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1、-华北电力大学锅炉-第 35 页汽轮机课程设计报告一、课程设计的目的、任务与要求 通过设计加深巩固汽轮机原理中所学的理论知识，了解汽轮机热力设计的一般步骤，掌握设计方法。并通过设计对汽轮机的结构进一步了解，明确主要零件的作用与位置。具体要求就是按给定的设计条件，选取有关参数，确定汽轮机通流部分尺寸，力求获得较高的汽轮机效率。二、设计题目 机组型号：B26-8.83/0.981 机组型式：多级冲动式背压汽轮机 新汽压力：8.8300Mpa 新汽温度：536.0 排汽压力：0.9810Mpa 额定功率：26000.00kW 转速：3000.00rpm三、课程设计： (一)、设计工况下的热力计算 1
2、.配汽方式：喷嘴配汽 2.调节级选型：单列级 3.选取参数： (1)设计功率=额定功率=经济功率 (2)汽轮机相对内效率ri=82.1% (3机械效率m=99.0% .发电机效率g=97.0% 4.近似热力过程线拟定 (1).进汽节流损失Po=0.05*Po 调节级喷嘴前Po=0.95*Po=8.3885Mpa (2).排汽管中的压力损失P0 5.调节级总进汽量Do的初步估算 由Po、to查焓熵图得到Ho、So，再由So、Pc查Hc。 查得Ho=3477.3728kJ/kg ， Hc=2866.4569kJ/kg 通流部分理想比焓降(Ht(mac)=Ho-Hc=610.9159 kJ/kg D
3、o=3.6*Pel/(Ht(mac)*ri*g*m)*m+D Do=3.6*26000.00/(610.9159*0.821*0.970*0.990)*1.05+5.00=209.0486(kJ/kg) 6.调节级详细热力计算 (1).调节级进汽量Dg Dg=Do-Dv=207.8486t/h (2)确定速比Xa和理想比焓降ht 取Xa=0.3535，dm=1100.0mm，并取dn=db=dm 由u=*dm*n/60， Xa=u/Ca ， ht=Ca2/2 u=172.79m/s ， Ca=488.80m/s ht=119.4583kJ/kg在70125kJ/kg范围内，所以速比选取符合要求
4、。 (3)平均反动度m的选取 取m=6.50% (4).喷嘴理想比焓降hn hn=(1-m)* ht =(1-0.0650)*119.4583=111.6935(kJ/kg) (5).喷嘴前后压比n 根据h1t=ho-hn=3365.6793和So查焓熵图得到 P1=6.3506Mpa，V1t=0.0513m3/kg n=Po/Po=8.8300/8.3885=0.7571 根据喷嘴叶型表选择TC-1A喷嘴 ，出汽角1=10.00 (6).喷嘴出口汽流速度C1 C1t=(2*hn)0.5=(2*111.6935*1000)0.5=458.46(m/s) C1=*C1t=0.970*472.64
5、=458.46m/s (7).喷嘴损失hn hn=(1-2)*hn=(1-0.9702)*111.6935=6.6011(kJ/kg) (8).喷嘴出口面积An An=Gn*V1t/n*C1t=57.7357*0.0513/0.970/458.46=0.0065(m2) (9).部分进汽度e 令y=hl+he=f(e) 使其一阶导数为零，即求y的极值，得到e=0.3843 (10).喷嘴高度ln =An/(e*dm*sin(1) ln=0.0065/10000.3843/1100.0/sin10=28.2(mm) (11).动叶高度lb lb=ln+=28.2+2.5=30.7(mm) (12
6、).检验根部反动度r r=1-(1-m)*db/(db-lb)=1-(1-0.0650)*1100.0/(1100.0-30.7)=0.0382 0.0382在0.030.05范围内，符合要求。 (13)求动叶进口汽流相对速度w1和进汽角1 tg1=c1*sin(1)/(c1*cos(1)-u) w1=c1*sin(1)/sin(1) hw1=w12/2 1=arctg(458.46*sin10.00/(458.46*cos10.00-172.79)=15.94 w1=458.46*sin10.00/sin15.94=289.85(m/s) hw1=289.852/2/1000=42.0078
