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汽轮机课程设计

第一部分汽轮机课程设计任务及要求

一、设计任务：

1.任选一组参数，分析并确定热力设计的基本参数，分析并选择

汽轮机型式、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；

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

定调节级的形式、比焓降、叶型及尺寸；

4.根据通流部分形状和回热抽汽点的要求，确定压力级的级数和

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，修正回热系统热平衡计算结果；

7.根据需要修正汽轮机热力计算结果；

8.绘制通流部分及纵剖面图（手工或CAD绘制）。

二、设计要求：

1.运行时有较高的经济性；

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的同时，还应考虑到汽轮机的结构紧

凑，系统简单，布置合理，成本低廉，安装与维修方便，以

及零件的通用化和系列等因素。

第二部分选题以及参数

题目：多级汽轮机热力过程设计

基本参数：

汽轮机额定功率（Pr, kW）：50000

汽轮机设计功率（Pe, kW）：45000

汽轮机初压（p0, Mpa）：8.9

汽轮机初温（t0, 0C）：535

汽轮机工作转速（n, r/min）：3000

汽轮机排气压力（p/c, Mpa）：0.0049

给水温度（tfw, 0C）：217

冷却水温（tcl , 0C）：20

凝汽器出口水温（tc , 0C）：31.5

给水泵压头（pfp, Mpa）：13.73

凝结水泵压头（pcp, Mpa）：1.33

射汽抽气器汽耗量（ΔDej, t/h）：1.2

射汽抽气器出口水温（tej, 0C）：38.68

射汽抽气器比焓降（Δhej,kJ/kg）：558.3

回热级数（Z, 级）：5

第三部分多级汽轮机设计

一、分析并选择汽轮机型式、配汽机构形式、通流部分形状及

有关参数

(一)分析确定汽轮机设计的基本参数

1.汽轮机容量：

额定功率Pr=50MW 设计功率Pe=45MW

2.进汽参数：

（1）新汽参数

汽轮机初压P0=8.9Mpa 汽轮机初温t0=535℃（2）再热蒸汽参数

再热温度tz=535℃

3.排汽压力

汽轮机排气压力Pc=0.0049Mpa 冷却水温tc1= 20℃4.汽轮机转数

汽轮机工作转速n=3000r/min

5.给水温度和回热级数

给水温度tfw=217℃回热级数Z=5级

6.其他参数

凝汽器出口水温tc=31.5℃

给水泵压头Pfp=13.73MPa

凝结水泵压头Pcp=1.33Mpa

射汽抽气器汽耗量Δdej=1.22t/h

射汽抽气器出口水温tej=38.68℃

射汽抽气器比焓降Δhej=558.3kJ/k

(二)分析并选择汽轮机型式、配汽机构形式、通流部分形状

1.汽轮机型号

Pc和冷却温度tc1可知为：凝气式汽轮机。

型号为N50-8.9/535/535

2.配汽机构

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。

二、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

给定了汽轮机容量、蒸汽参数、回热参数等基本数据后，就可以进行汽轮机总进气量的估算与会热系统热力平衡的计算，同时拟定汽轮机近似热力过程曲线。

（一）近似热力过程的拟定

在h-s图上，由P0，t0课确定汽轮机进汽状态点0并查的初比焓h0=3473KJ/Kg

取进汽机构的节流损失Δ

P0=0.04*8.9=0.356MPa，得到调节级前压力P0’=P0-

ΔP0=8.544Mpa，并确定调节级前蒸汽状态点1。过1

点做等熵线向下交于Pz（排汽压力的等压线）线于2

点，查的h2t=2062KJ/Kg，整机的理想比焓降（Δ

himac）’=h0-h2t=3473-2062=1411KJ/Kg。

估计汽轮机的相对内效率ηri=85.5%，

有效比焓降Δhimac=（Δhimac）’*η

ri=1411*0.855=1206KJ/Kg

排汽比焓hz=h0-Δhimac=3473-1206=2267KJ/Kg 在h-s图上得到排汽点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，光滑的连接1，3，z点，得到该机设计工况下近视热力过程线，见图（1）：下图为25KMW 机组的热力过程图，将以上数据改为计算所得数据则为本机组的热力过程图：

（二）估算汽轮机的进气量D0

m（回热抽汽引起的进气量增大系数）=1.12

ηm （机械效率）=0.99 ηg （发电效率）=0.98

ΔD （蒸汽余量）=2.50t/h （ΔD 通常取D0的3%左右）

)/(15350.220.1*98.0*99.0*25.100645000*6.3ΔD

m ηriηgηm *′mac Δht Pe

*6.30D h t =+=+=

' 考虑到还有其他的损失和估计的误差： D0=153*(1+13%)=173(t/h)

