1、汽輪機設計說明書設計題目：12000kw沖動式汽輪機能動A02班姓名：*學號：20100310952013年7月1. 原始數據和設計任務1.1原始數據蒸汽初參數 P0=3.43MPat0=435凝汽器進口處壓力Pc=4.5kPa給水溫度tfw=170經濟功率Pe=12000kW±1%汽輪機轉速n=3000 r/min汽輪機內效率oi=0.81±1%1.2設計任務(1)熱力系統設計與計算擬定具有三級抽汽的熱力系統，其中第二級抽汽供除氧器加熱用；作原則性熱力系統圖；計算系統的熱耗率。(2)汽輪機的熱力設計及計算調節級與非調節級的焓降分配；調節級的方案比較及詳細熱力計算；非調節級

2、的熱力設計及計算；按比例繪出各級速度三角形及汽輪機在i-s圖上的熱力膨脹過程曲線圖。(3)繪制一張汽輪機縱剖面圖。(4)說明書一份。2熱力設計及結果2.1 熱力系統設計根據設計要求，參照同類機型設計，其系統用圖2-1來描述。為了對系統進行熱平衡計算。首先應做出汽輪機蒸汽膨脹近似過程曲線。第二，確定各加熱器的溫度，抽汽壓力等有關數據。第三，根據能量守恒計算每一個加熱器的抽汽量，同時對功率進行平衡(<5%)。圖2-1 原則性熱力系統簡圖2.2簡化 i-s圖中各點參數計算經過以下幾條選定依據或預估數據計算簡化i-s圖(圖2-2)中各點參數，結果匯總與表2-1。(1) 考慮進汽損失 P0=0.0

3、4P0(2) 考慮排氣損失 Pc=(c2100)2Pc 取=0.05，c2=100m/s。(3) 初定調節級參數：dm=1.05m，a=0.23，對應級效率查表可得為0.68。(4) 圖中3是調節級出口狀態點，點a是3-6直線與飽和線的交點，點b是3-a的中點，b點上浮10kj/kg得到4點，a點下浮10kj/kg得到5點，則1-2-3-4-5-6-7即為簡化熱力膨脹過程線。圖2-2 分段擬定的汽輪機熱力過程曲線表2-1分段擬定汽輪機熱力過程曲線中各點參數位置壓力MPa溫度焓值kJ/kg13.434353305.0423.294343305.0431.32339.83130.3840.3852

4、27.02917.5150.085195.182662.5560.00472531.892339.7470.00472531.892344.742.3 蒸汽流量估算oi=0.81%m=0.988g=0.970Hs=1185.56Pe=12000kWm=1.10G0=0.04G0則G0=PeHsoimgm+G0=14.94kg/s2.4 回熱系統熱平衡計算滿足以下條件或預估數據可得回熱系統熱平衡計算結果如表2-2。(1) 高加給水出口溫度等于設計給水溫度，即170。(2) 除氧器工作壓力為0.118MPa，溫度為104.3，補給水按t=30查取焓值，補給水量為1%G0=0.1494kg/s。(3

5、) 對于低溫加熱器，采用“焓降分配法”確定抽汽位置。即低加內水的焓升等于第二級抽汽到第三級抽汽在汽輪機里的焓降。(4) 凝汽器對應飽和溫度為31.03，取凝結水過冷度為1，則凝汽器出口溫度為32.03。(5) 凝結水泵焓升i=15kJ/kg。(6) 射汽抽氣器出口點壓力位0.118MPa，溫度為37.03，抽氣量為0.5%G0=0.0747kg/s。(7) 給水泵出口點溫度為104.3+3=107.3。表2-2 熱系統平衡計算數值加熱器n1除氧器n2給水出口溫度tn2()170.0104.387.24傳熱器端差()5.004.0加熱器飽和水溫tnH()175.0104.391.24加熱器壓力P

