汽輪機課程設(shè)計報告書

1、-. z.軍工路男子職業(yè)技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計報告書課程名稱：透平機械原理課程設(shè)計院系、部、中心：能源與動力工程學(xué)院專業(yè)：能源與動力工程班級：2013級*： JackT *： 131141* 起止日期：2017.1.6 指導(dǎo)教師：萬福哥前言我校研究的透平機械主要是是以水蒸汽為工質(zhì)的旋轉(zhuǎn)式動力機械，即汽輪機，常用于火力發(fā)電。汽輪機通常與鍋爐、凝汽器、水泵等一些列的設(shè)備、裝置配合使用，將燃煤熱能通過轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)電能。與其它原動機相比，汽輪機機具有單機功率大、效率高、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)和使用壽命長等優(yōu)點，但電站汽輪機在體積方面較為龐大。汽輪機的主要用途是作為發(fā)動機的原動機。與常規(guī)活塞式內(nèi)燃機相比，其具有輸出功率穩(wěn)定

2、、功率大等特點。在使用化石燃料的現(xiàn)代常規(guī)火力發(fā)電廠、核電站及地?zé)岚l(fā)電站中，都采用以汽輪機為原動機的汽輪發(fā)電機組，這種汽輪機具有轉(zhuǎn)速一定的特點。汽輪機在一定條件下還可變轉(zhuǎn)速運行，例如驅(qū)動各種泵、風(fēng)機、壓縮機和船舶螺旋槳等，我國第一艘航母*號就是以汽輪為原動機。汽輪機的排汽或中間抽氣還可以用來滿足工業(yè)生產(chǎn)卷煙廠、紡織廠和生活北方冬季供暖、賓館供給熱水上的供熱需要。在生產(chǎn)過程中有余能、余熱的工廠企業(yè)中，還可以用各種類型的工業(yè)汽輪機包括發(fā)電、熱電聯(lián)供、驅(qū)動動力用，使用不同品位的熱能，使熱能得以合理且有效地利用。汽輪機與鍋爐或其他蒸汽發(fā)生裝置，比方核島、發(fā)電機或其他被驅(qū)動機械，比方泵、螺旋槳等、凝汽器、

3、加熱器、泵等機械設(shè)備組成成套裝置，協(xié)同工作。具有一定溫度和壓力的蒸汽可來自鍋爐或其他汽源，經(jīng)主汽閥和調(diào)節(jié)汽閥進入汽輪機內(nèi)，依次流過一系列環(huán)形安裝的噴嘴柵或靜葉柵和動葉柵而膨脹做功，將其熱能轉(zhuǎn)換成推動汽輪機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機械功，通過聯(lián)軸器驅(qū)動其他機械，如發(fā)電機。膨脹做功后的蒸汽由汽輪機的排汽局部排出。在火電廠中，其排氣通常被引入凝汽器，向冷卻水或空氣放熱而凝結(jié)，凝結(jié)水再經(jīng)泵輸送至加熱器中加熱后作為鍋爐給水，循環(huán)工作。目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc471407515前言 PAGEREF _Toc471407515 h 2HYPERLINK l _Toc47140751

4、6目錄 PAGEREF _Toc471407516 h 3HYPERLINK l _Toc471407517一、課程設(shè)計任務(wù)書 PAGEREF _Toc471407517 h 3HYPERLINK l _Toc4714075181.1 設(shè)計題目 PAGEREF _Toc471407518 h 3HYPERLINK l _Toc4714075191.2 參數(shù) PAGEREF _Toc471407519 h 3HYPERLINK l _Toc4714075201.3 任務(wù)與要求 PAGEREF _Toc471407520 h 3HYPERLINK l _Toc471407521二、汽輪機近似熱力過

5、程線的擬定及汽輪發(fā)電機組經(jīng)濟指標的初算 PAGEREF _Toc471407521 h 3HYPERLINK l _Toc4714075222.1 汽輪機近似熱力過程線的擬定 PAGEREF _Toc471407522 h 3HYPERLINK l _Toc4714075232.1.1 進汽壓力損失的初步估計 PAGEREF _Toc471407523 h 3HYPERLINK l _Toc471407524選取機組的相對內(nèi)效率、發(fā)電效率和機械效率 PAGEREF _Toc471407524 h 3HYPERLINK l _Toc471407525近似熱力過程曲線的初步擬定 PAGEREF _

