汽輪機課程設計---多級汽輪機熱力過程設計

1、<p><b>　　汽輪機原理與設計</b></p><p>　　---多級汽輪機熱力過程設計</p><p>　　論文題目： 多級汽輪機熱力過程設計</p><p><b>　　指導老師： </b></p><p>　　學 院： 能源系統(tǒng)與工程學院</p>&

2、lt;p><b>　　專業(yè)班級： </b></p><p>　　姓 名： </p><p><b>　　學 號： </b></p><p><b>　　電 話： </b></p><p>　　完成日期： 2011.1.17</p>

3、;<p>　　第一部分 汽輪機課程設計任務及要求</p><p><b>　　一、設計任務：</b></p><p>　　任選一組參數(shù)，分析并確定熱力設計的基本參數(shù)，分析并選擇汽輪機型式、配汽機構形式、通流部分形狀及有關參數(shù)；</p><p>　　擬定汽輪機近似熱力過程曲線和原則性熱力系統(tǒng)，進行汽耗量、回熱系統(tǒng)熱平衡及熱經(jīng)濟性的

4、初步計算；</p><p>　　根據(jù)汽輪機運行特性、經(jīng)濟要求及結構強度等因素，比較和確定調(diào)節(jié)級的形式、比焓降、葉型及尺寸；</p><p>　　根據(jù)通流部分形狀和回熱抽汽點的要求，確定壓力級的級數(shù)和排汽口數(shù)，并進行各級比焓降分配；</p><p>　　對各級進行熱力計算，求出各級通流部分的幾何尺寸、相對內(nèi)效率和內(nèi)功率，確定汽輪機實際的熱力過程曲線；</p>

5、;<p>　　根據(jù)各級熱力計算結果，修正各回熱抽汽點壓力以符合實際熱力過程曲線的要求，修正回熱系統(tǒng)熱平衡計算結果；</p><p>　　根據(jù)需要修正汽輪機熱力計算結果；</p><p>　　繪制通流部分及縱剖面圖（手工或CAD繪制）。</p><p><b>　　二、設計要求：</b></p><p>　　

6、運行時有較高的經(jīng)濟性；</p><p>　　不同工況下工作時均有高的可靠性；</p><p>　　在滿足經(jīng)濟性和可靠性的同時，還應考慮到汽輪機的結構緊湊，系統(tǒng)簡單，布置合理，成本低廉，安裝與維修方便，以及零件的通用化和系列等因素。</p><p>　　第二部分 選題以及參數(shù)</p><p>　　題目：多級汽輪機熱力過程設計</p>

7、;<p><b>　　基本參數(shù)：</b></p><p>　　汽輪機額定功率（Pr, kW）：50000</p><p>　　汽輪機設計功率（Pe, kW）：45000</p><p>　　汽輪機初 壓（p0, Mpa）：8.9</p><p>　　汽輪機初 溫（t0, 0C）：535</p>

8、<p>　　汽輪機工作轉速（n, r/min）：3000</p><p>　　汽輪機排氣壓力（p/c, Mpa）：0.0049</p><p>　　給 水 溫 度（tfw, 0C）：217</p><p>　　冷 卻 水 溫（tcl , 0C）：20</p><p>　　凝汽器出口水溫（tc , 0C）：31.5</p>

9、;<p>　　給 水 泵 壓 頭（pfp, Mpa）：13.73</p><p>　　凝結水泵 壓 頭（pcp, Mpa）：1.33</p><p>　　射汽抽氣器汽耗量（ΔDej, t/h）：1.2</p><p>　　射汽抽氣器出口水溫（tej, 0C）：38.68</p><p>　　射汽抽氣器比焓降（Δhej,kJ/kg

10、）：558.3</p><p>　　回 熱 級 數(shù)（Z, 級）：5</p><p>　　第三部分 多級汽輪機設計</p><p>　　分析并選擇汽輪機型式、配汽機構形式、通流部分形狀及有關參數(shù)</p><p>　　分析確定汽輪機設計的基本參數(shù)</p><p><b>　　汽輪機容量：</b>&l

11、t;/p><p>　　額定功率Pr=50MW 設計功率Pe=45MW </p><p><b>　　進汽參數(shù)：</b></p><p><b>　?。?）新汽參數(shù)</b></p><p>　　汽輪機初壓P0=8.9Mpa 汽輪機初溫t0=535℃</p><p>

12、;<b>　?。?）再熱蒸汽參數(shù)</b></p><p>　　再熱溫度tz=535℃</p><p><b>　　排汽壓力</b></p><p>　　汽輪機排氣壓力Pc=0.0049Mpa 冷卻水溫tc1= 20℃</p><p><b>　　汽輪機轉數(shù)</b><

13、/p><p>　　汽輪機工作轉速n=3000r/min</p><p><b>　　給水溫度和回熱級數(shù)</b></p><p>　　給水溫度tfw=217℃ 回熱級數(shù)Z=5級 </p><p><b>　　其他參數(shù)</b></p><p>　　凝汽器出口水溫tc=31.

