N25-3.5435汽轮机通流部分热力设计.doc

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1、汽轮机课程设计说明书 汽轮机课程设计说明书 第一部分：课程设计的任务与要求：一设计题目：N25-3.5/435汽轮机通流部分热力设计二已知参数：额定功率：pr25MW， 额定转速：ne3000r/min， 设计功率：pe20MW， 新蒸汽压力：p03.5MPa，新蒸汽温度： t0435， 排汽压力：pc0.005MPa，给水温度：tfw160170， 冷却水温度：tw120，给水泵压头：pfp6.3MPa， 凝结水泵压头:pcp=1.2MPa，射汽抽汽器用汽量： Dej500kg/h，射汽抽汽器中凝结水温升： tej3，轴封漏汽量： D11000kg/h，第二高压加热器中回收的轴封漏汽量： D

2、1700kg/h。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）回热系统热平衡初步计算及回热系统示意图绘制；（3）非调节级理想比焓降分配和级数确定；（4）计算调节级与非调节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）计算级效率、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，以及调节级详细热力过程曲线示意图，整机热力过程曲线图；（8）编写计算机程序方框图；（9）编写计算机运行程序；（10）调试并运行热力设计计算机程序；（11）编

3、写课程设计说明书（说明书规格按学校要求，内容为上述计算内容）。第二部分：汽轮机热力计算一、汽轮机进汽量D0的初步估算和近似热力过程曲线的初步计算1根据已知的p0、t0和pc，确定蒸汽通过主汽门、配汽机构及排汽管中的压力损失。进汽机构节流损失： 排汽管中压力损失： 调节级前的压力为： 末级动叶后压力为： 2选取机组的相对内效率、发电效率和机械效率由于汽轮发电机组的额定功率：pr25MW所以取汽轮机相对内效率ri0.82，发电机效率g 0.970(全负荷)，机械效率ax0.9883热力过程曲线的初步拟定由p03.5MPa，t0435确定初始状态点“0”：3304.07735 kJ/kg， = 6.

4、9597 kJ/(kgK)由 kJ/kg，从而确定“1”点：= 6.9778kJ/(kgK)， = 434.118过“1”点做定熵线与Pc=0.005MPa的定压线交于“”点，查得：= 2122.1146kJ/kg， = 32.91整机理想焓降为：kJ/kg整机有效焓降为：1181.9630.82 969.2095kJ/kg从而确定“3”点的比焓为： =-=3304.07735969.2095=2334.86785kJ/kg又因为余速损失为：kJ/kg 所以“4”点的比焓为：再由可以确定“4”点，并查得： =7.56144kJ/(kgK)然后用直线连接“1”、“4”两点，求出中点“2”， =2

5、807.653 kJ/kg， =7.26962 J/(kgK)并在“2”点沿等压线向下移14kJ/kg得“2”点， =2793.653 kJ/kg， =7.237437 J/(kgK)过“1”、“2”、“3”点作光滑曲线即为汽轮机的近似热力过程曲线。汽轮机近似热力过程曲线图见附图-1.4整机进汽量估计 （kg/h）取 回热抽汽进汽量增大系数，漏汽蒸汽余量，汽轮机相对内效率，机械效率，发电机效率二、调节级详细计算1根据调节级的选择原则，选取调节级的型式及相关参数如下：a）调节级型式：双列复速级 b）理想焓降： c）平均直径： d）反动度： e）速度比： =0.24 注： 2喷嘴理想比焓降： kJ

