25兆瓦凝气式汽轮机的设计

摘要

本课题是对某25MW凝汽式汽轮机组进行热力设计。进行这次主要时为了提高电厂的经济性，以求达到“节能降耗，环境保护”的目的。在提高其经济性的同时还要保证该机组的实用性和安全可靠性。因此在设计之前，要先查找一些资料，然后对汽轮机的蒸汽系统，汽轮机级的热力等进行计算，如除氧器的抽汽量，凝结水量，汽轮机装置的热经济性，级热力参数的选择，各能量损失计算等；同时对其通道部分进行选型以及对其级数进行确定。整个设计完成后，证实了我们的设计在拥有适用性和安全可靠性的前提下确实能够提高发电厂的经济性，达到“节能降耗，保护环境”的目的

本设计的主要内容包括：汽轮机的工作原理、多级汽轮机的工作过程、汽轮机的变工况下的工作特性、汽轮机的结构及叶片强度。根据通流部分形状和回热抽汽点的要求，确定压力级既非调节级的级数和排汽口数，并进行各级比焓降分配；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，实际热力过程曲线。根据各级热力计算结果，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力平衡计算；分析与确定汽轮机热力设计的基本参数，这些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，参数包括汽轮机的容量，进汽参数，转速，排汽压力冷却水温度，给水温度，供热蒸汽压力等；分析并选择汽轮机的型式，配汽机构形式，通流部分形状及有关参数；对汽轮机的原则性热力系统进行汽耗量及热经济性的初步计算；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。

关键字：汽轮机；热力计算；热力系统

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目录

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摘要 (1)

第一章文献综述 (3)

第二章概述 (6)

设计任务 (6)

热力设计的内容及要求 (7)

国产汽轮机基本参数的选择与系列 (7)

第三章汽轮机总进汽量的初步估算 (10)

回热抽汽压力的确定 (11)

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计算 (11)

第四章通流部分的选型 (20)

排汽口数与末级叶片 (20)

配汽方式和调节级的选型 (21)

压力级设计特点 (24)

第五章压力级比焓降分配及级数的确定 (26)

蒸汽通道的合理形状 (26)

各级平均直径的确定 (26)

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级数的确定及比焓降的分配 (29)

第六章汽轮机级的热力计算 (32)

叶型及其选择 (32)

级的热力计算 (35)

热力计算示例 (44)

图（）级的热力过程曲线 (49)

第七章汽轮机漏汽量的计算与整机校核 (49)

阀杆漏气量的计算 (49)

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整机校核 (52)

第八章轴向推力的计算 (53)

轴向推力的计算公式 (53)

叶轮前压力的确定 (54)

推力轴承的安全系数 (55)

结论 (56)

致谢 (57)

参考文献 (58)

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第一章文献综述

汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械。又称蒸汽透平。主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要。

汽轮机是将蒸汽的能量转换为机械功的旋转式动力机械，是蒸汽动力装置的主要设备之一。汽轮机是一种透平机械，又称蒸汽透平。公元一世纪时，亚历山大的希罗记述了利用蒸汽反作用力而旋转的汽转球，又称为风神轮，这是最早的反动式汽轮机的雏形；1629年意大利的布兰卡提出由一股蒸汽冲击叶片而旋转的转轮。 19世纪末，瑞典拉瓦尔和英国帕森斯分别创制了实用的汽轮机。拉瓦尔于1882年制成了第一台5马力千瓦)的单级冲动式汽轮机，并解决了有关的喷嘴设计和强度设计问题。单级冲动式汽轮机功率很小，现在已很少采用。 20世纪初，法国拉托和瑞士佐莱分别制造了多级冲动式汽轮机。多级结构为增大汽轮机功率开拓了道路，已被广泛采用，机组功率不断增大。帕森斯在1884年取得英国专利，制成了第一台10马力的多级反动式汽轮机，这台汽轮机的功率和效率在当时都占领先地位。 20世纪初，美国的柯蒂斯制成多个速度级的汽轮机，每个速度级一般有两列动叶，在第一列动叶后在汽缸上装有导向叶片，将汽流导向第二列动叶。现在速度级的汽轮机只用于小型的汽轮机上，主要驱动泵、鼓风机等，也常用作中小型多级汽轮机的第一级。与往复式蒸汽机相比，汽轮机中的蒸汽流动是连续的、高速的，单位面积中能通过的流量大，因而能发出较大的功率。大功率汽轮机可以采用较高的蒸汽压力和温度，故热效率较高。19世纪以来，汽轮机的发展就是在不断提高安全可靠性、耐用性和保证运行方便的基础上，增大单机功率和提高装置的热经济性。