14、5℃</p><p>　　給水泵壓頭Pfp=13.73MPa</p><p>　　凝結水泵壓頭Pcp=1.33Mpa</p><p>　　射汽抽氣器汽耗量Δdej=1.22t/h</p><p>　　射汽抽氣器出口水溫tej=38.68℃</p><p>　　射汽抽氣器比焓降Δhej=558.3kJ/k</p&g

15、t;<p>　　分析并選擇汽輪機型式、配汽機構形式、通流部分形狀</p><p><b>　　汽輪機型號</b></p><p>　　Pc和冷卻溫度tc1可知為：凝氣式汽輪機。型號為N50-8.9/535/535</p><p><b>　　配汽機構</b></p><p>　　汽輪機

16、的配汽機構又稱調(diào)節(jié)方式，與機組的運行要求密切相關。通常的噴嘴配汽、節(jié)流配汽、變壓配汽以及旁通配汽四種方式。噴嘴配汽是國產(chǎn)汽輪機的主要配汽方式，由已知參數(shù)以及設計要求選用噴嘴配汽方式。 </p><p>　　擬定汽輪機近似熱力過程曲線和原則性熱力系統(tǒng)，進行汽耗量、回熱系統(tǒng)熱平衡及熱經(jīng)濟性的初步計算</p><p>　　給定了汽輪機容量、蒸汽參數(shù)、回熱參數(shù)等基本數(shù)據(jù)后，就可以進行汽輪機總進氣量

17、的估算與會熱系統(tǒng)熱力平衡的計算，同時擬定汽輪機近似熱力過程曲線。</p><p><b>　　近似熱力過程的擬定</b></p><p>　　在h-s圖上，由P0，t0課確定汽輪機進汽狀態(tài)點0并查的初比焓h0=3473KJ/Kg</p><p>　　取進汽機構的節(jié)流損失ΔP0=0.04*8.9=0.356MPa，得到調(diào)節(jié)級前壓力P0’=P0-Δ

18、P0=8.544Mpa，并確定調(diào)節(jié)級前蒸汽狀態(tài)點1。過1點做等熵線向下交于Pz（排汽壓力的等壓線）線于2點，查的h2t=2062KJ/Kg，整機的理想比焓降（Δhimac）’=h0-h2t=3473-2062=1411KJ/Kg。</p><p>　　估計汽輪機的相對內(nèi)效率ηri=85.5%，</p><p>　　有效比焓降Δhimac=（Δhimac）’*ηri=1411*0.855=1

19、206KJ/Kg</p><p>　　排汽比焓hz=h0-Δhimac=3473-1206=2267KJ/Kg</p><p>　　在h-s圖上得到排汽點z。用直線連接1，z兩點，在中間3’點處沿等壓線下移21-25KJ/Kg得3點，光滑的連接1，3，z點，得到該機設計工況下近視熱力過程線，見圖（1）：下圖為25KMW機組的熱力過程圖，將以上數(shù)據(jù)改為計算所得數(shù)據(jù)則為本機組的熱力過程圖：&l

20、t;/p><p>　　估算汽輪機的進氣量D0</p><p>　　m（回熱抽汽引起的進氣量增大系數(shù)）=1.12</p><p>　　ηm（機械效率）=0.99</p><p>　　ηg（發(fā)電效率）=0.98</p><p>　　ΔD（蒸汽余量）=2.50t/h（ΔD通常取D0的3%左右）</p><p&

21、gt;　　考慮到還有其他的損失和估計的誤差：</p><p>　　D0=153*(1+13%)=173(t/h)</p><p><b>　　確定抽汽壓力</b></p><p>　　下圖為25KMW機組的熱力過程圖，將以上數(shù)據(jù)改為計算所得數(shù)據(jù)則為本機組的熱力過程圖：</p><p>　　該機采用大氣式除氧器，除氧器壓力

22、為0.118Mpa,對應的飽和水溫度為ted’=104.25℃?？紤]到非調(diào)節(jié)抽汽隨負荷的變化特點，為了維持所有工況下除氧器定壓運行，供給除氧器的回熱抽汽壓力一般比除氧器的工作壓力高0.2到0.3Mpa。</p><p>　　根據(jù)給水溫度tfw=217℃，可得H1高壓加熱器給水出口水溫tw2=217℃,且除氧器的出口水溫twd=104.25，根據(jù)等溫升（等比焓升）分配原則的H2高壓加熱器的出口水溫 ,取為160.6

23、25 。同樣的方法可選取各低壓加熱器的出后水溫tw2（見表1）。}</p><p>　　根據(jù)各加熱氣的出口水溫tw2及出口端差δt，可得加熱器疏水溫度te’=tw2+δt。查的te’對應的飽和壓力pe’____加熱器的工作壓力?？紤]抽汽管壓損后可確定各級回熱抽汽壓力pe（見表一）。</p><p>　　25MW凝氣式汽輪機加熱器汽水參數(shù)</p><p>　　各級加熱

24、器回熱抽氣量計算</p><p><b>　　H1高壓加熱器</b></p><p>　　其給水量為Dfw=D0-ΔDt+ΔDt1+Δdej=173.97(t/h)</p><p>　　式中：ΔDt 高壓端軸封漏氣量，取1t/h；</p><p>　　ΔDt1漏入H2高壓加熱器的軸封漏氣量，取0.77t/h；</p

25、><p>　　Δdej射汽抽汽器耗氣量，0.5t/h。</p><p>　　該加熱器的熱平衡方程為</p><p>　　Δde1*(he1-he1’)*ηh=Dfw*（hw2-hw1）</p><p>　　式中：ηh——加熱器效率，一般取ηh=0.98（下同）。</p><p><b>　　該級回熱器抽氣量為&l

26、t;/b></p><p>　　式中符號的意義和數(shù)值見表（1）和表（2）。高壓加熱器熱平衡圖見（1a）。</p><p><b>　　H2高壓加熱器</b></p><p>　　其熱平衡圖見圖（1b）。先不考慮漏入H2高壓加熱器的那部分軸封漏氣量ΔDl1以及上級加熱器H1流入本級加熱器的輸水量Δde1，則該級加熱器的計算抽氣量為:<

