N300汽轮机课程设计.doc

一 热力系统的热力计算1、高压缸部分主蒸汽压力Po=16.7MPa，高压缸的进汽损失，故高压缸进口压力。由，t0=537，查h-s图，hi0=3395.78KJ/kg。因为高、中压缸分缸压力一般为入口压力的18%26%，所以选取排汽压力为 MPa。由MPa等熵，查h-s图知 KJ/Kg故H01 = h0 - hHS =3395.78 2981 = 415KJ/kg。初步估计高压缸效率为，则实际焓降为：KJ/KgKJ/Kg由以上数据，可画出高压缸近似膨胀过程曲线如图1-1。2、中、低压缸部分如第一部分所述，高压缸排出蒸汽通过再热器后压力降为3.26MPa，温度升高为537。选取再热损失P9.58%，所以Pzr=(1-P) PzH =90.42%×3.62=3.272MPa。考虑中压缸进汽损失，有PI(1-1.74%)Pzr=(1-1.74%)×3.282MPa。由tzr=537，查h-s图可知， hzr=3537.7KJ/kg，中压缸效率可初步估计为hoim=90%，将中压缸分缸压力选为入口压力的25.5%，中压缸的排汽压力为PzI=25.5%×PI=25.5%×3.224=0.81MPa。由PzI=0.81MPa等熵，查h-s图，知hzs=3106.7KJ/kg，H02=hzs=3537.7-3106.7=431KJ/kg实际焓降Hi=hoim×H02=90%×431=387.9KJ/kg，所以蒸汽通过中、低压缸间的管道时，压力将会降低，取低压缸进汽损失P=2% PzI，则低压缸进汽压力：PL=(1-P) PzI=(1-2%)×0.81=0.80MPa由排汽压力Pk=5.4KPa，等熵查h-s图可知，hks=2273.8KJ/kg，所以：H03=h2-hks=hzr-hi-hks=3537.7-387.9-2273.8=875.3KJ/Kg。初步估计低压缸效率=87%，则低压缸实际焓降：=87%×875.3=761.51KJ/kg。由以上所求出的各点参数值，便可画出中低压缸近似膨胀过程曲线。综上可估计汽轮机的膨胀过程曲线。见附图1=3537.7-387.9-761.51=2388.3KJ/kg3、确定各级轴汽点参数（1）由汽轮机背压PK=5.4KPa，查饱和水蒸汽与饱和水表，在此压力下，饱和水蒸汽温度=34.2，设过汽度为1，则冷凝器出口温度tK=34.2。在冷凝汽力，排汽在恒压下将汽化潜热传递给冷却水，不考虑蒸汽在冷凝器冷却管间的冷阻影响则可得凝结水的参数。压力为5.4KPa，温度为36，对应焓值HtK=143.5KJ/kg，给水温度为272.5，按饱和水考虑，查饱和水与饱和水热汽表可得：=1197.2 KJ/kg 则理论给水焓升R=-=1197.2-143.5=1053.7 KJ/kg（2）各加热器给水焓升分配选择给水温度和加热级数后，合理确定热力系统及其给水焓升分配原则，对经济性和运行的可靠性有较大的影响。通常对于非有再热机组，给水回热系统多采用等焓升分配原则。但对于中间再热式汽轮机，应考虑再热后蒸汽从焓值提高对给水回热的影响，往往使一个加热器的抽汽来自再热的冷端，并使该级给水焓升增大，约为再热后一级的1.51.8倍，从降低再热后回热抽汽压力，增加抽汽作功量，再热后各级给水加热一般也采用等焓升分配原则。在实际回热加热系统中，还应考虑除氧器的定压运行情况及加热器生产情况，热力系统的布置方式等因素。对于本N300一次中间再热式汽轮机组，参考同类机组，考虑了生产实际中所遇到的各种因素的限制，将加热器参数汇总见下表（表1-2）表1-2 回热加热器参数汇总表 参数加热器出口给水焓出口给水温度传热端差抽汽饱和水温抽汽饱和水焓对应的抽汽压力实际抽汽压力抽汽点焓值GJ11193.4272.5-1.6270.91205.75.626.33137.5GJ21044.824102411046.73.4583.6243020GJ3858.5199.60199.6843.91.511.723325GJ4712.2168.40168.4718.70.7940.813129.4GJ5559.71332.8135.8570.40.340.34072930.1GJ6435.4103.72.8106.5444.40.1270.1172754.2GJ7351.283.62.886.4349.540.06340.05892635.6GJ8258.161.42.864.2254.20.02480.02362508.14、热平衡计算（1）估计总进汽量D0 （1-1）其中额定电功率机构效率汽轮机组相对内效率发电机效率m抽汽量增加系数H0汽轮机整机理想焓降D0漏汽量和汽水损失对于本N300型机组，各参数取值如下：Nel=300000kw,=0.995，m=0.8855，el.g=0.987；对于中小功率机组D（0.03-0.05）D0，取D0.03D0；又对于再热机组，M1.11.25，所以可选M1.248；从而H0H01H02H031722.4KJ/kg，则 T/h。5、对各级加热器进行热平衡计算，确定各级抽汽量热平衡计算的目的是：确定热力系统各部分蒸汽和水的参数和流量，机组的功率、汽耗和热耗。计算主要是根据各加热器的流量平衡方程式和热量平衡方程式，以及通流部分的能量方程式进行的。计算过程中以汽轮机进汽量求解功率，然后校核功率，按所得的功率修正进汽量，反复进行多次热平衡计算，逐步逼近给定功率。汽轮机段流量及功率具体计算如下表1-3所示：表1-3 汽轮机段流量和功率校核计算表序号项目符号与公式单位加热器编号主汽阀调节级汽室121抽汽（漏汽）压力PeMpa16.711.776.33.6242抽汽（漏汽）热焓hekj/kg33963319.631383018.93抽汽（漏汽）前可用焓降hij=ho-hekj/kg076.2258.3376.94回热抽汽量De103kg/h0065.4473.245漏汽入加热器量Dge103kg/h-0006漏汽量Dg103kg/h-1820.50.1111.27小汽机进气量Dp103kg/h00008抽汽和漏汽总量Df=De+Dge+Dg+Dp103kg/h0.5320.565.4482.649抽汽和漏汽所做功率Nif=0.2778*Df*hifKW0433.9546968652.6410段流量Di=D(i-1)-Df(i-1)103kg/h911909.97889.5824.0311段可用焓降hij=hij-hij-1kj/kg076.2182.1118.612段内功率Nij=0.2778Di*hijKW0192634499627149.4续表1-3汽轮机段流量和功率校核计算表序号再热阀345678C13.2611.720.81070.34070.1170.05890.02360.0005423536.433253129.42930.12754.22635.62508.12345.53376.9583778.6977.91153.81272.41399.91562.5432.48 30.40 34.94 23.33 25.15 28.74 545.84 53.7111.0863.71010.197034.73814.631.9766.0234.935423.328425.1487928.73686545.8491528.665177.814279.89490.567477.358889.41111175.54236928.710741.39755.99724.02658623.065599.7362574.5874545.8411206.1195.6199.3175.9118.6127.5162.6124328439341.636430.530446.119759.5620351.624655.756、功率校核汽轮机总内功率Ni0.2778Djhij=305.676MW机械损失Nm1500kw汽轮机轴端功率NeNiNm304.176MW机组电功率NelNe×g300.222MW验算误差： 故功率校核合格。机组电功率Nel基本符合已定的计算功率，原先估计的进汽量正确。不用再修正进汽量。7、主要经济性能指标计算(1)汽耗率 (2)给水泵耗功 （1-2）为1kg给水焓升，=16.6KJ/kg为给水泵效率，=0.95故(3)发电机净功率： (4)热耗率： qd(t0-tfw)+（De/D0）*(hr-hk)=8032.1 kJ/(kW.h) (6)装置效率：8、整机热力过程线图1-1 整机热力过程线二 通流部分设计2.1 透平的直径及级数确定（调节级除外）2.1.1 选定汽缸和排汽口数本N300型汽轮机组为单轴双缸双排汽，冷凝式再热汽轮机，其中高中压合缸。