7、(kJ/kg) (14)动叶前蒸汽参数 由h1=h1t+hn和P1查焓熵图得到 P1=6.3506Mpa S1=6.7915kJ/(kg*K) V1=0.0515m3/kg (15)动叶理想比焓降hb和动叶滞止理想比焓降hb(o) hb=m*ht=0.0650*119.4583=7.7648(kJ/kg) hb(o)=hb+hw1=7.7648+42.0078=49.7726(kJ/kg) (16)动叶出口汽流相对速度w2 w2t=(2*hb)0.5=(2*49.7726*1000)0.5=315.51(m/s) w2=*w2t =0.920*315.51=290.27(m/s) 其中由m和w
8、2t 查图得到 (17)动叶损失hb hb=(1-2)*hb(o)=(1-0.9202)*49.7726=7.6451(kJ/kg) (18)动叶后蒸汽压力P2和比容V2 由h2t和S1查P2，再由P2、h2查V2 查焓熵图得到 P2=6.2010Mpa， V2=0.0525m3/kg (19)动叶出口面积Ab Ab=Gb*V2/w2 (因未靠考虑叶顶漏气,故Gb=Gn) =57.7357*0.0525/290.27=0.0104(m2) (20)动叶出口汽流角2 sin(2)=Ab/(e*db*lb) 2=arcsin(0.0104/0.3843/1100.0/30.7)=14.78 根据1
9、和2和动叶叶型表选取动叶叶型为TP-1A型 (21)动叶出口汽流绝对速度c2和出汽角2 c2=(w22+u2-2w2*u*cos(2)0.5 =(290.272+172.792-2*290.27*172.79*cos14.78)0.5=130.85(m/s) 2=arctg(w2*sin(2)/(w2* cos(2)-u) =arctg(290.27*sin14.78/(290.27*cos14.78-172.79)=34.47 (22)余速损失hc2 hc2=0.5*c22=0.5*34.472=8.5609(kJ/kg) (23)轮周效率比焓降hu（无限长叶片） hu=ht(o)-hn-h
10、b-hc2=119.4583-6.6011-7.6451-8.5609=96.6512(kJ/kg) (24)级消耗的理想能量Eo Eo=hco+ht-u1*hc2 对于调节级Eo=ht(o)=ht ，得Eo=119.4583kJ/kg (25)轮周效率u（无限长叶片） u=hu/Eo=96.6512/119.4583=0.8091 (26)校核轮周效率 单位质量蒸汽对动叶所作的轮周功Wu Wu=u*(c1*cos(1)+c2*cos(2) =172.79*(458.46*cos10.00+130.85*cos34.47)=96.6537(kJ/kg) 轮周效率u u”=Wu/Eo=96.65
11、37/119.4583=0.8091 用两种方法计算所得轮周效率的误差为u=|u-u”|/u*100% u=|0.8091-0.8091|/0.8091*100%=0.0000%12mm ，符合要求。 (2)末级平均直径的确定 给定dm(z)=1019.5mm (3)确定压力级平均直径的变化 采用作图法 (4)压力级的平均直径dm(平均) dm(平均)=(AB+(1-1)+(2-2)+CD)/(m+1)*k=999.5mm (5)压力级的平均比焓降ht(平均)=0.5*(*dm(平均)*n/60/Xa(平均)2 选取平均速比Xa(平均)=0.4367 ht(平均)=0.5*(*1.0*3000
12、.00/60/0.4367)2=64.6263(kJ/kg) (6)压力级级数的确定Z Z=(1+)*ht(p)/ht(平均) ，为重热系数 其中ht(p)=ho-hc=3392.4359-2888.9874(kJ/kg) ht(p)为压力级的理想比焓降，压力级入口ho=调节级出口h3 Z=(1+0.050)*503.4485/64.6263=8.1797 取整Z=8 (7)各级平均直径的求取 数据见数据报表 (8)各级比焓降分配 根据求出的各级平均直径，选取相应的速比，求出各级的理想比焓降ht ht=0.5*(*dm*n/60/Xa)2 (9)各级比焓降的修正 在拟定的热力过程线上逐级作出各
