汽轮机课程设计.doc
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1、汽轮机课程设计第一章 绪言1.1、变工况计算的意义汽轮机在变工况条件下工作时,沿通流部分各级的蒸汽流量,喷嘴动叶前后的气温,汽压及湿度将偏离设计值,使零部件的受力情况,轴向推力,效率,出力发生变化。此外,汽轮机在启停或负荷剧烈变动时,可能在零部件中产生很大的热应力,引起金属材料疲劳损伤,影响机组寿命,这种情况,在大型机组上尤为注意。为此常常需要对它们进行校核和分析,以保证机组的安全可靠和经济运行。由于变工况热力计算能获得各级的状态参数,理想比焓降,反动度,效率,出力等较详尽的数据,这就为强度分析,推力计算以及了解效率及出力变化提供了科学的参考依据。因此,变工况热力核算常成为了解机组运行情况,预
2、测设备系统改进所产生的效果,乃至分析事故原因的重要手段。1.2、变工况数值计算的方法与特点1.2.1、方法汽轮机整机的热力计算是建立在单级核算的基础上的。目前,在变工况计算中,根据不同的给定原始条件,单级的详细热力核算可分为顺序计算和倒序计算两种基本方法,此外还有将倒序和顺序结合起来的混合算法。1.2.2、特点顺序算法以给定的级前状态为起点,由前向后计算;倒序算法则以给定的级后状态为起点,由后向前计算。混合算法中,每级都包含若干轮先是倒序后是顺序的混合计算,只有当倒序与顺序的计算结果相符合时,级的核算才可以结束,然后逐级向前推进。三种方法都建立在喷嘴和动叶出口截面连续性方程和单级工作原理的基础
3、上,并且计算时,级流量和几何尺寸是已知的。与此相对应,单级的数值计算也有顺序,倒序和混合三种算法。汽轮机在级在偏离设计工况工作时,在许多情况下,常常已知级后的压力以及流量,此时采用以级后状态为起点的倒序算法较为方便。这种情况常出现在凝汽式和被压式机组的末级或是抽汽机组抽汽点前面的压力级,也可能出现在通流部分被拆除级前面的压力级,由于凝汽器内的压力或是抽汽压力或是被压发生变化,需要对其级前的功率,效率进行校核。在另外一些情况下,则可能已知级前的状态与级流量,此时应采用以级前状态为起点的顺序算法比较方便,例如通过计算得到或通过实验测得调节级室的压力和温度,因此压力级组前的状态是已知的,在此情况下,
4、对压力级的校核就应采用顺序算法。第二章 特定冷端条件下的设计工况热力计算2.1、原始资料,机组的基本参数 原始资料包括:机组的类型、基本参数、热力系统、阀杆与轴封数据,加热汽水参数表及其他参数。2.1.1、机组的类型机组型号:N50-8.82/535.机组形式:高压、单缸单轴凝汽式汽轮机。2.1.2、基本参数名称设计负荷下的参数名称设计负荷下的参数额定功率Pel=50MW调节级形式单列调节级新蒸汽压力P0=8.82MPa调节级的比焓降112kJ/kg新蒸汽温度t0=535调节级速比xa=0.364凝汽器压力Pc=5.5kPa调节级平均直径dm=1100mm汽轮机转速n=3000r/min调节级
5、反动度m=0.075回热抽汽级数两高、四低、一除氧部分进汽度e=0.3328给水温度tfw=217喷嘴汽流出汽角1=12.9工作压力pd=0.588MPa动叶汽流出汽角2=19.72.1.3、热力系统(1) 50MW机组热力过程线(2) 、具有给水回热的热力系统图 (3) 、N50-8.83/535型汽轮机回热系统示意图(4) 、50MW汽轮机轴封系统图 2.1.4、阀杆与轴封数据(1) 主汽阀和调节汽阀阀杆数据项目符号单位主汽阀调节汽阀1段2段3段1段2段3段阀杆数z14阀杆直径dvcm3.43.6径向间隙rcm0.020.02间隙面积Avcm0.2140.227分段长度lcm41.8115
6、.833.343.8(2) 轴封数据项目符号单位前轴封后轴封1段2段3段4段5段6段1段2段3段轴封直径d1cm3.43.655.345.8径向间隙1cm0.050.05轴封齿数z78361012962.1.5加热器汽水参数表项目单位H1H2H3(HD)H4H5H6H7SGC回热抽汽抽汽压力pjMPa2.621.490.9760.4640.1810.0850.0430.0950.0055抽汽温度tj(干度xj)3873192721960.9970.9580.932抽泣比焓值hjkJ/kg3208.683080.532992.152849.222695.042564.192473.342737.
