2022年N12-3465_435汽轮机通流部分热力设计.docx

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1、汽轮机课程设计说明书第一部分：课程设计地任务与要求：一设计题目： N12-3.5/435 汽轮机通流部分热力设计二已知参数：额定功率： pr 12MW ，额定转速： ne 3000r/min ， 设计功率： pe 9.6MW ，新蒸汽压力： p0 3.5MPa， 新蒸汽温度： t0 435，排汽压力： pc 0.005MPa， 给水温度： tfw 150，冷却水温度： tw1 20，给水泵压头： pfp 6.3MPa，凝聚水泵压头 :pcp=1.2MPa ， 射汽抽汽器用汽量： Dej 500kg/h ，射汽抽汽器中凝聚水温升： tej 3， 轴封漏汽量：D1 1000kg/h ，其次高压加热

2、器中回收地轴封漏汽量： D1 700kg/h.回热级数： 5三任务与要求（ 1）估算整机蒸汽流量及拟定热力过程曲线；（ 2）回热系统热平稳初步运算及回热系统示意图绘制；（ 3）非调剂级抱负比焓降安排和级数确定；（ 4 ）运算调剂级与非调剂级通流部分几何尺寸：各级平均直径、叶片高度、通流面积、叶片数、叶宽、节距、静叶片安装角、动叶片安装角、及出汽角等；（ 5）运算级效率、级内功率、整机内功率及相对内效率；（ 6）整机校核（电功率、内效率）；（ 7 ）按比例绘制通流部分子午剖面流道图和各级速度三角形图，以及调剂级具体热力过程曲线示意图，整机热力过程曲线图；（ 8）编写运算机程序方框图；（ 9）编写

3、运算机运行程序；（ 10）调试并运行热力设计运算机程序；（ 11）编写课程设计说明书（说明书规格按学校要求，内容为上述运算内容）.其次部分：汽轮机热力运算一、汽轮机进汽量D0 地初步估算和近似热力过程曲线地初步运算1. 依据已知地p0、 t0 和 pc，确定蒸汽通过主汽门、配汽机构及排汽管中地压力缺失.进汽机构节流缺失：P04%P00043.50.14MPa排汽管中压力缺失：Pc0.04Pc0.0050.0002MPa调剂级前地压力为：P0P0P03.50.143.36 MPa末级动叶后压力为：PzPcPcPc0.0050.00020.0052MPa2. 选取机组地相对内效率、发电效率和机械效

4、率由于汽轮发电机组地额定功率：pr 12MW所以取汽轮机相对内效率r，i 3热力过程曲线地初步拟定发电机效率 g 全负荷 ，机械效率 ax.由 p0 3.5MPa ，t0 435确定初始状态点“0”：h0 3304.07735 kJ/kg ，s 0 = 6.9597 kJ/kg K由 h1h03304.07735kJ/kg， P03.36 MPa从而确定 “1点”：s1 = 6.9778kJ/kg K ， t 1 = 434.118过“0”点做定熵线与 Pc=0.005MPa 地定压线交于 “3 ”点，查得：hh0 = 2122.1146kJ/kg ，t3 = 32.91 整机抱负焓降为：ma

5、c th0h33304.077352122.11461181.963kJ/kg整机有效焓降为：macihrihmac 1181.9630.82969.2095kJ/kgt从而确定 “3”点地比焓为：ih3= h0 -h mac =3304.07735969.2095=2334.86785kJ/kg又由于余速缺失为：c2h2%hc 222000mact0.021181.96323.6393 kJ /kg所以 “ 4点”地比焓为：h4h3hc 22334.8678523.63932311.2286kJ/kg再由 Pc0.0052MPa可以确定 “4”点，并查得：s4 =7.56144kJ/kg K

6、然后用直线连接 “1”、“4”两点，求出中点 “2，”h2 =2807.653 kJ/kg ， s2 =7.26962 J/kg K并在 “2点”沿等压线向下移14kJ/kg 得“2点”，h2 =2793.653 kJ/kg ， s2 =7.237437 J/kg K过“1”、“2”、“3点”作光滑曲线即为汽轮机地近似热力过程曲线.汽轮机近似热力过程曲线图见附图-1.4. 整机进汽量估量一般凝汽式汽轮机地总蒸汽流量D 0 可由下式估算：D3.6PemDt/hh0mac trigm式中Pe 汽轮机地设计功率，KWhmac t 通流部分地抱负比焓降，KJ/kg ；ri 汽轮机通流部分相对内效率地初