13、级理想比焓降ht,计算h h=(1+)* ht(p)-ht=12.8891 (10)检查各抽汽点压力值符合要求 其误差小于2%，符合要求 (11)最后按照各级的dm和ht求出相应的各级速比Xa 8.压力级详细热力计算 (1)本级的比焓降ht和本级滞止比焓降ht(o) 由调节级的计算结果，已知本级的Po，ho，Po(o)，hco， 由压力级比焓降分配，已知本级的P2，dm，Gn 由P2和So查h2t=3328.4308kJ/kg 本级比焓降ht=ho-h2t=3392.4359-3328.4308=64.0051(kJ/kg) 本级滞止比焓降ht(o)=ht+o*hco=64.0051+0.00
14、00=64.0051(kJ/kg) (2)选取平均反动度m 选取m=0.0640 (3)喷嘴的理想比焓降hn hn=(1-m)*ht=(1-0.0640)*3328.4308=59.9088(kJ/kg) (4)喷嘴的滞止理想比焓降hn(o) hn(o)=hn+o*hco=59.9088+0.0000=59.9088(kJ/kg) (5)喷嘴的出口汽流理想速度c1t c1t=(2*hn(o)0.5=(2*59.9088*1000)0.5=346.15(m/s) (6)喷嘴出口汽流实际速度c1 c1=*c1t=0.970*346.15=335.77(m/s) (7)喷嘴损失hn hn=(1-2)
15、*hn(o)=(1-0.9702)*59.9088=3.5406(kJ/kg) (8)圆周速度u =*dm*n/60=*981.0/1000*3000.00/60=154.10(m/s) (9)级的假想速度Ca Ca=(2*ht(o)0.5=(2*64.0051*1000)0.5=357.79(m/s) (10)假想速比Xa Xa=u/Ca=154.10/357.79=0.4307 (11)喷嘴等比熵出参数h1t h1t=ho-hn=3392.4359-59.9088=3332.5271(kJ/kg) (12)喷嘴前后压力比n=P1/Po(o)=5.1605/6.2010=0.8322 (13
16、)选取喷嘴型式和出汽角1 选TC-1A喷嘴 ，出汽角1=11 (14)喷嘴出口面积An An=G*V1t/n/c1t=56.6802*0.0618/0.970/346.1500=0.0104(m2) (15)喷嘴高度ln ln=An/(e*dm*sin(1) =0.0104/(1.0000*981.0/1000*sin11.00)=17.7(mm) (16)喷嘴出口实际比焓降h1 h1=h1t+hn=3332.5271+3.5406=3336.0677(kJ/kg) (17)动叶进口汽流角1和相对速度w1 1=arctg(c1*sin(1)/(c1*cos(1)-u) =arctg(335.7
17、7*sin11.00/(cos11.00-154.10)=20.05 w1=(c12+u2-2*u*c1*cos(1)0.5 =(335.772+154.102-2*154.10*335.77*cos11.00)0.5=186.83(m/s) (18)动叶理想比焓降hb hb=m*ht=0.0640*64.0051=4.0963(kJ/kg) (19)动叶滞止理想比焓降hb(o) hb(o)=hb+hw1=4.0963+17.4527=21.5490(kJ/kg) (20)动叶出口理想汽流速度w2t w2t=(2*hb(o)0.5=(2*21.5490*1000)0.5=207.60(m/s)
18、 (21)动叶出口实际汽流速度w2 w2=*w2t=0.931*207.60=193.28(m/s) (22)动叶损失hb hb=(1-2)*hb=(1-0.9312)*4.0963=2.8712(kJ/kg) (23)动叶后参数P2，V2 根据h2、P2查焓熵表得到 P2=5.0953Mpa， V2=0.0627m3/kg (24)动叶出口面积Ab Ab=G*V2/w2=56.6802*0.0627/193.28=0.0184(m2) (25)动叶高度lb lb=ln+=17.7+2.50=20.2(mm) (26)检验根部反动度r r=1-(1-m)*(db-lb)/db =1-(1-0.