6、/kg3计算喷嘴出口汽流状态并选择喷嘴型线：取喷嘴的速度系数则喷嘴损失： kJ/kg kJ/kg在h-s图上近似做出热力过程线，取动叶进口参数为：1.63MPa， =0.1677m3/kg因为,故在喷嘴中汽流为超声速流动，故选择TC-2型线，出汽角为=15。4喷嘴出口汽流速度： m/s m/s 5计算喷嘴出口面积：查得喷嘴流量系数0.97 kg/s 6计算喷嘴最小截面积及斜切部分偏转角 因为,所以汽流在斜切部分发生膨胀，产生偏转: cm2 解得：7计算喷嘴出口高度和部分进汽度e因为所以 取，则求得：，满足要求。8. 计算第一列动叶进口汽流角和相对速度 kJ/kg 由上可查h-s图得第一列动叶进

7、口的滞止压力=2.36108MP9. 计算第一列动叶出口汽流相对速度第一列动叶理想焓降：kJ/kg第一列动叶滞止理想焓降：kJ/kg第一列动叶出口汽流相对速度 m/s在图4中查得： m/s10第一列动叶损失为： kJ/kg根据和在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：P21.47282MPa，V20.1825397m3/kg11第一列动叶出口面积： 由于， 故汽流在第一列动叶中为亚声速流动。12. 第一列动叶出口高度和汽流出口角由前面计算可知：所以查表1得： ，对于一短叶片，有：进而汽流出口角13第一列动叶出口汽流速度和出汽角 14. 导叶的理想比焓降 kJ/kg kJ/

8、kg15. 计算导叶出口速度理想速度：查图4可得：实际速度：16. 导叶内损失： kJ/kg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. 计算导叶出口截面积及进口高度导叶出口截面积：导叶进口高度：18. 导叶出汽角 19. 第二列动叶进口相对速度和方向 20. 计算第二列动叶出口汽流相对速度第二列动叶理想比焓降： kJ/kg滞止理想焓降： kJ/kg21.动叶出口理想相对速度： 查图4可得： 动叶出口实际相对速度：22. 第二列动叶损失为： kJ/kg根据和在h-s图中做出动叶热力过程曲线，查得第二列动叶后蒸

9、汽状态点： P21.40725MPa，V20.191034m3/kg23. 计算第二列动叶相关参数第二列动叶出口截面积：第二列动叶进口高度：第二列动叶出口高度：24第二列动叶出口汽流角：25第二列动叶出口汽流绝对速度方向与大小 26余速损失为： kJ/kg27轮周有效焓降（不计叶高损失）： kJ/kg28. 轮周效率的计算及校核 所以它是合格的。29计算叶高损失 kJ/kg（对于复速级）30轮周有效比焓降：kJ/kg轮周功率：31部分进汽损失与叶轮摩擦损失叶轮摩擦损失： kJ/kg在计算部分进汽损失时，由于采用的是双列级，于是Ke=0.55，Ke=0.016，所以有 32级有效比焓降为： 内功

10、率为： 取第一级非调节级和调节级之间的余速利用系数为0.9 则非调节级进口处参数为： 查得 P=1.4072512 MP s=7.1106 J/(kgK) v=0.19660876 m3/kg33级效率为：34调节级叶栅几何参数选择（1）喷嘴：由前面的计算可知，喷嘴叶型为：TC-2， ，于是取，。 ，取整得：反算： 合格查得安装角为38（2）第一列动叶：由前面的计算知：，故选TP-1B型，于是取，。，取整得：反算： 合格查得安装角为81（3）导叶：由前面的计算知：,选TP-3A型，于是取，。 ，取整得：反算： 合格查得安装角为78（4）第二列动叶：由前面的计算知：，选TP-5A型，于是取，。，

11、取整得：反算： 合格查得安装角为78三、回热系统平衡初步估算1）给水回热参数确定1. 确定给水温度 初蒸汽压力：，它对应的饱和温度为：，所以给水温度在157.65181.91C之间，取。2确定抽汽级数 因为初压，初温，参照表3可知，选取，其中2个高压加热器、2个低压加热器、1个除氧器。检验得上面取的给水温度也在要求的范围内。3给水比焓升的分配 因为给水温度，同时，则可查得：又由排汽压力查得：，采用等比焓升分配原则，每级加热器中给水焓升为： 在规定范围内。4确定加热器端差 参照25MW机组示例，取高压加热器端差为5C，低压加热器端差为3C，除氧器的端差为0C。5确定抽汽管道压损 同样参照25MW