7、步估算值0.820 0.850 ；g 机组地发电机效率全负荷， 0.965 0.975 ；m 机组地机械效率（0.985 0.990 ） ；D 考虑阀杆漏气和前轴封漏汽及保证在处参数下降或背压上升时仍能发出设计功率地蒸汽余量，通常取=3% 左右， t/hm 考虑回热抽汽引起进汽量增大地系数，它与回热级数、给水温度、汽轮机容量及参数有关，通常取m=1.08 1.25，调剂抽汽式汽轮机通流部分设计式，要考虑到调剂抽汽工况及纯凝汽工况.一般高压部分地进汽量及几何尺寸以调剂抽汽工况作为设计工况进行运算，低压部分地进汽量及几何下以纯凝汽工况作为设计工况进行运算.取 回热抽汽进汽量增大系数m=1.20，漏

8、汽蒸汽余量D3 D 0汽轮机相对内效率ri0.82，机械效率ax0.988，发电机效率g0.970D360009.61.2044.93t / h1181.9630.820.9700.9880.97二、调剂级具体运算1. 依据调剂级地挑选原就，选取调剂级地型式及相关参数如下： a）调剂级型式：双列复速级b） 抱负焓降：htc） 平均直径： dm250kJ/kg 1150mmd） 反动度：mbgb16%,e） 速度比：bxa =0.2411%,g2%,b3%注： xau /2 ht0.2552. 喷嘴抱负比焓降：hn1m ht1 16%250210kJ/kg3. 运算喷嘴出口汽流状态并挑选喷嘴型线

9、：取喷嘴地速度系数0.97就喷嘴缺失：h12 h10.97221012.4110kJ/kgnnh1h0hnhn3304.0773521012.41103106.488 kJ/kg在 h-s 图上近似做出热力过程线，取动叶进口参数为：P1 1.63MPa， v1=0.1677m3/kg由于 nP1 / P01.63/ 3.360.485cr0.546 ,故在喷嘴中汽流为超声速流淌， 故挑选 TC-2B 型线，出汽角为1 =15 .4. 喷嘴出口汽流速度：c1t44.72hn44.72 210648.054m/sc1c1t0.97648.054628.613 m/s5. 运算喷嘴出口面积：查得喷嘴

10、流量系数n 0.970GD103 / 360044.93 103/ 360012.48kg / sAGv1tnc10412.480.16770.97648.05410433.2939cm2n 1t6. 运算喷嘴最小截面积及斜切部分偏转角由于 0.4ncr ,所以汽流在斜切部分发生膨胀，产生偏转: AnGmin12.4832.1196 cm20.0648P0v00.06483.360.093454611k12 k 1k121.3 11.31sin11sin151sin11k1sin151.311.31k 111.3 10.2617解得： 10.1717. 运算喷嘴出口高度n1nkkl n 和部分

11、进汽度 e0.4851.310.485 1.3由于 0.4ncr所以lne An mindm sin132.11961003.141150sin1510 30.003438 m3.438mm取 l n16mm ，就求得： e0.214875 ，满意要求 .8. 运算第一列动叶进口汽流角和相对速度uDm n3.141.153000180.55 m / s60601tan1c1 sin c1 cos11 11 utan1628.613sin150.171 628.613cos150.171 180.5521.11wc1 sin111628.613sin150.171 456.77m / ssin1

12、sin 21.11hw21w11/ 2000456.772/ 2000104.3194 kJ/kg由上可查 h-s 图得第一列动叶进口地滞止压力p* =2.36108MP9. 运算第一列动叶出口汽流相对速度第一列动叶抱负焓降：hbbht0.11 25027.5kJ/kg第一列动叶滞止抱负焓降：h*hh27.5104.3194131.8194kJ/kgbbw1第一列动叶出口汽流相对速度w44.72h *44.72131.8194513.44m/s2tb在图 4 中查得：0.913w2w2 t0.913513.32468.773 m/sbb10. 第一列动叶缺失为：h12 h*10.9132131

13、.819421.938 kJ/kg依据 hb 和 hb 在 h-s 图中做出动叶热力过程曲线，查得第一列动叶后蒸汽状态点： P2 1.47282MPa ， V2 0.1825397m3/kg11. 第一列动叶出口面积：bAGv2w212.480.1825397104468.77348.5970cm2由于P / P1.47282/ 2.361080.62580.546，n21cr故汽流在第一列动叶中为亚声速流淌.12. 第一列动叶出口高度lb 和汽流出口角2由前面运算可知： ln16mm所以查表 1 得：叶顶盖度 ttr1.5mm,叶跟盖度r1.522mm0.5mm,l il16218mm，对于

