200MW调整抽汽式汽轮机热力设计 - 图文

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题 目：200MW调整抽汽式汽轮机热力设计 学生姓名： 学 院： 系 别： 专 业： 班 级： 指导教师：

二 〇 一〇年 四 月 六 日

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摘 要

汽轮机是以蒸汽为工质的旋转式热能动力机械，与其他原动机相比，它具有单机功率大、效率较高、运转平稳和使用寿命长等优点。级是汽轮机的基本作功单元，由喷嘴和动叶组成。

本次毕业设计针对调整抽汽式汽轮机进行热力设计。首先根据已知条件进行回热系统的热平衡计算，确定汽轮机近似热力过程曲线；确定压力级的级数和排汽口数，进行各级比焓降分配，并修正各回热抽汽点压力；然后对各级进行详细的热力计算，求出各级通流部分的几何尺寸、相对内效率和内功率，确定汽轮机实际的热力过程曲线；计算轴封漏汽量和阀杆漏汽并对整机效率进行了校核；对调整抽汽式与纯凝汽式机组的热经济性进行对比分析；最后绘制了汽轮机的纵剖面图。

通过本次毕业设计，综合运用了大学期间所学的专业知识，对汽轮机有了更加系统而全面的认识。

关键词：汽轮机；热力计算；热经济性

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Abstract

Steam for the media to Turbine is the rotating thermal power plant . Compared with other original motive, it has a single power, more efficient, smooth operation and long life and other advantages. Turbine-class is the basic unit for power from the nozzle of the composition and dynamic.

The graduation design is designed for thermals of extraction Steam Turbine adjustment. First, according to the known conditions of the thermal system, do heat balance calculation. determine approximate turbine heat curve; determine the level pressure and exhaust-mouth series of, at all levels than enthalpy drop distribution, and amendments to the extraction point of pressure and then Details of the heat levels, flow levels obtained part of the geometry, and the relative efficiency of the power to determine the actual turbine heat curve; calculated seal steam leakage of steam leakage and the stem and Efficiency To check the last adjustment of pure condensate extraction of steam and heat-generating units to conduct a comparative analysis of the economy. Finally draw the profile of the turbine plans.

Through this graduate design, I have more systems and comprehensive understanding of steam turbine, comprehensively using of the University during the school's expertise.

Keywords: Turbine; Thermodynamic calculation; heat economy

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目 录

第一章 绪 论 ...................................................................................................................... 1

1.1汽轮机概述 ............................................................................................................. 1

1.1.1汽轮机的分类 ............................................................................................... 1 1.1.2汽轮机的发展史及现状 ............................................................................... 2 1.2汽轮机热力设计的发展 ......................................................................................... 3 1.3热力设计的内容和主要目的 ................................................................................. 3 第二章 回热系统设计 ........................................................................................................ 5

2.1回热系统的选择 ..................................................................................................... 5 2.2原则性热力系统的计算 ......................................................................................... 6

2.2.1近似热力过程曲线的拟定 ........................................................................... 6 2.2.2汽轮机总进汽量的初步估算 ....................................................................... 8 2.2.2回热系统的热平衡的初步计算 ................................................................... 9

第三章 通流部分的设计 .................................................................................................. 14

3.1排汽面积的计算 ................................................................................................... 14 3.2配汽方式和调节级的选型 ................................................................................... 14 3.3压力级比焓降的分配及级数的确定 ................................................................... 15

3.3.1各级平均直径的确定 ................................................................................. 15 3.3.2级数的确定及比焓降的分配 ..................................................................... 17 3.3.3回热系统的修正 ......................................................................................... 19 3.4级的热力计算 ....................................................................................................... 19

3.4.1出口面积及叶片高度的计算 ..................................................................... 20 3.4.2反动度与损失系数的选择 ......................................................................... 22 3.4.3级效率与内功率的计算 ............................................................................. 23 3.5汽轮机漏汽量的计算 ........................................................................................... 34

3.5.1阀杆漏汽的计算 ......................................................................................... 34 3.5.2 轴封漏汽量计算 ........................................................................................ 35 3.6整机校核 ............................................................................................................... 37 3.7调整抽汽式热效率的计算 ................................................................................... 37 第四章 结 论 .................................................................................................................... 39

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注 释 ................................................................................................................................ 40 参考文献 ............................................................................................................................ 41 谢 辞 ................................................................................................................................ 43

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第一章 绪 论

汽轮机是以蒸汽为工质的旋转式热能动力机械，与其他原动机相比，它具有单机功率大、效率较高、运转平稳和使用寿命长等优点?1?。

1.1汽轮机概述

1.1.1汽轮机的分类

1．按工作原理分

喷嘴叶栅(或静叶栅)和与其相配的动叶栅组成汽轮机中基本的工作单“级”，不同的级顺序串联构成多级汽轮机。蒸汽在级中以不同方式进行能量转换，便形成不同工作原理的汽轮机，即冲动式汽轮机和反动式汽轮机：

1)冲动式汽轮机：主要由冲动级组成，在级中蒸汽基本上在喷嘴叶栅(或静叶栅)中膨胀，在动叶栅中只有少量膨胀。

2)反动式汽轮机：主要由反动级组成，蒸汽在汽轮机的静叶栅和动叶栅中都有相当程度的膨胀。 2．按热力特性分

1)凝汽式汽轮机：汽轮机的排汽在低于大气压力的真空状态下进入凝汽器凝结成水。若将蒸汽在汽轮机某级后引出再次加热，然后再返回汽轮机继续膨胀做功，这就是中间再热凝汽式汽轮机。

2)背压式汽轮机：汽轮机的排汽压力大于大气压力，排汽直接供热用户使用，而不进入凝汽器。当排汽作为其他中、低压汽轮机的工作蒸汽时，又称前置式汽轮机。

3)调整抽汽式汽轮机：从汽轮机中间某级后抽出—定的可以调整参数、流量的蒸汽对外供热，汽轮机的排汽进入凝汽器。可分为一次调整抽汽式汽轮机和两次调整抽汽式汽轮机。

4)抽汽背压式汽轮机：具有调整抽汽的背压式汽轮机，调整抽汽和排汽都分别供热用户。

5)多压式汽轮机：汽轮机的进汽不止一个参数，在汽轮机的某中间级前又引入其他来源的蒸汽，与原来的蒸汽混合共同膨胀做功。

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3.按主蒸汽压力分

1)低压汽轮机：主蒸汽压力为0.12～1.5MPa； 2)中压汽轮机：主蒸汽压力为2～4MPa； 3)高压汽轮机：主蒸汽压力为6～10MPa； 4)超高压汽轮机：主蒸汽压力为12～14MFa； 5)亚临界压力汽轮机：主蒸汽压力为16～18MFa； 6)超临界压力汽轮机：主蒸汽压力大于22.1MPa；

7)超超临界压力汽轮机(Ultra supercritical,简称USC)：主蒸汽压力大于31MPa或蒸汽温度超过566℃。

?3?1.1.2汽轮机的发展史及现状

1883年，瑞典工程师拉伐尔（Laval）研制出了第一台功率为3.7kW单级轴流式汽轮机。

1920年左右，汽轮机出现了给水回热系统，提高了汽轮机的相对内效率。 1925年，出现了第一台中间再热式汽轮机，进一步提高了汽轮机相对内效率和绝对效率。

21世纪40年代以后，尤其是最近30几年来，汽轮机发展特别迅速。现代汽轮机发展的基本方向是以增大单机功率为中心的

?4?。

自70年代以来，工业发达国家汽轮机的制造几乎普遍进入百万级。2006年11月28日，华能玉环电厂的第一台1000MW超超临界燃煤机组正式投入商业运行，正式标志着我国已进入了百万级时代。

当今世界上，汽轮机的主要制造企业有：美国的通用电气公司，美国的西屋电气公司，瑞士的勃朗·鲍维利公司，法国的阿尔斯通大西洋公司，苏联的列宁格勒金属工厂，日本的日立株式会社（简称日立)、东京芝浦电汽株式会社(简称东芝) 和三菱株式会社(简称三菱)。

我国自1955年制造第一台中压6MW汽轮机以来，在以后的30几年时间里，已经走完了从中压机组到亚临界600MW机组的全部过程，特别是近10几年内，发展较快。这预示着我国将制造出更大功率等级的汽轮机并逐步赶上世界先进水平。

我国生产汽轮机的主要工厂有哈尔滨汽轮机厂、上海汽轮机厂和东方汽轮机厂。除了这三个大型工厂以外，还有北京重型电机厂、青岛汽轮机厂和武汉汽轮机厂等

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中小型汽轮机厂，还有以生产工业汽轮机为主的杭州汽轮机厂和以生产燃汽轮机为主的南京汽轮机厂。