12、机组示例，取除氧器的抽汽管道压损，高压、低压加热器的抽汽管道压损。6确定各级加热器的汽水参数 由于各级加热器中给水比焓升确定了，则各级加热器出口水温也就确定了。根据传热端差可以确定各加热器抽汽凝结水的温度，继而可查得对应下饱和蒸汽压力，即各加热器内抽汽压力，以及汽轮机各抽汽室的压力。在h-s图上近似热力过程线中，分别找到各抽汽点的焓值，并将其列于下表中：加热器号抽汽压力抽汽比焓抽汽管压损加热器工作压力饱和水温度饱和水比焓出口端差给水出口温度给水出口比焓H10.96934301080.89179175.00741.17935170.00720.605H20.48424288580.4455014

13、7.58621.54355142.58604.1216HD0.204652730170.16986115.16482.80680115.16487.6382H30.07839257080.0721290.74379.8681387.74371.1548H40.02524239580.0232263.32265.3121360.32254.67147原则性热力系统图由于调节级的情况、压力级的情况及抽汽的位置均未定，所以无法做出准确的图。下面仅为示意图，真实图见作图纸上。2）回热系统热平衡估算：(1)H1号高压加热器 近似取 ，下同。因为 所以(2)H2号高压加热器先不考虑漏入H2的轴封漏汽及H1

14、的疏水，有： 考虑H1疏水注入H2,使本级抽汽量减少的相当量为： 考虑轴封漏汽使抽汽量减少的相当量为： H2号高压加热器实际的抽汽量为：(3)HD除氧器除氧器质量平衡方程：除氧器热平衡方程：代入数据得：联立两方程解得：，所以除氧器的抽汽量为：(4)H3号低压加热器 类似于H1的情况，可以列出如下式子： (5)H4号低压加热器凝汽器压力，对应的，因为射汽抽气器中的凝结水温升为： 所以H4号低压加热器进口水温为：又进口水压为凝结水泵压头，为1.2MP进而可知：，则H4的计算抽汽量为： H3疏水注入H4引起的抽汽减少量为： （6）将计算结果列于下表：项 目符 号单 位加 热 器 号H1H2HDH3H

15、4抽汽压力peMpa0.969340.484240.204650.078390.02524加热器压力peMpa0.891790.445500.169860.072120.02322抽汽比焓hekJ/kg30102885273025702395压力pe下饱和温度te175.00147.58115.1690.7463.32压力pe下饱和水比焓hekJ/kg741.1793621.5435482.8068379.8681265.3121每公斤蒸汽放热量hekJ/kg2268.82072263.45652247.19322190.13192129.6879被加热的给水量Dfwkg/h96893.896

16、893.883064.483064.483064.4给水进口温度tw1142.58115.1687.8460.3235.908给水进口水比焓hw1kJ/kg604.1216487.6382371.1548254.6714151.418加热器端差t55033给水出口温度tw2170.00142.58115.1687.8460.32给水出口比焓hw2kJ/kg720.605604.1216487.6382371.1548254.6714给水比焓升hfwkJ/kg116.4834116.4834116.4834116.4834103.2534抽汽量Dekg/h5076.14042.63710.745

17、083867四、压力级焓降分配和级数确定1第一非调节级平均直径的估计 由于调节级的部分进汽度在工况变动时是变化的，而且与第一非调节级的部进汽度不同，因此两级的直径不能相同，一般两级直径差不小于50100mm，故取。2凝汽式汽轮机末级平均直径的估取取末级平均直径：同时，满足约束条件。3凝汽式汽轮机级数及焓降的确定(1)确定非调节级平均直径的变化规律取一段线段BD，表示知第一非调节级与末级之间的动叶中心距。在BD两端的纵坐标上按比例绘制出第一非调节级与末级的平均直径AB、CD，用一条逐渐上升的光滑曲线把A、C两点连接起来，再把BD分成11等分（115，满足要求），在从均分点处作垂线，便可从图中得到

