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、、稳固并应用《汽轮机原理》课程中已学过的理论学问,通过课程设计重点把握汽轮机热力设计的方法、步骤。
,一般是根据给定的设计条件,选择一些主要参数包括平均反动度,速比,确定流通局部的几何参数,包括级的平均直径,叶型,叶高,几何角力求获得较高的相对内效率。就汽轮机课程设计而言其任务通常是指各级几何尺寸确实定及级效率和内功率的计算。
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(1)分析并确定汽轮机热力设计的根本参数,如汽轮机容量、进汽参数、转速、排汽压力或循环水温度、回热加热级数及给水温度、供热汽轮机的供汽压力等。
(2)分析并选择汽轮机的型式、配汽机构型式、通流局部外形及有关参数。
(3)拟定汽轮机近似热力过程线和原则性热力系统,进展汽耗量与热经济性的初步计算。
(4)依据汽轮机运行特性、经济要求及构造强度等因素,比拟和确定调整级的型式、比焓降、叶型及尺寸等。
(5)依据流通局部外形和回热抽汽压力要求,确定压力级的级数,并进展各级比焓降安排。
(6)对各级进展具体的热力计算,求出各级流通局部的几何尺寸、相对内效率和内功率,确定汽轮机的实际热力过程线。
(7)依据各级热力计算的结果,修正各回热抽汽点压力以符合实际热力过程线的要求。
(8)依据需要修正热力计算结果。
(9)绘制流通局部及纵剖面图。
,明确主要部件在整个机组中的作用、位置及相互关系。
、设计资料等。
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(1)运行时具有较高的经济性。
(2)不同工况下工作时均有高的牢靠性。
(3)在满意经济性和牢靠性要求的同时,还应考虑到汽轮机的构造紧凑、系统简洁、布局合理、本钱低廉、安装与修理便利以及零部件通用化、系列标准化等因素。
,与当前国民经济的要求相适应,因而要求设计者具有高度的责任感,严厉仔细。应做到选择及计算数据准确、合理、绘图标准,清晰美观。
二、课程设计题目以下为典型常规题目,也可以设计其他类型的机组。
机组型号:
B25-:多级冲动式背压汽轮机新汽压力:Po=(90ata)新汽温度:to=535℃排汽压力:Pc=(10ata)额定功率:Pel=25000KW转速:n=3000rpm三、课程设计的内容与步骤(一)(采纳喷嘴配汽)
(采纳单列级)
⑴已知设计参数Po=,to=535℃,Pc=,Pel=25000KW,n=3000rpm⑵选取设计参数①设计功率一般凝汽式机组有统一系列标准,而背压机组在国内目前尚无统一系列标准。可取:设计功率=经济功率=额定功率。
②汽轮机相对内效率ηri选取某一ηri值,待各级具体计算后与所得ηri'进展比拟,直到符合要求为止。
③机械效率:
取ηm=99%④发电效率:
取ηg=97%⑤给水回热系统及参数:采纳两级加热器,一级除氧器。系统及参数详见给水回热系统图。
(1)进汽机构的节流损失ΔPo阀门全开时,ΔPo=(~)Po,通常取调整级喷嘴前Po'=(2)排汽管中压力损失ΔPc:对于本机,认为Pc'=Pc,即ΔPc=0(3)末级余速损失δhc2:本机取C2=70m/s(4)调整级效率调整级效率较低,而中间级效率较高。假定调整级ηri=70%而调整级后压力Pa=,作为初拟热力过程线的参数。可采纳分段拟定热力过程线。
*PelDo=─────────────*m+ΔD
(Δhtmac)'*ηriηgηmPel──汽轮机的设计功率,kW(Δhtmac)'──汽轮机通流局部的抱负比焓降,kJ/kgηri──汽轮机通流局部相对内效率之初估值;
ηg──机组的发电机效率;
ηm──机组的机械效率;
m──考虑回热抽汽引起汽量增大的系数,它与回热级数、给水温度、汽机容量及参数有关,取m=;
ΔD是考虑门杆漏汽及前轴封漏汽的蒸汽余量,(t/h)
ΔD=ΔDl+ΔDv给定前轴封漏汽ΔDl=,门杆漏汽ΔDv=;
Do是汽轮机总进汽量。
(1)确定调整级进汽量DgDg=Do-ΔDv(t/h)