1.2汽轮机热力设计的发展

回顾汽轮机的发展，汽轮机热力设计的发展可以分为以下三个阶段?5?： 第1代：60年代之前，汽动热力设计依靠平均截面上的一维设计即速度三角形计算，代表特征是等截面直叶片或自由涡流型造型。

第2代：80年代前，S2流面上的设计计算开始引入，其代表特征是可控涡和可控反动度设计概念、新型扭叶片得到应用，汽动热力设计进入一维/二维阶段。

第3代：从90年代开始，其代表性特征是采用弯扭叶片等复杂全三维造型。该阶段采用了当代计算流体力学的最新成就，即全三维NS方程数值解来分析级内全三维流场，汽动热力设计进入一维/二维(准三维)/全三维阶段。通流部分汽动热力设计概念的进步使汽轮机热效率有了显著提高。

综合国外文献报道，每一代新技术使汽轮机热耗下降1.5％～2.0％，故第3代汽轮机热耗比第1代下降幅度为3％～4％。设计概念的进步集中体现于设计方法的更新。设计方法的进步从功能上是由一维计算到三维计算的完善过程，其实质则是由主要依靠实验和经验的设计方法向主要依靠设计软件体系即计算流体力学设计方法的转变。这一转变的科学基础是近30年来计算流体力学和计算机技术的巨大发展和进步。

1.3热力设计的内容和主要目的

汽轮机热力设计的任务是，按给定的设计条件，确定通流部分的几何尺寸，力求获得高的相对内效率。汽轮机的通流部分即汽轮机本体中汽流的通道，包括调节阀、级的通流部分和排汽部分。就汽轮机热力设计而言，其任务通常是指各级几何尺寸的确定及级效率和内功率的计算。

1.汽轮机热力设计的主要内容与设计程序大致包括：

1) 根据所给设计参数，分析并选择配汽机构形式、通流部分形状及有关参数； 2)拟定汽轮机近似热力过程曲线和原则性回热系统，进行汽耗量及热经济性的初步计算；

3)根据汽轮机运行特性、经济要求及结构强度等因素，比较和确定调节级的型式、比焓降、叶型及尺寸等；

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4)根据通流部分形状和回热抽汽点要求，确定压力级即非调节级的级数和排汽口数，并进行各级比焓降分配；

5)对各级进行详细的热力计算，求出各级通流部分的几何尺寸、相对内效率和内功率，确定汽轮机实际的热力过程曲线；

6)根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曲线的要求，并修正回热系统的热平衡计算；

7)根据需要修正汽轮机热力计算结果；

8)初步确定轴封系统，计算轴封漏汽量和阀杆漏汽量； 9）对200MW调整抽汽式汽轮机进行热经济性分析； 10)绘制通流部分方案图及汽轮机的纵剖面方案图。 2.汽轮机热力设计的目的：

1)对200MW调整抽汽式汽轮机结构有一个整体认识，并对其内部具体结构有所了解；

2)掌握200MW调整抽汽式汽轮机热力设计的具体步骤，加深对汽轮机工作原理的理解；

3)通过对200MW调整抽汽式汽轮机的热力设计，对电站汽轮机有一个更加全面的系统的认识，为今后从事电站汽轮机的运行打下坚实的理论基础。

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第二章 回热系统设计

采用回热加热给水可以减小排汽在凝汽器中被冷却水带走的热损失，提高装置循环的热效率。本设计的初参数见表2-1。

表2-1 初参数表

汽轮机额定功率 汽轮机设计功率 汽轮机初压 汽轮机初温 汽轮机转速 汽轮机总进汽量 再热压力 抽汽供热式 设计功率 回热级数 Pe Pe p0 t0 MW MW 200 200 12.7 535 3000 603.85 汽轮机背压 凝结水量 凝汽器出口水温 冷却水温度 汽轮机给水温度 抽汽供热式 冷却水温度 抽汽供热式 给水温度 抽汽供热式背压 pc MPa 0.0055 th 490.65 ???Dcw tc tcf tfw tcf MPa ?C C C 35 20 246 20 535 245.1 C n D0 rmin th ?C C C pz Pe MPa 2.231 再热温度 145 8 tz tfw ?MPa ? pc MPa 0.003 2.1回热系统的选择

图2-1 原则性回热系统

N—凝汽器；JD1、JD1、JD1、JD1—一至四号低压加热器；CF1—汽封加热器；

CY—除氧器；JG1、JG1、JG1—高压加热器；ZL—蒸汽冷却器；CF2—汽封冷却器

200MW汽轮机的回热系统中，包括三台高压加热器，一台除氧器，四台低压加热器（如图2-1所示）。为获得良好的加热效果，给水在各加热器中的热量分配基本上是按等焓升的原则确定的。

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2.2原则性热力系统的计算

2.2.1近似热力过程曲线的拟定

1)进排汽机构及连接管道的各项损失

蒸汽流过各阀门及连接管道时，会产生节流损失和压力损失。表2-2列出了这些损失选取的值。表中各损失在h—s图上的表示见图2-2。

表2-2 各阀门及连接管道中节流损失和压力损失表

损失名称 主汽门和调节阀中节流损失 排汽管中压力损失 符号 ?p0 ?pc 估算范围 ?p0?(0.03?0.05)p0 ?pc?(0.02?0.06)pc 选取的值 5.00% 5.00% 10.00% 2.00% 2.00% 8.00% 中间再热器 ?pr 及连接管道中压力损失 中压快速截止阀 ??pr 和调节节流损失 中低压连通管中压力损失 回热抽汽管中压力损失 ?ps ?pe ?pr?0.1pr ??pr?0.02pr ?ps?(0.02?0.03)ps ?pe?(0.04?0.08)pe

图2-2 进排汽机构损失热力过程曲线

2) 汽轮机近似热力过程曲线的拟定（近似热力过程曲线拟定的初始数据见表2-3焓的单位：kJkg 压力的单位：MPa）

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表2-3 近似热力过程曲线拟定的初始数据表

项目名称 主蒸汽管道进汽焓 主蒸汽管道进汽压 高压缸进汽焓 高压缸进汽压力 高压缸理想出汽焓 高压缸理想出汽压 符号 数值 项目名称 符号 ?hr 数值 3545 h0 3431 回热蒸汽管道进汽焓 p0 12.7 回热蒸汽管道进汽压 ?h0 ?pr 2.008 ?hr 3431 中低压缸进汽焓 3545 ?p0 12.065 中低压缸进汽压力 ?pr 1.968 hr 2956 中低压缸理想出汽焓 pr 2.231 中低压缸理想出汽压 mac?hc 2314 ?pc 0.0055

mac高压缸理想比焓降 ?ht高压缸估取热效率 ? 475 中低压缸理想比焓降 ?ht中低压缸估取热效率 ? 1231 ?ri? 86% mac?ri? 88.5% mac高压缸有效比焓降 ?hi高压缸实际出汽焓 高压缸实际出汽压

? 408.0 中低压缸有效比焓降 ?hi? 1089.4 hr ss3023.0 中低压缸实际出汽焓 hc 2455.6 pc 0.00557

sspr 2.231 中低压缸实际出汽压 首先根据已有资料拟定汽轮机高压缸的相对内效率为86%，拟定中低压缸相对内效率为88.5%。

拟定中间再热式汽轮机近似热力过程曲线时，可将过程曲线分为高压部分与中低压部分两段，如图2-3所示。图中l-2直线段表示高压部分的膨胀过程，由于该段理想比焓降较小，约为总理想比焓降的1/5左右，又全部位于高压过热区，其各级的级效率变化不大，可用直线段近似表示高压部分的热力过程曲线。再热后的中低压部分热力过程曲线，可用与纯凝汽式汽轮机类似的方法拟定。其初压与中压凝汽式汽轮机的初压相近，但初始温度与最终干度都较中压汽轮机高，所以其效率也较中压汽轮机高，可在4—5连线的中点沿等压线下移约7kJkg，然后连成光滑曲线。

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图2-3 拟定的热力过程曲线

2.2.2汽轮机总进汽量的初步估算

一般凝汽式汽轮机的总蒸汽流量D0可由下式估算：

3.6PeD0?m??D （2-1） macmac(?ht??ri???ht??ri?)?m?g =

3.6?200000?1.2=603.85 th

(475?85.9%?1231?88.5%)?99%?99.5%?97%汽轮机的设计功率: Pe=200000kW； 通流部分高压缸理想比焓降(如图2—3)： ?ht汽轮机通流部分相对内效率的初步估计值： 高压缸?ri?= 85.9%；中低压缸 ?ri?=88.5%；