19、0640)*(981.0-20.20)/981.0=0.0443在0.03-0.05范围内，符合要求。 (27)计算动叶出汽角2 2=arcsin(Ab/(e*dm*lb) =arcsin(0.0184/(1.000*981.0/1000*20.2/1000)=17.19 (28)根据1和2在动叶叶型表中选取动叶型号 选TP1A型 (29)动叶出口绝对速度c2和方向角2 c2=(w22+u2-2*w2*u*cos2)0.5 =(186.832+154.102-2*186.83*154.10*cos17.19)0.5=64.78(m/s) 2=arctg=(w2*sin(2)/(w2*cos(2
20、)-u) =arctg(193.28*sin17.19/(193.28*cos17.19-154.10)=61.86 (30)余速损失hc2 =c22/2=64.782/2/1000=2.0982(kJ/kg) (31)轮周有效比焓降hu(无限长叶片) hu=ht(o)-hn-hb-hc2 =64.0051-3.5406-2.8712-2.0982=55.4951(kJ/kg) (32)级消耗的理想能量Eo Eo=ht(o)-1*hc2=64.0051-1.0000*2.10=61.9069(kJ/kg) (33)轮周效率u u=hu/Eo=55.4951/61.9069=0.8964 (34
21、)校核轮周效率 单位质量蒸汽对动叶所作的轮周功Wu Wu=u*(c1*cos(1)+c2*cos(2) =154.10*(335.77*cos11.00+64.78*cos61.86)/1000=55.4996(kJ/kg) 轮周效率u”=Wu/Eo=55.4996/61.9069=0.8965 u=|u-u”|/u*100%=0.0001小于1%，满足要求。 (35)叶高损失hl hl=a/l*hu1.600/1.1*55.4951=55.4951(kJ/kg) (36)轮周有效比焓降hu hu=hu-hl=55.4951-5.0165=50.4786(kJ/kg) (37)轮周效率u=hu
22、/Eo=50.4786/61.9069=0.8154 (38)叶轮摩擦损失hf 其中Pf=K1*(u/100)3*dm2/v ，hf=Pf/G Pf=1.0700*(154.1000/100)3*(981.0000/1000)2/0.0627=60.0983(kJ/kg) hf=60.0983/56.6802=1.0603(kJ/kg) (39)漏气损失h 隔板汽封齿的平均直径dp=590.0mm 隔板汽封间隙p=0.5mm 汽封齿数Zp=10 则有隔板漏气损失hp=Ap/An*(Zp0.5)*hi 这里Ap=*dp*p hi=ht(o)-hn-hb-hl-hc2 =64.0051-3.540
23、6-2.8712-5.0165-2.0982=50.4786(kJ/kg) Ap=*590.0/1000*0.5/1000=0.0009(m2) hp=0.0009/0.0104/(10)0.5*55.4951=1.3814(kJ/kg) 选取：叶顶轴向间隙z=1.5mm 围带边厚度s=0.3mm z(平均)= 1.5/20.2=0.0743(kJ/kg) 由m与db/lb查取t ，由z/s查取1 ，由z和u/Ca查取2， 动叶顶部漏气损失 ht=1*z(平均)* t/(2*sin(1)* hi =0.300*0.0743*0.216/(0.956*sin11.00)*55.4951=1.33
