汽轮机课程设计设计任务书指导书091--26

汽轮机课程设计任务书汽轮机缺级运行工况下的经济性和安全性核算班级：热动091（热电）指导教师：胡爱娟钱焕群杨冬时间：2012.6一、设计题目：汽轮机缺级运行工况下的经济性和安全性核算有一台50MW汽轮机发电机组，其某级因动叶振动特性不良或动静部分碰磨而损坏，需拆除该级后继续运行。

为保证汽轮机的安全运行，必须对机组进行限制出力的计算，即确定其最大允许负荷，并分析其经济性和安全性。

二、设计时间：2周三、原始资料：1、N50-8.82/535型汽轮机热力计算数据汇总表（设计工况）2、设计工况热力过程线3、N50-8.82/535型汽轮机设计工况轴向推力计算数据4、回热系统简图5、N50-8.82/535型汽轮机热平衡计算基本数据6、N50-8.82/535型汽轮机组热经济指标7、变工况计算所需数据和图表详见参考资料8、其他数据背压Pc：第一组：Pc=0.006MPa第二组：Pc=0.0055MPa第三组：Pc=0.005MPa第四组：Pc=0.0045MPa第五组：Pc=0.004MPa第六组：Pc=0.0035MPa第七组：Pc=0.003MPa所缺级数分别为16、17、18、19级四、具体任务和计算步骤如下：1、估计允许最大负荷下的新蒸汽流量；2、确定各抽汽点的压力和焓值；3、初步拟定全机热力过程线，并确定末级排汽状态点与排汽焓；4、各级流量的确定；5、汽轮机热力核算（功率和效率计算）最末级详细计算危险级详细计算中间级近似计算调节级详细计算6、危险级的强度校核计算7、轴向推力核算及推力瓦安全性核算8、确定汽轮机允许的最大功率；9、编写课程设计计算说明书五、成果。

设计计算书一份。

要求：内容完整、书写清楚整洁、文字通顺、数据表格要整齐、装订整齐，不少于30页。

内容包括：封面、目录、摘要、原始资料、正文、参考文献、设计小结、附录。

汽轮机课程设计指导书汽轮机缺级运行工况下的经济性和安全性核算班级：热动071~2（热电）指导教师：胡爱娟钱焕群刘学来时间：2011.6第一章 汽轮机进汽量及各级流量的确定1．1 新蒸汽流量的确定一、变工况下焓降的初步确定由于某级拆除使其前一级受力情况恶化，因此被拆除级的前一级称为“危险级”。

为保证机组安全运行，应使该级动叶所受的应力不大于其许用应力。

例如，拆除17级，则16级的焓降要增大，其动叶受力增加，若仍假定机组各级的流量为设计流量，则18级前压力仍为设计工况下的压力，即1801801)()(p p ==0.184Mpa用费留格尔公式求16级前压力1601)(p2170216021801216011)()()()(1p p p p GG --==由设计数据可绘出16、17两级的设计热力过程线（如图2-1所示），找出1601)(p 与过程线交点即可得变工况后16级的焓降 1t h ∆。

二、危险级最大流量估算流量估算有两种方法，一是保证拆除一级后其余各级应力不超过设计应力水平；二是根据危险级的许用应力来估算，即假定变工况后危险级的应力等于其许用应力，由F=22z u F F +min2W Fl b=σ 可确定出流量1G ，为了简化计算，椐估算Fu ≈0.8F ，因此,8.02min ⨯=W Ful b σ,而u h G Fu u t η∆=，所以8.02min ⨯∆=u W l h G b u t ησ那么 ut u t h G h G ηησσ∆∆=1110][ 由ta h u x ∆=2从u η—a x 曲线查得u η和1u η，若保证变工况后危险级的受力不变，则G h h G u t ut ⋅∆∆=111ηη把求得的G1再代回到费留格尔公式求出新的1601)(p ，重求1t h ∆和G1直到相邻两次求得的G1之间的相对误差小于2%为止，此时G1/G0即为所求得的流量比。

17180)(p图1-1 16、17级热力过程线1．2 初步拟定全机热力过程线一、各抽汽点压力的确定由上一节所求得的流量比G1/G0求各抽汽点的压力，危险级后面的抽汽点的压力用流量与压力成正比来求，即100100101,G G p p p p G G ⋅==， 危险级以前的抽汽点压力用弗留格尔公式来求，即222022120101p p p p G G--=， 在计算时按抽汽段划分级组，其中危险级和最末级要单独计算，并且按照从后往前的方法进行。

二、绘制热力过程线根据所确定的抽汽压力及第二级和最末级前的压力画热力过程线，一般按抽汽压力分段，危险级和最末级要单独划出，具体分段情况为：以拆17级为例，可分为：调节级、2-6级、7-9级、10-11级、12-14级、15级、16级、18级、19-20级、21级、22级。

各级段的效率利用各级效率的平均值代替。

比如，10-11级段的效率为 111011101+∆∆+∆='ii i h h h η，其它各级段类似，其中危险级的效率为ri ri ηη85.0'=，最末级的效率为ri ri ηη92.0'=，调节级的相对内效率认为与其轮周效率成正比，即uu i i ηηηη11=而轮周效率由所求得的假想速比查调节级特性曲线a u C -η。