27、/p><p>　　考慮到上級加熱器疏水流入H2高壓加熱器并放熱可使本級回熱抽汽減少的相當量為:</p><p>　　考慮前軸封一部分漏氣量 Dt1漏入本級加熱器并放熱可使本級加熱器抽汽量減少的相當量為:</p><p>　　式中hl軸封漏氣比焓值，相當于調(diào)節(jié)級前汽室中蒸汽比焓，hl=3473KJ/Kg.</p><p>　　本級高壓加熱器H2實際

28、所需回熱抽氣量為：</p><p>　　ΔDe2=ΔDe2’-ΔDe1e-ΔDl1</p><p>　　=20.65-2.37-0.965</p><p>　　=17.315（t/h）</p><p><b>　　Hd除氧器</b></p><p>　　除氧器為混合式加熱器，其熱平衡圖見1c，分別

29、列出除氧器的熱平衡方程式和質(zhì)量平衡方程式：</p><p>　　將已知數(shù)據(jù)代入上述式中，整理得</p><p>　　除氧器的抽氣量為： </p><p>　　Ded=11.55（t/h）℃</p><p><b>　　凝結水量為：</b></p><p>　　Dcw=125.42（t/h）&l

30、t;/p><p><b>　　H3低壓加熱器</b></p><p>　　其熱平衡圖與H1的熱平衡圖相同?；責岢闅饬喀e3為：</p><p><b>　　H4低壓加熱器</b></p><p>　　其凝結水進口水溫tw1與凝汽器壓力和流經(jīng)抽汽冷卻器的溫升有關。當pc’=pz=0.0045Mpa，凝汽

31、器壓力pc=0.0043MPa時，對應的凝結水飽和溫度tc=31.8，比焓為hc’=133.1KJ/Kg。</p><p>　　凝結水流經(jīng)抽氣器的溫升Δtej可根據(jù)冷卻器的熱平衡式求得。其比焓升δhej為</p><p>　　式中，Δhej=558.3KJ/Kg為抽汽冷卻器中蒸汽比焓將，與抽氣器耗氣量同為已知數(shù)據(jù)。</p><p>　　水的比熱容為cp=4.183k

32、j/(kg*k)</p><p>　　所以△tej=5.87/4.183=1.2℃</p><p>　　H4低壓加熱器凝結水進口水溫tw1=31.5+1=32.5℃，對應的比焓值hw1=132KJ/Kg。</p><p><b>　　H4的據(jù)算抽氣量為</b></p><p><b>　　=</b>

33、</p><p>　　H3的疏水系統(tǒng)流入H4引起末級回熱器減少的相當量為</p><p>　　流經(jīng)汽輪機各級組的蒸汽流量及其內(nèi)功率的計算</p><p><b>　　調(diào)節(jié)級</b></p><p><b>　　D0=173t/h</b></p><p>　　Pi0=D0*（h

34、0-h2）/3.6=8265（KW）</p><p><b>　　第一組級</b></p><p>　　D1=D0-ΔDt=173-1=85(t/h)</p><p>　　Pi1=D1*(h1-he1)/3.6=8217(KW)</p><p><b>　　第二組級</b></p>&

35、lt;p>　　D2=D1-ΔDe1=172-20.65=151.35t/h Pi2=D2*(h2-he2)/3.6=7231(KW)</p><p><b>　　第三組級</b></p><p>　　D3=D-ΔDe2=151.35-17.315=134(t/h)</p><p>　　Pi3=D3*(he2-hed)/3.6=6

36、402(KW)</p><p><b>　　第四組級</b></p><p>　　D4=D3-ΔDed=134-11.55=122.45(t/h)</p><p>　　Pi4=D4*(hed-he3)/3.6=5849.6(KW)</p><p><b>　　第五組級</b></p>

37、<p>　　D5=D4-ΔDe3=122.45-6.46=116(t/h)</p><p>　　Pi5=D5*(he3-he4)/3.6=5542(KW)</p><p><b>　　第六組級</b></p><p>　　D6=D5-ΔDe4=116-6.765=109.2(t/h)</p><p>　　Pi6

38、=D6*(he4-hz)/3.6=5217(KW)</p><p><b>　　整機的內(nèi)功率</b></p><p>　　Pi=pi0+Pi1+Pi2+Pi3+Pi4+Pi5+Pi6=46724（KW）</p><p>　　計算汽輪機裝置的經(jīng)濟性</p><p><b>　　機械損失: </b>&l

39、t;/p><p>　　ΔPm=Pi*(1-ηm)=467.24(KW)</p><p><b>　　汽輪機軸端功率：</b></p><p>　　Pa=Pi-ΔPm=46256（KW）</p><p><b>　　發(fā)電機功率： </b></p><p>　　Pe=Pa*ηg=45

40、331（KW）</p><p>　　符合設計工況Pe=45000KW的要求，說明原估計的蒸汽量是正確的。（如功率達不到要求這需要修正進氣量并重新計算。）</p><p><b>　　汽耗率： </b></p><p>　　d=D0*1000/Pe=173*1000/45331=3.816 Kg/（KW.h）</p><p&g

41、t;　　汽輪機裝置的熱耗率：</p><p>　　q=d（h0-hfw）=9707 KJ/(KW.h)</p><p>　　汽輪機裝置的絕對電效率：</p><p>　　Ηe1=3600/q=37.08%</p><p>　　計算結果如表（2）所示。</p><p>　　50MW凝氣式汽輪機熱平衡計算數(shù)據(jù)</p&