18、各级的平均直径，再按原则取出各级的最佳速比。将直径与速比都列在下表中：1234567891011121050106510821102113011651210127013461443156617200.490.4920.4940.4950.4960.4970.4980.50.510.520.540.56 (2)确定非调节级各级理想比焓降 进而可得：压力级平均理想比焓降为： (3)级数的确定由前面可知调节级的出口“2”点的状态为：，又，由和可查得：。初估重热系数，则压力级级数为：取整得：Z13。 (4)重热系数校核 取K=0.14, ，则有：与假设值接近，满足要求。故取重热系数。(5)比焓降分配在

19、图中将BD分成Z-1(=12)份，按与上面相同的方法分配直径，速比，焓降。直径变化规律曲线见附图。进而可得：又有：，计算结果列在下表中： 级 号123456平均直径Dm105010661084110511301161速度比xa0.490.4920.4940.4950.4960.497试算比焓降（ht）56.6494957.9153659.403861.4785764.0328967.32265最后确定的比焓降ht56.7071857.9730559.4614961.5362664.0905867.3803478910111213总和ht12001249131013841475158617200

20、.4980.50.510.520.530.540.5671.6330476.9829381.3976487.3926895.55246106.4213116.38321002.56671.6907377.0406281.4553387.4503795.61015106.479116.4409(6)按分配比焓降在焓熵图上得到相应各级压力，与回热系统要求的抽汽压力相比较，十分接近，而且满足除氧器及给水的相关要求，所以可以继续后面的计算。五、非调节级详细计算(1)第一压力级详细计算1. 级反动度：，直径：，级焓降： 级流量： 圆周速度： 喷嘴理想比焓降： 查得喷嘴后蒸汽状态参数：P1t1.16388

21、 MP，V1t0.2275325m3/kg 2. 压力比： 喷嘴滞止焓 故可查得滞止压力=1.55741MP，故喷嘴中汽流为亚音速流动，故选TC-1A型叶片，取出汽角12 3喷嘴出口汽流速度：4喷嘴出口面积：5喷嘴出口高度 ：6喷嘴损失：7动叶进口汽流角和相对速度 8动叶理想比焓降： 滞止理想比焓降 9动叶出口汽流相对速度 10动叶损失：查得动叶出口参数：P21.1424879MPa，V20.2321126m3/kgH23083.8976，s=7.119832 J/(kgK)11动叶出口面积：12. 动叶出口高度和汽流出口角 13动叶出口汽流速度和出汽角 14余速损失：15轮周有效焓降（不计叶

22、高损失） 16. 轮周效率及校核 由于第一级和第二级直径变化不大，故设定余速利用系数为1 故=所以计算结果满足要求。 17计算叶高损失 （对于单列压力级a=1.6） 18轮周有效比焓降： 轮周功率： 19叶轮摩擦损失 20隔板漏气损失 21叶顶漏气损失 查 图-8得 =0.25 =0.94 =0.29 22湿汽损失 由于级前、后的干度均为1，所以为零。 23. 级有效比焓降 24内功率 25级效率26第一压力级叶栅几何参数选择 a)喷嘴： 由前面的计算可知，叶型选为：TC-1A，于是取，。 ，取整得：反算：查得安装角为32.6b)动叶：由前面可知：,故选TP-2A型，于是取，。，取整得：反算：