7、51抽汽压损pj88408888加热器汽侧压力pjMPa2.41041.37080.5880.426880.166520.065320.03284pj下的饱和水温tbj222.01194.06158145.97114.5288.1271.19pj下饱和水比焓hbjkJ/kg953.01825.73667.08614.88480.5369.06298411.42抽汽放热qjkJ/kg2360.162369.742325.072234.342214.542195.132175.342326.09疏水上端差j5505555下端差j1010疏水温度tsj199.06168疏水比焓hsjkJ/kg848
8、.52710.79疏水放热jkJ/kg137.7343.71134.38111.4471.06水侧加热器出口水温twj217.01189.06158141.25110.0883.9667.3135.534.4加热器水侧压力pwMPa13.7313.730.5881.331.331.331.331.33加热器出口水比焓hwjkJ/kg933.55809.35674.77/667.08595.16462.55352.59282.85150.09144.17给水比焓升jkJ/kg124.2134.5873.1133.78111.1470.92141.165.382.1.6其他参数给水泵出口压力pfp
9、=13.73MPa;凝结水泵出口压力pcp=1.33MPa;机械效率m=0.98;加热器效率h=0.98。汽轮机的相对内效率主汽阀和调节汽阀节流压力损失。排气阻力损失。2.2、阀杆漏汽量与轴封漏汽量计算汽轮机进汽量 设m=1.15,机械效率m=0.98,发电机效率g=0.98,汽轮机漏汽量D0=3%D0,额定功率Pel=50MW,则: =3.650000/(1191.70.980.98)+0.03D0 =186.46t/h 该机组有一个主汽阀和4个调节汽阀,阀杆漏汽大部分漏到除氧器中,另外一少部分通过真空管道被射汽抽汽器吸入轴封冷却器。2.2.1、主汽阀阀杆漏汽量的计算主汽阀杆间隙面积;第1段
10、阀杆漏汽系数;第1段阀杆前蒸汽参数为,。则主汽阀杆漏汽量。第2段阀杆漏汽系数;第2段阀杆前蒸汽参数为,。则流经第2段阀杆漏汽量。2.2.2、调节汽阀阀杆漏汽主汽阀杆间隙面积;第1段阀杆漏汽系数;第1段阀杆前蒸汽参数为,。则调节汽阀杆漏汽量。第2段阀杆漏汽系数;第2段阀杆前蒸汽参数为,。则流经第2段阀杆漏汽量。根据主汽阀杆和调节汽阀阀杆的漏汽计算,可得阀杆总漏汽量;轴封冷却器回收阀杆漏汽其余除氧器回收。2.2.3、前轴封漏汽轴封1、2、3段间隙面积;第1段轴封前蒸汽参数为,(调节级喷嘴后参数)。第1段轴封后蒸汽参数为。判别系数则前轴封漏汽量;第2段轴封前蒸汽参数为,。第2段轴封后蒸汽参数为。判别
11、系数则前轴封漏汽量;第3段轴封前蒸汽参数为,。第3段轴封后蒸汽参数为。判别系数则前轴封漏汽量;轴封4、5、6段间隙面积:;第4段轴封前蒸汽参数为,。第4段轴封后蒸汽参数为。判别系数第4段轴封流经蒸汽量;第5段轴封前蒸汽参数为,。第5段轴封后蒸汽参数为。判别系数第5段轴封流经蒸汽量。2.2.4、后轴封漏汽轴封1、2段间隙面积;第1段轴封前蒸汽参数为,。第1段轴封后蒸汽参数为。判别系数第1段轴封流经蒸汽量;第2段轴封前蒸汽参数为,。第2段轴封后蒸汽参数为。判别系数第2段轴封流经蒸汽量。由上面计算可得:阀杆漏汽量除氧器回收前轴封漏汽量流到2号高压加热器的蒸汽量流到5号低压加热器的蒸汽量流到7号低压加
12、热器的蒸汽量均压箱向前轴封供汽量;均压箱向后轴封供汽量;均压箱总供汽量轴封冷却器回收前轴封漏汽量轴封冷却器回收后轴封漏汽量轴封冷却器总回收2.3、汽轮机各部分汽水流量a. 1号高压加热器。1号高压加热器热平衡图如下热平衡图所示。根据表面式加热器热平衡原理可列出方程 b. 2号高压加热器。2号高压加热器热平衡图如上的热平衡图所示。根据表面式加热器热平衡原理可列出方程 = =0.03687c. 除氧器。除氧器热平衡图如下的热平衡图所示。根据混合式加热器热平衡原理可列出方程 =0.01820 =1-(0.0537+0.03687+0.01767+0.0148+0.0061) =0.87086 d.