42、gt;<p><b>　　基本數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　熱平衡計算數(shù)據(jù)</b></p><p>　　汽輪機裝置的熱力特性數(shù)據(jù)</p><p>　　根據(jù)汽輪機運行特性、經(jīng)濟要求及結構強度等因素，比較和確定調(diào)節(jié)級的形式、比焓降、葉型和尺寸</p><p><b>

43、　　調(diào)節(jié)級選型</b></p><p><b>　　調(diào)節(jié)級選擇單列級。</b></p><p><b>　　調(diào)節(jié)級比焓降</b></p><p><b>　　葉型和尺寸的選取</b></p><p>　　噴嘴和動葉葉片的型線選擇是根據(jù)氣流在出口處的馬赫數(shù)確定。雙列級

44、盡量不要選取縮放噴嘴。為了有利于生產(chǎn)制造，降低成本，同一組級葉片應盡量選取相同的葉型。葉片的形式如圖。</p><p>　　葉片寬度B和弦長b的選擇</p><p>　　噴嘴和動葉葉片寬度Bn，Bb的選擇必須滿足葉片強度的要求。葉片寬度過大或過小將會造成材料的浪費或引起葉片的斷裂。根據(jù)葉片制造工藝和通用性的要求，通常一種葉型僅生產(chǎn)幾檔寬度供選擇使用。所以需根據(jù)葉片強度的估算，選取某一檔葉片

45、寬度Bn，Bb以及安裝角αy，βy。當葉片寬度與安裝角確定之后，葉片弦長bn，bb就確定了。</p><p>　　相對節(jié)距t和葉片數(shù)z的確定</p><p>　　在選取噴嘴和動葉出口角口α1，β2時，還需選擇相對節(jié)距tn和tb：tn=Tn/bn，tb=Tb/bb.一定的葉型對應有最佳的相對節(jié)距范圍，所以在選擇tn和tb時應在相應的最佳范圍內(nèi)選取。</p><p>　

46、　葉柵的上述各項幾何參數(shù)選定之后，即可根據(jù)平均直徑dn和db確定噴嘴與動葉數(shù):zn=dn*e*П/tn,zb=П*db/tb然后取整。從葉片強度考慮，通常葉片數(shù)為偶數(shù)。</p><p>　　根據(jù)取整后的葉片敬求出葉片節(jié)距tn和tb，然后在α1-αy-tn，β2-βy-tb特性曲線上查得α1，β2。</p><p>　　汽流出口角α1，β2的選擇</p><p>　　

47、噴嘴與動葉汽流出口角α1，β2對葉柵的通流能力、作功大小及效率高低有較大的影響。決定葉柵出口角大小的最主要因素是相對節(jié)距和安裝角。對應一定的相對節(jié)距和安裝角，噴嘴與動葉有一確定的出口角，往往需要通過對葉片數(shù)及相對節(jié)距的試湊來滿足α1，β2的要求。</p><p>　　進行級的熱力設計時，根據(jù)級蒸汽容積流量的大小，通?？煽紤]在下列范圍中選擇出口角：雙列級中，一般α1= 13 到15度 ，其后備到葉柵的出口角選擇可參

48、考下列范圍：β2=βt- (3～5) ，α1’=α2- (5～lO)，β2=β1-(7—8)。</p><p>　　噴嘴出口汽流速度及噴嘴損失</p><p><b>　　噴嘴中理想比焓降：</b></p><p>　　Δhn=(1-Ωm) Δhs =129kj/kg</p><p><b>　　初速動能：&l

49、t;/b></p><p>　　Δhc0=c0*c0/2000 KJ/Kg假設進入噴嘴時氣體的速度為0；</p><p><b>　　那么Δhc0=0；</b></p><p>　　式中: c0進入噴嘴的蒸汽初速m/s。</p><p>　　滯止理想比焓降： </p><p>　　Δh

50、n*=Δhn +Δhc0 KJ/Kg </p><p>　　噴嘴出口汽流理想速度： </p><p>　　c1t=44.72* =508m/s </p><p>　　噴嘴出口汽流實際速度：</p><p><b>　　噴嘴損失：</b></p><p>　　Δhnξ=(1-φ*φ)*

51、Δhn*=2.56kj/kg </p><p>　　式中: φ嘴速度系數(shù)。</p><p><b>　　噴嘴出口面積</b></p><p>　?。?）、εn>εcr 噴嘴工作于亞音速區(qū)，采用漸縮噴嘴，噴嘴出口面積An為:</p><p>　?。?）、0.4<εn<εcr噴嘴出口汽流速度大于音速，仍

52、采用漸縮噴嘴，但汽流在噴嘴出口產(chǎn)生偏轉，噴嘴出口面積即噴嘴喉部面積通常采用下式計算：</p><p>　　(3)、εn<0.3～0.4噴嘴必須采用縮放形式，其出口面積與喉部面積的計算公式分別與上述兩式相同。</p><p>　　因為噴嘴后的蒸汽為過熱蒸汽，所以</p><p>　　設蒸汽在噴嘴中作等熵流動，通過可以查的噴嘴后的壓力p1和v1t：p1=5.767

53、2mpa v1t=0.05628</p><p><b>　　所以：</b></p><p><b>　　選用漸縮式的噴嘴；</b></p><p><b>　　噴嘴出口高度</b></p><p>　　根據(jù)噴嘴壓力比和蒸汽窖積流量選擇噴嘴型線、葉片寬度Bn、弦長bn、相對節(jié)

54、距tn、葉片數(shù)z，、噴嘴出口角α1，可計算出噴嘴出口葉片高度ln：</p><p><b>　　或 </b></p><p>　　當部分進汽度e<l時，需確定最有利葉片高度，通常采用作圖法：設若干個葉片高度由上式計算出相應的部分進汽度e，然后分別計算出葉高損失Δht和部分進汽損失Δhe，按比例同畫在以ln為橫坐標的圖上，兩條損失曲線之交點所對應的葉高即為最有利葉

