汽輪機(jī)課程設(shè)計(jì)--12000kw沖動(dòng)式汽輪機(jī)

1、<p><b>　　汽輪機(jī)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目：12000kw沖動(dòng)式汽輪機(jī)</p><p><b>　　能動(dòng)A02班</b></p><p><b>　　姓名：***</b></p><p><b>　　學(xué)號(hào)： </b>

2、;</p><p><b>　　2013年7月</b></p><p><b>　　原始數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p><b>　　1.1原始數(shù)據(jù)</b></p><p>　　蒸汽初參數(shù) P0=3.43MPat0=435℃</p><p

3、>　　凝汽器進(jìn)口處壓力Pc=4.5kPa</p><p>　　給水溫度tfw=170℃</p><p>　　經(jīng)濟(jì)功率Pe=12000kW±1%</p><p>　　汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速n=3000 r/min</p><p>　　汽輪機(jī)內(nèi)效率ηoi=0.81±1%</

4、p><p><b>　　1.2設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　(1)熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算</p><p>　　擬定具有三級(jí)抽汽的熱力系統(tǒng)，其中第二級(jí)抽汽供除氧器加熱用；作原則性熱力系統(tǒng)圖；計(jì)算系統(tǒng)的熱耗率。</p><p>　　(2)汽輪機(jī)的熱力設(shè)計(jì)及計(jì)算</p><p>　　調(diào)節(jié)級(jí)與非調(diào)節(jié)級(jí)的焓

5、降分配；調(diào)節(jié)級(jí)的方案比較及詳細(xì)熱力計(jì)算；非調(diào)節(jié)級(jí)的熱力設(shè)計(jì)及計(jì)算；</p><p>　　按比例繪出各級(jí)速度三角形及汽輪機(jī)在i-s圖上的熱力膨脹過(guò)程曲線圖。</p><p>　　(3)繪制一張汽輪機(jī)縱剖面圖。</p><p><b>　　(4)說(shuō)明書(shū)一份。</b></p><p><b>　　2．熱力設(shè)計(jì)及結(jié)果&

6、lt;/b></p><p>　　2.1 熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，參照同類(lèi)機(jī)型設(shè)計(jì)，其系統(tǒng)用圖2-1來(lái)描述。為了對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行熱平衡計(jì)算。首先應(yīng)做出汽輪機(jī)蒸汽膨脹近似過(guò)程曲線。第二，確定各加熱器的溫度，抽汽壓力等有關(guān)數(shù)據(jù)。第三，根據(jù)能量守恒計(jì)算每一個(gè)加熱器的抽汽量，同時(shí)對(duì)功率進(jìn)行平衡(<5%)。</p><p>　　2.2簡(jiǎn)化 i-s

7、圖中各點(diǎn)參數(shù)計(jì)算</p><p>　　經(jīng)過(guò)以下幾條選定依據(jù)或預(yù)估數(shù)據(jù)計(jì)算簡(jiǎn)化i-s圖(圖2-2)中各點(diǎn)參數(shù)，結(jié)果匯總與表2-1。</p><p>　　考慮進(jìn)汽損失 ΔP0=0.04P0</p><p>　　考慮排氣損失 取λ=0.05，c2=100m/s。</p><p>　　初定調(diào)節(jié)級(jí)參數(shù)：dm=1.05m，χa=0.23，對(duì)應(yīng)級(jí)效率查表

8、可得為0.68。</p><p>　　圖中3是調(diào)節(jié)級(jí)出口狀態(tài)點(diǎn)，點(diǎn)a是3-6直線與飽和線的交點(diǎn)，點(diǎn)b是3-a的中點(diǎn)，b點(diǎn)上浮10kj/kg得到4點(diǎn)，a點(diǎn)下浮10kj/kg得到5點(diǎn)，則1-2-3-4-5-6-7即為簡(jiǎn)化熱力膨脹過(guò)程線。</p><p>　　表2-1分段擬定汽輪機(jī)熱力過(guò)程曲線中各點(diǎn)參數(shù)</p><p>　　2.3 蒸汽流量估算</p>&l