机组的发电机效率:?g= 99%?6?；机组的机械效率: ?m= 99.5%?6?；

考虑回热抽汽引起进汽量增大的系数，它与回热级数、给水温度、汽轮机容量及参数有关，通常取m?1.08?1.25，在此取m?1.20；

考虑阀杆漏汽和前轴封漏汽及保证在初参数下降或背压升高时仍能发出设计功率的蒸汽余量：取?DD0＝3％，th。

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mac? = 475 kJkg； ? = 1231 kJkg；

通流部分中低压缸理想比焓降(如图2—3)：?htmac合肥工业大学本科毕业设计说明书

2.2.2回热系统的热平衡的初步计算

1. 确定抽汽压力和加热器给水出口温度

?该机组采用高压除氧器，除氧器压力为0.588MPa，对应的饱和水温度ted＝

104．25℃。考虑到非调节抽汽随负荷变化的特点，为了维持所有工况下除氧器定压运行，供给除氧器的回热抽汽压力一般比除氧器工作压力高0.2—0.3MPa。 各加热器给水出口温度按等温升（等焓升）分配原则分配。根据各加热器的出

??口水温tw2及出口端差?t，可得加热器疏水温度te?tw2??t。查得te对应的饱和压力?pe——加热器的工作压力。考虑抽汽管压损后可确定各级回热抽汽压力pe(见表2-4）

2. 各级加热器回热抽汽量计算

各加热器回热抽汽量的计算公式：

Dfw(hw2?hw1)?Dei?（i=1—8） （2-2）

(hei?hei')?h?h——加热器效率，一般取物?h＝0.98(下同)

考虑上级加热器疏水流入本级高压加热器并放热可使本级抽汽量减少的相当量为：

?Deic??Deihei?he(i?1)'''he(i?1)?he(i?1) （2-3）

考虑前轴封一部分漏汽量?Dl1，漏入本级加热器井放热可使本级回热抽汽量减少的相当量为：

?Dl1??Dliihl?he(i?1)''he(i?1)?he(i?1) （2-4）

本级加热器实际所需回热抽汽量为：

?De(i?1)??De(i?1)??Deic??Dlic （2-5）

'其中除氧器的回热抽汽量的计算公式为：

???Dedhed?(?De1??De2??Dl1)he2?Dcwhw1?Dfwhed （2-6a）

Dcw??Dl1??Ded??De1??De2?Dfw （2-6b）

式2-2、式2-3、式2-4、式2-5和（式2-6）中有关符号的意义及数值见表2-4。

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3. 流经汽轮机各级组的蒸汽流量及其内功率计算：

调节级的蒸汽流量为D0，第一级组的蒸汽流量D1?D0-?Dl，第二级组到第十级组的蒸汽流量的蒸汽流量：

Di?Di?1??De(i?1）（i=2—10） （2-7）

Pji?Dihi?hi?1 （2-8） 360010Pi??Pji= 202.97 MW i?04.计算汽轮机装置的热经济性

机械损失的计算公式： ?Pm?(1??m)Pi =1.015 MW 汽轮机轴端功率的计算公式： Pe?Pi??Pm= 201.96 MW 发电机功率的计算公式： Pe1?Pe?g=199.94 MW d?D0?103汽耗率的计算公式：P = 3.02 t(kW?h) e不抽汽时估计汽耗率的计算公式：

D3d'?0?10 = 3.75 t([D(hkW?h) 00?hz)3.6??Pm]?g热耗率的计算公式：

q?D0(h0?hfw)?D3(hr?hgc)Pe = 8536.84 kJ(kW?h) 汽轮机的绝对电效率的计算公式：

?QQ1?Q2a,el?P? = 42.17% e1Pe1Q1?D0(h0?hfw) Q?hs2?D3(hr?r) 式中字母含义 (见表2-3）其中 hfw?1065.9 kJkg

回热系统的热平衡的初步计算最终计算结果统计见表2-5和3-7。

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（2-9）

2-10） 2-11） 2-12）

2-13）

2-14）

2-15）

2-16）

2-17） 2-18）

（（（（（（（（（

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表2-4 回热系统计算表 给水出给水出 名称 口温度 口比焓 符号 tw2 单位 ℃ hw2 kJkg 端差 ?t ℃ 5 5 0 3 3 3 3 3 饱和水温度 ?te 饱和水比焓 ?he 加热器 抽气管 工作压力 压损 ?pe ?pe ℃ 251 213.7 191.2 162 140 123.3 91.5 56 kJkg MPa 4.04 2.05 1.29 0.647 0.359 0.221 0.0736 0.0166 MPa 8% 8% 8% 17% 8% 8% 8% 8% 1 246.0 2 208.7 3 191.2 4 159.0 5 137.0 6 120.3 7 8 名称 88.5 53.0 抽气 压力 1065.9 923 813 671.3 576.3 505 370.5 221.9 抽气 比焓 he 1090.1 913 813.3 684 589 518 381 234 理论 抽汽 实际 各级组 各级组 抽气量 减少量 抽气量 蒸汽流量 内功率 ??De 符号 pe 单位 MPa 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 合计 4.39 2.231 1.4 0.78 0.39 0.24 0.08 0.018 0 0 ?Dei ?De Di th Pji MW kJkg th th th 3185 3051 3445 3295 3137 3025 2860 2653 2455.57 0 42.031 2.942 39.089 603.849 8.689 31.702 3.461 28.241 601.159 32.429 33.177 2.653 30.524 562.070 20.922 22.419 14.010 0 0 2.843 533.829 14.829 14.010 503.305 20.971 26.861 0.397 26.464 500.462 21.965 30.012 2.237 27.775 486.452 15.134 0 0 0 0 0 0 29.260 459.988 21.083 0 0 432.213 24.852 402.953 22.099 202.97 11

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表2-5 热平衡计算数据表 加热器 抽汽压力 抽汽管压损 加热器工作压力 加热 抽汽 饱和水温度 饱和水比焓 抽汽比焓he 1kg蒸汽放热量 端差 加热器出口水温 给水出口比焓 凝结 给水 加热器进口水温 给水进口比焓 给水比焓升 进口比焓 疏水 比焓降 轴封 漏汽量 阀杆 漏汽 疏水量 出口比焓 符号 pe 单位 H1 4.39 8% 4.04 251.0 1090.1 3185 2094.9 5 246.0 1065.9 208.7 923 142.9 3381.5 1090.1 2291.4 2.69 41.569 2.942 42.031 39.089 H2 2.231 8% 2.05 213.7 913 3051 2138 5 208.7 923 191.2 813 110 1090.1 913 177.1 0 69.669 3.461 31.702 28.241 H3 1.4 8% 1.29 196.2 813.3 3445 2631.7 5 191.2 813 159.0 671.3 141.7 913 813.3 99.7 0 100.041 2.653 33.177 30.524 MPa MPa ?pe ?te ?he MPa ℃ kJkg he ?he?he kJkg kJkg ℃ ℃ ?t tw2 hw2 tw1 kJkg ℃ hw1 hw2?hw1 kJkg kJkg h2 h1 h2?h1 ?Dl ?Dss De1 ??De kJkg kJkg kJkg th th th th th 本级抽汽减少量当量 计算抽汽量 实际抽汽量

?De 12

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续表2-5热平衡计算数据表 除氧器H4 0.78 0.17 0.6474 159 684 3295 2611 0 159 671.3 137 576.3 95 3341.1 3381.5 684 2657.1 5.59 2697.5 2.2 0 0 22.419 2.843 H5 0.39 8% 0.359 140 589 3137 2548 3 137.0 576.3 120.3 505 71.3 813.3 0 0 129.3 2.02 0 0 0 0 14.010 14.010 H6 0.24 8% 0.221 123.3 518 3025 2507 3 120.3 505 88.5 370.5 134.5 589 518 71 0 40.271 0.397 26.861 26.464 H7 0.08 8% 0.0736 91.5 381 2860 2479 3 88.5 370.5 53.0 221.9 148.6 518 381 137 0 67.904 2.237 30.012 27.775 H8 0.018 8% 0.0166 56 234 2653 2419 3 53.0 221.9 20 83.86 138.04 381 234 147 0 29.260 0 29.260 29.260 13

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第三章 通流部分的设计

通流部分的设计是汽轮机热力设计中重点。在进行热力计算的同时，应绘制出通流部分草图，随时检查通流部分是否光滑。当通流部分在叶片高度方面需作少量改变时，可通过改变反动度及出口角来实现；当通流部分需作较大变动时，必须改变平均直径；直到达到设计要求为止。

3.1排汽面积的计算

凝汽式汽轮机的汽缸数和排汽口数是根据其功率和单排汽口凝汽式汽轮机的极限功率确定的。当汽轮机的功率大于单排汽口凝汽式汽轮机的极限功率时，需要采用多缸和多排汽口，但很少采用五个以上汽缸的。