55、片高度，見圖（3）。也可采用數(shù)學中求導的方法求得最有利葉片高度。</p><p>　　動葉進出口速度及能量損失</p><p>　　動葉中理想比焓降： </p><p>　　Δhb=Ωm*Δht =43kj/kg</p><p>　　動葉進口汽流速度和方向：</p><p>　　tgβ1=c1*sin（α1）/（c

56、1*cos（α1）-u）=0.4269 </p><p>　　w1=C1*sin（α1）/sin（β1）=313.9m/s</p><p>　　δhw1=w12/2=49.266kj/kg</p><p><b>　　動葉滯止比焓降： </b></p><p>　　Δhb0=Δhb+δhw1 = 43+49.266=92

57、.266kj/kg</p><p>　　動葉出口汽流實際速度： </p><p>　　w2t=，w2=ψ*w2t ，ψ由Ωm和w2t 查ψ圖得到</p><p>　　動葉出口絕對速度（即余速）之方向與大?。?231m/s</p><p>　　α2=arctg[w2*sinβ2/（w2* cosβ2-u）]=32.94°<

58、/p><p>　　動葉進出口汽流速度也可通過速度三角形作圖求出圖（4）。</p><p><b>　　動葉出口面積</b></p><p>　　動葉一般采用漸縮通道，其通道出口面積Ab的計算方法與噴嘴相同。</p><p>　　動葉后的參數(shù)：p=4.6188mpa Vt=0.06727</p><p&

59、gt;<b>　　動葉高度Ib</b></p><p>　　根據(jù)動葉壓力比εb=p2/p1*，選擇動葉型線，葉片寬度Bn,弦長bb、相對節(jié)距tb，確定動葉個數(shù)zb和節(jié)距tn，然后選擇β就可計算出動葉出口高度lb；</p><p>　　當容積流量不大時，一般認為動葉進出口高度相等即lb’=lb此時往往通過確定動葉進口高度來確定動葉出口高度，然后由上式計算出動葉出口角β2

60、。</p><p>　　動葉進口高度lb’通常通過噴嘴出口高度確定，即</p><p>　　Lb=ln+△=19+2.5=21.5mm</p><p>　　式中Δ動葉蓋度，Δ=Δf0+Δr, Δf為葉頂蓋度，Ar為葉根蓋度，根據(jù)經(jīng)驗可取。當容積流量較大時lb較lb’大得多，只能將動葉頂部與根部設計成傾斜形。此時要求傾斜角v12 ～15。</p><

61、;p>　　調(diào)節(jié)級級葉柵幾何參數(shù)</p><p>　　汽輪機壓力級比焓降的分配和比焓降的確定</p><p><b>　　蒸汽通道的合理形狀</b></p><p>　　汽輪機為沖動是汽輪機，采用根部直徑相等的蒸汽通道形狀。這種通道形狀最宜被整鍛轉子采用。其各級的平均直徑是逐漸增加的。國產(chǎn)高參數(shù)汽輪機的高壓轉于及大功率中間再熱汽輪機的中壓轉

62、于都是等根徑的。背壓式汽輪機由于排汽壓力較高，容積流量變化較小，其通道形狀通常也設計成等根徑的。</p><p><b>　　各級平均直徑的確定</b></p><p>　　壓力級中比焓降分配的主要依據(jù)是各級要有合適的速度比x。， 同時使通道形狀光滑變化以達到較高的內(nèi)效率。所以首先要考慮各級直徑選取。各級直徑的選擇既要考慮通道光滑性，還要考慮通用性。其中第一壓力級平

63、均直徑影響最大。</p><p>　　第一壓力級平均直徑的估取</p><p>　　第一壓力級的平均直徑可以根據(jù)調(diào)節(jié)級和末級的平均直徑適當估取。由于調(diào)節(jié)級的部分進汽度在工況變動時是變化的，與第一壓力綴的進汽度不同，因此兩級直徑是不相同的，一般兩級平均直徑之差不小于50-lOOmm。對單缸汽輪機來說，首末兩級平均宜徑之比不小于0.46～0.6。所以當末級為通用葉型級時，第一壓力級的平均直徑就

64、可根據(jù)末級直徑估取。</p><p>　　第一壓力級平均直徑的估?。篸1=900+50=950mm</p><p>　　第一壓力級的平均直徑也可按下式估算： </p><p>　　上式可根據(jù)噴嘴的流量方程、速度與速度比關系推導得</p><p>　　式中 G通過第一壓力級的蒸汽流量，kg/s；</p><p>　　

65、n汽輪機轉速，r／min；</p><p>　　Xa第一壓力級速度比；</p><p>　　ln第一壓力級噴嘴高度，估取時ln>0.012 -0.02m；</p><p>　　Ωm第一壓力級平均反動度；</p><p>　　un噴嘴流量系數(shù)，過熱區(qū)通常取0.97；</p><p>　　e第一壓力級部分進汽度，盡量

66、使e=l，需與葉高ln相應估取；</p><p>　　a1第一壓力級噴嘴出口角；</p><p>　　v1第一壓力級噴嘴出口汽流理想比容，m3/kg。</p><p>　　凝汽式汽輪機末級直徑的估取</p><p>　　末級的平均直徑：dm2=1300/0.6=2166mm</p><p>　　當末級不為通用級時，最后