9、t;p>　　ηoi=0.81%ηm=0.988ηg=0.970</p><p>　　Hs=1185.56Pe=12000kWm=1.10ΔG0=0.04G0</p><p><b>　　則</b></p><p>　　2.4 回?zé)嵯到y(tǒng)熱平衡計(jì)算</p><p>　　滿(mǎn)足以下條件或預(yù)估數(shù)據(jù)可得回?zé)?/p>

10、系統(tǒng)熱平衡計(jì)算結(jié)果如表2-2。</p><p>　　高加給水出口溫度等于設(shè)計(jì)給水溫度，即170℃。</p><p>　　除氧器工作壓力為0.118MPa，溫度為104.3℃，補(bǔ)給水按t=30℃查取焓值，補(bǔ)給水量為1%G0=0.1494kg/s。</p><p>　　對(duì)于低溫加熱器，采用“焓降分配法”確定抽汽位置。即低加內(nèi)水的焓升等于第二級(jí)抽汽到第三級(jí)抽汽在汽輪機(jī)里的

11、焓降。</p><p>　　凝汽器對(duì)應(yīng)飽和溫度為31.03℃，取凝結(jié)水過(guò)冷度為1℃，則凝汽器出口溫度為32.03℃。</p><p>　　凝結(jié)水泵焓升Δi=15kJ/kg。</p><p>　　射汽抽氣器出口點(diǎn)壓力位0.118MPa，溫度為37.03℃，抽氣量為0.5%G0=0.0747kg/s。</p><p>　　給水泵出口點(diǎn)溫度為104

12、.3+3=107.3℃。</p><p>　　表2-2 熱系統(tǒng)平衡計(jì)算數(shù)值</p><p>　　2.5 各級(jí)抽汽量計(jì)算</p><p>　　(1)高壓加熱器熱平衡計(jì)算：</p><p>　　如圖2-3所示高壓加熱器</p><p>　　所以抽汽量 </p><p>　　(2)除氧器熱平衡

13、計(jì)算：</p><p>　　如圖2-4所示除氧器</p><p><b>　　前軸封漏氣量</b></p><p><b>　　除氧器總給水量 </b></p><p><b>　　熱平衡式</b></p><p><b>　　除氧器抽

14、汽量</b></p><p>　　(3)低壓加熱器熱平衡計(jì)算：</p><p>　　如圖2-5所示低壓加熱器</p><p><b>　　給水流量</b></p><p><b>　　抽汽量</b></p><p><b>　　2.6 流量校

15、核</b></p><p>　　(1)計(jì)算各段流量，焓降及功率：</p><p>　　表2-3各段流量，焓降及功率</p><p><b>　　(2)流量校核：</b></p><p>　　所以估計(jì)流量符合要求。</p><p><b>　　3.調(diào)節(jié)級(jí)設(shè)計(jì)計(jì)算</b&g

16、t;</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，采用了雙列調(diào)節(jié)級(jí)，蘇字調(diào)節(jié)級(jí)葉柵。</p><p>　　調(diào)節(jié)級(jí)對(duì)整個(gè)汽輪機(jī)有很大的影響，設(shè)計(jì)和選取調(diào)節(jié)級(jí)時(shí)不但要考慮其本身的特點(diǎn)，還必須考慮對(duì)以后壓力級(jí)設(shè)計(jì)時(shí)，可能產(chǎn)生的影響。為了能在一定范圍內(nèi)審視不同調(diào)節(jié)級(jí)熱力方案，對(duì)它們進(jìn)行比較，了解它們的規(guī)律，以及各種參數(shù)的相互關(guān)系。我們必須對(duì)多個(gè)方案進(jìn)行計(jì)算。事實(shí)上，為了選擇出最佳方案，至少應(yīng)該考慮dm和χa變化