当转速和初、终参数一定时，排汽口数主要取决于末级通道的排汽面积。末级通道的排汽面积需结合末级长叶片特性、材料强度、汽轮机背压、末级余速损失大小及制造成本等因素，进行综合比较后确定。通常可按下式估算排汽面积：

Pel189.53zAb???10.90 m2 （3-1）

3162pc3162?0.0055式中 Pel——机组电功率，MW；

pc——汽轮机排汽压力，MPa。

3.2配汽方式和调节级的选型

为使汽轮机在负荷变动时仍有高效率，本汽轮机采用定压喷嘴调节方式。共有四个调速汽门对应四组喷嘴。第Ⅰ、Ⅱ调速汽门具有10％的通流能力储备量，保证机组经一个阶段运行后，效率自然下降时和冷却水温自然升高时，仍能达到额定出力。在正常情况下，机组最大出力可达220MW。中压调速汽门在35％负荷以下，起调节作用，以维持再热器内必要的最低压力。在此负荷以上一直保持全开状态。

为了提高级效率，选用单列调节级，级的理想比焓降选为74kJkg。从结构上的可能出发，选取最大的部分进汽度，以减小部分进汽所引起的损失。设计工况下，调节级内效率首先选取为0.7，速比选取为0.4。从保证最大工况的通流能力和调节级叶轮的强度出发，选取比最佳速比值稍小的速比。

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3.3压力级比焓降的分配及级数的确定

3.3.1各级平均直径的确定

压力级中比焓降分配的主要依据是各级要有合适的速度比xa，同时使通道形状光滑变化以达到较高的内效率，所以首先要考虑各级直径选取。各级直径的选择既要考虑通道光滑性，还要考虑通用性。其中第一压力级平均直径影响最大。 1．各汽缸第一压力级平均直径的估取

第一压力级的平均直径可以根据调节级和末级的平均直径适当估取。一般可按下式估算：

dm?160Gv1txa?nlne?n1??msin?12 （3-2）

用下面简化公式也可进行平均直径的估算：

高压缸 dm?0.2847xa?ht?0.859m （3-3a） 中低压缸 dm?0.2847xa?ht?1.162m （3-3b）

式中 G——通过第一压力级的蒸汽流量，kg/s；

n——汽轮机转速，r/min；

?ht——级理想比焓降，可先假设?ht? 35kJ/kg；

xa——第一压力级速度比；

ln——第一压力级喷嘴高度．估取值为：ln＞0.012—0.02m； ?m——第一压力级平均反动度；

11?n——喷嘴流量系数，过热区通常取?n＝0.97；

e——第一压力级部分进汽度，尽量使e＝1，需与叶高ln相应估取；

?1——第一压力级喷嘴出口角；

v1t——第一压力级喷嘴出口汽流理想比容、m3kg。

2. 汽轮机各汽缸末级直径的估取

高压缸 dm?12G12v2??2000??htmacsin?2?0.923m （3-4a）

中低压缸 dm?

12G12v2??2000??htmacsin?2?2.069m （3-4b）

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表3-1 各级理想比焓降计算统计表

级号 缸别 符号 单位 1 2 3 4 5 高 6 压 7 缸 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 中 7 低 8 压 9 缸 10 11 12 13 14 15

各级 平均直径 di m各级 速度比 xa 试算各级 理想比焓降 ??hi 修正各级 理想比焓降 ?hi 各级级 后压力 p2i mm 1000 0.859 0.8615 0.8685 0.8725 0.8775 0.884 0.891 0.898 0.9025 0.9125 0.923 1.161 1.173 1.188 1.196 1.2175 1.239 1.267 1.306 1.356 1.415 1.274 1.362 1.488 1.678 2 0.408 0.51 0.507 0.509 0.508 0.512 0.516 0.52 0.521 0.524 0.523 0.527 0.515 0.519 0.523 0.525 0.532 0.535 0.545 0.56 0.579 0.594 0.423 0.451 0.478 0.477 0.563 kJkg kJkg MPa 74 35.00 35.62 35.92 36.39 36.24 36.21 36.22 36.65 36.60 37.56 37.84 62.70 63.02 63.66 64.03 64.61 66.17 66.68 67.10 67.67 70.01 111.91 112.52 119.55 152.67 155.69 74 38.3 39.8 39.8 40.1 39.2 40.2 39.3 40.6 39.5 41.6 40.8 62.8 62.8 63.6 64.1 64.9 64.7 66.6 67 67.8 69.1 115 120 125 155 165 9.6 8.6 7.8 6.8 5.9 5.2 4.39 3.9 3.4 2.9 2.5 2.231 1.62 1.4 1.18 0.95 0.78 0.62 0.5 0.39 0.31 0.24 0.138 0.08 0.044 0.018 0.0057 16

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式中 G12——通过各缸末级的蒸汽流量，kgs；

?2——各缸末级动叶出汽角，一般取?2?90?；

macz??ht??hc2? ——各缸末级余速损失系数，，一般?=0.015—0.025； ?——各缸末级径高比， ??8??12； 3mkg； v2 ——各缸末级动叶排汽比容，3. 确定压力级平均直径的变化（表3-1）

根据前述的蒸汽通道形状，确定压力级平均直径的变化规律。通常采用作图法， (见图3-1)：

图3-1 压力级平均直径变化规律

在横坐标上任取长度为a的线段BD(一般a = 25cm)，用以表示第一压力级至各缸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，如图3-1中的AB与CD 6一般（AB?dm10，CD?dm10)，根据所选择的通道形状，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。

1z3.3.2级数的确定及比焓降的分配

1.级数的确定

1)压力级平均直径dm： 在图3-1上将BD线段分为m(取m = 8)等分，如图中1、2 、??、(m-1)点(大、中型汽轮机m＞5)，从图中量出各段长度，求出平均直径为:

dm?AB?(1?1)?(2?2)???CD?10 （3-5）

m?12)压力级平均理想比焓降?ht 每级的理想比焓降可由下式确定：

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?ht?12.337(dm2) （3-6） xa其中xa的选取值见表3-1。

3)级数的确定 压力级组的级数可由下式求得：

?h(1??)?11 （3-7a） 高压缸 z?t?ht?h(1??)?15 （3-7b） 中低压缸 z?t?htpp式中 ?ht——压力级组理想比焓降(见图3-2)；

?——重热系数。首先在0.03—0.08的范围内估取重热系数为：

p??0.03（高压缸），??0.05(中低压缸)；

待级数确定之后再用下式校核：

?hz?1??Ka(1??ri?)t （3-8）

419zp式中 Ka——系数，级组在过热区工作时Ka＝0.2，

级组在饱和蒸汽区工作时Ka＝0.12，级组跨两区工作时Ka= 0.14—0.18；

??ri——压力级组的内效率，?ri?2．比焓降的分配

??hi?htpp。

图3-2 分配比焓降用的热力过程曲线

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1)各级平均直径的求取： 求得压力级级数后，再将图3-1中线段BD重新分为(z－1)等分，在原拟定的平均直径变化曲线AC上求出各级的平均直径。

2)各级比焓降分配： 根据求出的各级平均直径，选取相应的速度比，根据公式(3－6)求出各级的理想比焓降。（见表3-1）

3)各级比焓降的修正： 在拟定的热力过程曲线上逐级作出各级理想比焓降

?z?ht，当最后一级的背压p2与排汽压力pc (即pz)不能重合时(见图3-2)，必须对

?z分配的比焓降进行修正。图中?h为p2与pc两压力差间的理想比焓降，根据其大小分为若干份，分配给若干级(部分级或全部级)。

将经过修正后的各级比焓降?ht分配在拟定的热力过程曲线上，并找出相应的各级回热抽汽压力。将此抽汽压力与回热系统计算所得的抽汽点压力相比较，看是否相等。一般两者很难完全吻合，需进行适当调整。调整时应注意如下几点：

1)除氧器抽汽压力应大于其额定值，以免负荷变小时不能保证除氧；

2)除氧器前一级抽汽压力不可过高，否则容易引起给水在除氧器内的自沸腾； 3)满足给水温度要求。

调整好抽汽压力后，还需对回热系统重新计算，以便最后确定各级抽汽量和通过汽轮机各级组的蒸汽量。

3.3.3回热系统的修正

计算步骤见第二章回热系统热力计算，修正后见表2-4和2-5。

3.4级的热力计算

当汽轮机各级的蒸汽流量和理想比焓降确定之后，就可利用速度三角形法对各级进行详细的热力计算，从而确定级通流部分的主要尺寸、热力参数、级效率和内功率。级的热力计算的大致程序如下：