23、查得安装角为76.2 (3) 其它各压力级计算过程与第一相同，用Excel软件计算，过程不再书写，只将各级计算的结果列于附表1和表2中。六、回热系统校核修正 在压力级详细计算过程中，通过回热系统初算的各级抽汽压力和压力级详细计算过程中各级末端的出口压力对比，选择出口压力与初算相近的该级末端出口作为回热抽汽点。并根据该抽汽点压力重新逐级计算和修正抽气量和各级加热器进出口参数。 计算过程和回热系统平衡初步估算相同，过程不再书写。逐级计算修正后结果见下表：项 目符 号单 位加热器号H1H2HgH3H4抽汽压力peMpa0.973760.4445870.2249230.092250.028343加热器

24、压力peMpa0.895860.409020040.186686090.084870.02607556抽汽比焓hekJ/kg30502900278526382480压力pe下饱和温度te175.1646144.4255118.067395.11265.945压力pe下饱和水比焓hekJ/kg741.1793607.9244495.1434398.24276.257每公斤蒸汽放热量hekJ/kg2308.82072292.07562289.85662239.762203.743被加热的给水量Dfwkg/h96893.896893.883839.383839.383839.3给水进口温度tw114

25、0118.0673906235.908给水进口水比焓hw1kJ/kg604.1216490.844377.811260.44151.419加热器端差t5.16464.425505.1123.945给水出口温度tw2170140118.06739062给水出口比焓hw2kJ/kg722.161592.974490.844377.811260.44给水比焓升hfwkJ/kg118.0394102.13113.033117.371109.021抽汽量Dekg/h5054.8323348.8813650.854483.1253984.092七、整机效率、整机功率的核算1整机效率核算 所以整机效率满足要

26、求。2整机功率的核算 所以整机功率有一定的误差。八、结果分析总结综上所述，相对内效率满足要求，但是功率的误差较大，主要原因分析如下：1焓熵图读图误差较大，误差在最后被放大了；2回热抽汽各级加热器加热温升分配不合理，各级抽汽压力偏高，使得机组做功能力下降。3压力级各级直径划分不合适；4各级喷嘴的入口角取的不太合适，存在进汽损失；5各压力级的最佳速比和反动度的选择不一定最佳6各种损失的系数和余速利用系数的选择较随意，有一定偏差。7计算是以各级平均直径处的参数进行计算的，但实际中沿叶高方向上有变化。 这些原因共同导致了功率的误差和与实际电厂机组的差别。附表1：序号计算项目符号单位第1级第2级第3级第

27、4级第5级第6级第7级1级反动度m0.090.110.130.150.170.190.212级平均直径dmmm10501066108411051130116112003级的理想比焓降htkJ/kg56.707 57.973 59.641 61.536 64.091 67.380 71.691 4通过级的流量Gt/h95.394 95.394 90.340 90.340 90.340 86.995 86.995 5通过级的流量Gkg/s26.498 26.498 25.094 25.094 25.094 24.165 24.165 6圆周速度um/s164.850 167.362 170.188

28、 173.485 177.410 182.277 188.400 7上级余速利用系数00.90 1.00 1.00 0.97 0.97 0.95 0.92 8利用上级余速动能hc0kJ/kg9.937 1.909 1.732 2.090 2.186 2.435 2.444 9级的滞止理想比焓降ht*kJ/kg66.644 59.882 61.373 63.564 66.211 69.693 73.939 10喷嘴理想比焓降hnkJ/kg51.603 51.596 51.731 52.306 53.195 54.578 56.636 11喷嘴滞止理想比焓降hn*kJ/kg61.540 53.50

29、5 53.463 54.396 55.381 57.013 59.080 12级的入口焓值h1kJ/kg3134.7983089.09613041.29642992.24352940.79142886.60062829.056613喷嘴前滞止焓h*kJ/kg3144.7353091.00523043.0282994.33352942.97742889.03522831.500814喷嘴前滞止压力P1*Mpa1.557411.290051.0939510.88277940.65662780.4818110.32715喷嘴后理想出口焓h1tkJ/kg3083.19463037.50012989.5