6、Toc471407525 h 3HYPERLINK l _Toc4714075262.2汽輪機總蒸汽量D0的估算 PAGEREF _Toc471407526 h 3HYPERLINK l _Toc4714075272.3汽輪發(fā)電機組汽耗率與熱耗率的初算 PAGEREF _Toc471407527 h 3HYPERLINK l _Toc4714075282.4 整機相對內(nèi)效率 PAGEREF _Toc471407528 h 3HYPERLINK l _Toc471407529三、焓降分配與級數(shù)確定 PAGEREF _Toc471407529 h 3HYPERLINK l _Toc47140753

7、03.1 第一級平均直徑的估計 PAGEREF _Toc471407530 h 3HYPERLINK l _Toc471407531四、級的熱力設(shè)計 PAGEREF _Toc471407531 h 3HYPERLINK l _Toc4714075324.1 調(diào)節(jié)級選型 PAGEREF _Toc471407532 h 3HYPERLINK l _Toc4714075334.2 調(diào)節(jié)級熱力參數(shù)的選擇 PAGEREF _Toc471407533 h 3HYPERLINK l _Toc4714075344.3 調(diào)節(jié)級詳細熱力計算 PAGEREF _Toc471407534 h 3HYPERLINK l

8、 _Toc4714075354.4其它壓力級的詳細計算 PAGEREF _Toc471407535 h 3HYPERLINK l _Toc471407536五、整機熱力性能校核 PAGEREF _Toc471407536 h 3HYPERLINK l _Toc4714075375.1 功率校核 PAGEREF _Toc471407537 h 3HYPERLINK l _Toc4714075385.2 相對內(nèi)效率校核 PAGEREF _Toc471407538 h 3HYPERLINK l _Toc471407539六、轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速強度校核 PAGEREF _Toc471407539 h 3HY

9、PERLINK l _Toc4714075406.1 轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速計算 PAGEREF _Toc471407540 h 3HYPERLINK l _Toc4714075416.2 葉片強度校核 PAGEREF _Toc471407541 h 3HYPERLINK l _Toc4714075426.3 葉根強度校核 PAGEREF _Toc471407542 h 3HYPERLINK l _Toc4714075436.4 輪緣強度計算 PAGEREF _Toc471407543 h 3HYPERLINK l _Toc471407544七、軸封漏氣量計算 PAGEREF _Toc471407544

10、 h 3HYPERLINK l _Toc4714075457.1 高壓端軸封漏汽 PAGEREF _Toc471407545 h 3HYPERLINK l _Toc4714075467.2 低壓端軸封漏汽 PAGEREF _Toc471407546 h 3HYPERLINK l _Toc471407547八、整機熱力過程線和壓力級速度三角形匯總 PAGEREF _Toc471407547 h 3HYPERLINK l _Toc4714075488.1整機熱力過程線 PAGEREF _Toc471407548 h 3HYPERLINK l _Toc4714075498.2壓力級速度三角形匯總 P

11、AGEREF _Toc471407549 h 3HYPERLINK l _Toc471407550九、熱力計算數(shù)據(jù)匯總表 PAGEREF _Toc471407550 h 3HYPERLINK l _Toc471407551十、各級葉片型號及參數(shù)匯總 PAGEREF _Toc471407551 h 3HYPERLINK l _Toc471407552參考文獻 PAGEREF _Toc471407552 h 3一、課程設(shè)計任務(wù)書1.1 設(shè)計題目沖動式機輪機通流局部熱力設(shè)計1.2 參數(shù)額定功率：Pe=350kw額定轉(zhuǎn)速：n=10000r/min進汽壓力：P0=2.45MPa進氣溫度：t0=3900c

12、排汽壓力：Pc=0.50MPa1.3 任務(wù)與要求汽輪機近似熱力過程線的擬定及汽輪發(fā)電機組經(jīng)濟指標的初算1 汽輪機熱力過程線的擬定；2 汽輪機總蒸汽量D0的估算；3 汽輪發(fā)電機組汽耗率與熱耗率的初算調(diào)節(jié)級的熱力設(shè)計；1調(diào)節(jié)級選型；2調(diào)節(jié)級熱力參數(shù)的選擇；3調(diào)節(jié)級詳細熱力計算; 3 整機熱力性能校核 4 整機熱力過程線和壓力級速度三角形匯總 5 熱力計算數(shù)據(jù)匯總表 6 設(shè)計小結(jié)二、汽輪機近似熱力過程線的擬定及汽輪發(fā)電機組經(jīng)濟指標的初算2.1 汽輪機近似熱力過程線的擬定2.1.1 進汽壓力損失的初步估計進汽節(jié)流損失：P=0.05*P0=0.1225MPa進汽前壓力：P1=P0-P=2.3275MPa