14、一短叶片，有：ll i18mmbnbb进而汽流出口角2sin 1Absin 148.5970 10 420.37e dmlb0.214875 3.14 1.150.01813. 第一列动叶出口汽流速度c2 和出汽角2tan 1w 2 sin2tan 1468.773sin20.3732.222w 2 cos2u468.773cos 20.37180.55cw2 sin22 = 468.773sin20.37306.0386m/ssin2sin 32.2214. 导叶地抱负比焓降hgght0.022505kJ/kgc 2306.0386 2h *h2551.8298kJ/kggg20002000

15、15. 运算导叶出口速度抱负速度： c44.72h *44.7251.8298321.9523m / s1tg查图 4 可得：g0.907实际速度： c1g c1t0.907321.9523292.011m / s16. 导叶内缺失：h12 h*10.907251.82989.19207kJ/kggg在 h-s 图中做出导叶热力过程曲线，查得导叶后蒸汽状态点：P1 =1.4463058MPa,v1 =0.1865665m3/kg17. 运算导叶出口截面积及进口高度导叶出口截面积：Gv412.480.186566542导叶进口高度：Agl il1101079.74cmc1292.01118220

16、mmgb18. 导叶出汽角Ag79.74 10 41sin1e dmlg=sin10.214875 3.141.150.02030.9319. 其次列动叶进口相对速度w, 和方向11c sin292.011sin30.93 o1tanc11cosutan1292.011cos30.93 o180.5565.016511c sin292.011sin30.93 ow1111sinsin 65.0165o165.5847m / s20. 运算其次列动叶出口汽流相对速度其次列动叶抱负比焓降： 滞止抱负焓降：hbbht0.032507.5kJ/kgw 2165.5847 2h*h17.521.2092

17、kJ/kgbb2000200021. 动叶出口抱负相对速度：w44.72h*44.7221.2092205.951m / s2tb查图 4 可得：g0.926动叶出口实际相对速度：w2w2t0.926205.951 190.71m / s22. 其次列动叶缺失为：h12 h*10.9262 21.20923.0228 kJ/kgbb依据hb 和hb 在 h-s 图中做出动叶热力过程曲线，查得其次列动叶后蒸汽状态点：P2 1.40725MPa ， V2 0.191034m3/kg23. 运算其次列动叶相关参数其次列动叶出口截面积：bAGv2w212.480.191034104190.71125.

18、01cm2其次列动叶进口高度：l il20222mm其次列动叶出口高度：bgllbbi22mm24. 其次列动叶出口汽流角：A125.01 10 42sin1 be dmlbsin10.214875 3.14 1.150.02247.08225. 其次列动叶出口汽流肯定速度方向与大小wsin190.71sin47.082 o2tan122w 2 cos 2utan1190.71cos47.082 o180.55109.961wsin190.71sin47.082 oc2222sinsin109.961o148.590m / s26. 余速缺失为：c2h c22148.590 211.0395

19、kJ / kg2000200027. 轮周有效焓降hu （不计叶高缺失）：huhthnhbhghbhc 225012.411021.9389.192073.022811.0395192.39663kJ / kg28. 轮周效率地运算及校核h uh uuE0ht192.396630.76959250u c1 cos1uc2 cos2c 1 cos1c 2 cos2ht1000180.55628.613cos15306.0386cos32.22 292.011cos 30.93148.590cos109.960.76977uu100%0.769770.769592501000100%0.0234%

20、1%uu0.76959所以它是合格地 .29. 运算叶高缺失llnhllblglba2hul19192.3949320.2521mmkJ/kg（对于复速级 a2 ）30. 轮周有效比焓降：huh uhl192.3966320.2521172.14453kJ/ kg轮周功率：PuG hu12.48 172.144532148.364kW31. 部分进汽缺失与叶轮摩擦缺失叶轮摩擦缺失：hf21.07 d2 u3b1001.071.15 22180.55 31003.1791kJ/kgGv 212.480.1825397在运算部分进汽缺失时，由于采纳地是双列级，于是Ke=0.55 ， Ke =0.0