(2)确定速比Xa和抱负比焓降Δht取Xa=,取调整级平均直径dm=1100mm,计算时取dm=dn=db由u=π*dm*n/60和Xa=u/Ca,Δht=Ca2/2(备注:软件中^是指数符号),检查Δht是否在70~125kJ/kg范围内。
(3)平均反动度Ωm的选取:取Ωm=%(4)计算嘴抱负比焓降ΔhnΔhn=(1-Ωm)*Δht(5)计算喷嘴前后压比εn依据Po'、ho以及Δhn查焓熵图,得到喷嘴后压力P1和比容V1t由εn=Po/Po'推断流淌状态,选择喷嘴叶型和喷嘴出口角α1。
(参见喷嘴叶型表)(6)计算喷嘴出口汽流速度C1C1=φ*C1t,取φ=(7)计算喷嘴损失δhnδhn=(1-φ2)*Δhn(8)确定喷嘴出口面积AnAn=Gn*V1t/μn*C1tGn──喷嘴流量,kg/sV1t──喷嘴出口抱负比容,m3/kgμn──喷嘴流量系数,取μn=(9)确定局部进汽度e确定局部进汽度的原则是选择局部进汽度e和喷嘴高度ln的最正确组合,使叶高损失δhl和局部进汽损失δhe之和为最小。
由An=e*π*dm*ln*sin(α1)得ln=An/(e*π*dm*sin(α1))而δhl=ξl*Eo=a1/ln*Xa^2*Eo,取a1==ξe*Eo=(ξw+ξs)*Eo鼓风损失系数ξe=Be*1/e*(1-e-ec/2)*Xa3,取Be=,ec==Ce*1/e*Sn/dn*Xa,取Ce=,Sn=3(喷嘴组数),dn=dm=1100mm令y=δhl+δhe令其一阶导数为零,即求y的极值,最终可得到e,设计时选取e值比计算值稍大些。
(10)确定喷嘴高度lnln=An/(e*π*dm*sin(α1))(11)动叶高度lb=ln+Δ(Δ为盖度)
(12)选取盖度Δ对于本机组来说调整级:Δ=:Δ=(ln20mm)Δ=(20≤ln40mm)Δ=(ln≥40mm)(13)检验根部反动度ΩrΩr=1-(1-Ωm)*db/(db-lb)─,否则应重新选择。
(14)求动叶进口汽流相对速度w1和进汽角β1tgβ1=c1*sin(α1)/(c1*cos(α1)-u)
w1=C1*sin(α1)/sin(β1)
δhw1=w12/2(15)计算动叶前滞止压力P10由h1=h1t+δhn和δhw1查焓熵图(16)确定动叶抱负比焓降Δhb和动叶滞止抱负比焓降Δhb0Δhb=Ωm*ΔhtΔhb0=Δhb+δhw1(17)计算动叶出口汽流相对速度w2w2t=w2=ψ*w2t,ψ由Ωm和w2t查ψ图得到(18)计算动叶损失δhbδhb=(1-ψ2)*Δhb0(19)求取动叶后蒸汽压力P2和比容V2由Δhb和δhb查焓熵图得到(20)确定动叶出口面积AbAb=Gb*V2/w2,因未考虑叶顶漏汽,故Gb=Gn(21)确定动叶出口汽流角β2sin(β2)=Ab/(e*π*db*lb)依据β1和β2和动叶叶型表选取动叶叶型(22)计算动叶出口汽流肯定速度从C2和出汽角α2α2=arctg(w2*sin(β2)/(w2*cos(β2)-u))
(23)计算余速损失δhc2δhc2=*C22(24)计算轮周效率比焓降Δhu'(无限长叶片)
Δhu'=Δhto-δhn-δhb-δhc2(25)计算级消耗的抱负能量EoEo=δhco+Δht-μ1*δhc2对于调整级Eo=Δhto=Δht(26)计算轮周效率ηu'(无限长叶片)
ηu'=Δhu'/Eo(27)校核轮周效率单位质量蒸汽对动叶所作的轮周功Wu=u*(c1*cos(α1)+c2*cos(α2))轮周效率ηu“=Wu/Eo用两种方法计算所得轮周效率应相近,其误差要求Δηu=|ηu'-ηu“|/ηu'*100%1%若Δηu1%说明前面计算有误,须重新计算。
(28)计算叶高损失δhlδhl=a/l*Δhu',式中取系数a=,已包括扇形损失(29)计算轮周有效比焓降ΔhuΔhu=Δhu'-δhl(30)计算轮周效率ηuηu=Δhu/Eo(31)计算叶轮摩擦损失δhfδhf=ΔPf/G其中ΔPf=K1*(u/100)3*dm2/v,取K1==(v1+v2)/2(32)计算局部进汽损失δheδhe=δhw+δhs鼓风损失δhw=ξw*Δht,ξw=Be*1/e*(1-e-ec/2)*Xa3斥汽损失δhs=ξs*Δht,ξs=Ce*1/e*Sn/dn*Xa(33)计算级效率和级内功率级的有效比焓降Δhi=Δhu-δhf-δhe级效率ηi=Δhi/Eo级内功率Pis=G*Δhi(34)确定级后参数级后压力P2和比焓h2由焓熵图查出。
