1、課程設計計算說明書設計題目： 6000kW沖動式汽輪機設計班級： 能動A95 （能動92）姓名：祁曉暉學號：09031041指導教師：李亮2013年 1 月 8 日安交通大學目錄引言 11汽輪機設計任務書2原始數據2設計任務22熱力設計及計算 22.1當前汽輪機設計的方向2本設計中遵循的幾個原則 32.2.1 安全可靠3經濟性3降低制造成本4熱力設計及計算42.3.1 熱力系統計算43體會 18引言為了對某一過程進行有效的控制，必須清楚過程的目標和控制的要求，汽輪機課程 設計的目的在設計任務書上得到了詳細的規定，但有些目的是不能用直觀的幾何圖形來 表示的，而是需要在設計過程中不斷復習，積極思考

2、，總結來完成。本設計涉及的主要課程有透平機械原理、汽輪機裝置、透平工藝制造學 以及有關的基本知識，課程設計的任務和要求：首先必須認真地完成設計任務書上的各項要求，這包括根據所給參數要求和設計 要求完成：1）熱力系統設計和計算2）熱力設計和計算；3）圖紙；4）設計說明書。專業知識的總結和再學習，在此之前，我們分別學習了有關透平各方面的知識， 這種學習室在一定方面和范圍內進行的，比如我們在學習原理時，僅僅是就系統中 汽機部分進行分析和研究，事實上，工作原理、熱系統、強度問題調節及制造之間是相 互作用和相互影響的，通過課程設計這一環節，使我們在一定程度上能夠把諸多方面的 專業知識綜合起來，融會貫通，

3、使學員隊專業知識獲得較為全面的整體認識。對汽機設計過程的認識，也許你已經對噴嘴的計算、焓降的分配各種方法有了清 楚的認識，但是在汽機整機中焓降的分配與平均直徑、損失、葉高、效率等因素之間在 多大程度上互相作用和影響，以及如何通過調整某個因素達到設計要求。這一點在完成 課程設計之前是很難有一個清楚認識的，再者作為將要從事透平設計工作的同學來說課 程設計無疑是一次生動的模擬訓練。學習解決問題的方法，在汽輪機設計過程中，必然會產生不少問題，通過解決這 些問題，使自己的知識深化，同時也引起我們的思考“在我的設計中，所遇到的最棘手 的問題是什么？”怎樣解決這些問題，“設計中還有哪些問題考慮的不充分，怎么

4、進一 步改進”，進而可以思考一下，在這種類型的透平中設計的主要問題是什么，要提高效 率，應該如何著手，通過我們主動的思考，加深對設計過程的認識?；炯寄艿挠柧?，課程設計所涉及的內容還是比較廣泛的，通過這一環節，使學 員獲得了如何使用設計資料、有關工具、圖表以及如何表達和說明設計結果的基本訓練， 對于工科學生而言，這無疑是必要的。汽輪機設計任務書初步設計一臺沖動式汽輪機，用以帶動發電機。1.1 原始數據蒸汽初參數p 二 3.43MPat 二 435C00凝汽器進口處壓力p = 5.0 kPac給水溫度t =155C0經濟功率P = 6000kW 土 1%e汽輪機轉速n = 3000r / min

5、汽輪機內效率耳=81 土 1%oi1.2 設計任務（1）熱力系統設計及計算擬定具有三級抽汽的熱力系統，其中第2 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）說明書一份熱力設計及計算在這一部分中，涉及的內容包括：1、當前汽輪機設計的大致方向；2、本設計遵循的若干原則；3、N12設計過程及結果；4、本設計中存在的主要問題及改進方向。2.1 當前汽輪機設計的方向本

6、世紀七十年代以后的能源短缺，給世界經濟帶來了極大的沖擊，根據世界當前的 經濟發展情況，許多實力雄厚的大廠家為了尋求市場，緩解生產過剩，遂把最精銳的技 術力量轉到了中等容量機組的改進和完善上，達到了明顯的效果，所以中等容量的機組 反映出了當前國外汽輪機設計中，已達到和力求發展的真正技術水平。機組的經濟性和安全可靠性成為設計制造中最重要的原則，為了在設計中達到這兩 項。不可能僅僅依靠設想和計算，唯一可行的途徑是實驗研究。在提高經濟性方面，大都從以下幾個方面著手：1、改善通流條件；2、改進葉片葉 型，減少損失；3、改善末級葉片和相應考慮排汽面積。在安全性方面：1、改善振動條 件；2、提高軸系熱疲勞強

