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汽轮机课程设计

第一部分：设计题目与任务

题目：汽轮机热力计算与设计

根据给定的汽轮机原始参数来进行汽轮机热力计算与设计：

1、分析与确定汽轮机热力设计的基本参数，这些参数包括汽轮机的容量、进汽参数、转速、排汽压力或冷却水温度、回热加热级数及给水温度、供热汽轮机的供热蒸汽压力等;

2、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;

3、拟订汽轮机近似热力过程线和原则性回热系统，进行汽耗率及热经济性的初步计算;

4、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、比烩降、叶型及尺寸等:

5、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，并进行各级比焙降分配;

6、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线;

7、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线的要求，并修正回热系统的热平衡计算;

8、根据需要修正汽轮机热力计算结果.

第二部分：设计要求

1)运行时具有较高的经济性;

2)不同工况下工作时均有高的可靠性;

3)在满足经济性和可靠性要求的同时，还应考虑汽轮机的结构紧凑、系统简单、布置合理、成本低廉、安装和维修方便及零部件通用化、系列标准化等因素。

第三部分：设计内容

一、汽轮机热力计算与设计原始参数

主蒸汽压力3.43Mpa，主蒸汽温度435℃;

冷却水温度20℃，给水温度160℃; 额定功率e P :23MW,调节级速比a x :0.24 二、汽轮机设计基本参数确定

1、汽轮机容量 额定功率e P :23MW

2、进气参数

汽轮机初压P 0=3.43Mpa 汽轮机初温t0=435℃ 3、汽轮机转速n=3000rad/min 4、排气压力

汽轮机排气压力Pc=0.005Mpa 冷却水温tc1= 20℃ 5、回热级数及给水温度

给水温度tfw=160℃ 回热级数Z=3级 三、选型、配汽及流通部分的设计计算

1、汽轮机型号

由排气压力和冷却水温可知汽轮机为：凝气式汽轮机。 型号：N23-3.43/435 2、配汽方式

汽轮机的配汽机构又称调节方式，与机组的运行要求密切相关。通常的喷嘴配汽、节流配汽、变压配汽以及旁通配汽四种方式。喷嘴配汽是国产汽轮机的主要配汽方式，由已知参数以及设计要求选用喷嘴配汽方式。 四、拟定汽轮机近似热力过程曲线和原则性热力系统，进行汽耗量、回热系统

热平衡及热经济性的初步计算 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。下表列出这些

损失通常的取值范围。

表（1）汽轮机各阀门及连接管道中节流损失和压力估取范围

图（1）进排汽机构损失的热力过程曲线

（2）、汽轮机近似热力过程曲线的拟定

根据经验，对一般非中间再热凝汽式汽轮机可近似地按下图所示方法拟定近似热力过程曲线，计算过程如下：

由已知的新汽参数p

0、t

，可得汽轮机进汽状态点0，并查得

初比焓h

=3305KJ/kg。由前所得，设进汽机构的

节流损失ΔP

0=0.04P

=0.04*3.43=0.1372Mpa，

得调节级前压力P

0＇= P

- ΔP

=3.43-0.1372=3.2928MPa，

并确定调节级前蒸汽状态点1。过1点作等比熵线向下交于P

x

线于

2点，查得h 2t =2129KJ/kg ，

整机的理想比焓降()

'

mac t h ∆=3305–2129 = 1176KJ/kg 。 由上估计进汽量后得到的相对内效率ηri =85%，

有效比焓降Δh t mac =（Δh t mac ）＇

ηri =999.6KJ/kg ，

排汽比焓h z =h 0 –Δh t mac = 3305-999.6 = 2305.4 KJ/kg ， 在h-s 图上得排汽点Z 。用直线连接1、Z 两点，在中间'3点处沿等压线下移21～25KJ/kg 得3点，用光滑连接1、3、Z 点，得该机设计工况下的近似热力过程曲线，如图（2）所示：

图（2） 23MW 凝汽式汽轮机近似热力过程曲线

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0D 可由下式估算：

()D m h P D m

g

ri

mac t

e

∆+∆=

η

ηη'06.3 （t/h ）

式中：e P —汽轮机的设计功率，按额定功率计算，取23MW ； ()

'

mac t h ∆—通流部分的理想比焓降，1176KJ/kg ； ri η —汽轮机通流部分相对内效率的初步估算值 0.85；

g η —机组的发电机效率 ；

m η —机组的机械效率 ；

∆D —考虑阀杆漏气和前轴封漏汽及保证在处参数下降或背压升高时仍能发出设计功率的蒸汽余量，通常取=3%左右，t/h

m —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， 取m=1.20 ΔD =2.30t/h m η=0.99 g η=0.98则

=+⨯⨯⨯⨯⨯=

30.220.198

.099.085.0117623000

6.30D 104.75t/h

调节抽汽式汽轮机通流部分设计式，要考虑到调节抽汽工况及纯凝汽工况。一般高压部分的进汽量及几何尺寸以调节抽汽工况作为设计工况进行计算，低压部分的进汽量及几何下以纯凝汽工况作为设计工况进行计算。

3、回热系统的热平衡初步计算 （1）回热抽汽压力的确定 1）除氧器工作压力

除氧器的工作压力与除氧效果关系不大，一般根据技术经济比较和实用条件来确定。通常在中低参数机组中采用大气式除氧器。大气式除氧器的工作压力一般选择略高于大气压力，取0.118MP 。对应饱和水温度ted ’=104.25℃，供给除氧器的回热抽汽压力一般比除氧器的工作压力高0.2到0.3MPa 。 2）抽汽管中压力损失e p ∆

在进行热力设计时，要求e p ∆不超过抽汽压力的10%，通常取

e p ∆=（0.04～0.08）e p ，级间抽汽时取较大值，高中压排汽时取较小值。