2.1.2 确定第一压力级平均直径和末级直径1、第一级平均直径 （2-1）对第一级静叶，参考同类机组，取参数如下：喷嘴流量：速比：X1=0.61转速：n=3000r/min部分进汽率：出口截面高度：流量系数：1=0.960出口角正弦值：故2、高压缸末级平均直径高压缸末级平均直径 （2-2）对高压缸末级动叶，参考同类机组9，知：气体流量：取10.0，取0.004（余速动能损失系数）6在高压缸出口出口角接近90°，取；H0T=H0-H调41572343KJ/kg为高压缸的等熵焓降VE为末级出口气体比容，VE0.078m3/kg（调节级焓降H调98KJ/kg,其效率在额定工况下90），故。参考同类机组：取d1=845mm， dZ=1065mm。 2.1.3 确定高压缸压力级的平均直径，速比和焓降的变化规律1、确定压力级平均直径的变化根据汽轮机原理所描述的蒸汽通道形状，确定压力级平均直径的变化规律，通常采用作图法。在纵坐标上任取长度为a的线段BD（一般a=25cm），用以表示第一压力级至末级动叶中心之轴向距离。在BD两端分别按比例画出第一压力级与末级的平均直径值。根据选择的通道形状，用光滑曲线将A、C两点连接起来。AC曲线即为压力级各级直径的变化规律。2、压力级的平均直径dm（平均）将BD线等分为m等分，取1、2、3m-1点。为了减小误差，建议>6。从图中量出割断长度，求出平均直径为dm1014mm。dm（平均）=（AB+（1-1）+（2-2）+CD）/（m+1）*k ，式中的k 为比例尺。（见图3-1）图2-1 压力级平均直径变化曲线图3、确定速比Xa=u/ca。参考同类机组，Xa0.57，逐级增加。4、确定平均焓降己选平均速比Xa（平均）=0.62， 则ht（平均）=0.5*（*dm（平均）*n/60/Xa（平均）233 kJ/kg5、确定级数Z=(1+)*htp/ht（平均）10.3取整为Z=11级。式中ht(p)-压力级的理想比焓降，为重热系数，本机=0.05，将Z取整。6、各级平均直径的求取求取压力级级数后，再将上图中BD线段重新分为(Z-1)等分，如图所示。在原拟定的平均直径变化曲线上，求出各级的平均直径，如图2-2。 图2-2 各级平均直径大小7、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)22.2 高压缸焓降分配 参考以上数据，参考同类机组。可将高压缸各参数列表如下：表21 高压缸比焓降分配表项目符号/单位1234567891011平均直径Dm（mm）0.8450.8470.850.860.880.90.920.960.981.021.0速度比Xa0.570.570.580.580.580.580.580.590.590.590.6理想比焓降ht（kj/kg）27.1127.2526.727.4328.429.731.332.234.4437.138.92.3 中低压缸的级数确定和各级焓降的分配重复上面的步骤，可得中、低压缸参数的汇总数据：中压缸：表2-2中压缸比焓降分配表 级数项目符号123456789平均直径Dm（mm）1.081.121.151.1651.191.221.251.281.3速度比Xa0.580.590.590.590.590.60.60.60.6理想比焓降ht（kj/kg）42.7744.546.8748.150.351.053.5456.558.8低压缸：表2-3低压缸比焓降分配表级数项目符号1234567平均直径Dm（mm）1.921.9351.95822.0522.2462.58速度比Xa0.650.6460.6460.6460.6460.6460.648理想比焓降ht（kj/kg）107.637110.68113.3118.24124.4149.1195.56 级数项目符号1234567平均直径Dm（mm）1.921.9351.95822.0522.2462.58速度比Xa0.650.6460.6460.6460.6460.6460.648理想比焓降ht（kj/kg）107.637110.68113.3118.24124.4149.1195.563.4 详细计算高压缸第一压力级3.4.1 高压缸第一压力级计算过程高压缸第一压力级详细计算过程如下表所示：表2-4高压缸第一压力级详细计算过程序号参数/符号单位公式结果1级进汽压力/P0MPa已知11.770 