1)根据喷嘴压力比和容积流量，选择喷嘴型线、叶片宽度Bn、叶片数zn、相对节距tn及出口角?1[6]；

2)计算喷嘴出口汽流速度，并根据连续方程计算喷嘴出口面积An及叶片高度ln；

3)根据喷嘴高度确定动叶高度lb，然后用连续方程计算动叶出口角?2，选定动叶型、叶片宽度Bb、叶片数zb和节距tb；

4)校核无限长叶片的轮周效率，检查计算的正确性；

5)计算各项能量损失．最终确定该级所能达到的级效率和内功率。

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3.4.1出口面积及叶片高度的计算

1. 喷嘴出口汽流速度及喷喷损失

喷嘴中理想比焓降为： ?hn?(1??m)?ht kJ2kg （3-9）

c 初速动能为： ?hc0?0 kJ （3-10）

kg2000式中 c0——进入喷嘴的蒸汽初速，ms。

滞止理想比焓降为： ?hn??hn??hc0 kJ??kg （3-11）

喷嘴出口汽流理想速度为： c1t?44.72?hn ms （3-12） 喷嘴出口汽流实际速度为： c1??c1t ms （3-13）

喷嘴损失为： ?hn??(1??2)?hn kJ?kg （3-14）

2. 喷嘴出口面积

1）当?n??cr ，喷嘴工作于亚音速区，采用渐缩喷嘴，喷嘴出口面积An为：

Gv1t

An??104 cm2 （3-15）

?nc1t?n——喷嘴压力比；

G——通过喷嘴的蒸汽流星，kgs；

?n——喷嘴流量系数；

v1t——喷嘴出口汽流理想比容，m3kg。

2)当0.4??n??cr； 喷嘴出口汽流速度大于音速，仍采用渐缩喷嘴．但汽流在喷嘴出口产生偏转。喷嘴出口面积即喷嘴喉部面积通常用下式计算：

GAn?Acr? （3-16）cm2?p00.0648?v03.喷嘴出口高度

根据喷嘴压力比和蒸汽容积流量选择喷嘴型线、叶片宽度Bn、弦长bn、相对节距tn、叶片数zn、喷嘴出口角?1，可计算出顷嘴出口叶片高度ln(详细计算数据见表3-2，表3-3，表3-4)：

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续表3-2 N200-12.7/535/536型热力计算数据汇总表

轮轴 效率 ?u? 轮轴功 ?Wu轮轴 效率 ?u? 级 的 额 定 工 况 轮轴效率误差 ??u叶高 损失 ?hl轮轴 效率 扇形 叶轮摩隔板漏损失 擦损失 汽损失 ?h? ?u ?hf ?hp kJkg kJkg kJkg kJkg kJkg 89.04% 60.92 89.03% 0.0086% 3.1321 84.46% 0.0217 0.2030 4.7137 90.87% 33.62 90.86% 0.0076% 0.8252 88.64% 0.0735 0.0862 1.5396 90.59% 35.98 90.59% 0.0077% 0.8421 88.47% 0.0930 0.0800 1.5733 90.68% 36.05 90.67% 0.0076% 0.7651 88.75% 0.1089 0.0742 1.2289 90.68% 36.14 90.67% 0.0076% 0.7074 88.90% 0.1140 0.0685 1.1103 90.73% 35.56 90.72% 0.0076% 0.6261 89.13% 0.1289 0.0642 0.9870 90.77% 35.94 90.77% 0.0076% 0.5726 89.33% 0.1507 0.0592 0.7548 90.81% 35.68 90.81% 0.0075% 0.5458 89.42% 0.1569 0.0585 0.7188 90.77% 36.77 90.76% 0.0075% 0.5077 89.52% 0.1920 0.0539 0.6720 90.87% 35.80 90.86% 0.0075% 0.4356 89.76% 0.2162 0.0492 0.5807 90.84% 37.57 90.84% 0.0075% 0.4182 89.83% 0.2712 0.0445 0.4475 90.88% 36.90 90.88% 0.0075% 0.3510 90.02% 0.2972 0.0413 0.3754 90.77% 53.92 90.77% 0.0075% 0.5206 89.90% 0.3453 0.0764 0.5006 90.69% 55.53 90.69% 0.0076% 0.4841 89.90% 0.3966 0.0692 0.4628 90.65% 57.41 90.64% 0.0076% 0.4758 89.89% 0.4367 0.0674 0.4498 90.63% 57.65 90.62% 0.0076% 0.4183 89.97% 0.5256 0.0595 0.3954 90.54% 56.72 90.53% 0.0076% 0.3568 89.97% 0.5956 0.0539 0.3377 90.52% 57.93 90.51% 0.0076% 0.3177 90.03% 0.6826 0.0505 0.3015 90.65% 59.51 90.65% 0.0077% 0.2873 90.22% 0.8260 0.0464 0.2733 90.49% 57.06 90.49% 0.0076% 0.2054 90.17% 0.8088 0.0451 0.1667 90.54% 60.46 90.53% 0.0077% 0.1968 90.24% 0.9686 0.0450 0.1618 90.23% 59.93 90.23% 0.0079% 0.1629 89.99% 0.9870 0.0453 0.1381 89.35% 91.07 89.34% 0.0083% 0.7037 88.66% 0.6986 0.0552 0.5870 89.10% 105.6 89.09% 0.0082% 0.5618 88.62% 1.4568 0.0489 0.4990 89.57% 108.0 89.57% 0.0082% 0.4886 89.17% 1.5446 0.0490 0.5035 89.51% 132.2 89.50% 0.0083% 0.4029 89.23% 3.5283 0.0429 0.4212 87.03% 109.0 87.02% 0.0104% 0.2224 86.85% 3.5483 0.0405 0.2860 26

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续表3-2 N200-12.7/535/536型热力计算数据汇总表

叶顶漏汽损失 ?h? 级 的 额 定 工 况 部分进汽损失 ?he 湿汽 损失 ?hz kJkg 理想 速度比 xa 有效比焓降 ?hi 级内 功率 Pi 级效率 级 号 缸别 符号 单位 ?i kJkg kJkg 0.4082 0.4870 0.4715 0.4749 0.4751 0.4817 0.4823 0.4879 0.4841 0.4924 0.4851 0.4939 0.5142 0.5099 0.5073 0.5079 0.5175 0.5189 0.5211 0.5401 0.5432 0.5585 0.4170 0.4144 0.4422 0.4467 0.5078 27

kJkg kW 3.6283 0.7785 0.4921 0.4374 0.3915 0.3447 0.3149 0.2996 0.2759 0.2278 0.3111 0.2052 0.1875 0.1715 0.1662 0.1440 0.1213 0.1065 0.0948 0.0734 0.0704 0.0582 0.5915 0.5288 0.3925 0.3242 0.1975 1.494 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1.088 47.73 30.32 32.91 33.44 33.76 33.42 34.09 33.90 35.07 34.30 36.08 35.63 52.30 53.95 55.82 56.11 55.26 56.48 57.99 55.77 59.02 58.54 88.44 102.6 105.1 127.4 103.6 7966.7 69.76% 5037.8 81.94% 5467.3 82.84% 5555.6 84.10% 5608.5 84.68% 5552.0 85.24% 5664.1 86.10% 5266.6 86.28% 5447.9 86.57% 5327.8 87.04% 5604.7 87.23% 5535.3 87.76% 7715.9 88.03% 7960.2 88.11% 7764.4 88.13% 7805.3 88.21% 7686.7 88.20% 7812.7 88.24% 8022.3 88.33% 7714.6 88.43% 7936.6 88.38% 7871.6 88.14% 3748.3 86.77% 4346.4 86.48% 4184.0 87.10% 5075.5 86.31% 3846.2 82.73% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 低压缸 中压缸 高压缸 合肥工业大学本科毕业设计说明书

表3-3 N200-12.7/535/536型热力计算数据汇总表

缸别 级 喷嘴 号 型线 符号 单位 1 2 3 4 5 TC-2A HQ-2 HQ-2 HQ-2 HQ-2 HQ-2 HQ-2 HQ-2 HQ-2 HQ-2 HQ-2 HQ-2 TC-1A TC-1A TC-1A TC-1A TC-1A TC-1A TC-1A TC-1A TC-1A TC-1A TC-2A TC-2A TC-2A TC-2A TC-3A 喷 嘴 叶片 宽度 Bn 安装角 叶片数 zn 相对 节距 tn 试算 节距 ?tn ?y °mm 45 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 32 32 32 32 32 32 32 32 32 32 60 60 60 60 75 52 74 74 74 74 74 74 74 74 74 74 74 84 84 84 84 84 84 84 88 88 88 54 62 60 70 68 mm 0.77 0.67 0.67 0.68 0.685 0.7 0.7 0.7 0.705 0.71 0.72 0.725 0.76 0.765 0.77 0.78 0.79 0.805 0.825 0.8 0.82 0.85 0.75 0.7 0.8 0.78 0.8 mm 55.9 35.9 36.1 36.5 36.6 37.1 37.1 37.7 37.8 38.1 38.6 38.8 43.4 43.7 43.9 44.3 45.0 45.8 47.0 46.1 47.9 50.2 72.9 67.9 77.3 74.2 91.5 38.33 34 33.8 34 34.2 34.5 34.5 33.8 34 34 34 34.1 34.1 34.1 34.1 34.3 34.2 34.2 34.2 33.7 33.2 32.8 38.1 38.2 38.4 39.1 41 28