7、度，同時，加裝了轉子應力指示器，以顯示轉子在不同工況 下熱應力和循環疲勞中轉子壽命的消耗程度。比如三菱重工在提高效率方面采取了以下措施：a、按源流理論設計低壓長葉片；b、在低壓排汽室采用了高性能的擴壓汽道；c、在中、高壓透平的排汽部分采用擴壓汽道；d、改善主蒸汽入口處的汽封，減少漏氣損失。另外，他們也比較重視低壓末級的研究和高壓級振動的研究，以及軸系振動的計算。 以上為當前設計的一些情況，下面談到本設計中遵循的主要原則。2.2 本設計中遵循的幾個原則安全可靠在本設計中安全可靠為考慮的第一因素。盡管我們設計的不是很大的機器，然而作 為學習設計的人員，學會如何把安全思想貫穿于我們所負責的設計中，這

8、一點無論如何 是非常重要的。安全與否，直接影響汽輪機的正常運行，如果由于設計因素導致事故， 小則停車，大則危及生命財產，損失巨大。在本設計中采取了一下措施：1、精心計算，防止由于計算失誤，而發生實際工況嚴重偏離計算工況的可能性， 提高設計的可信度。2、在結構方面，本設計要以上汽廠 N12 為母機，參照該機進行設計，盡量采用了N12 的結構，以期提高安全性，對于這一點，設計者本身也持一定得到懷疑態度，因為 本設計并沒有參考上汽N12的運行情況，不了解該機的事故情況，同時作為五十年代的 設計，某些部分可能已經落后了，例如N12采用了薄型葉輪，該型葉輪的輪系振動問題 很可能導致葉片事故，但限于時間，

9、本設計在結構上還是照抄了 N12 （上汽1955）。經濟性我們大量的時間和精力是花在如何提高汽輪機效率上，正在保證安全可靠的前提下 如何使汽輪機更有效地工作，為此，本設計對以下幾個方面給予了相當的重視，最后設 計結果剛剛達到要求，但是我們以為在以下幾個方面做的工作仍是有益的，為此，在這 一部分的 2.4中，將談到本設計中遇到的困難。1、在高壓部分和中壓部分，采用了盡量減少直徑變化幅度的通道，以期獲得較為 光滑的流道，以減少對汽流的擾動，降低損失。2、較好的組織汽流，使汽流適應汽道的變化，減小沖角損失，以提高葉柵的效率。降低制造成本為了獲得較低的制造成本，本設計中不少環節進行了大量試算，由此，本

10、設計得到 以下好處：1、第二級和第三級，第四級和第五級的葉輪完全一樣，可以互換。2、第二級和第三級，第四級和第五級的靜葉除了高度不同，其葉型完全一樣， No1-No5 級動葉除高度外完全一樣，這樣大大減少了機器制造加工量。工藝上帶來不少 好處的同時，不難想到，由于許多級均采用完全一樣的葉片，也不可避免的給效率帶來 一定的影響。2.3 熱力設計及結果2.3.1 熱力系統計算根據設計要求，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，首先應作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 壓力等有關的數據，見表 2-1；第三，根據能量守恒計算每一個加熱器的抽

11、氣量，同時 對功率進行平衡( 5%) 。圖 2-1 N12 型機組原則性熱力系統在熱力系統的計算中，有以下幾點，需要說明：1）除氧器補水為t = 25C，其后按30C飽和水查出焓為104.84kJ/kg。2）在高壓加熱器計算中，給水的焓值是考慮了水泵的壓力為5.88MPa，同樣出口水 焓也應考慮水泵壓力。3）低壓加熱器給水焓不同于冷凝器出口水的焓值，兩者差值為水泵引起的焓升， 計算時，認為Ai二15kJ/kg計算及說明結果、熱力系統計算1、初步確定熱力過程線(1)由 p = 3.43Mpa t = 435C p = 5.0kpa00c查水蒸汽性質表得：hs =1179.13kJ / kg(2)

12、進汽節流壓損(3)取 Ap = 0.04 p = 0.04 x 3.43 = 0.137 Mpa排汽節流壓損rdltdK2i=X.h = 1179.13kJ /skgAp = 0.137Mp0(4)Apc=九Apc2 pc，取九=0.07，C2=100m / s，則=.5 5 (需)2 x 5=5p = p -Ap = 3.43一0.137 = 3293Mpa0 0 0p = p +Ap = 5.0+0.25 = 5.25kpaccc由 p = 3.293Mpa,t = 435C, p = 5.25kpa由 00c查水蒸汽性質軟件得：hs = 116982kJ /kg/、h = h n = 1