汽轮机的出现推动了电力工业的发展，到20世纪初，电站汽轮机单机功率已达10兆瓦。随着电力应用的日益广泛，美国纽约等大城市的电站尖峰负荷在20年代已接近1000兆瓦，如果单机功率只有10兆瓦，则需要装机近百台，因此20年代时单机功率就已增大到60兆瓦，30年代初又出现了165兆瓦和208兆瓦的汽轮机。此后的经济衰退和第二次世界大战期间爆发，使汽轮机单机功率的增大处于停顿状态。50年代，随着战后经济发展，

电力需求突飞猛进，单机功率又开始不断增大，陆续出现了325～600兆瓦的大型汽轮机；60年代制成了1000兆瓦汽轮机；70年代，制成了1300兆瓦汽轮机。现在许多国家常用的单机功率为300～600兆瓦。

汽轮机在社会经济的各部门中都有广泛的应用。汽轮机种类很多，并有不同的分类方法。按结构分，有单级汽轮机和多级汽轮机；各级装在一个汽缸内的单缸汽轮机，和各级分装在几个汽缸内的多缸汽轮机；各级装在一根轴上的单轴汽轮机，和各级装在两根平行轴上的双轴汽轮机等。按工作原理分，有蒸汽主要在各级喷嘴(或静叶)中膨胀的冲动式汽轮机；蒸汽在静叶和动叶中都膨胀的反动式汽轮机；以及蒸汽在喷嘴中膨胀后的动能在几列动叶上加以利用的速度级汽轮机。按热力特性分，有为凝汽式、供热式、背压式、抽汽式和饱和蒸汽汽轮机等类型。凝汽式汽轮机排出的蒸汽流入凝汽器，排汽压力低于大气压力，因此具有良好的热力性能，是最为常用的一种汽轮机；供热式汽轮机既提供动力驱动发电机或其他机械，又提供生产或生活用热，具有较高的热能利用率；背压式汽轮机的排汽压力大于大气压力的汽轮机；抽汽式汽轮机是能从中间级抽出蒸汽供热的汽轮机；饱和蒸汽轮机是以饱和状态的蒸汽作为新蒸汽的汽轮机。汽轮机的蒸汽从进口膨胀到出口，单位质量蒸汽的容积增大几百倍，甚至上千倍，因此各级叶片高度必须逐级加长。大功率凝汽式汽轮机所需的排汽面积很大，末级叶片须做得很长。汽轮机装置的热经济性用汽轮机热耗率或热效率表示。汽轮机热耗率是每输出单位机械功所消耗的蒸汽热量，热效率是输出机械功与所耗蒸汽热量之比。对于整个电站，还需考虑锅炉效率和厂内用电。因此，电站热耗率比单独汽轮机的热耗率高，电站热效率比单独汽轮机的热效率低。一座汽轮发电机总功率为1000兆瓦的电站，每年约需耗用标准煤230万吨。如果热效率绝对值能提高1%，每年可节约标准煤 6万吨。因此，汽轮机装置的热效率一直受到重视。为了提高汽轮机热效率，除了不断改进汽轮机本身的效率，包括改进各级叶片的叶型设计(以减少流动损失)和降低阀门及进排汽管损失以外，还可从热力学观点出发采取措施。根据热力学原理，新蒸汽参数越高，热力循环的热效率也越高。

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早期汽轮机所用新蒸汽压力和温度都较低，热效率低于20％。随着单机功率的提高，30年代初新蒸汽压力已提高到3～4兆帕，温度为400～450℃。随着高温材料的不断改进，蒸汽温度逐步提高到535℃，压力也提高到6～兆帕，个别的已达16兆帕，热效率达30％