高压缸 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 中压缸 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 低压缸 合肥工业大学本科毕业设计说明书

续表3-3 N200-12.7/535/536型热力计算数据汇总表

喷 嘴 实际 出口角 节距 tn 平均 部分 直径 进汽度 dm 计算喷嘴高度 ln sin?1 e 0.93 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 29

喷嘴 理想 比焓降 ?hn kJkg 初速 动能 ?hc0 滞止理想比焓降 ??hn kJkg mm 56.2 36.4 36.5 36.8 37.0 37.2 37.5 37.8 38.1 38.3 38.7 39.1 43.4 43.8 44.4 44.7 45.5 46.3 47.3 46.6 48.4 50.5 74.1 69.0 77.9 75.3 92.4 0.264 0.191 0.191 0.191 0.197 0.197 0.198 0.199 0.199 0.200 0.201 0.204 0.222 0.225 0.228 0.232 0.235 0.239 0.242 0.223 0.223 0.223 0.259 0.250 0.276 0.284 0.315 mm 1000 858 860.5 867.5 871.5 876.5 883 890 897 901.5 911.5 922 1160 1172 1187 1195 1216.5 1238 1266 1305 1355 1414 1273 1361 1487 1677 1999 mm 22.1 47.7 50.1 55.3 60.1 67.0 74.1 77.2 85.7 97.4 106.6 125.0 123.1 136.4 143.6 164.2 189.6 217.6 247.4 332.1 367.5 440.4 154.1 224.4 264.2 392.5 586.9 kJkg 63.64 32.48 33.83 33.51 32.84 31.87 32.32 31.40 32.32 30.73 31.74 30.39 50.68 49.80 49.99 49.04 47.89 46.13 46.09 41.47 40.21 38.90 78.89 78.24 75.00 88.97 66.82 0.05 0 1.30 1.37 1.41 1.65 1.15 1.76 1.77 1.86 1.96 2.20 0.00 2.37 3.94 4.20 3.28 5.53 6.23 5.02 8.96 9.97 0.00 13.07 14.49 18.88 26.21 63.69 32.48 35.12 34.88 34.26 33.52 33.47 33.16 34.09 32.59 33.70 32.59 50.68 52.17 53.93 53.24 51.18 51.66 52.32 46.50 49.17 48.88 78.89 91.31 89.49 107.85 93.03 合肥工业大学本科毕业设计说明书

续表3-3 N200-12.7/535/536型热力计算数据汇总表

喷 嘴 出口理想速度 c1t 出口实际速度 c1 喷嘴 喷嘴速损失 度系数 ?hn? 喷嘴出口面积 An 出口理想比容 v1t m3kg ? 0.97 0.97 0.97 0.97 0.97 0.97 0.97 0.97 0.97 0.97 0.97 0.97 0.97 0.97 0.97 0.97 0.97 0.97 0.97 0.97 0.97 0.97 0.97 0.97 0.97 0.97 0.97 30

级 轮周 号 缸速度 别 u 符号 ms 单位 ms ms kJkg cm2 356.88 346.18 254.85 247.21 265.04 257.09 264.13 256.21 261.75 253.90 258.91 251.15 258.73 250.97 257.52 249.79 261.09 253.25 255.30 247.64 259.60 251.81 255.31 247.65 318.36 308.81 323.02 313.33 328.42 318.56 326.31 316.52 319.92 310.32 321.43 311.79 323.46 313.76 304.94 295.79 313.58 304.17 312.64 303.27 397.20 385.28 427.33 414.51 423.05 410.36 464.42 450.48 431.34 418.40 3.76 1.92 2.08 2.06 2.02 1.98 1.98 1.96 2.01 1.93 1.99 1.93 3.00 3.08 3.19 3.15 3.02 3.05 3.09 2.75 2.91 2.89 4.66 5.40 5.29 6.37 5.50 159.1 245.3 258.5 288.6 323.9 363.9 407.2 429.1 481.5 552.1 613.8 740.2 993.8 1130.2 1222.7 1428.4 1703.4 2018.7 2380.8 3039.9 3492.3 4367.3 1595.1 2402.8 3401.5 5872.4 11598 0.033 0.0365 0.04 0.0445 0.0495 0.055 0.0615 0.069 0.0785 0.088 0.0995 0.118 0.208 0.24 0.28 0.325 0.38 0.455 0.54 0.65 0.79 0.985 1.45 2.35 3.505 6.3 13 157.1 134.8 135.2 136.3 136.9 137.7 138.7 139.8 140.9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 高压缸 141.6 10 143.2 11 144.8 12 182.2 184.1 186.5 187.7 191.1 194.5 198.9 205.0 212.8 200.0 213.8 233.6 263.4 314.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 低压缸 中压缸 222.1 10

合肥工业大学本科毕业设计说明书

表3-4 N200-12.7/535/536型热力计算数据汇总表

动 叶 动叶缸级 型线 别 号 符号 单位 1 TP-3A 2 HQ-1 3 HQ-1 4 HQ-1 5 HQ-1 高压缸 6 HQ-1 7 HQ-1 8 HQ-1 9 HQ-1 10 HQ-1 11 HQ-1 12 HQ-1 1 TP-3A 2 TP-3A 3 TP-3A 4 TP-3A 中压缸 5 TP-3A 6 TP-3A 7 TP-3A 8 TP-3A 9 TP-1A 10 TP-1A 1 TP-1A 低压缸 2 TP-2A 3 TP-1A 4 TP-3A 5 TP-5A 叶片宽 Bb 安 叶片装角 数 相对节距 tb ?y° zb 试算实际选取理想 进口 节距 节距 进角 焓降 汽角 ?tbtbsin?1 ?hb ?1 mm 45 35 35 35 35 35 35 35 35 35 35 35 45 45 45 45 45 55 55 55 65 65 50 50 50 55 70 mm mm kJkg rad 80 78.2 78.4 78.2 78.2 78.1 78.1 77.8 78 78 77.8 77.6 79.2 79.1 78.9 79 78.8 79.1 78.8 78.7 77.6 77.2 76.8 77.1 76.8 78.5 78.2 104 122 122 122 122 122 122 122 122 122 122 122 134 134 134 134 134 116 116 116 96 96 126 130 130 146 136 0.61 0.62 27.9 28.1 0.423 10.36 0.478 22.2 22.2 0.313 5.97 0.397 0.615 22.0 22.1 0.309 5.82 0.412 0.625 22.3 22.4 0.314 6.29 0.402 0.625 22.3 22.5 0.316 7.26 0.420 0.63 0.64 22.5 22.6 0.316 7.33 0.428 22.9 22.9 0.309 7.90 0.442 0.635 22.7 22.8 0.317 7.88 0.434 0.645 23.1 23.1 0.317 8.28 0.440 0.645 23.1 23.2 0.309 8.77 0.456 0.655 23.5 23.5 0.307 9.86 0.455 0.66 0.59 0.6 0.61 0.62 0.61 0.63 0.69 0.64 0.7 0.64 23.7 23.8 0.308 10.41 0.479 27.0 27.2 0.407 12.12 0.522 27.5 27.5 0.407 13.00 0.527 28.0 28.0 0.408 15.06 0.548 28.4 28.5 0.408 17.01 0.583 34.2 34.3 0.407 20.51 0.623 35.3 35.4 0.407 25.53 0.670 46.0 46.3 0.325 30.20 0.744 32.8 32.9 0.336 41.76 0.505 35.9 36.0 0.323 50.00 0.613 35.9 36.1 0.407 66.03 0.649 0.605 27.7 27.9 0.407 13.61 0.532 0.595 33.3 33.6 0.407 18.57 0.602 0.665 44.3 44.4 0.326 27.59 0.682 0.615 31.6 31.8 0.300 36.11 0.525 0.645 46.1 46.2 0.530 98.18 1.007 31