67、一級的平均直徑可用下式估算： </p><p>　　式中 Gc通過末級的蒸汽流量，kg/s；</p><p>　　a1末級動葉出汽角，一般取a2=90度；</p><p>　　ξ末級余速損失系數(shù)，ξΔhtmax=Δhc2z kj/kg，一般ξ=O.Ol5～0.025；</p><p>　　v2末級動葉排汽比容，m3 /kg;&l

68、t;/p><p>　　θ末級徑高比，θ=dm*dm/(lb*lb)對于小功率汽輪機盡量使θ>8—12，以避免采用扭 葉片，大容量汽輪機可取較小值，但一般θ>2.5～3。</p><p>　　確定壓力級平均直徑的變化</p><p>　　根據(jù)前述的蒸汽通道形狀，確定壓力級平均直徑的變化規(guī)律。通常采用作 法，現(xiàn)介紹如下在橫坐標上任取長度為a的線段BD(一般a=

69、25cm)。用以表示第一壓力級至末級動葉中心之軸向距離。在BD兩端分別按比例畫出第一壓力級與末級的平均直徑值，如圖（4）中的AB與CD （一般AB=dm1/10，CD=dm2/10），根據(jù)所選擇的通道形狀，用光滑曲線將A、C兩點連接起來．AC曲線即為壓力級各級直徑的變化規(guī)律。</p><p>　　級數(shù)的確定及比焙降的分配</p><p><b>　　級數(shù)的確定</b>

70、;</p><p>　?。?）、壓力級平均直徑dm， 在圖（4）上將BD線段分為m等分，如圖中l(wèi)、2、…、(m -l)點（大、中型汽輪機m>5），從圖中量出各段長度，求出平均直徑為：</p><p>　　dm==1571mm</p><p>　?。?）、壓力級平均理想比焓降Δht每級的理想比焓降可由下式確定</p><p>　　=12

71、.337*13=160kj/kg</p><p>　?。?）、級數(shù)的確定壓力級組的級數(shù)可由下式求得：</p><p>　　Z=(1+α)* Δht p/ Δht=6.7</p><p>　　式中 Δht(p)--壓力級的理想比焓降 ，</p><p>　　α為重熱系數(shù)，本機α=0.05 ，將Z取整。</p><p>

72、　　因為采用的是五級回熱抽氣，所以壓力級級數(shù)取6級；</p><p><b>　　比焓降的分配</b></p><p>　　各級平均直徑的求取求得壓力級級數(shù)后，再將圖（3）中線段BD重新分為(z—1)等分，在原擬定的平均直徑變化曲線AC上求出各級的平均直徑。</p><p>　　各級比焓降分配 根據(jù)求出的各級平均直徑，選取相應的速度比，根據(jù)式

73、(2-9)求出各級的理想比焓降。為了便于比較與修正，常常將上述參數(shù)列成表.</p><p>　　各級比焓降的修正在擬定的熱力過程曲線上遂級作出各級理想比焓降Δht,當最后一級的背壓Pz2與排汽壓力Pc’（即pz）不能重合時，必須對分配的比焓降進行修正。圖中Δh為PZ2與Pc以兩壓力差間的理想比焓降，根據(jù)其大小分為若干份，分配給若干級（部分級或全部級）。</p><p>　　將經(jīng)過修正后的各

74、級比焓降Δh，分配在擬定的熱力過程曲線上，并找出相應的各級回熱抽汽壓力。將此抽汽壓力與回熱系統(tǒng)計算所得的抽汽點壓力相比較，看是否相等。一般兩者很難完全喲合，需進行適當調(diào)正。調(diào)正時應注意如下幾點：第一，除氧器的抽汽壓力應大于其額定值，以免負荷變小時不能保證除氧；第二，除氧器前一級抽汽壓力不可過高，否則容易引起給水在除氧器內(nèi)的自沸騰；第三，滿足給水溫度要求。</p><p>　　調(diào)整好抽汽壓力后，還需對回熱系統(tǒng)重新計

75、算，以便最后確定各級通過汽輪機各級組的蒸汽量</p><p><b>　　汽輪機級的熱力計算</b></p><p>　　反動度與損失系數(shù)的選擇</p><p><b>　　反動度Ωm</b></p><p>　　壓力級選擇為反動級：Ωm=0.5</p><p><b&

76、gt;　　速度系數(shù)φ和ψ</b></p><p>　　噴嘴的速度系數(shù)φ和動葉的速度系數(shù)ψ之值主要與葉片高度、葉型、壓力比、進出口角及粗糙度等因素有關，ψ還與反動度有很大關系。一般φ= 0.92～0.98，ψ=0.85—0.95。由于影響因素復雜，往往通過試驗確定。</p><p><b>　　流量系數(shù)μn和μb</b></p><p&g

77、t;　　噴嘴和動葉的流量系數(shù)μn，μb與蒸汽性質(zhì)、比容、汽流在流道內(nèi)的損失及流道進、出口角等因素有關，其大小一般通過試驗獲得。</p><p>　　余速利用系數(shù)μ0和μ2</p><p>　　上級余速動能可被下一級利用的條件是：相鄰兩級的部分進汽度相同，平均直徑變化不大，軸向間隙較小。此時上級余速動能可被下級完全利用，即μ0（μ2）=l。</p><p>　　當相鄰

78、兩級的部分進汽度不同或平均直徑有突變時，上級余速動能不能被下級利用，即=μ0（μ2）0。</p><p>　　當相鄰兩級部分進汽度相等，平均直徑無突變，但在級間有抽汽或旁通調(diào)節(jié)閥時，余速利用系數(shù)通常小于l，可取μ0（μ2）=0.7。在工程計算中為簡單起見，往往將這種情況下的余速利用系數(shù)μ0（μ2）取為l。</p><p>　　第一壓力級的熱力計算</p><p>　