2级进汽比焓/h0kJ/kg已知3308.300 3级进汽滞止压力/P00MPa已知11.770 4上一级余速利用系数/1-选取0.000 5上一级余速损失/hc2kJ/kg已知6.500 6上一级余速动能利用/hc0kJ/kg1*hc20.000 7级进汽滞止比焓/h00kJ/kgh0+hc03308.300 8本级比焓降/htkJ/kg已知27.110 9本级滞止比焓降/ht0kJ/kght+hc027.110 10本级平均直径/dmm已知0.845 11速度比/Xa-已知0.570 12级的蒸汽流量/G0kg/s已知255.939 13平均反动度估算/m-选取0.450 14喷嘴理想比焓降/hnkJ/kg(1-m)*ht14.911 15喷嘴滞止理想比焓降/hn0kJ/kghn+hc014.911 16理想喷嘴出口气流速度/c1tm/s172.688 17实际喷嘴出口气流速度/c1m/s*c1t167.507 18喷嘴损失/hnkJ/kg(1-2)*hn00.881 19圆周速度/um/s*dm*n/60132.732 20级的理想速度/Cam/s232.852 21假想速度比/Xa-u/Ca0.570 22喷嘴等比熵出口焓/h1tkJ/kgh0-hn3293.390 23喷嘴等比熵出口压力/P1MPa查焓熵图11.420 24喷嘴等比熵出口比容/V1tm3/kg查焓熵图0.027 25喷嘴前后压力比/n-P1/P000.970 26喷嘴出汽角/1°选取15.000 27喷嘴出口面积/Anm2G*V1t/n/c1t0.041 28部分进汽度/e-无部分进汽1.000 29喷嘴高度/lnmAn/(e*dm*sin1)取整0.061 30喷嘴出口实际比焓降/h1kJ/kgh1t+hn3294.271 31动叶进口汽流角/1°tan-1c1*sin1/(c1*cos1-u)56.160 32动叶进口相对速度/w1m/s52.196 33动叶动能/hw1kJ/kgw12/21.362 34动叶前滞止比焓/h10kJ/kgh1+hw13295.633 35动叶前滞止压力/P10MPa根据h10,P1查焓熵图11.470 36动叶理想比焓降/hbkJ/kgm*ht12.200 37动叶滞止比焓降/hb0kJ/kghb+hw113.562 38动叶出口理想汽流速度/w2tm/s164.692 39动叶速度系数/-由m和w2t查图0.938 40动叶出口实际汽流速度/w2m/s*w2t154.481 41动叶损失/hbkJ/kg(1-2)*hb01.630 42动叶后压力/P2MPa根据h1,hb,和hb查焓熵图10.976 43动叶后比容/V2m3/kg根据h1,hb,和hb查焓熵图0.028 44动叶后比焓/h2kJ/kgh1-hb+hb3283.701 45动叶出口面积/Abm2G*V2/w20.046 46盖度/mm查盖度表3.000 47动叶高度/lbmln+取整0.064 48检验根部反动度/r-1-(1-m)*db/(db-lb)0.405 49动叶出汽角/2°sin-1(Ab/(e*dm*lb)15.832 50动叶出口绝对速度/c2m/s45.040 51绝对速度方向角/2°tan-1w2*sin2/(w2*cos2-u)69.343 52余速损失/hc2kJ/kg1/2*c221.014 53轮周效率比焓降/hu'(无限长叶片)kJ/kght0-hn-hb-hc223.585 54余速利用系数/1-选定0.000 55级消耗的理想能量/E0kJ/kght0-1*hc227.110 56轮周效率/u'hu'/E086.997 57单位质量蒸汽轮周功/WukJ/kgu*(c1*cos1+c2*cos2)23.585 58轮周效率/u''Wu/E086.997 59两种轮周效率误差/u|u'-u''|/u'*1000.000 60叶高损失/hlkJ/kga/ln*hu'0.619 61轮周有效比焓降/hukJ/kghu'-hl22.966 62轮周效率/uhu/E084.715 63叶轮因摩擦消耗的功率/PfkW1.07*dm2*(u/100)3/v263.860 64叶轮摩擦损失/hfkJ/kgPf/G0.250 65隔板漏汽损失/hpkJ/kg0.145 66径高比-db/lb13.203 