積=27.134m3/kg；末級(jí)動(dòng)葉出口蒸汽比熵=7.41052 kJ/(kg.)。 由上損失表可知總損失（除了噴嘴損失）為： + =19.86+0.2+0.4+0.05+0.42+7.268 =28.198kJ/kg式中1余速利用系數(shù)，對(duì)于末級(jí)1=0由點(diǎn)2沿等壓線向下移動(dòng)，得到動(dòng)葉出口理想蒸汽比焓值 =-=2218.942kJ/kg根據(jù)和查焓溫表得到末級(jí)動(dòng)葉出口狀態(tài)點(diǎn)3的蒸汽理想?yún)?shù)=26.77236m3/kg;

34、=7.31782kJ/(kg*C);=0.8603根據(jù)1-=1-0.8603=0.1397及設(shè)計(jì)工況末級(jí)平均反動(dòng)度=0.574查附圖A-2得到=1.021又由=1.035+0.1x=1.035+0.1*=1.035+0.1*0.8566=1.12066判斷末級(jí)動(dòng)葉出口蒸汽流速是否達(dá)到臨界流速動(dòng)葉出口馬赫數(shù)=0.965 所以末級(jí)動(dòng)葉出口蒸汽流速為亞音速葉頂漏汽很小，可以忽略不計(jì)，所以經(jīng)過動(dòng)葉的蒸汽流量近似的等于G1即用動(dòng)葉出口的連續(xù)方程計(jì)算動(dòng)葉出口相對(duì)速度 =366.8m/s式中 -動(dòng)葉喉部截面積末級(jí)動(dòng)葉的圓周速度=315.26m/s由動(dòng)葉出口速度三角形算出動(dòng)葉出口的絕度速度 = =199.3m

35、/s所以末級(jí)動(dòng)葉余速損失=19.86kJ/kg與估取的數(shù)相差很小所以比較準(zhǔn)確不必重新估取。末級(jí)動(dòng)葉的速度系數(shù)取0.95末級(jí)動(dòng)葉損失=7.268kJ/kg與估取的很相近，為允許誤差范圍內(nèi)，所以不必重新估取。末級(jí)動(dòng)葉的理想滯止比焓=74.54kJ/kg由末級(jí)動(dòng)葉出口蒸汽理想比熵=7.288，以及動(dòng)葉出口理想焓值可以確定末級(jí)動(dòng)葉進(jìn)口滯止焓值即動(dòng)葉進(jìn)口滯止?fàn)顟B(tài)點(diǎn)的參數(shù)。末級(jí)動(dòng)葉進(jìn)口滯止焓值=+=74.54+2209.97=2284.51kJ/kg根據(jù)和查焓溫表得末級(jí)動(dòng)葉進(jìn)口滯止點(diǎn)的滯止壓力=0.00765MPa動(dòng)葉的理想比焓降=取=0.33=67.213kJ/kg由末級(jí)動(dòng)葉出口理想點(diǎn)3等熵增加可以確定

36、末級(jí)動(dòng)葉進(jìn)口點(diǎn)4的比焓值，所以末級(jí)動(dòng)葉進(jìn)口比焓值=+=2209.97+67.213=2277.183kJ/kg，由末級(jí)動(dòng)葉進(jìn)口比焓值和動(dòng)葉出口理想點(diǎn)3的比熵查焓熵表得到末級(jí)動(dòng)葉進(jìn)口狀態(tài)點(diǎn)4的蒸汽壓力=0.00721MPa。由于級(jí)組內(nèi)達(dá)到臨界流動(dòng)，首先是末級(jí)達(dá)到臨界，所以末級(jí)為壓臨界流動(dòng)，其他級(jí)都為壓臨界流動(dòng)。假設(shè)噴嘴出口蒸汽為亞音速，則蒸汽在噴嘴的斜切部分沒有繼續(xù)膨脹，噴嘴斜切部分只起到導(dǎo)流作用，所以蒸汽在噴嘴斜切部分沒有偏轉(zhuǎn)即=0，由于=0，所以=0kJ/kg，所以噴嘴出口（狀態(tài)點(diǎn)5）的比焓值與動(dòng)葉進(jìn)口比焓值相同，即。由和查焓溫表可以確定末級(jí)噴嘴出口點(diǎn)5的蒸汽比體積 =17.49784m3/