13、選取機組的相對內(nèi)效率、發(fā)電效率和機械效率由于汽輪發(fā)電機組的額定功率：Pr=350kw ,所以取汽輪機相對內(nèi)效率: ri=0.73，發(fā)電機效率g=0.970 (全負荷)，機械效率m=0.987近似熱力過程曲線的初步擬定由P0=2.45MPa，t0=3900c，確定初始狀態(tài)點0，查表知 h0=3216.88kJ/kg, s0=6.7kJ/(kg.K)節(jié)流后 h1=h0=3216.88kJ/kg, P1=2.3275MPa確定點1。過0點做定熵線與Pc=0.50MPa的定壓線交于z點，查表知 hzt=2827.37kJ/kg, tzt=187.2470c整機理想焓降ht*=h0-hzt=389.51

14、kJ/kg整機有效焓降hi*=riht*=280.45kJ/kg從而確定z點的比焓為Hz*=h0-hi*=2936.43kJ/kg然后過z作等焓線交過z的等壓線于點2，過1、2點作光滑曲線即為汽輪機的近似熱力過程線2.2汽輪機總蒸汽量D0的估算由額定功率Pe、有效焓降hi*、機械效率m、發(fā)電機效率g，得總蒸汽量D0為 D0=4.69t/h2.3汽輪發(fā)電機組汽耗率與熱耗率的初算發(fā)電機組汽耗率d0為 d0=13.4kg/(kW.h)發(fā)電機組熱耗率q0為 q0=d0hi*=3758.03kJ/(kW.h)2.4 整機相對內(nèi)效率整機相對內(nèi)效率ri為ri=0.73三、焓降分配與級數(shù)確定3.1 第一級平均

15、直徑的估計假設(shè)第一級理想等熵焓降為h1*=250kJ/kg，1=14.50假想速度 Ca=707.11m/s取假想速比 *a=0.242由 u=*aCa=dm1n/60得節(jié)圓直徑dm1=0.327m，根據(jù)式 G=dm1l1eCasin1/1得葉高l1=0.019m根據(jù)同樣的方法，假設(shè)末級等熵焓降hz*=74.51kJ/kg,假設(shè)末級1=11.20計算出末級參數(shù) dmz=0.380m ,lz=0.036m假設(shè)汽輪機分為3 級，具體形式為一列雙列復(fù)數(shù)級和兩列壓力級，雙列復(fù)速級局部進汽度e=0.23，各級理想焓降分別為：h1*=250kJ/kg、h2*=65kJ/kg、h3*=74.51kJ/kg各

16、節(jié)圓直徑分別為：dm1=0.327m、dm2=0.353m、dm3=0.380m各級理想焓降與各節(jié)圓直徑沿級數(shù)方向變化趨勢見圖2-1、2-2：圖2-1 各級理想焓降沿級數(shù)方向變化趨勢圖2-2 各節(jié)圓直徑沿級數(shù)方向變化趨勢四、級的熱力設(shè)計4.1 調(diào)節(jié)級選型由于整機絕熱焓降較大，整機級的設(shè)計選擇調(diào)節(jié)級加壓力級的形式。由于雙列復(fù)速級具有可以承當(dāng)較大焓降這一優(yōu)點，故調(diào)節(jié)級確定為雙列復(fù)速級。4.2調(diào)節(jié)級熱力參數(shù)的選擇調(diào)節(jié)級承當(dāng)絕熱焓降h1s為h1s=250kJ/kg調(diào)節(jié)級進口參數(shù)h1=3216.88kJ/kg， P1=2.3275MPa 查表可知 s1=7.023kJ/(kg.K)，1=0.12765m

17、3/kg其它參數(shù)：噴嘴速度系數(shù)=0.947，動葉一速度系數(shù)=0.91，導(dǎo)葉速度系數(shù)=0.94，動葉二速度系數(shù)=0.97第一列動葉反動度1=0.02，導(dǎo)葉反動度2=0.05，第二列動葉反動度3=0.02，總反動度=0.09.4.3 調(diào)節(jié)級詳細熱力計算以下公式均來自與汽輪機原理-王新軍P38與P40頁噴嘴理想焓降hns=1-h1s=227.5kJ/kg噴嘴速度 C1s=674.54m/s C1=C1s=638.79m/s噴嘴能量損失hn=1-2hns=23.48kJ/kg圓周速度 u=dm1n/60=171.14m/s相對汽流速度 w1= QUOTE =475.36m/s靜葉出汽角1=actan