21、16 ，Zm4 ， xa0.24 ，所以有hht xak x2 1ekzm ee aeedb2500.24 0.550.24 210.2148750.0164 22.4851kJ/kg0.2148751.1532. 级有效比焓降为：hi内功率为：huhfhe172.144533.390422.4851146.2690kJ/kgPiGhi12.48 146.26901825.4375kW取第一级非调剂级和调剂级之间地余速利用系数为0.9就非调剂级进口处参数为：hh2（10.9）hc2hlhfhe3017.9925kJ/kg查得 P=1.4072512 MPas=7.1106 J/kg K v=0

22、.19660876 m3/kg33. 级效率为：ihi /ht146.2690 / 2500.585134. 调剂级叶栅几何参数挑选（ 1）喷嘴：由前面地运算可知，喷嘴叶型为：TC- 2， bn49.56 mm， tn0.70 0.75，于是取 tn0.72 ，Bn30mm.tntnbn0.7249.5635.6832mmZdmentn3.1411500.21487535.683221.75，取整得： Zn24反算： tndme Zn3.1411500.21487535.2670mm24tntn35.26700.7116合格bn49.56查得安装角为38（ 2）第一列动叶：由 前 面 地 计

23、算 知 ：121.11， 故 选 TP-1B型 ， bb3 8 . 4m6m，tb0.60 0.65 ，于是取 tb0.62 ， Bb38.0mm .tbtbbbZdmbtb0.6238.4623.8452mm3.141150151.43 ，取整得： Z23.8452b152反算： tbdm3.14 1150zb15223.7566btt bbb23.75660.617738.46,合格查得安装角为81（ 3）导叶：由前面地运算知：232.22 ,选 TP-3A 型， bn32.505 mm ， t n0.56 0.63，于是取 t n0.595， Bn32mm .tntnbn0.595 32

24、.50519.3405mmnZdme tn3.14 11500.0.21487519.340540.1186，取整得： Zn42反算： tn11500.21487518.474mmdm ezn3.14tn18.474bn32.50542tn0.568,合格查得安装角为78（ 4）其次列动叶：由 前 面 地 计 算 知 ：247.107， 选 TP-5A型 ， bb3 8 . 8m9 6m，tb0.50 0.56 ，于是取 tb0.53， Bb38mm .tbtbbb0.5338.89620.6149mmZbdm3.141150175.16tb20.6149，取整得： Zb176反算： tbdb

25、3.14115020.52mmzb176ttb20.52b0.5275合格bb38.9查得安装角为 78三、回热系统平稳初步估算汽轮机进汽量估算及汽轮机近似热力过程曲线拟定以后，就可进行回热系统地热平稳运算 .A、回热抽汽压力地确定1. 除氧器地工作压力给水温度t fw 和回热级数z fw 确定之后，应依据机组地初参数和容量确定除氧器地工作压力 2 个高压加热器、 2 个低压加热器、 1 个除氧器 .除氧器地工作压力与除氧成效关系不大，一般依据技术经济比较和有用条件来确定.通常在中低参数机组中采纳大气式除氧器.大气式除氧器地工作压力一般挑选略高于大气压力即0.118MP.2. 抽汽管中压力缺失

26、pe在进行热力设计时，要求pe 不超过抽汽压力地 10%，通常取pe =（ 0.04 0.08）pe ，级间抽汽时取较大值，高中压排汽时取较小值.3. 表面式加热器出口传热端差t：由于金属表面地传热阻力，表面式加热器地给水出口水温 t与回热抽汽在加热器中凝聚地饱和水温t 间存在温差t= t - t称为加热器地出口端w2eew 2差，又称上端差，经济上合理地端差需通过综合地技术比较确定.一般无蒸汽冷却段地加热器取t=3 6（取高压加热器端差为5oC，低压加热器端差为3oC，除氧器地端差为0oC.）4. 回热抽汽压力地确定在确定了给水温度t fw 、回热抽汽级数z fw 、上端差t 和抽汽管道压损

27、pe 等参数后，可以依据除氧器地工作压力，确定除氧器前地低压加热器数和除氧器后地高压加热器数，同时确定各级加热器地比焓升hw 或温升t w .这样，各级加热器地给水出口水温tw 2 也就确定了 .依据上端差t 可确定各级加热器内地疏水温度t ，即 t = t+t.从水和水蒸气热力eew2t性质图表中可查得e 所对应地饱和蒸汽压力个加热器地工作压力p .考虑回热抽汽管中e地压力缺失，可求出汽轮机得抽汽压力p e，即p e=epe .在汽轮机近似热力过程曲p+线中分别找出个抽汽点得比焓值he ，并将上述参数列成表格如下：加抽汽热压力器抽汽抽汽管压比焓损加热器工饱和水作压温度饱和水比焓出口给水出端口