6、H(MPa)0.8920.1180.0735抽汽管壓損P(MPa)8%Pn8%Pn抽汽壓力Pn(MPa)0.9700.2950.080抽汽焓值in(kJ/kg)3045.82825.82628.43飽和水焓值inH(kJ/kg)741.07437.22382.16給水出口焓值in2(kJ/kg)719.12437.22365.332.5 各級抽汽量計算(1)高壓加熱器熱平衡計算：如圖2-3所示高壓加熱器G0'=G0+Gcz=1+0.005G0=1.005×14.94=15.015 kg/s所以抽汽量 Gn1=G0'(in2'-in1')(in1-inH

7、)n=15.015×(719.12-437.22)(3084.8-741.07)×0.98=1.843 kg/s圖2-5 低壓加熱器圖2-4 除氧器圖2-3 高壓加熱器(2)除氧器熱平衡計算：如圖2-4所示除氧器前軸封漏氣量Gym=1%G0=0.01×14.94=0.1494 kg/s除氧器總給水量 G=G0'-Gn1-Gym-Gcy =15.015-1.843-0.1494-Gcy =13.023-Gcy熱平衡式Gcyin+13.023-Gcyin1'+Gymiw'+Gn1inH1=G0'inH除氧器抽汽量Gcy=G0'i

8、nH-13.023in1'-Gymiw'-Gn1inH1in-in1, =15.015×437.22-13.023×365.33-0.1494×125.66-1.843×741.07(2868.8-365.33)×0.98 =0.172 kg/s(3)低壓加熱器熱平衡計算：如圖2-5所示低壓加熱器給水流量G=13.023-0.172=12.851 kg/s抽汽量Gn2=G(in2;-in1')(in2-inH)n=12.851×(365.33-149.15)(2655.43-382.16)×0.98=

9、1.247 kg/s2.6 流量校核(1)計算各段流量，焓降及功率：表2-3各段流量，焓降及功率項目12345流量(kg/s)14.9414.790612.947612.775611.5286有效焓降(kJ/kg)175.0249.58213.00221.37310.32功率(kw)2614.80733.32757.842828.133577.56(2)流量校核：Pi=2614.80+733.3+2757.84+2828.13+3577.56=12511.63 kwPg=Pimg=12511.63×0.988×0.97=11990.65 kwPg=Pe-PgPe100%=1

10、2000-11990.6512000=0.07%<1%所以估計流量G0=14.94 kg/s符合要求。3.調節級設計計算本設計中，采用了雙列調節級，蘇字調節級葉柵。調節級對整個汽輪機有很大的影響，設計和選取調節級時不但要考慮其本身的特點，還必須考慮對以后壓力級設計時，可能產生的影響。為了能在一定范圍內審視不同調節級熱力方案，對它們進行比較，了解它們的規律，以及各種參數的相互關系。我們必須對多個方案進行計算。事實上，為了選擇出最佳方案，至少應該考慮dm和a變化時，不同的結果，限于時間，本設計僅給出dm=1.05m時，不同速比下的各個方案：dm=1.05ma=0.20 0.21 0.22 0

11、.23 0.24 0.25詳細計算過程見附表一調節級詳細熱力計算表。幾點說明：(1) 本設計為中小功率透平，參數為中參數，故采用噴管配汽。(2) 采用蘇字雙列調節級葉型搭配如下：30TC-2b 20TP-1 20TP-3A 25TP-5A(3) 反動度的選取=0.1，分別為：0，0.02，0.06，0.02本設計對調節級進行了同一直徑下六個方案的詳細熱力計算，為了比較，我們把計算結果制成下面的圖線： 以方案三為例的速度三角形如下圖所示：a=0.23時的復速級速度三角形圖選用的調節級葉柵結構特性為：項目噴管第一列動葉導葉第二列動葉級平均直徑(mm)1050105010501050葉片高(mm)1