17、時(shí)，不同的結(jié)果，限于時(shí)間，本設(shè)計(jì)僅給出dm=1.05m時(shí)，不同速比下的各個(gè)方案：</p><p><b>　　dm=1.05m</b></p><p>　　χa=0.20 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25</p><p>　　詳細(xì)計(jì)算過(guò)程見(jiàn)附表一《調(diào)節(jié)級(jí)詳細(xì)熱力計(jì)算表》。</p><p><

18、;b>　　幾點(diǎn)說(shuō)明：</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)為中小功率透平，參數(shù)為中參數(shù)，故采用噴管配汽。</p><p>　　采用蘇字雙列調(diào)節(jié)級(jí)葉型搭配如下：</p><p>　　30TC-2b 20TP-1σ 20TP-3A 25TP-5A</p><p>　　反動(dòng)度的選取∑Ω=0.1，分別為：0，0.02，0.06，

19、0.02</p><p>　　本設(shè)計(jì)對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)進(jìn)行了同一直徑下六個(gè)方案的詳細(xì)熱力計(jì)算，為了比較，我們把計(jì)算結(jié)果制成下面的圖線：</p><p>　　以方案三為例的速度三角形如下圖所示：</p><p>　　χa=0.23時(shí)的復(fù)速級(jí)速度三角形圖</p><p>　　選用的調(diào)節(jié)級(jí)葉柵結(jié)構(gòu)特性為：</p><p>　　4.壓力

20、級(jí)的熱力計(jì)算</p><p>　　設(shè)計(jì)思想：首先避免直徑突跳，以獲得變化光滑的通流部分，尤其在高、中壓部分，減小由于氣流通道突跳對(duì)氣流擾動(dòng)引起的熵增。其次，注意良好地組織流動(dòng)，控制超高，以及末級(jí)葉片的徑高比。第三，在設(shè)計(jì)中，從制造角度考慮，在滿(mǎn)足要求的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的前提下，盡量采用已有的設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)通用性，減小加工量。</p><p>　　通流部分：在本設(shè)計(jì)中是一個(gè)被充分重視的問(wèn)題，前面曾經(jīng)提到

21、過(guò)當(dāng)前在設(shè)計(jì)上，通流部分的改進(jìn)是一項(xiàng)主要的工作，在這里無(wú)法對(duì)進(jìn)汽部分進(jìn)行計(jì)算，所以把重點(diǎn)放在了高、中壓部分，力求平緩變化。</p><p>　　良好的組織氣流：在壓力級(jí)的計(jì)算中，應(yīng)對(duì)進(jìn)出口氣流給予足夠的重視，注意它們是否滿(mǎn)足《原理》中到處的相互關(guān)系，是否符合所用葉型的要求。</p><p>　　工藝方面：在保證經(jīng)濟(jì)性達(dá)到要求的情況下，減少零件的種類(lèi)會(huì)降低制造成本。本設(shè)計(jì)試圖在這方面做些努力

22、，比如各級(jí)動(dòng)葉(除高度的差別)、葉輪的一致等。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)過(guò)程：</b></p><p>　　首先按照《透平機(jī)械原理》上介紹的方法，進(jìn)行焓降分配。在此之前給出直徑變化的規(guī)律，再給出速比的變化規(guī)律。這樣即可計(jì)算出每一級(jí)的焓降。這時(shí)，考慮到抽汽位置的限制，對(duì)有關(guān)級(jí)的焓降進(jìn)行一定的調(diào)整，這樣就完成了焓降的分配。為了詳細(xì)計(jì)算，還要參照母機(jī)。選取葉型、寬度

23、、反動(dòng)度等，然后就可以計(jì)算了。本設(shè)計(jì)焓降和直徑的選取情況如下表所示(最終結(jié)果)：</p><p>　　詳細(xì)計(jì)算見(jiàn)附表二《壓力級(jí)熱力過(guò)程詳細(xì)計(jì)算表》。</p><p>　　各壓力級(jí)的速度三角形如下圖所示：</p><p>　　汽輪機(jī)發(fā)出的總功率為：</p><p><b>　　發(fā)電機(jī)功率為：</b></p>