13、169.82 x 81% = 947.5542kJ / kg5) i s 0iAh = 0.5C2 = 0.5 x 1002 x- = 5kJ / kg c221000i = i - h - Ah = 3306.63 - 927.7918 - 5 = 2378.8352kJ / kg40 ic 2確定 t = 33.74C4(6)初步設計調節級d = 1100mm選取平均直徑m復速級2兀n d2k - 3000 1.1u =m =-= 172.8m / s60 2 60 2u 172.8C = 720m / sa x 0.24aAp = 0.25 kPach = 1169.82kJ / kgs

14、h = 947.5542kJ / kgit = 33.74C4計算及說明結果h = 1 C 2 = 1 x 7202 x 1 = 259.2kJ / kg si 2 a21000C.確定 p = 1.317Mpa, t = 301.01Cis1si 二 3304.63kJ / kg , i 二 i - h 二 3304.63 - 259.2 二 3045.43kJ / kg 01s 0s1S = 6.99kJ /(kg C)0d.查耳一x曲線，耳=76.7%0ia0 ih = h -n 二 259.2 x 69% 二 178.85kJ / kg11s0i確定 P -1.328Mpa, t =

15、328.73C1 1i - i 一 h - 3304.63 一 198.81 - 3105.82kJ / kg1 0 1以1點和4點相連與飽和線相交于a,1-a中點沿等壓線上浮1020kJ /kg得2, a點沿等壓線下浮1020kJ / kg得3得到0-1-2-3-4為初步過程線。0 點：p = 3.293Mpa,t - 435C, i - 3304.63kJ /kg0 0 0點：p -1.328Mpa,t - 338.99C, i - 3127.78kJ /kg1 1 1上 p - 0.36Mpa, t - 225.26C, i - 2915.3kJ / kg點：222上 p - 0.058

16、6Mpa,t - 85.32C, i - 2645kJ / kg點：333上 p - 5.25kpa,t - 33.74C, i - 141.38kJ / kg點：444蒸汽量D - p /H nTn n xm + AD(8)蒸汽量 0es 0i mg0n 0.9&n 0.96, m 1.10, AD 0.03D取 mg00則 D - 6000 x 103 / (1147.97 x 103 x 0.8 x 0.975 x 0.95) x1.10 + 0.04D0 0解得：D - 27260.3kg / h0p -1.318 Mpa s1t - 301.01Cs1p -1.318 Mpa1t -

17、 328.73C12、回熱系統熱平衡計算：冷凝器壓力下的飽和水蒸汽溫度t二33.75Cs取凝結水溫t = t - At = 32.75Ck sk泵后壓力 p 二 0.118Mpa1泵后溫度 t = t + 2C = 34.75 Ci k射流器中的加熱給水：壓力 p = 0.118Mpa，取t = t + 3C = 37.75C2 2 1抽汽量：D = 05%D = 1363kg / hc 20除氧器工作壓力0.118Mpa，工作溫度104.3Ca抽汽壓力0.295Mpab除氧器出口 t = 104.2C4c 漏氣量 D = 1%D = 272.603kg / hc10d補水：水壓0.2Mpa，

18、水溫25C補水量：0.5t/h水泵出口 t 二 t + 3C 二 104.32 + 3 二 107.32C54低壓高壓加熱器抽汽點：a根據加熱器中給水等焓原則t = t + (t -1 ) = 85.45 C32 fw 5b其他D 二 27260.3kg0t 二 33.75Csp = 0.118 Mpa 1t 二 34.75 C1p = 0.118 Mpa2t 二 37.75C2D = 136.3kg /c 2t 二 104.2C4D 二 272.603k345.7-0.5x104.8-2.18x653.9qmoqn1qym=27396.6kg / h2327.897kg / h0.5t /

19、h(2901$345.7卜0.98=1137.69kg / hc低加熱平衡計算：給水流量：q - 23431.016 kg / hq(i -i ) 23431.016x(357.84 158.14) 1989 8“ /7 q n2ni 1989.83kg / hn2 (i -i )n(2722 - 370.45)n 2nHn(8)功率校核三個抽汽點將過程分為四段a進汽高加抽汽流量27260.3kg / hb冋加抽汽除氧器流量 27396.6kg / h 一 q 25068.7kg / hn1c除氧器一一低加抽汽流量 25068.7 kg / h 一 q 一 23431.016 kg / hcy