37、kg計(jì)算隔板的軸封漏汽量。在完成了級(jí)參數(shù)的核算后，還需要計(jì)算隔板軸封漏汽量，一邊修正末級(jí)噴嘴汽道中的蒸汽流量。 =3.14*0.75*0.0005=0.0011775 =0.015825kg/s式中 隔板汽封間隙面積；汽封齒處平均直徑 隔板汽封間隙；汽封高低齒齒數(shù)，若為平齒，則應(yīng)加以修正。用末級(jí)噴嘴出口連續(xù)方程計(jì)算噴嘴出口絕對(duì)速度 =30.75-0.015825=30.734kg/s =379.345m/s由確定末級(jí)噴嘴損失=4.519kJ/kg式中 噴嘴損系數(shù)，取0.97沿著等壓線向下減少得到末級(jí)噴嘴出口理想狀態(tài)點(diǎn)6的比焓值即=2277.183-4.519=2272.664kJ/kg所以根據(jù)

38、和查焓熵表可以確定噴嘴出口理想狀態(tài)點(diǎn)6的蒸汽的比熵和比體積：=16.26995m3/kg;=7.3037kJ/(kg*C)判斷末級(jí)噴嘴出口蒸汽流速是否達(dá)到臨界噴嘴馬赫數(shù) =0.9861所以末級(jí)噴嘴出口蒸汽的流速為亞音速，所以與假設(shè)相同，所以假設(shè)是正確的，末級(jí)噴嘴出口蒸汽為亞音速則在噴嘴的斜切部分沒有繼續(xù)膨脹，噴嘴斜切部分只起到導(dǎo)流作用，所以蒸汽在斜切部分的偏轉(zhuǎn)角=0由于圓周速度u=315.26m/s所以由、和確定 = =127.448m/s由速度三角形可以確定末級(jí)噴嘴出汽角 =0.352所以=69.4確定末級(jí)噴嘴的滯止理想比焓降=76.47kJ/kg從末級(jí)噴嘴出口理想狀態(tài)點(diǎn)6等比熵向上得到末級(jí)

39、進(jìn)口滯止?fàn)顟B(tài)點(diǎn)比焓值=2272.664+76.47=2349.134kJ/kg由末級(jí)進(jìn)口滯止?fàn)顟B(tài)點(diǎn)的比焓值和末級(jí)噴嘴出口理想狀態(tài)點(diǎn)6的比熵查焓溫表得到末級(jí)進(jìn)口滯止?fàn)顟B(tài)點(diǎn)的壓力=0.01256MPa末級(jí)利用上一級(jí)余速動(dòng)能為=11.1kJ/kg所以由和可以確定末級(jí)噴嘴進(jìn)口狀態(tài)點(diǎn)0的比焓值 =2349.134-11.1=2338.034kJ/kg根據(jù)末級(jí)出口理想狀態(tài)點(diǎn)6的比熵和末級(jí)噴嘴進(jìn)口狀態(tài)點(diǎn)0的比焓值，查焓溫表可以得到末級(jí)噴嘴進(jìn)口狀態(tài)點(diǎn)0的壓力=0.01285MPa計(jì)算級(jí)的反動(dòng)度=0.468末級(jí)其他損失 葉高損失 葉輪摩擦損失 部分進(jìn)汽損失計(jì)算出末級(jí)效率和功率級(jí)有效比焓降 = =111.423k

40、J/kg級(jí)的理想能量=143.683kJ/kg則本級(jí)的效率為 =0.7755級(jí)的內(nèi)功率 =30.75*111.423=3426.26kW3.1.3變工況壓力級(jí)計(jì)算以第二級(jí)為例噴嘴部分（1）第一壓力級(jí)進(jìn)汽量 （2）設(shè)計(jì)工況的級(jí)前壓力 因?yàn)椴捎霉?jié)流配氣的凝汽式汽輪機(jī)，不考慮變工況后溫度的影響，根據(jù)弗留格爾公式可得變工況級(jí)前壓力： 近似認(rèn)為級(jí)前參數(shù)與滯止參數(shù)相等，由和查得， ，。假設(shè)噴嘴流量、動(dòng)葉流量都等于。（3）臨界流量 =61.26kg/s因?yàn)榇颂幱懻摰臑閬喤R界，故有。（4）噴嘴的滯止理想比焓降。假設(shè)噴嘴后的壓力為，由、查得。則 噴嘴的理想比焓降 （5）噴嘴出口流速及噴嘴損失 （6）噴嘴出口比焓