24、23(kJ/kg) 级的总漏气损失h=hp+ht=1.3814+1.3323=2.7137(kJ/kg) (40)级内各项损失之和h h=hl+hf+h=5.0165+1.0603+2.7137=8.7905(kJ/kg) (41)级的有效比焓降hi hi=hu-h=55.4951-8.7905=46.7046(kJ/kg) (42)级效率i i=hi/Eo=46.7046/61.9069=0.7544 (43)级内功率Pi(s) Pi(s)=G*hi=56.6802*46.7046=2647.2245(kW) (43)级后参数 h3=h2+h+(1-1)*hc2=3334.8426+8.79
25、05+(1-1.00)*2.0982=3343.6331(kJ/kg) h3(o)=h2+1*hc2=3343.6331+1.00*2.0982=3345.7313(kJ/kg) 由h3(o)和S3查P3(o)=5.1420Mpa 同理将剩下的各级参数计算完后，再计算整机参数。 9整机参数计算 整机有效比焓降hi=504.3634kJ/kg 计算的整机内效率Pi(s)=27479.7236kW 轴端功率Pe=27204.9264kW 发电机功率Pel=26388.7786kW 计算误差为-0.0050小于1%，满足要求，不必修正。四、绘制汽轮机通流部分图 (见附图1)五、绘制速度三角形 (见附
26、图2)六、绘制热力过程线段 (见附图3)七、热力计算调节级计算过程1.调节级总进汽量Do的初步估算 由Po、to查焓熵图得到Ho、So，再由So、Pc查Hc。 查得Ho=3477.3728kJ/kg ， Hc=2866.4569kJ/kg 通流部分理想比焓降(Ht(mac)=Ho-Hc=610.9159 kJ/kg Do=3.6*Pel/(Ht(mac)*ri*g*m)*m+D Do=3.6*26000.00/(610.9159*0.821*0.970*0.990)*1.05+5.00=209.0486(kJ/kg) 2.调节级详细热力计算 (1).调节级进汽量Dg Dg=Do-Dv=207.
27、8486t/h (2)确定速比Xa和理想比焓降ht 取Xa=0.3535，dm=1100.0mm，并取dn=db=dm 由u=*dm*n/60， Xa=u/Ca ， ht=Ca2/2 u=172.79m/s ， Ca=488.80m/s ht=119.4583kJ/kg在70125kJ/kg范围内，所以速比选取符合要求。 (3)平均反动度m的选取 取m=6.50% (4).喷嘴理想比焓降hn hn=(1-m)* ht =(1-0.0650)*119.4583=111.6935(kJ/kg) (5).喷嘴前后压比n 根据h1t=ho-hn=3365.6793和So查焓熵图得到 P1=6.3506
28、Mpa，V1t=0.0513m3/kg n=Po/Po=8.8300/8.3885=0.7571 根据喷嘴叶型表选择TC-1A喷嘴 ，出汽角1=10.00 (6).喷嘴出口汽流速度C1 C1t=(2*hn)0.5=(2*111.6935*1000)0.5=458.46(m/s) C1=*C1t=0.970*472.64=458.46m/s (7).喷嘴损失hn hn=(1-2)*hn=(1-0.9702)*111.6935=6.6011(kJ/kg) (8).喷嘴出口面积An An=Gn*V1t/n*C1t=57.7357*0.0513/0.970/458.46=0.0065(m2) (9).