67经验系数/t-查表0.230 68经验系数/2-查表0.946 69叶顶漏汽损失/htkJ/kg0.159 70漏气损失/hkJ/kghp+ht0.304 71级内各项损失之和/hkJ/kghl+hf+h1.172 72级的有效比焓降/hikJ/kghu'-h22.413 73级效率/ihi/E082.673 74级内功率/PiskWG*hi5736.280 75级后滞止比焓/h30kJ/kgh00-hi3285.887 76级后实际比焓/h3kJ/kgh00-1*hc23285.887 2.4.2 高压缸第一压力级速度三角形高压缸第一压力级速度三角形如下图所示：图23高压缸第一压力级速度三角形图中：C1167.5m/s，C2=45m/s，u1=132.7m/s，u2=132.7m/s，w1=52.2m/s，w2=154.5m/s，。2.5 各压力级详细计算表格2.5.1 调节级详细热力计算表格表2-5 调节级详细热力计算表格序号参数/符号单位公式结果1新汽压力/P0MPa已知16.700 2新汽温度/t0已知537.000 3排汽压力/PcMPa已知0.005 4设计功率/PelMW已知300.000 5转速/nrpm已知3000.000 6机械效率/m-选取0.995 7发电效率/g-选取0.987 8调节级喷嘴前压力/P0'MPa0.958P015.999 9新汽比容/V0m3/kg根据P0,t0查焓熵图0.020 10实际排汽压力/Pc'MPa1.02Pc0.006 11末级余速/c2m/s选取71.000 12末级余速损失/hc2kJ/kg1/2*c222.521 13调节级效率/ri-假定0.768 14调节级后排汽压力/PaMPa假定11.770 15汽轮机相对内效率/ri-假定0.885 16蒸汽初焓/h0kJ/kg根据p0,pc查焓熵图3395.780 17高压缸排汽焓/hckJ/kg查水蒸汽表2975.700 中压缸进汽焓/hr查水蒸汽表3537.700 低压缸排汽焓/hrc查水蒸汽表2235.400 18通流部分理想比焓降/(htmac)'kJ/kgh0-hc1722.380 19汽量增大系数/m-选取1.248 20前轴封漏汽/Dlt/h选取21.000 21门杆漏汽/Dvt/h选取6.847 22蒸汽余量/Dt/h取0.03*D027.847 23总进汽量初步计算/D0t/h928.227 24调节级进汽量/Dgt/hD0-Dv921.380 25速度比/Xa-选取0.375 26调节级平均直径/dmm选取1.060 27调节级喷嘴直径/dnmdm1.060 28调节级动叶直径/dbmdm1.060 29圆周速度/um/s*dm*n/60166.504 30假想速度/Cam/su/Xa444.012 31调节级理想比焓降/htkJ/kgCa2/298.573 32平均反动度/m-选取0.065 33喷嘴理想比焓降/hnkJ/kg(1-m)*ht92.166 34喷嘴后压力/P1MPa根据P0',h0,hn查焓熵图12.010 35喷嘴后理想比容/V1tm3/kg根据P0',h0,hn查焓熵图0.026 36动叶理想进口焓/h1tkJ/kgh0-hn3303.614 37喷嘴前压力比/n-P1/P0'0.751 38喷嘴出口角/1°根据n查喷嘴叶型表14.000 39理想喷嘴出口气流速度/c1tm/s429.339 40喷嘴速度系数/-选取0.970 41实际喷嘴出口气流速度/c1m/s*c1t416.459 42喷嘴损失/hnkJ/kg(1-2)*hn5.447 43喷嘴流量/Gnkg/s选取255.939 44喷嘴流量系数/n-选取0.935 45喷嘴出口面积/Anm2Gn*V1t/(n*c1t)0.017 46部分进汽度/e-计算0.950 47喷嘴高度/lnmAn/(e*dm*sin(1)取整0.022 48盖度/mm查叶高与盖度的关系表5.000 49动叶高度/lbmln+取整0.027 50根部反动度/r-1-(1-m)*db/(db-lb)0.041 51动叶进汽角/1°tan-1c1*sin1/(c1*cos1-u)22.980 52动叶进口汽流相对速度/w1m/sc1*sin1/sin1258.063 53动叶动能/hw1kJ/kgw12/233.298 