合肥工业大学本科毕业设计说明书

续表3-4 N200-12.7/535/536型热力计算数据汇总表

动 叶 进口出口进口速滞止 汽流理想度动能 比焓降 速度 速度 ?w2t ?hw1 w1 ?hb ms kJkg kJkg ms 动叶速度系数 平均 直径 dm 动叶实际速度 w2 ms 动叶 出汽角 出口汽流角 出口 速度 c2 ms ? ?2 rad ?2 rad mm 1000 859 199.1 19.81 30.18 245.7 117.7 127.1 125.2 122.7 119.3 118.2 116.1 118.6 112.5 115.2 109.9 137.2 140.2 140.8 132.4 131.4 130.0 106.3 107.7 99.9 6.93 8.07 7.84 7.52 7.12 6.99 6.75 7.03 6.33 6.64 6.04 9.41 9.83 9.91 8.77 8.63 8.45 5.65 5.80 4.99 12.76 159.7 14.04 167.6 14.13 168.1 14.78 171.9 14.45 170.0 14.87 172.5 14.64 171.1 15.31 175.0 15.10 173.8 16.49 181.6 0.936 0.941 0.939 0.94 0.941 0.941 0.942 0.942 0.942 0.943 0.944 229.9 1.03647 0.408 106.014 150.3 1.43682 0.34234 50.9101 861.5 157.4 1.30304 0.32687 52.3927 868.5 158.0 1.32247 0.33247 53.1965 872.5 161.8 1.30485 0.3497 57.4506 877.5 159.9 1.35848 0.35852 57.4139 884 891 898 162.5 1.34771 0.36389 59.2899 161.2 1.39508 0.37169 59.4629 164.8 1.35975 0.37011 60.9775 902.5 163.9 1.40706 0.38611 62.5468 912.5 171.5 1.33159 0.3852 66.3102 923 1161 1173 1188 1196 1239 1267 1306 1356 1415 1274 1362 1488 1678 2000 32

16.45 181.4 0.9445 21.53 207.5 0.9405 22.83 213.7 24.98 223.5 25.78 227.1 27.20 233.2 28.97 240.7 0.941 0.941 0.942 0.943 0.946 171.3 1.39127 0.40888 69.222 195.2 1.634 0.4348 82.3753 201.1 1.61198 0.45693 88.7856 205.8 1.5954 0.46181 91.7045 210.5 1.57895 0.47814 96.8748 220.0 1.61463 0.53183 111.649 227.7 1.61392 0.55352 119.809 236.4 1.64522 0.60028 133.88 244.9 1.65888 0.61207 141.242 251.4 1.73369 0.67456 159.094 315.3 1.02983 0.4551 161.687 338.2 0.99418 0.43568 170.257 352.3 1.21306 0.54295 194.312 398.2 1.26124 0.57959 228.975 446.2 1.70894 0.93769 363.176 143.5 10.30 23.91 218.7 0.942 1217.5 213.9 1.61649 0.51366 105.206 31.18 249.7 0.9465 33.40 258.4 0.9475 35.19 265.3 0.9475 0.943 0.94 0.946 0.947 0.95 199.0 19.80 55.91 334.4 214.3 22.97 64.73 359.8 196.7 19.34 69.34 372.4 211.6 22.38 88.41 420.5 155.7 12.12 110.3 469.7 合肥工业大学本科毕业设计说明书

续表3-4 N200-12.7/535/536型热力计算数据汇总

动 叶 动叶 动叶余动叶出叶后实计算动叶出损失 速损失 口面积 际比容 口高度 ?hb? 喷嘴顶高度 盖 ln 根盖 ?r ?hc2 Ab v2 m3kg lb ? 叶进口缸盖 高度 级 号 别 ??f lb kJkg kJkg cm2 mm 21.288 45.761 49.816 54.323 55.77 60.136 65.186 67.303 73.884 79.91 88.325 94.392 105.79 112.83 117.9 129.94 141.88 152.94 169.86 176.78 195.18 206.17 126.06 180.44 201.26 310.02 402.32 33

mm mm mm mm mm 22 48 50 55 60 67 74 77 86 97 125 123 1.5 0.5 1.5 0.5 1.5 0.5 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 2 2 2 3 3 3 3 3 3 24.1 49.7 52.1 58.3 63.1 70.0 77.1 80.2 88.7 101 110 128 127 140 148 168 194 222 252 337 372 445 158 229 269 397 592 1 2 3 4 5 6 高压7 缸 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 中压6 缸 7 8 9 10 1 2 低3 压4 缸 5 3.7391 5.6195 246.78 0.034 1.4608 1.2959 414.56 0.0375 1.661 1.3725 432.9 0.041 1.6442 1.4149 483.75 0.046 1.6927 1.6503 523.76 0.051 1.6545 1.6482 581.71 0.056 1.6751 1.7576 644.32 0.063 1.6494 1.7679 684.22 0.071 1.7245 1.8591 753.96 1.6723 1.9561 853.23 1.7752 2.3958 1088.2 2.6145 3.9414 1834.5 2.7376 4.2049 1960.7 2.8132 4.6924 2246.5 2.9035 5.5342 2666.6 3.0129 6.2327 3018.9 3.247 8.9619 4097 0.08 0.09 0.12 0.25 0.29 0.34 0.41 0.48 0.7 0.87 1.07 1.65 2.6 4.3 8.95 24.5 2.3 1.2 3.5 2.3 1.2 3.5 2.4 1.4 3.8 4 1.7957 2.1985 951.39 0.105 2.4862 3.3928 1625.4 0.215 106.5 2.3 1.2 3.5 136.5 2.4 1.4 3.8 143.5 2.5 1.5 164 189 217 247 332 367 440 154 268 392 586 2.7 1.5 4.2 2.7 1.5 4.2 2.8 1.5 4.3 2.9 1.5 4.4 3 1.5 4.5 3.1 1.5 4.6 3.2 1.5 4.7 2.6 1.5 4.1 2.9 1.5 4.4 3.1 1.5 4.6 3.5 1.5 5 3.0442 7.1771 3554.1 0.585 3.4147 9.9746 4777.3 3.5981 12.655 5723.9 6.1919 13.071 2217.8 7.5343 14.494 3258.3 7.2866 18.879 10.755 65.948 4861 20379 9.1235 26.215 8950.7 210.5 2.8 1.5 4.3 合肥工业大学本科毕业设计说明书

3.5汽轮机漏汽量的计算

3.5.1阀杆漏汽的计算

阀杆漏汽量?DV常按下式进行计算：

?DV?0.240?VAVlp0 th （3-51） v0其中 AVl??del?r （3-52）

式中 p0——阀杆每一分段前蒸汽压力，MPa ；

v0——阀杆每一分段前蒸汽比容，m3kg ； AVl——阀杆间隙面积，cm2；

del——阀杆直径，cm；

?V——阀杆漏汽流量系数。

?r——阀杆周围径向间隙，通常取?r＝(0.004——0.005) del，cm； 计算结果见表3-5。

表3-5阀杆漏汽计算数据表

名称 阀门数 阀杆直径 长度① 阀杆周围径向间隙 阀杆间隙面积 阀杆漏汽流量系② 初压力 初比容 阀杆漏汽量 漏汽总和 符号 单位 高压 主汽阀 1 3.4 56.6 0.03 0.320 0.45 12.45 0.0275 0.736 调节汽阀 4 4.4 56.6 0.03 0.415 0.54 12.07 0.028 1.116 中压 主汽阀 1 5.5 56.6 0.04 0.691 0.1 1.99 0.182 调节汽阀 4 4 56.6 0.04 0.503 0.1 1.97 0.185 z del cm l cm cm cm2 ?r AVl ?V p0 MPa m3kg v0 ?DV ?DV th th 0.055×4 0.039×4 0.377 1.852 34

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3.5.2 轴封漏汽量计算

1.轴封系统

汽轮机前后轴封加上与之相连的管道及附属设备，称为汽轮机的轴封系统。合理的轴封系统应在确定汽封结构的情况下，恰当地安排齿数，合理地选择轴封各段腔室的压力，尽量简化系统，减少漏汽量．并设法回收漏汽以提高机组效率。常用的轴封系统有闭式与开式两种。本汽轮机采用闭式系统，虽然闭式系统复杂，但漏汽封闭在系统中，利于安全、经济运行。其特点为：

1)回收泄漏蒸汽：高中压汽缸中漏出的蒸汽与相当压力的回热抽汽接通，其热量可用于加热给水；

2)设有均压箱向汽封供汽：由压力调整器维持送汽腔室的压力恒定于0.101——0.127MPa；

3)设有真空腔室：真空腔室压力为9.5kPa，靠汽封系统中轴封冷却器维持，用以防止高温蒸汽漏入轴承或外界空气漏入汽缸。漏入真空母管的漏汽和空气，被回收到轴封冷却器加热给水，如图2-1所示。 2．轴封漏汽量计算