30、6492939.93762887.59622832.02252772.420916喷嘴后蒸汽压力P1tMpa1.163880.94032880.79125420.61575650.46738990.34403280.2432817喷嘴后蒸汽比容V1tm/kg0.22753250.27086330.30776010.37701180.47053080.6013890.79286218喷嘴前后压力比n0.7473 0.7289 0.7233 0.6975 0.7118 0.7140 0.7440 19喷嘴中流动状态亚声速亚声速亚声速亚声速亚声速亚声速亚声速20喷嘴叶型TC-1ATC-1ATC-1A

31、TC-1ATC-1ATC-1ATC-1A21出气角1121212.512.513131422喷嘴出口气流理想速度C1tm/s321.248 321.225 321.647 323.427 326.165 330.378 336.548 23喷嘴速度系数0.970.970.970.970.970.970.9724喷嘴出口实际气流速度C1m/s311.611 311.588 311.997 313.725 316.380 320.467 326.451 25喷嘴流量系数n0.970.970.970.970.970.970.9726喷嘴出口面积Ancm2193.486 230.349 247.536

32、 301.566 373.211 453.486 586.908 27喷嘴高度lnmm28.24 33.12 33.62 40.18 46.78 55.33 64.42 28喷嘴损失hnkJ/kg3.6370 3.1621 3.1597 3.2148 3.2730 3.3695 3.4916 29动叶进口汽流角124.829 25.228 26.662 27.068 28.526 29.001 31.589 30动叶进口相对速度w1m/s154.217 151.919 150.419 149.151 148.958 148.623 150.697 31喷嘴余速损失hw1kJ/kg11.8915

33、 11.5397 11.3130 11.1230 11.0942 11.0444 11.3548 32动叶理想比焓降hbkJ/kg5.1036 6.3770 7.7300 9.2304 10.8954 12.8023 15.0551 33动叶滞止理想比焓降hb*kJ/kg16.9951 17.9168 19.0430 20.3535 21.9896 23.8467 26.4099 34动叶速度系数0.9340.9350.9360.9370.9380.940.94235动叶出口汽流理想相对速度W2tm/s184.359 189.292 195.150 201.754 209.706 218.38

34、2 229.818 36动叶出口汽流相对速度W2m/s172.191 176.988 182.661 189.043 196.704 205.279 216.489 37动叶损失hbkJ/kg2.1693 2.2535 2.3595 2.4838 2.6422 2.7758 2.9747 38动叶出口焓值h2kJ/kg3083.90 3036.54 2987.35 2936.41 2882.62 2825.37 2763.83 39动叶后压力P2MPa1.14249 0.97376 0.76637 0.59151 0.44459 0.32313 0.22492 40动叶后比容V2m3/kg0.

35、23211 0.26116 0.31729 0.39124 0.49240 0.63585 0.84841 41动叶出口面积Abc357.195 391.008 435.894 519.347 628.171 748.514 947.020 42盖度mm222223343动叶出口高度lbmm30.24 35.12 35.62 42.18 48.78 58.33 67.42 44动叶汽流出口角220.984 19.421 21.063 20.777 21.270 20.602 21.878 45动叶岀汽角293.740 90.387 89.811 87.257 85.320 82.257 81.

36、235 46动叶出口汽流绝对速度C2m/s61.792 58.849 65.646 67.135 71.593 72.894 81.623 47动叶余速损失hc2kJ/kg1.9091 1.7316 2.1547 2.2535 2.5628 2.6568 3.3312 48轮周有效焓降（不计叶高损失）hukJ/kg48.9916 50.8258 51.7877 53.5842 55.6126 58.5784 61.8932 49理想能量E0kJ/kg64.7030 58.1505 59.1031 61.4403 63.8419 67.3708 71.1036 50轮周效率-实际u0.7658 0.8740 0.8762 0.8721 0.8711 0.869