54动叶实际进口焓/h1kJ/kgh1t+hn3309.061 55动叶前滞止压力/P10MPa根据h1和hw1查焓熵图13.344 56动叶理想比焓降/hbMPam*ht6.407 57动叶滞止理想比焓降/hb0MPahb+hw139.706 58动叶理想出口相对速度/w2tm/s281.800 59动叶速度系数/-由m和w2t查图0.926 60动叶实际出口相对速度/w2m/s*w2t260.947 61动叶损失/hbkJ/kg(1-2)*hb05.659 62动叶后蒸汽压力/P2MPa由hb和hb查焓熵图11.766 63动叶后蒸汽比容/V2m3/kg由hb和hb查焓熵图0.027 64动叶后蒸汽理想比焓/h2tkJ/kgh1-hb3302.654 65动叶后蒸汽实际比焓/h2kJ/kgh2t+hb3308.313 66动叶流量/Gbkg/s未考虑叶顶漏汽Gb=Gn255.939 67动叶出口面积/Abm2Gb*V2/w20.026 68动叶出口汽流绝对角/2°sin-1Ab/(e*db*lb)17.757 69动叶出口汽流绝对速度/c2m/s114.278 70动叶出口汽流相对角/2°tan-1w2*sin2/(w2*cos2-u)44.141 71余速损失/hc2kJ/kg1/2*c226.530 72轮周效率比焓降/hu'(无限长叶片)kJ/kghc0+ht-hn-hb-hc280.937 73级消耗的理想能量/E0kJ/kg调节级E0=ht0=ht98.573 74轮周效率/u'hu'/E082.109 75单位质量蒸汽轮周功/WukJ/kgu*(c1*cos1+c2*cos2)80.937 76轮周效率/u''Wu/E082.109 77两种轮周效率误差/u|u'-u''|/u'*1000.000 78叶高损失试验系数/a-选取1.500 79叶高损失hlkJ/kga/ln*hu'5.518 80轮周效率比焓降/hukJ/kghu'-hl75.419 81实际轮周效率/uhu/E076.511 82喷嘴后实际比容/V1m3/kg根据hn,hn查焓熵图0.026 83叶轮因摩擦消耗的功率/PfkW1.07*dm2*(u/100)3/v252.763 84叶轮摩擦损失/hfkJ/kgPf/G0.206 85鼓风损失/hwkJ/kg-0.123 86喷嘴组数/Sn-选取4.000 87斥汽损失/hskJ/kg1.762 88部分进汽损失/hekJ/kghw+hs1.639 89级的有效比焓降/hikJ/kghu-hf-he76.074 90级效率/ihi/E077.175 91级内功率/PiskWG*hi19470.288 2.5.2高压缸末级详细计算表格序号参数/符号单位公式结果1级进汽压力/P0MPa已知4.353 2级进汽比焓/h0kJ/kg已知3036.326 3级进汽滞止压力/P00MPa已知4.450 4上一级余速利用系数/1-选取1.000 5上一级余速损失/hc2kJ/kg已知1.621 6上一级余速动能利用/hc0kJ/kg1*hc21.621 7级进汽滞止比焓/h00kJ/kgh0+hc03037.946 8本级比焓降/htkJ/kg已知38.870 9本级滞止比焓降/ht0kJ/kght+hc040.491 10本级平均直径/dmm已知1.065 11速度比/Xa-已知0.600 12级的蒸汽流量/G0kg/s已知237.759 13平均反动度估算/m-选取0.500 14喷嘴理想比焓降/hnkJ/kg(1-m)*ht19.435 15喷嘴滞止理想比焓降/hn0kJ/kghn+hc021.056 16理想喷嘴出口气流速度/c1tm/s205.210 17实际喷嘴出口气流速度/c1m/s*c1t199.054 18喷嘴损失/hnkJ/kg(1-2)*hn01.244 19圆周速度/um/s*dm*n/60167.290 20级的理想速度/Cam/s284.572 21假想速度比/Xa-u/Ca0.588 22喷嘴等比熵出口焓/h1tkJ/kgh0-hn3016.891 23喷嘴等比熵出口压力/P1MPa查焓熵图4.067 24喷嘴等比熵出口比容/V1tm3/kg查焓熵图0.061 25喷嘴前后压力比/n-P1/P000.914 26喷嘴出汽角/1°选取15.80