1)判别轴封未齿中漏汽流动状态，判别式为： kl?2)计算漏汽量?DL

当kl?pzp0时，轴封末齿中汽流速度已达到临界速度，应用下式计算轴封漏汽量：

?Dl?0.360?lAlp1?0 t （3-54）

hzl?1.5v00.85zl?1.5 （3-53）

当kl?pzp0时，汽流在汽封中为亚音速流动，可用下式计算轴封漏汽量：

?Dl?0.360?lAl1p0?pz th （3-55） ?zlp0v022其中 Al??dl?l cm2 （3-56）

式中 Al—轴封段之间隙面积，cm2； dl—该段轴封直径， cm； ?l—该段轴封径向间隙，cm；v0—轴封段前蒸汽比容，m3kg；

p0、pz—轴封段前后汽室压力，MPa；

?l—轴封漏汽流量系数，与轴封齿形结构有关，通常取?l＝l。

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表3-6轴封漏汽计算数据表

缸别 符号 单位 1 轴封径向间隙直径 间隙 面积 dl 齿前压判别数 数 力 zl kl p0 后压力 pz 压比 前比容 v0 漏气量 ?DL ?l cm Al ? 0.3 cm cm2 MPa MPa m3kg th 74 0.098 10.35 36 0.139 0.04 67.3 8.457 9.6 2.9 2.9 0.03 2.69 2 82.4 前3 轴4 封 5 高压缸 6 7 1 1.4 0.48 0.86 1.32 0.7 0.59 0.07 0.07 1.4 0.39 0.28 0.25 2.88 0.39 0.24 0.62 10 0.251 0.24 0.14 12 0.231 0.01 0.04 0.07 0.87 0.14 1.7 1.4 0.39 0.28 0.25 2.35 0.7 0.76 2 76.2 9.576 9 后轴3 0.04 封 4 6 69.7 8.759 5 1 0.262 0.39 0.24 0.62 0.24 0.310 0.14 0.01 0.04 0.87 0.17 0.07 1.7 0.09 0.09 12 0.2313 1.4 0.39 0.28 0.25 1.52 2 76.2 11.97 9 0.2623 0.39 0.24 0.62 0.7 0.59 前轴3 0.05 0.24 0.04 0.87 0.14 中封 4 6 0.3104 0.01 0.07 压69.7 10.95 0.14 0.07 1.7 5 0.07 缸 1 12 0.2313 0.24 0.04 0.87 0.25 后69.8 10.96 轴2 0.05 9 0.2623 0.01 0.11 0.14 0.07 1.7 封 3 59.1 9.283 6 0.3104 0.11 1 12 0.2313 0.24 0.04 0.87 0.25 前69.8 13.16 轴2 0.06 9 0.2623 0.01 0.07 0.11 0.14 1.7 低封 3 59.1 11.4 6 0.3104 0.11 压12 0.2313 0.24 0.04 0.87 0.25 缸 后1 69.8 13.16 轴2 0.06 9 0.2623 0.01 0.11 0.14 0.07 1.7 封 3 59.1 11.14 6 0.3104 0.11 36

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3.6整机校核

1. 功率的校核

?由式（2-9）Pi??Pji= 202.97和式（3-50）Pi??hiGi?210.98得汽轮机功

10i?0率的误差为：

??P?符合设计要求。 2.效率的校核

?Pi?PiPi?210.98?202.97=3.94% < 5% （3-56）

202.97通流部分的设计完成后，根据计算结果做出实际的热力过程曲线。得到高压缸的实际内效率为85.45%，中低压缸的实际内效率为87.43%。高压缸的估取内效率为86%，中低压缸的估取内效率为88.50%。其误差分别为:

86%?85.45%高压缸 ???? 0.52% < 5% （3-57a）

85.90%中低压缸 ???符合设计要求。 计算结果见表3-7。

88.50%?87.43%? 1.21% < 5% （3-57b）

88.50%3.7调整抽汽式热效率的计算

按照凝汽式的计算步骤可知，要使调整抽汽式的设计功率达到145MW，采用从中压缸的排汽口进行一次调整抽汽，则其抽汽焓为3025 kJ/kg，计算抽汽流量为366.5th，抽汽压力为0.233MPa，假设工作环境平均温度为0℃。则其热效率为：

Pe?Dcq(hcq?h)有效利用 ???? 63.16% （3-58）

?s代价D(h?h)?D(h?h)00fw3rr由此可知同样容量的汽轮机调整抽汽式的热效率要高于凝汽式的。

调整抽汽式的功率误差为：

?Pi?Pi148.7?145.00??P??? 2.55% < 5% （3-59）

Pi145.00计算结果见表3-7（汽耗率：kgkW?h ；热耗率：kJkW?h）。

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表3-7机组热经济性指标对照表 项目 回热计算内功率 通流计算内功率 机械效率 发电机效率 机械损失 轴端功率 发电机功率 汽耗率 不抽汽汽耗率 热耗率 整机绝对热效率

符号 Pi ?Pi 单位 凝汽式数值 调整抽汽式数值 202.97 210.98 99.50% 99.00% 145.00 148.7 99.50% 99.00% 0.725 144.28 142.83 4.23 3.74 5700 63.16% MW MW ?m ?g ?Pm MW MW 1.015 201.96 199.94 3.02 3.75 8536.84 42.17% Pe Pel MW kgkW?h kgkW?h kJkW?h d d? q ? 38

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第四章 结 论

随着国民经济的持续发展，作为国民经济支柱的电力工业也在飞速发展，汽轮机技术也有了日新月异的变化。汽轮机作为大型的旋转机械，一定程度代表了整个国家的制造水平。

本论文以汽轮机热力设计为中心，进行了热经济性的对比分析。 本文简要综述了汽轮机的发展和热力设计的技术概况，详细介绍了回热系统和通流部分的设计方法和计算步骤，最后对凝汽式和调整抽汽式热经济性进行了对比分析。

本论文通过对型号为N200-12.7/530/530和 C145-12.7/0.24/0.24的热力设计，得到其热力系统的总体结构为：在热力系统中，设置有三台凝汽器，两台射水抽汽器，四台低压加热器和三台高压加热器；全机共有八段非调整抽汽，分别在7、12、14、17、20、22、24、26级后，抽到相应的加热器中加热给水；一次中间再热、凝汽式、单轴、三缸、三排汽的汽轮机；通流部分由高、中、低三部分组成，共有37级。高压部分有1个单列调节级和11个压力级；中压部分有10个压力级；低压部分为三分流式，每一分流有5个压力级，其中有一个分流布置在中压缸后部，另两个分流布置在低压缸中。该汽轮机采用喷嘴调节，新蒸汽通过两个高压主汽门，四个高压调节汽门进入高压缸。高压缸排汽经排汽逆止阀进入中间再热器，蒸汽再热后经过两个中压主汽门，四个中压调速汽门进入中压缸；采用从中压缸的排汽口进行一次调整抽汽供热，其抽汽焓为3025 kJ/kg，计算抽汽流量为366.5th，抽汽压力为0.24MPa。通过对200MW调整抽汽式汽轮机热力设计，本文得出以下结论：

1.通过回热系统的设计，认识到各加热器的给水出口温度、端差、抽汽压损的取值直接决定着抽汽压力的选定，并且都对机组的效率有一定的影响。

2.通过对通流部分的设计，综合运用工程热力学、工程流体力学和汽轮机原理中的基本原理，得出各级通流部分的几何尺寸、相对内效率和内功率，最终确定汽轮机实际的热力过程曲线。

3.通过对调整抽汽式汽轮机热效率的计算，并与凝汽式汽轮机进行了对比分析可知：调整抽汽式汽轮机的热效率和热经济性要优于凝汽式汽轮机。

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注 释

①指门杆的总长度。为了减少门杆径向间隙中的漏汽，在门杆周围装有九段汽封套，每段长50毫米，两段隔离套，每段长58毫米，此处为了计算方便只计算总长漏汽。 ② 阀杆漏汽流量系数?V与阀杆分段前后压力比及蒸汽流动状况——层流或紊流有关。一般可按下面步骤确定：

1）

确定Re?，其计算公式为：

Re??

3350?r4p0v0?0?106

式中?0——蒸汽的动力粘度，Pa.s，可根据p0、t0查水和水蒸气热力性质图表得出。

2）查紊流流量系数?tu，先计算系数K1?得?tu.

3) 确定流量系数?V,当?tuRe<1,说明阀杆间隙中漏汽流动力层流状态．则

?l?r4Re?，然后查文献[6]附图3-4(b)

?V??la,?la可根据K2?

l?rRe??tuRe>1,?V??tu。查文献[6]附图3—4(a)得到；

? 40

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