12、6.018.019.022.0型線30TC-2b20TP-120TP-3A25TP-5A安裝角(º)39818078º1103幾何出口角(º)14.518.324.834.1相對節距0.6230.6230.6120.578弦長(mm)47.6720.2520.3125.54節距(mm)29.712.6112.4314.76部分進氣度0.3030.310.3060.303數目3626293224出口面積(m2)4.0*10-35.78*10-38.16*10-312.48*10-3與噴管面積比11.442.043.124.壓力級的熱力計算設計思想：首先避免直徑突跳，

13、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氣流擾動引起的熵增。其次，注意良好地組織流動，控制超高，以及末級葉片的徑高比。第三，在設計中，從制造角度考慮，在滿足要求的經濟指標的前提下，盡量采用已有的設計，強調通用性，減小加工量。(1) 通流部分：在本設計中是一個被充分重視的問題，前面曾經提到過當前在設計上，通流部分的改進是一項主要的工作，在這里無法對進汽部分進行計算，所以把重點放在了高、中壓部分，力求平緩變化。(2) 良好的組織氣流：在壓力級的計算中，應對進出口氣流給予足夠的重視，注意它們是否滿足原理中到處的相互關系，是否符合所用葉型的要求。(3) 工藝方面：在保證經濟

14、性達到要求的情況下，減少零件的種類會降低制造成本。本設計試圖在這方面做些努力，比如各級動葉(除高度的差別)、葉輪的一致等。設計過程：首先按照透平機械原理上介紹的方法，進行焓降分配。在此之前給出直徑變化的規律，再給出速比的變化規律。這樣即可計算出每一級的焓降。這時，考慮到抽汽位置的限制，對有關級的焓降進行一定的調整，這樣就完成了焓降的分配。為了詳細計算，還要參照母機。選取葉型、寬度、反動度等，然后就可以計算了。本設計焓降和直徑的選取情況如下表所示(最終結果)：編號直徑(mm)111511701174125012721520154016001660理想焓降(kJ/kg)76.790.590.690

15、.7111.5123.9125.6135.7142.5理想速比0.447 0.432 0.433 0.461 0.423 0.479 0.489 0.482 0.488 詳細計算見附表二壓力級熱力過程詳細計算表。各壓力級的速度三角形如下圖所示：汽輪機發出的總功率為：Ni=2939.44+9675.38=12614.82 kw發電機功率為：Pg=0.988×0.97×12614.82=12089.53 kwPg=12089.53-1200012000=0.75%<1%發電裝置汽耗率：dg=G0Pg=14.94×360012089.53=4.448 kg/(kw

16、h)發電裝置熱耗率：qg=dgi0-in2'=4.448×3305.4-719.12=11503.77 kj/(kwh)汽輪機內效率oi=hihs=3305.4-2362.926+24.4293305.4-2112.335=81.04%以上計算均符合設計要求，最后給出該汽輪機的熱力膨脹過程曲線：熱力膨脹過程曲線5.設計體會(1)在本設計中，由于給水溫度為170，比原型設計中的給水溫度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計難度增大。為了滿足高壓加熱器抽汽壓力的要求，本設計中適當的降低了對調節級和第一壓力級的熱降分配(分別為3

17、39.69kj/kg和76.7kj/kg)，這樣做的不利后果是低焓降使調節級汽室壓力升高，從而使得前端外軸封的漏氣損失增大(達0.134kg/s)；同時調節級的低焓降使得高壓壓力級不得不采用部分進汽來滿足容積流量和葉高的協調關系，如本次設計中前三級壓力級分別采用了0.640、0.704、0.87的部分進汽度。(2)原型設計中采用八級壓力級，并分別在第一、第三、第五級后組織抽汽。但由于本設計中給水溫度的升高，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，因此在本設計中并不能在第三級后進行第二級抽汽。由于以上原因，本設計中采用了九個壓力級，并分別在第一、第四和第六級后組織抽汽。這樣增加壓力級級數的優點是提高了汽輪機的效率，缺點是使得機組的制造復雜化，金屬耗