41、 由、查得根據(jù)連續(xù)性方程求得噴嘴的流量 （7）噴嘴出口進(jìn)入動(dòng)葉的相對(duì)速度及進(jìn)汽角 =149.93m/s 則動(dòng)葉進(jìn)口處汽流的沖角為 汽流進(jìn)入動(dòng)葉的有效焓降 （8）動(dòng)葉進(jìn)口的撞擊損失及動(dòng)葉的進(jìn)口動(dòng)能 =0.00020kJ/kg =11.239kJ/kg動(dòng)葉部分（1）根據(jù)、可以查得動(dòng)葉進(jìn)口參數(shù)及滯止參數(shù)。如下： ，,，。（2）動(dòng)葉臨界流量 =103.16kg/s 因?yàn)榇颂幱懻摰臑閬喤R界，故有。（3）動(dòng)葉的滯止理想比焓降。假設(shè)動(dòng)葉后的壓力為，由、查得。則 動(dòng)葉的理想比焓降 （4）動(dòng)葉出口流速及動(dòng)葉損失 （5）動(dòng)葉出口比焓 由、查得根據(jù)連續(xù)性方程求得噴嘴的流量 （6）動(dòng)葉出口絕對(duì)速度及方向角 = （7）

42、級(jí)的余速損失 （8）計(jì)算反動(dòng)度 （9）輪周損失及輪周有效焓降 輪周損失 輪周有效比焓降 （10）輪周效率 （11）級(jí)的其他損失 葉高損失 葉輪摩擦損失 漏氣損失近似按反比與流量的關(guān)系算，則 濕汽損失 （12）計(jì)算級(jí)的特性 級(jí)的速度比 級(jí)的有效比焓降 級(jí)的理想能量 級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率 級(jí)的內(nèi)功率 3.1.4 90%工況下熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)計(jì)算汽輪機(jī)汽耗量計(jì)算及流量校核（1）汽輪機(jī)的汽耗量計(jì)算及校核 滿足 （2）汽輪機(jī)功率核算 滿足汽輪機(jī)熱耗量Q0、熱耗率q0絕對(duì)電效率a,el3.2 90%工況下軸向推力計(jì)算及安全性核算3.2.1末級(jí)軸向推力計(jì)算（1）計(jì)算葉根反動(dòng)度r 以末級(jí)進(jìn)行計(jì)算 =1-(1-0.468

43、)()2cos218.33+sin218.33=0.17634（2）求葉片受到的軸向推力=1*3.14*2*0.665*0.468*(0.01285-0.00478)*106=15772.51N（3）求當(dāng)量隔板漏氣面積=3.14*0.745*0.0005/675.3mm2其中dp=0.745m,p=0.0005m,Zp=3.（4）求葉根齒隙面積 =3.14*1335*7.8=32696.82 mm2式中：dr=1335mm, z=7.8mm, 附表中=32712mm2。（5）求q q=2.18（6）作用在轉(zhuǎn)子軸肩的推力 Fz3= =-279.35N（7）綜合動(dòng)葉推力和軸肩推力F=15772.5

44、1-279.35=15493.16N3.2.2調(diào)節(jié)級(jí)軸向推力計(jì)算（1）計(jì)算葉根反動(dòng)度r =0.075=7.5%（2）求葉片受到的軸向推力 =0.3328*3.14*1.1*0.025*0.075*(8.32-5.801678)=5427.73N3.2.3中間級(jí)軸向推力計(jì)算（1）計(jì)算葉根反動(dòng)度r 以17級(jí)進(jìn)行計(jì)算其中m=0.34,rm=0.602m,rr=0.5325m，1m=1234,代入后得r=0.165。附表B-5中r=0.156（2）求葉片受到的軸向推力其中l(wèi)b=0.139.m,(p0-p2)=0.073MPa,代入后，F(xiàn)zl=9686.6416N。（3）求當(dāng)量隔板漏氣面積其中dp=0.59m,p=0.0005m,Zp=5,代入后=457mm2。（4）求葉根齒隙面積 式中：dr=1065mm, z=2mm, 代入得 =6692.2 mm2（5）求q q=0.4（6）求葉輪反動(dòng)度d （7）求Pd 式中：p2=0.184MPa, (p0-p2)=0.073MPa, 代入得Pd=0.18880MPa。（8）求輪盤面積Ad 式中：dr=1065mm, dp=590mm, 代入得Ad=6