79、　1、一級的計算結果可以得到本級的入口蒸汽參數(shù):p0=4.6188mpa,h0=3273.2kj/kg</p><p>　　2、壓力級的噴嘴的選擇：</p><p>　　葉型編號：Tc-3A，相對節(jié)距，進氣角出氣角</p><p>　　進氣量D1=172t/h</p><p>　　3、壓力級采用反動級，，噴嘴里的比焓降</p>

80、<p>　　噴嘴的入口氣流動能:E0=0.5*=26.68kj/kg</p><p>　　噴嘴出口速度為：Vct=</p><p>　　取噴嘴的出口速度系數(shù)為</p><p>　　則噴嘴的實際出口速度Vc1t=474*0.92=436m/s</p><p>　　通過焓熵圖可以查找到V1t=0.0946</p><

81、p>　　P=2.96mpa,t=362.25℃</p><p><b>　　An=</b></p><p><b>　　而ln=</b></p><p>　　因為ln應該不小于12-15mm，所以去ln=15mm，則動葉高度：lb=ln+△=17mm</p><p>　　求動葉進口氣流相對速度

82、w1和進氣角。</p><p>　　計算動葉前的滯止壓力：</p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　可以得出：</b></p><p>　　P0=3.5818mpa t0=389.673℃</p><p><b>　　V=0.08261

83、</b></p><p>　　計算動葉前的理想比焓降：</p><p><b>　　△hb=</b></p><p><b>　　動葉滯止理想比焓降</b></p><p>　　動葉出口理想速度w2t=</p><p>　　動葉出口實際氣流速度：</p>

84、;<p><b>　　W2=</b></p><p><b>　　動葉損失</b></p><p><b>　　確定動葉葉后參數(shù)：</b></p><p>　　H2=h1-△hb-</p><p>　　焓熵圖可得：p2=2.378mpa</p>&l

85、t;p><b>　　V2=0.1139</b></p><p>　　S=6.77229kj/(kg*k)</p><p><b>　　動葉出口面積：</b></p><p><b>　　Ab=</b></p><p><b>　　動葉出氣角的計算：</b&

86、gt;</p><p>　　確定動葉出口絕對速度c2和方向角</p><p><b>　　C2=</b></p><p><b>　　余速損失：</b></p><p><b>　　計算輪周有效比焓降</b></p><p><b>　　其中&

87、lt;/b></p><p><b>　　級的理想能量：</b></p><p><b>　　E0=</b></p><p><b>　　Wu=</b></p><p><b>　　輪周效率：</b></p><p><

88、b>　　葉高損失的計算：</b></p><p><b>　　輪周有效比焓降：</b></p><p>　　計算輪周效率（考慮摩擦）</p><p><b>　　計算葉輪摩擦損失：</b></p><p><b>　　扇形損失：</b></p>

89、<p>　　隔板漏氣損失：（選擇：dp=590mm,）</p><p><b>　　動葉頂部漏氣損失：</b></p><p><b>　　kj/kg</b></p><p><b>　　級內(nèi)各損失之和：</b></p><p><b>　　級的有效比焓降：

90、</b></p><p><b>　　計算級內(nèi)效率：</b></p><p><b>　　計算級內(nèi)功率：</b></p><p>　　Pis=G*△hi=5064kw</p><p>　　調(diào)節(jié)級和第一壓力級熱力計算數(shù)據(jù)表</p><p>　　汽輪機漏氣量的計算及整

91、機校核</p><p><b>　　閥桿漏汽量計算</b></p><p><b>　　計算公式</b></p><p>　　閥桿靖汽量ΔDv常按下式進行計算：</p><p><b>　　t/h</b></p><p>　　式中 p0閥桿每一分段前蒸

92、汽壓力，Mpa；</p><p>　　V0閥桿每一分段前蒸汽比容，m3/kg；</p><p>　　Av1調(diào)桿間隙面積，cm2；</p><p>　　uv詞稈漏汽流量系數(shù)；</p><p>　　dei桿直徑，cm；</p><p>　　δr調(diào)桿周圍徑向間隙，通常取(0.004—0.005)dei，cm。</p&g

93、t;<p>　　閥桿漏汽流量系數(shù)的確定</p><p>　　閥桿漏汽流量系數(shù)Ⅳ曠與閩桿分段前后壓力比及蒸汽流動狀況層流或紊流有關。一般可按下面步驟確定：</p><p>　　確定R*，R*的汁算公式為</p><p>　　式中 η0蒸汽的動力粘度，Pa.s?？筛鶕?jù)Po ，to查水和水蒸氣熱力性質(zhì)圖表得出。</p><p>　　

94、查紊流流量系μru先計算系數(shù) （l為每一分段長度）然后圖；</p><p>　　確定流量系數(shù)uv當μruRe*<l時，說明閣桿間隙中漏汽流動層流狀態(tài)，則uv=ula,ula可根據(jù)K2=lδr√(Re*)查附圖得到；當μruRe*<l時，uv=μru一般用上述方法計算閥桿漏汽時不考慮光桿或車槽閥桿的影響。</p><p><b>　　軸封漏汽量計算</b>&

95、lt;/p><p><b>　　軸封系統(tǒng)</b></p><p>　　汽輪機前后軸封加上與之相連的管道及附屬設備，稱為汽輪機的軸封系統(tǒng)。合理的軸封系統(tǒng)應在確定汽封結構的情況下，恰當?shù)匕才琵X數(shù)，臺理地選擇軸封各段腔室的壓力，盡量簡化系統(tǒng)，減少漏汽量，并設法回收漏汽以提高機組效率。常用的軸封系統(tǒng)有閉式與開式兩種。</p><p>　　閉式系統(tǒng)較為復雜，