24、<p><b>　　發(fā)電裝置汽耗率：</b></p><p><b>　　發(fā)電裝置熱耗率：</b></p><p><b>　　汽輪機(jī)內(nèi)效率</b></p><p>　　以上計(jì)算均符合設(shè)計(jì)要求，最后給出該汽輪機(jī)的熱力膨脹過(guò)程曲線：</p><p><b>　

25、　熱力膨脹過(guò)程曲線</b></p><p><b>　　5.設(shè)計(jì)體會(huì)</b></p><p>　　(1)在本設(shè)計(jì)中，由于給水溫度為170℃，比原型設(shè)計(jì)中的給水溫度150℃高出很多，其直接影響是使得高壓加熱器的抽汽壓力升高，抽汽焓值升高，從而使得高壓段的設(shè)計(jì)難度增大。為了滿(mǎn)足高壓加熱器抽汽壓力的要求，本設(shè)計(jì)中適當(dāng)?shù)慕档土藢?duì)調(diào)節(jié)級(jí)和第一壓力級(jí)的熱降分配(分別為

26、339.69kj/kg和76.7kj/kg)，這樣做的不利后果是低焓降使調(diào)節(jié)級(jí)汽室壓力升高，從而使得前端外軸封的漏氣損失增大(達(dá)0.134kg/s)；同時(shí)調(diào)節(jié)級(jí)的低焓降使得高壓壓力級(jí)不得不采用部分進(jìn)汽來(lái)滿(mǎn)足容積流量和葉高的協(xié)調(diào)關(guān)系，如本次設(shè)計(jì)中前三級(jí)壓力級(jí)分別采用了0.640、0.704、0.87的部分進(jìn)汽度。</p><p>　　(2)原型設(shè)計(jì)中采用八級(jí)壓力級(jí)，并分別在第一、第三、第五級(jí)后組織抽汽。但由于本設(shè)計(jì)

27、中給水溫度的升高，使得第一次抽汽壓力升高，而除氧器由于受工作壓力的限制其抽汽壓力為固定值，因此在本設(shè)計(jì)中并不能在第三級(jí)后進(jìn)行第二級(jí)抽汽。由于以上原因，本設(shè)計(jì)中采用了九個(gè)壓力級(jí)，并分別在第一、第四和第六級(jí)后組織抽汽。這樣增加壓力級(jí)級(jí)數(shù)的優(yōu)點(diǎn)是提高了汽輪機(jī)的效率，缺點(diǎn)是使得機(jī)組的制造復(fù)雜化，金屬耗量增大，同時(shí)也使得汽輪機(jī)轉(zhuǎn)軸的撓度增大，使汽輪機(jī)壽命降低。</p><p>　　(3)通過(guò)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)，汽輪機(jī)的各級(jí)內(nèi)效率中，

28、以中間級(jí)組的內(nèi)效率為最大，高壓級(jí)組次之，低壓級(jí)組最小，造成這種規(guī)律的原因是中間級(jí)組的葉柵高度較大，葉高損失小，所以輪周效率高；同時(shí)由于蒸汽比容較高壓級(jí)組為大，因此它的漏氣損失和葉輪摩擦損失也比高壓級(jí)小。至于低壓級(jí)組輪周效率較低，是因?yàn)榈蛪杭?jí)組存在濕氣損失，如本次設(shè)計(jì)的第八壓力級(jí)和第九壓力級(jí)的濕氣損失高達(dá)6.25%和7.54%，此外對(duì)于末級(jí)來(lái)說(shuō)，其輪周效率更低，主要原因是存在較大的余速損失，如本次設(shè)計(jì)中末級(jí)余速損失為24.43kj/kg。