13、4号低压加热器。4号低压加热器热平衡图如上的热平衡图所示。根据表面式加热器热平衡原理可列出方程 = e. 5号低压加热器。5号低压加热器热平衡图如下的热平衡图所示。根据表面式加热器热平衡原理可列出方程 =0.03345f. 6号低压加热器和7号低压加热器。6、7号低压加热器热平衡图如下的热平衡图所示。根据混合点及表面式加热器热平衡原理可列出方程 6号低压加热器及混合点 由 则 (2564.19-369.06+298-282.85)+0.09316(480.5-369.06+298-282.85)+0.0026(298-282.85)+(298-282.85)=0.87086(352.59-28
14、2.85)/0.98 7号低压加热器 由 则 (2473.34-298+282.85-150.09)+0.09316(369.06-298+282.85-150.09)+(369.06-298+282.85-150.09)+0.0026(3205.25-298+282.85-150.09)=0.87086(282.85-150.09)/0.98联立求解上述方程,得到 =0.01786,=0.03789, =0.708222.4、调节级详细计算2.4.1、喷嘴部分的计算(1)、调节级进口参数及调节级的滞止理想比焓降h0t。调节级进口参数即为高压缸进口参数,由于进入调节级的汽流速度很小,可以近似认
15、为滞止参数与进口参数相等。由热力过程线的确定步骤可得: ,由前面选取其理想比焓降为 。(2)、调节级进汽量 则调节级喷嘴流量(3)、平均反动度,由原始资料可知。 (4)、喷嘴的滞止理想比焓降h0n=(1-m)h0t=(1-0.075)*110=101.75kJ/kg(5)、喷嘴出口汽流速度其中 -喷嘴速度系数,取0.97。(6)、喷嘴出口等比熵出口参数h1t、v1t、p1。由h0T和h0n求出喷嘴出口理想比焓降h1t=h0T-h0n=3476.75-101.75=3375kJ/kg。该过程为等比熵膨胀过程,由h1t=3375kJ/kg、s0T=6.8042kJ/(kg)查水蒸气h-s图得出口比
16、体积v1t=0.052982m3/kg,喷嘴出口压力p1=6.2141MPa。(7)、喷嘴压比由此可知,喷嘴中为亚音速汽流,采用减缩喷嘴,选取喷嘴型号为TC-1A、=12.9、sin1=0.2606.(8)、喷嘴出口面积An。喷嘴中是亚音速流动,故(9)、级的假想速度(10)、级的圆周速度(11)、喷嘴高度(12)、喷嘴损失hn=(1-2)h0n=(1-0.972)101.75=6.013kJ/kg(13)、喷嘴出口比焓值h1=h1t+hn=3375+6.013=3381.013kJ/kg由h1、p1查得s1=6.8122kJ/(kg*K),v1=0.0531993m3/kg(14)、求动叶进
17、口汽流相对速度w1和进汽角1 = =273.87m/s=20.92.4.2、动叶部分计算(1)、动叶出口相对速度w2t和w2=302.5m/sw2=w2t=0.925302.5=278.3m/s式中 -动叶速度系数,由与m、w2t的关系曲线查得=0.925.(2)、动叶等比熵出口参数h2t与v2t由h2t,s1=6.8122kJ/(kgK),查得v2t=0.0542553m3/kg,动叶出口压力p2=6.05998MPa.(3)、动叶出口面积Ab=(4)、动叶高度lb。lb=ln+t+r=24+1+1=25mm(5)、作动叶出口速度三角形。由、u确定速度三角形 = (6) 动叶损失(7) 动叶
18、出口比焓值 由、查得,(8) 余速损失 (9)轮周损失 (10) 轮周有效比焓降 hu=ht0-hu=110-21.2=88.8kJ/kg(11)轮周效率。调节级后余速不可利用,系数为 (12)校核轮周效率u =170.7(437.60.9748+130.90.7009) =88.39kJ/kg ,误差在允许范围内。2.4.3、级内其他损失的计算(1)、叶高损失 =88.8=4.633kJ/ka- 经验系数,单列级a=1.2。(2)、扇形损失=0.7=0.7()2(110-8.57)=0.035kJ/kg(3)、叶轮摩擦损失由前面,v1=0.0531993m3/kg,v2=0.0545011
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