29、部分进汽度e 令y=hl+he=f(e) 使其一阶导数为零，即求y的极值，得到e=0.3843 (10).喷嘴高度ln =An/(e*dm*sin(1) ln=0.0065/10000.3843/1100.0/sin10=28.2(mm) (11).动叶高度lb lb=ln+=28.2+2.5=30.7(mm) (12).检验根部反动度r r=1-(1-m)*db/(db-lb)=1-(1-0.0650)*1100.0/(1100.0-30.7)=0.0382 0.0382在0.030.05范围内，符合要求。 (13)求动叶进口汽流相对速度w1和进汽角1 tg1=c1*sin(1)/(c1*c
30、os(1)-u) w1=c1*sin(1)/sin(1) hw1=w12/2 1=arctg(458.46*sin10.00/(458.46*cos10.00-172.79)=15.94 w1=458.46*sin10.00/sin15.94=289.85(m/s) hw1=289.852/2/1000=42.0078(kJ/kg) (14)动叶前蒸汽参数 由h1=h1t+hn和P1查焓熵图得到 P1=6.3506Mpa S1=6.7915kJ/(kg*K) V1=0.0515m3/kg (15)动叶理想比焓降hb和动叶滞止理想比焓降hb(o) hb=m*ht=0.0650*119.4583=
31、7.7648(kJ/kg) hb(o)=hb+hw1=7.7648+42.0078=49.7726(kJ/kg) (16)动叶出口汽流相对速度w2 w2t=(2*hb)0.5=(2*49.7726*1000)0.5=315.51(m/s) w2=*w2t =0.920*315.51=290.27(m/s) 其中由m和w2t 查图得到 (17)动叶损失hb hb=(1-2)*hb(o)=(1-0.9202)*49.7726=7.6451(kJ/kg) (18)动叶后蒸汽压力P2和比容V2 由h2t和S1查P2，再由P2、h2查V2 查焓熵图得到 P2=6.2010Mpa， V2=0.0525m3
32、/kg (19)动叶出口面积Ab Ab=Gb*V2/w2 (因未靠考虑叶顶漏气,故Gb=Gn) =57.7357*0.0525/290.27=0.0104(m2) (20)动叶出口汽流角2 sin(2)=Ab/(e*db*lb) 2=arcsin(0.0104/0.3843/1100.0/30.7)=14.78 根据1和2和动叶叶型表选取动叶叶型为TP-1A型 (21)动叶出口汽流绝对速度c2和出汽角2 c2=(w22+u2-2w2*u*cos(2)0.5 =(290.272+172.792-2*290.27*172.79*cos14.78)0.5=130.85(m/s) 2=arctg(w2
33、*sin(2)/(w2* cos(2)-u) =arctg(290.27*sin14.78/(290.27*cos14.78-172.79)=34.47 (22)余速损失hc2 hc2=0.5*c22=0.5*34.472=8.5609(kJ/kg) (23)轮周效率比焓降hu（无限长叶片） hu=ht(o)-hn-hb-hc2=119.4583-6.6011-7.6451-8.5609=96.6512(kJ/kg) (24)级消耗的理想能量Eo Eo=hco+ht-u1*hc2 对于调节级Eo=ht(o)=ht ，得Eo=119.4583kJ/kg (25)轮周效率u（无限长叶片） u=hu
34、/Eo=96.6512/119.4583=0.8091 (26)校核轮周效率 单位质量蒸汽对动叶所作的轮周功Wu Wu=u*(c1*cos(1)+c2*cos(2) =172.79*(458.46*cos10.00+130.85*cos34.47)=96.6537(kJ/kg) 轮周效率u u”=Wu/Eo=96.6537/119.4583=0.8091 用两种方法计算所得轮周效率的误差为u=|u-u”|/u*100% u=|0.8091-0.8091|/0.8091*100%=0.0000%1% ，符合要求 (27)叶高损失hl hl=a/l*hu (系数a=1.6已包括扇形损失) =1.60/30.7*96.6512=5.0372(kJ/kg) (28)轮周有效比焓降hu hu=hu-hl=96.6512-5.0372=91.6140(kJ/kg) (29)轮周效率u u=hu/Eo=91.6140/119.4583=0.7669 (30)叶轮摩擦损失hf Pf=K1*(u/100)3*dm2/v (其中v=(v1+v2)/2 ， K=1.07 hf=2.2247kJ/kg (31)部分进汽损失he he=hw+hs 鼓风损失hw=w*ht ， w=Be*1/e*(1-e-ec/2)*Xa3