最终,画出动叶出口速度三角形,级的热力过程线,标出参数。
,整段转子的叶片根部直径一般采纳一样的值。这样,一方面是加工便利,另一方面可使许多级的隔板体通用。
(1)第一压力级平均直径dmI确实定这里给定dmI=981mm检验喷嘴高度ln,使ln不小于12─15mm,否则应减小dmI或采纳局部进汽度。
首先选取XaI=,Ωm=,α1=,计算ΔhtI、ΔhnI和h1t,ΔhtI=Ca2/2=*(π*dm*n/60/Xa)2ΔhnI=(1-Ωm)*ΔhtIh1t=ho-ΔhnI查焓熵图求V1t第一压力级喷嘴流量为调整级流量减去前轴封漏汽量,即GnI=GoI=Gg-ΔGl(kg/s)喷嘴出口汽流速度C1t由连续性方程有GnI=μn*An*C1t/V1t,=e*π*dmI*lnI*sin(α1),其中取e=1求出ln,检验其正确性(2)末级平均直径确实定给定dmz=(3)确定压力级平均直径的变化依据《汽轮机原理》所描述的蒸汽通道外形,确定压力级平均直径的变化规律,通常采纳作图法。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。依据选择的通道外形,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。
(4)压力级的平均直径dm(平均)
将BD线等分为m等分,取1、2、3……m-1点。为了减小误差,建议6。从图中量出各段长度,求出平均直径。
dm(平均)=(AB+(1-1)+(2-2)+……+CD)/(m+1)*k,式中的k为比例尺。(见图3)
图3压力级平均直径变化曲线图(5)压力级的平均比焓降Δht(平均)
选取平均速比Xa(平均)=,则Δht(平均)=*(π*dm(平均)*n/60/Xa(平均))2(6)压力级级数确实定ZZ=(1+α)*Δhtp/Δht(平均)
式中Δht(p)--压力级的抱负比焓降,α为重热系数,本机α=,将Z取整。
(7)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,在原拟定的平均直径变化曲线上,求出各级的平均直径。
(8)各级比焓降安排依据求出的各级平均直径,选取相应的速比,求出各级的抱负比焓降ΔhtΔht=*(π*dm*n/60/Xa)2为了便于比拟和修正,一般以表格的方式列出(9)各级比焓降的修正在拟定的热力过程线上逐级作出各级抱负比焓降Δht,计算Δh。
Δh=(1+α)*Δhtp-ΣΔht假如Δh较大时可平均安排给各级,很小时可以加在末一、二级上。
(10)检查各抽汽点压力值,是否符合要求,其误差应小于2%,假如相差太大,应适当调整各级的比焓降。
(11)最终根据各级的dm和Δht求出相应的各级速比Xa。留意末级的计算,应待末二级详算后,依据末二级后的压力与排汽压力来确定Δhtz和Xaz。
(1)由上一级的计算结果,已知本级的Po,ho,Po0,ho0,δhco,由压力级比焓降安排,已知本级的Δht,Δht0,dm,Xa,Go。
(2)选取平均反动度反动度的选择有两种方式①选定一个适宜的根部反动度Ωr,估取动叶高度,然后用下式确定相应的平均直径处的反动度Ωm=1-(1-Ωr)*(db-lb)/db②估取一平均反动度Ωm,待级热力计算后再校核根部反动度。
(3)计算喷嘴的抱负比焓降ΔhnΔhn=(1-Ωm)*Δht(4)计算喷嘴的滞止抱负比焓降Δhn0Δhn0=Δhn+δhco(5)计算喷嘴的出口汽流抱负速度C1t(6)计算喷嘴出口汽流实际速度C1C1=φ*C1t,这里取φ=(7)计算喷嘴损失δhnδhn=(1-φ2)*Δhn0(8)计算圆周速度uu=π*dm*n/60(9)计算级的抱负速度Ca(10)计算假想速比XaXa=u/Ca(11)确定喷嘴等比熵出参数h1t,V1t和P1首先由ho和Δhn求出喷嘴出口抱负比焓值h1t,h1t=ho-Δhn然后在焓熵图上,从进口状态等比熵膨胀到h1t查出等比熵出口比容V1t和出口压力P1。