变工况后的热力过程线如图1-2所示。

三、末级排汽状态点的确定热力过程线描述的是蒸汽的状态参数在汽缸内的变化过程，过程线的终点就是末级的排汽状态点，其参数为c p p =2。

3图1-2 N50-8.82/535型汽轮机变工况（拆除17级）后的热力过程线1．3 各级流量的确定根据上面求得的流量比，求出汽轮机的进汽量D1。

通过各级的流量可用下面粗略估算的方法确定。

这里假设回热系统运行正常，因此各级流量与新蒸汽流量成正比的关系。

即00011Z Z D D D D。

式中：010,D D ——分别为设计工况及变工况下汽轮机的新汽流量； 10,Z Z D D ——分别为设计工况及变工况下第Z 级通过的流量。

第二章 汽轮机的热力核算汽轮机变工况热力核算，以精确程度分有详细核算和近似核算两类，详细核算结果精确，但计算费事；近似核算虽不够精确，但简单易行，在不少情况下已能满足要求，从核算的次序来分，有由汽轮机进汽参数向排汽参数的顺序核算，及由排汽参数算向进汽参数的倒推核算两种，它们都以喷嘴和动叶的连续方程为计算基础。

在进行变工况核算时，汽轮机的通流尺寸都已知，并且蒸汽的流量须事先根据变工况条件确定。

我们要求末级、危险级和调节级采用详细核算。

中间各级采用近似核算，手工核算，计算机都可。

将计算结果以表格的形式汇总。

具体计算过程，见课程设计参考资料。

第三章 安全性和经济性分析3.1危险级静强度校核危险级静强度校核即比较其在变工况下所受到的汽流弯曲应力和该级叶片材料的许用应力。

危险级的弯曲应力的计算步骤和所用公式如下：mi b z u m bb b b z b ut u W M Fl M F F F p p z l d c c z GF uz h G F ==+=-Ω+-=∆=σπααη21)()sin sin (22202211如果][σσ≤，则危险级的强度是满足要求的，否则要进一步降低流量重新进行核算。

各级强度参数：15级：设计应力 0σ=15.9 MPa, 许用应力][σ=22 MPa ，min W =0.3813cm 16级：设计应力0σ=15.9 MPa, 许用应力][σ=23 MPa ，min W =0.3713cm17级：设计应力0σ=15.9 MPa, 许用应力][σ=25 MPa, min W =0.433cm 18级：设计应力0σ=22.54MPa, 许用应力][σ=35 MPa, min W =0.463cm3.2 轴向推力计算为了保证汽轮机在变工况下安全可靠地工作，防止推力轴承过负荷损坏，必须对汽轮机轴向推力和推力瓦的安全性进行校核。

1．作用在叶片上的轴向力对于冲动级，可以不考虑由于汽流的轴向分速度变化而引起的轴向力，因此，对于非调节级 )(201p p l d F m b b z -Ω=π 对于调节级 )(201p p l d e F m b b z -Ω=π'2p p m 由Ω查图1-4（a ） 2．作用在叶轮上的轴向力 )(])[(420222p p d l d F d b b z -Ω⋅--=π)(})1(])[(4{20222p p l d e d l d F d b b b b z -Ω⋅-+--=ππ（部分进汽级）其中 r d q Ω⋅=Ω 2-14级：])1[(1bb bm r l d d -Ω--=Ω15-22级：]sin cos ))[(1(112122αα+-Ω--=Ωbb b m r l d d若0<Ωr 则不计算轮盘上的推力，否则zb b ppp p p rp p rpp l d A A z d A A A A A δππδπμμμμμβμμα)(,)045.0(47,0.1,4.0,3.0524545544-=⨯⨯=====Ω⋅==Ω⋅=其中20、21、22级没有平衡孔，所以04=A ，r δ查表。

22222)1(1βαβαβαα+-++=>q 则若调节级的叶轮轴向推力不必计算，只计算其余各级。

3．转子凸肩上的轴向推力 x z p d d F ⋅-=)(422213π22222)1(1αβαββαα-+--=≤q 则若式中 -21,d d 对应计算面上的外径和内径； -x p 计算面上的蒸汽静压力。

需要计算的面有两个端面和六个凸肩，它们的压力查表，相应的内、外径尺寸查图。

计算时要注意符号，由高压向低压的为正，由低压指向高压的为负。

总轴向力为 ∑∑∑++=321z z z z F FF F4．推力轴承安全性校核为了保证推力瓦块的安全可靠运行，必须对推力轴承的安全性进行校核，即推力轴承的安全系数必须满足下述条件： 7.15.1)(2143->++-=∑∑∑∑z z z z FF F F pA n式中 p----推力瓦块所能承受的总压力，通常取p=2.5MPa ； A----推力瓦块的承压面积，A=11002cm 。

上述轴向推力的计算可以只详细计算一级，写出计算过程，其余用计算机计算，可以编程或用EXCEL ，将计算结果汇总于轴向推力计算汇总表中。

3.3、汽轮发电机组经济性指标计算内功率 末级危险中间级调i i i i i P P PP P +++=∑电功率 g m i el P P ηη= 相对内效率 tii H H ∆∆=η 绝对电效率 g m i t el a qηηηηη==3600, 汽耗率 elP G d 1=热耗率 )(0fw h h d q -=参 考 文 献[1] 冯慧雯.汽轮机课程设计参考资料.水利电力出版社.1992 [2] 沈士一等.汽轮机原理.水利电力出版社.1995 [3] 翦天聪.汽轮机原理.水利电力出版社.1986[4] 张艾萍.汽轮机及热力系统变工况计算方法.东北电力大学电力出版.2001[5] 郑体宽.热力发电厂.水利电力出版社.1995[6] 曹祖庆.汽轮机变工况特性.水利电力出版社.1991成绩评定课程设计的成绩采用百分制，评分由指导教师根据平时和成果评分、答辩评分两部分组成。