28、温度给水出口比焓Pe MPaPP MPat CH10.59058279080.54333155.00655.605150.00634.02号hekJ/kgP力e %et e Che kJ/kg差t w2 CkJ/kghw2H20.31163275580.28669132.13557.565127.13536.29HD0.1422708170.118104.25437.010104.25437.01H30.07255265080.0667588.375372.71385.375360.15H40.02842258480.0261565.5276.9945362.5264.46B 、各级加热器回热

29、抽汽量运算在拟定地近似热力过程曲线上求出各回热抽汽比焓值,见下图3.5MPa3304.07735kj/k435g0.590.310.140.07h0.5s近似热力过程曲线12MW 凝汽式汽轮机回热系统图1. 回热系统热平稳估算：(1) H1 号高压加热器其给水量为Dfw=D0- Dl + Dej=44.9-13+0.5=44.43t/h式中 Dl高压端轴封漏汽量，1 t/h； Dej射汽漏汽器耗汽量，0.5 t/h ；Dl 漏入 H2 高压加热器地轴封漏气量，t/h.h0.98 ，下同 .由于 D hhDhhe1e1e1hfww2w1所以该级回热抽汽量为：D e1D fw hw 2he1hw1

30、 44.43 634.02536.29h2790655.600.982.08t/h(2) H2 号高压加热器先不考虑漏入H2 高压加热器地那部分轴封漏气量Dl 及上级加热器地疏水量De，j就该级加热器地运算抽气量为：D 2 D fw hw2hw1=44.43x （536.29-437.01） /2790-655.60x0.98=2.10 t/hhe1he1 h考虑到上级加热器疏水流入高压加热器并放热可使本级抽气量削减地相当量为 Dele=D （elhe1he2 ）=2.08x655.60-557.56/2755-557.56=0.093 t/hhe 2he2 Dlle= Dl*he-h1e2

31、/he- 2he2 ）=0.77x2790-557.56/2755-557.56=0.756t/h本级高压加热器实际所需回热抽气量为： De2=2.10-0.093-0.756=1.251 t/h(3) HD 除氧器除氧器质量平稳方程：DgDe1De2DlDcwD fw除氧器热平稳方程：Dg hegDe1De 2Dl h e2Dcwhw1Dfw h eg代入数据得：2708D ed360.15Dcw16878.899t / hDcwDed40.343t / h联立两方程解得：Ded1.003t/h ，Dcw39.34t/h(4) H3 号低压加热器类似于 H1 地情形，可以列出如下式子：D e

32、3Dcw hw2he3hw139.3360.15264.46h2650372.710.981.685t/h(5) H4 号低压加热器凝汽器压力 Pc0.005 MPa，对应地 t c32.9077C ， hc138.188kJ/kg由于射汽抽气器中地凝聚水温升为：t ej3 C所以 H4 号低压加热器进口水温为：tw132.9077335.9077 C又进口水压为凝聚水泵压头，为1.2MP进而可知：h w1151.418kJ/kg ，就 H4 地运算抽汽量为：D e4Dcw hw2he 4hw1 =h39.3264.46151.4182584276.99450.981.965t/hH3 疏水注

33、入 H4 引起地抽汽削减量为：D e3D e3 he3he4h e41.685372.71276.99452584276.99450.070t/hD e4D e4D e31.895t/h2. 流经汽轮机各级机组地蒸汽两级及其内功率运算调剂级 :D02444.3963t7/h, h0 =3304.07735 ； h2 =2793.653 ；Pi 0D0 h03.6h2 6370.4kw调剂级后压力为 1.22，比焓值 hi330089.2KJ/kg第一级组： D1D0Dl4244.9.33-617=431.93 2t/3h.367其次级组：Pi1=D1 （ hl-he1） /3.6=43.93（

34、3089.2 2790） /3.6=3651.1 kwD2=D1- De1=43.93-2.08=41.85 t/h第三级组：Pi2=D2 （ he1-hed） /3.6=41.85（2790 2755） /3.6=406.9 kwD3=D2- De2=41.85-1.251=40.599 t/h第四级组：Pi3=D3 （ he2-hed） /3.6=40.599（2755-2708） /3.6 =530.0 kwD4=D3- Ded=40.599-1.003=39.596 t/h第五级组：Pi4=D4 （ hed-h3） /3.6=39.596（27082650） /3.6=637.9 kwD5=D4- De3=39.596-1.685=37.911 t/hPi5=D5 （ he3-he4