18、QUOTE =20.120動葉一理想比焓降 QUOTE 5 kJ/kg動葉出口氣流相對速度 QUOTE QUOTE 動葉一損失 QUOTE 動葉一出口絕對氣流速度 QUOTE 動葉一出口相對氣流角0導(dǎo)葉出口絕對氣流速度 QUOTE QUOTE 導(dǎo)葉損失 QUOTE 動葉二進口相對汽流速度動葉二進口相對汽流角 QUOTE 動葉二理想比焓降 QUOTE 動葉二出口汽流相對速度 QUOTE QUOTE 動葉二損失 QUOTE 動葉二出口汽流絕對速度 QUOTE 動葉二出汽角 QUOTE 余速損失 QUOTE 輪周有效焓降 QUOTE 輪周效率 QUOTE 葉高損失 QUOTE 葉輪摩擦損失、漏氣損失

19、、濕汽損失忽略不計級有效比焓降級的相對內(nèi)效率 QUOTE 級的內(nèi)功率 QUOTE 4.4其它壓力級的詳細計算其他各壓力級計算過程與第一級一樣。用E*CEL 軟件計算。過程不再書寫，只將各級計算的結(jié)果列于表中。表4-1 其他各壓力級計算五、整機熱力性能校核5.1 功率校核汽機額定功率Pe=350kw由本說明書4.4節(jié)可知汽機實際運行功率Pr=358.07偏差= QUOTE 汽機運行功率滿足要求5.2 相對內(nèi)效率校核預(yù)估汽機相對內(nèi)效率ri=0.73由本說明書4.4節(jié)可知汽機實際運行時相對內(nèi)效率rir=0.749偏差= QUOTE 汽機相對內(nèi)效率滿足要求六、轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速強度校核6.1 轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速計

20、算轉(zhuǎn)子材料選用30Cr1Mo1V，于網(wǎng)上找到其物性參數(shù)，具體如下所示：轉(zhuǎn)子密度=7760kg/m3轉(zhuǎn)子彈性模量 E=192GPa慣性矩 QUOTE 轉(zhuǎn)子橫截面積轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速 QUOTE 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于材料允許的一階臨界轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速滿足要求。6.2 葉片強度校核由于末級葉片動葉處于汽輪機工況最為惡劣的地方，故只需校核第二列壓力級動葉強度。假設(shè)其承受應(yīng)力小于許用應(yīng)力，則認為其強度到達要求。具體校核步驟如下所示：葉片選用材料：1Cr13材料密度=7760kg/m3屈服強度0.2t=420MPa許用應(yīng)力 QUOTE 動葉離心拉應(yīng)力 QUOTE 動葉在圓周方向承受的作用力 QUOTE 動葉在軸向方向

21、承受的作用力 QUOTE 動葉氣流力合力動葉底部截面彎矩查閱汽輪機設(shè)計課程參考資料-蘇字葉型P156頁可知動葉截面系數(shù) QUOTE 動葉進出口截面應(yīng)力動葉背部截面應(yīng)力 QUOTE 動葉進出口截面合成應(yīng)力 QUOTE 動葉背部截面合成應(yīng)力 QUOTE 由上述計算可知，末級動葉片承當(dāng)?shù)淖畲髴?yīng)力小于許用應(yīng)力，葉片強度滿足使用條件。6.3 葉根強度校核由于末級葉片動葉處于汽輪機工況最為惡劣的地方，故只需校核第二列壓力級動葉葉根強度。假設(shè)其承受應(yīng)力小于許用應(yīng)力，則認為其強度到達要求。末級承當(dāng)焓降較大，葉根型式考慮使用叉型葉根。叉型葉根具體形式為雙叉雙鉚釘。如圖6-1所示。具體校核步驟如下所示：葉根底部截

22、面到葉根I-I截面的距離 a=0.015截面I-I處的半徑 QUOTE i-i截面上的離心拉力 C1= QUOTE =5569.24N/m葉根叉數(shù) ZH=2鉚釘直徑 d=0.005m每叉寬度 b=0.05葉片數(shù)目 ZH=56偏心距 E=0.0005截面I-I處葉片節(jié)距 QUOTE 葉根I-I截面上的離心拉應(yīng)力 QUOTE 葉根I-I截面系數(shù) QUOTE 汽流力產(chǎn)生的彎矩和彎應(yīng)力 QUOTE QUOTE 偏心引起的彎矩及彎應(yīng)力 QUOTE 葉根I-I截面合成應(yīng)力 QUOTE 葉根承受應(yīng)力小于許用應(yīng)力，葉根強度滿足使用條件圖6-1 叉形葉根6.4 輪緣強度計算汽機末級位置處的輪緣承當(dāng)了最大的應(yīng)力。故只需校核末級位置處的輪緣強度即可。截面-處的半徑 R2=0.123m截面-以上的