20、d低壓抽汽一一凝汽器流量 23431.016kg / h 一 q 21441.186kg / hn 2q 1137.69kgcyq 1989.83 kg n 2AP 0.6%g級組1234流量(kg/h)27396.625068.723431.01621441.186有效焓降237.63167178277.77(kJ/kg)功率(kW)1544.37993.121007.371932.372 P 1544.37+993.12+1007.37+1932.37 5963kWiAP - 5963 一 6000 x 100% 0.6% 1% g6000符合要求，可以采用！二、調節級的熱力計算本設計中，

21、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 審視不同的調節級熱力方案，對他們進行比較，了解他們的規律，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d和Xa變化時不同的結果，限于時間，本設計僅給出d=1100mm時， 不同速比下的各個方案：d = 1100mm （不變）x = 0.21,0.22,0.23,0.24,0.25,0.26a共六個方案。在選擇調節級方案時，應該考慮的因素是多方面的，至少有以下幾個因素必 須

22、認真分析：（1）由于調節級效率較低，如果h過大，可能影響整機效率。s（2）由于高加抽汽點的限制，而第一非調節級利用的焓降一般也較小，所以 調節級后到高加抽汽之間的壓力級級數對調節級方案選擇施加了較大 的限制。（3） 調節級焓降越大，變工況時（因為是噴嘴配汽）工況越惡劣，機組運行 的危險增加，可靠性、安全性下降。（4） 工藝性方面的考慮，應盡量采用少的級數，制造工作量可下降，同時使汽機尺寸減小，這就是說采用過小的h盡管耳 很高，但從經濟角度衡 s0i量仍是不可取的?？偠灾?，必須綜合考慮安全，運行要求，制造工藝等因素，本設計采用X = 0.24，這樣調節級后到高加抽汽之間，可用一級，給以后的設計

23、帶來一定的a方便。三、壓力級熱力計算設計思想：首先避免直徑突躍，以期獲得變化光滑的通流部分，尤其在高、 中壓部分，減小由于汽流通道突跳對汽流擾動引起的熵增，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。A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，力求平緩的變化。但由于本設計中在高中壓部 分所遇到的困難不得不在調節級后和第一壓力級后平均直徑分別增加6

24、5mm和 60mm，然而在這兩個位置上有抽汽，直徑增加的影響并不會太大。B良好地組織汽流：在壓力級的計算中，應該對進出口汽流角給予足夠重視， 注意它們是否滿足在原理中所導出的相互關系，是否符合所用葉型的要求。C工藝方面：在保證經濟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，比如各級動葉的一致（除高度的差別），葉 輪的一致等。四、其他計算1 u (m / s)u (m / s)u (m / s)u (m / s)172.8172.8172.8172.8c (m / s)w (m / s)c(m / s)w (m / s)1212746.6565.7431.92

25、79.1aPaP121214.515.815.7518.29噴嘴動葉I導葉動葉II級平均 直徑(mm)1150.01150.01150.01150.0型線30TC-2620TP-1620TP-3A25TP-5A圓周速 度(m/s)172.8172.8172.8172.8出口汽 流速度(m/s)u (m / s)u (m / s)u (m / s)u (m / s)653.60473.80436.10205.80出口汽 流角( )a卩2a14.518.324.834.1葉柵寬 度(mm)30.020.020.025.0葉柵高 度(mm)1112.513.517x - 0 24a .時的復速級速度

26、三角形圖2、壓力級速度三角形um/s 179.0190.0196.3208.8218.2233.9237.1248.1a 114.515.015.017.117.1C1 m/s 398.5407.3427.8428.6450.6480.0475.8466.5W1 m/s 229.6229.1243.6233.4248.5265.2258.8240.7B2 23.123.022.922.922.525.025.027.0W2 m/s 225.8225.7244.4240.1273.9326.9325.6340.9C2 m/s 93.189.899.494.1110.515

27、1.6149.4164.5No.1No.2No.3No.4No.5No.6No.7No.83、汽輪機發出的總功率級、皿*阿壓力級、“調節級數IIIUIWVWWW流量273927025182518258258235123512351(kg/h)6.6276.76.7545級實際焓降(kJ/kg)229.063.677.679.482.591.187.497.6133.8功率468.4536547.587.649568635.872.468.(kw).418.2.5734汽輪機總功率：工 N. = 1393.8+ 4865.3 = 6259.1kW發電機功率：N = 6259.1 x 0.96 x 0.99 = 5949 kW.5949 6000 八八力 c c/力AN 二x 100% 二 0.86%i6000發電裝置氣耗率：d = D / N = 27396.6/5949 = 4.6kg /(kW - h)g0g發電裝置熱耗率：q =