汽轮机课程设计设计任务书指导书2015

电气工程学院课程设计任务书课题名称: 汽轮机变工况运行的经济性和安全性核算专业、班级：热能与动力工程121、122班指导教师：钱进2014年7月20日至2014年7月31日共2周指导教师签名：教研室主任签名：分管院长签名：一、设计题目：汽轮机变工况运行下的经济性和安全性核算设计对象为1台50MW纯凝式单缸汽轮机发电机组，由于电网负荷调节的要求及冷端条件的改变，汽轮机的运行工况发生变化。

本次设计拟定60%、70%、80%、90%、100%、110%六个变工况负荷，要求各小组按各自给定的背压条件进行前述六个工况中两个变工况条件下的汽轮机的经济性和安全性核算，通过与额定工况(额定功率、额定背压)的比对，展开分析和讨论得出结论。

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型汽轮机设计工况下热平衡计算基本数据6、N50-8.82/535型汽轮机组设计工况下热经济指标7、变工况计算所需数据和图表详见参考文献18、变工况数据背压Pc、负荷A组A1组：Pc=0.0065MPa；60%、90%负荷A2组：Pc=0.0065MPa；70%，100%负荷A3组：Pc=0.0065MPa；80%，110%负荷B组B1组：Pc=0.0060MPa；60%、90%负荷B2组：Pc=0.0060MPa；70%，100%负荷B3组：Pc=0.0060MPa；80%，110%负荷C组C1组：Pc=0.0055MPa；60%、90%负荷C2组：Pc=0.0055MPa；70%，100%负荷C3组：Pc=0.0055MPa；80%，110%负荷D组D1组：Pc=0.0050MPa；60%、90%负荷D2组：Pc=0.0050MPa；70%，100%负荷D3组：Pc=0.0050MPa；80%，110%负荷E组E1组Pc=0.0045MPa；60%、90%负荷E2组：Pc=0.0045MPa；70%，100%负荷E3组：Pc=0.0045MPa；80%，110%负荷F组F1组Pc=0.0040MPa；60%、90%负荷F2组：Pc=0.0040MPa；70%，100%负荷F3组：Pc=0.0040MPa；80%，110%负荷四、具体任务和计算步骤如下：1、确定各抽汽点的压力和焓值；2、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；3、各级段流量的确定；4、热力系统；5、汽轮机热力核算（功率和效率计算）最末级详细计算调节级详细计算中间级近似计算6、轴向推力核算及推力瓦安全性核算7、汽轮发电机组经济性指标计算；8、编写课程设计计算说明书五、成果：设计计算说明书一份。

要求：内容完整、书写清楚整洁，符号、公式符合规范，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、摘要、目录、正文、参考文献、谢辞、附录。

正文应包括：1、绪言（汽轮发电机组变工况运行的背景、变工况计算的目的与意义、拟采用的变工况计算方法、预期成果）；2、变工况计算的对象与条件（汽轮机及热力系统概况及回热系统简图、N50-8.82/535型汽轮机设计工况热力过程线、设计工况下热平衡计算基本数据、设计工况下热力计算数据汇总表、汽轮机组设计工况下热经济指标、设计工况轴向推力计算数据、变工况参数—背压、功率。

）3、变工况计算（确定各抽汽点的压力和焓值；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；各级段流量的确定；热力系统；汽轮机热力核算（功率和效率计算）最末级详细计算、调节级详细计算、中间级近似计算、轴向推力核算及推力瓦安全性核算、汽轮发电机组经济性指标计算。

）4、对计算结果的分析与讨论（表格汇总合本小组冷端条件下两个工况点的计算数据及本大组其它小组的数据，绘制曲线和图形，对比额定工况下的数据、展开分析与讨论）5、结论（在前节分析与讨论的基础上形成结论）。

六、课程设计进程安排：电气工程学院课程设计指导书课题名称: 汽轮机变工况运行的经济性和安全性核算专业、班级：热能与动力工程121、122班指导教师：钱进2015年7月20日至2015年7月31日共2周第一章 汽轮机各级汽流量及热力系统的确定1.1 初步拟定全机热力过程线一、各抽汽点压力的确定由流量比G1/G0求各抽汽点的压力，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 ⋅==， 在计算时按抽汽段划分级组，其中调节级和最末级要单独计算， 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，调节级、最末级要单独划出。

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+∆∆+∆='i i i h h h η，其它各级段类似，，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1-1 N50-8.82/535型汽轮机变工况后的热力过程线1．2 热力系统变工况计算根据流量比，求出汽轮机的进汽量D0，各级的流量采取详细计算，准确确定变工况下各级通过的流量，需要进行回热系统得热平衡计算，求出各段抽汽量，然后确定出各级的流量，在进行回热系统计算前，首先要把各加热器的汽路与水路连接正确，然后再对其立出热平衡方程式，解出各加热器的抽汽量。

具体计算过程，见参考文献1。

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。

本次设计要求调节级、末级采用手工详细核算，中间各级采用近似核算。

手工核算、 C 语言编程计算、修改指导书随盘M 文件，在Matlab 下运行获得结果皆可。

无论何种方式，计算结果须以表格的形式汇总，后两种方式需要给出程序框图。

具体计算过程，见课程设计指导书。

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 ⋅-=)(422213π式中 -21,d d 对应计算面上的外径和内径；22222)1(1αβαββαα-+--=≤q 则若-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] 肖增弘等.汽轮机课程设计.中国电力出版社.2012 [2] 黄树红.汽轮机原理. 中国电力出版社.2008 [3] 孙奉仲.大型汽轮机运行. 中国电力出版社.2008[4] 李维特、黄保海.汽轮机变工况热力计算，中国电力出版社，2001 [5] 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，再转为五级制。