96、但漏汽封閉在系統(tǒng)中，利于安全、經(jīng)濟運行。其特點為：</p><p>　　回收泄漏蒸汽。高中壓汽缸中漏出的蒸汽與相當壓力的回熱抽汽接通，其熱量可用于加熱給水；</p><p>　　沒有均壓箱向汽封供汽。由壓力調(diào)整器維持送汽腔室的壓力恒定于0.101--0.127MPa</p><p>　　設有真空腔室。真空腔室壓力為9.5kPa，靠汽封系統(tǒng)中軸封冷卻器維持，用以防止高

97、溫蒸汽漏八軸承或外界空氣漏八 汽缸。漏入真空母管的漏汽和空氣，被回收到軸封冷卻器加熱給水。</p><p>　　基于上述原因故采用閉式軸封系統(tǒng)。</p><p><b>　　軸封漏汽量計算</b></p><p>　　計算軸封漏汽量的方法很多，常采用下述方法。</p><p>　　判別軸封末齒中漏汽流動狀態(tài)判別式為：&

98、lt;/p><p>　　式中 zf軸封段汽封齒數(shù)。</p><p>　　計算漏汽量ΔDt，當kl>Pz/P0時，軸封末齒中汽流速已達到臨界速度，應用下式汁算軸封漏汽量：</p><p>　　當kl<Pz/P0時，汽流在汽封中為亞音速流動，可用下式計算軸封漏汽量：</p><p>　　式中 P0，Pz軸封段前后汽室壓力，Mpa；&l

99、t;/p><p>　　Vo軸封段前蒸汽比容，m3/kg；</p><p>　　Al軸封段之間隙面積，Al=Пdlδl，dl為該段軸封直徑，δl為該段軸封徑向間隙，一般取δl=0.03～0. 04cm，剛性轉子間隙還可小， 汁算時考慮汽輪機長期運行間隙會加大，一般取名義間隙的1.5—2倍，cm 2；</p><p>　　μl軸封漏汽流量系數(shù)，與軸封齒形結構有關，設計時通

100、常取μl=l。</p><p><b>　　汽封直徑的確定</b></p><p>　　對于整鍛轉子，汽封直徑即為轉子直徑。對于紅套葉輪轉子，葉輪輪轂直徑為汽封直徑，主軸直徑通常耍比葉輪輪轂直徑小80～lZOmm，所以要確定紅套葉輪轉子的汽封直徑磐須首先確定主軸直徑d。。主軸直徑主要是從主軸的強度及振動角度出發(fā)，根據(jù)主軸臨界轉速來決定的。一般中壓凝汽式汽輪機臨界轉速n

101、cr小于工作轉速n，當n=3000r/min時，ncr=1600～2200r/min，可用下式近似公式：估取臨界轉速：</p><p>　　式中 da主軸最大直徑，mm；</p><p>　　L兩軸承間距離，m；</p><p><b>　　M轉子質(zhì)量，kg。</b></p><p>　　對于整鍛轉子，可用下式近似計算

102、臨界轉速：</p><p>　　在設計時可參考同類型汽輪機先估計L和m值，給定臨界轉速范圍，然后由上二式可近似求得汽封直徑。在確定前軸封直徑時，還要考慮整個轉子的軸向推力。</p><p><b>　　整機校核</b></p><p><b>　　通流部分光滑</b></p><p>　　在進行熱力

103、計算的同時，應繪制出通流部分草圖，隨時檢查通流部分是否光滑。當通流部分在葉片高度方面需作少量改變時，可通過改變反動度及出口角來實現(xiàn)；當通流部分需作較大變動時，必須改變平均直徑。</p><p><b>　　效率與功率的校核</b></p><p>　　計算出的實際相對內(nèi)效率與迸汽量估算時所估取的相對內(nèi)效率之相對誤差Δη在1%之內(nèi)為優(yōu)，不應大于3%。實際計算出的汽輪機內(nèi)

104、功率與原設計要求的內(nèi)功率之誤差也不應超過3%，但在制造、安裝過程中難免出現(xiàn)誤差，可以考慮比設計要求值大2%，以保證機組的出力。根據(jù)實際計算的相對內(nèi)效率、抽汽量、漏汽量及設計工況下內(nèi)功率進行總蒸汽流量的校核，若汽輪機進汽量與康估計值的誤差大于1 %但小于3%，則只需按比例修正噴嘴與動葉的高度；若誤差大于3%，則應根據(jù)計算所得流量及修正后的實際熱力過程曲線進行第二次計算。</p><p><b>　　額定功

105、率的保證</b></p><p>　　全機設計功率計算完畢后，還應計算該汽輪機在額定功率下所需蒸汽量，并保證通道能通過此蒸汽流量。在選定調(diào)節(jié)級進汽度時，還需考慮最大功率時的蒸汽流量，并留有足夠的余量以保證在初參數(shù)降低或背壓升高時仍然能發(fā)出額定功率。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　【1】靳智平主編，

106、電廠汽輪機原理及系統(tǒng)。 中國電力出版社，2004</p><p>　　【2】沈士一，莊賀慶，康松，龐立云 汽輪機原理。 水利電力出版社，1992</p><p>　　【3】馮慧雯主編 汽輪機課程設計參考資料。 水利電力出版社，1992</p><p>　　【4】黃樹紅主編 汽輪機原理。 中國電力出版社，2