（三）确定抽汽压力

下图为25KMW 机组的热力过程图，将以上数据改为计算所得数据则为本机组的热力过程图：

（四）

该机采用大气式除氧器，除氧器压力为

0.118Mpa,对应的饱和水温度为ted’=104.25℃。考

虑到非调节抽汽随负荷的变化特点，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

般比除氧器的工作压力高0.2到0.3Mpa。

根据给水温度tfw=217℃，可得H1高压加热器给水出口水温tw2=217℃,且除氧器的出口水温

twd=104.25，根据等温升（等比焓升）分配原则的H2

高压加热器的出口水温,取为160.625。同样的方法可选取各低压加热器的出后水温tw2（见表1）。}

根据各加热气的出口水温tw2及出口端差δt，

可得加热器疏水温度te’=tw2+δt。查的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（见表一）。

25MW凝气式汽轮机加热器汽水参数

加热器号抽

汽

压

力

（M

Pa）

抽汽

比焓

（KJ

/Kg）

抽汽

管压

损

（%）

加热

器工

作压

力

(MP

饱和

水温

度

（

）

饱和

水比

焓

（KJ/

Kg）

出水

端差

（

）

出水

出口

水温

（

）

给水

出口

比焓

（

）2.6

3129 8 2.41

222 952.7

5 217 929.

2 0.7

609

2957 8 0.70

165.

697.6 5 160.

675.

6 0.127031

7 0.11104.437.0 0 104.435.

42 .4 8 25 25 96

0.0

2613 8 0.07

93.1

390.2 3 90.1

378.

0.0

2482

8 0.02

66.3

277.8 3 63.3

266.

1 （五）各级加热器回热抽气量计算

1.H1高压加热器

其给水量为Dfw=D0-ΔDt+ΔDt1+Δdej=173.97(t/h)

式中：ΔDt 高压端轴封漏气量，取1t/h；

ΔDt1漏入H2高压加热器的轴封漏气量，取0.77t/h；

Δdej射汽抽汽器耗气量，0.5t/h。

该加热器的热平衡方程为

Δde1*(he1-he1’)*ηh=Dfw*（hw2-hw1）

式中：ηh——加热器效率，一般取ηh=0.98（下同）。

该级回热器抽气量为

式中符号的意义和数值见表（1）和表（2）。高压加热

器热平衡图见（1a）。

2.H2高压加热器

其热平衡图见图（1b）。先不考虑漏入H2高压加热器的那部分轴封漏气量ΔDl1以及上级加热器

H1流入本级加热器的输水量Δde1，则该级加热器

的计算抽气量为:

考虑到上级加热器疏水流入H2高压加热器并放热可使本级回热抽汽减少的相当量为:

考虑前轴封一部分漏气量Dt1漏入本级加热

器并放热可使本级加热器抽汽量减少的相当量为:

)/(965.0)

62.6972957(*98.0)

62.6973473(*77.0)22(*)21(*11h t he he he h Dt Dl =--='-'-?=

?η

式中hl 轴封漏气比焓值，相当于调节级前汽室中蒸

汽比焓，hl=3473KJ/Kg.

本级高压加热器H2实际所需回热抽气量为： ΔDe2=ΔDe2’-ΔDe1e-ΔDl1

=20.65-2.37-0.965 =17.315（t/h ）

3. Hd 除氧器

除氧器为混合式加热器，其热平衡图见1c ，分别列出除氧器的热平衡方程式和质量平衡方程式：

将已知数据代入上述式中，整理得除氧器的抽气量为：

Ded=11.55（t/h ）℃

凝结水量为：

Dcw=125.42（t/h ）

4. H3低压加热器

其热平衡图与H1的热平衡图相同。回热抽气量ΔDe3为： )/(46.698

.0*)54.3892613()

1.2664.378(*4

2.125*)33()12(*3h t he he hw hw Dcw De =--='--=?η

5. H4低压加热器

其凝结水进口水温tw1与凝汽器压力和流经抽汽冷

却器的温升有关。当pc ’=pz=0.0045Mpa ，凝汽器压力pc=0.0043MPa 时，对应的凝结水饱和温度tc=31.8，比焓为hc ’=133.1KJ/Kg 。

凝结水流经抽气器的温升Δtej 可根据冷却器的热

平衡式求得。其比焓升δhej 为

)/(87.5114

.558*2.1*hej kg kj Dcw hej Dej ==?=

δ 式中，Δhej=558.3KJ/Kg 为抽汽冷却器中蒸汽比焓

将，与抽气器耗气量同为已知数据。

水的比热容为cp=4.183kj/(kg*k) 所以△tej=5.87/4.183=1.2℃ H4低压加热器凝结水进口水温

tw1=31.5+1=32.5℃，对应的比焓值hw1=132KJ/Kg 。

H4的据算抽气量为

t/h 1.78.2772441*98.01321.266*42.125=--）

（）

（

H3的疏水系统流入H4引起末级回热器减少的相当量为 h t he he he he De e De /334.098

.0*)8.2772441()

8.27754.389(*46.6*)44()43(*33=--='-'-'?=?η

（六）流经汽轮机各级组的蒸汽流量及其内功率的计算 1. 调节级

D0=173t/h

Pi0=D0*（h0-h2）/3.6=8265（KW ） 2. 第一组级

D1=D0-ΔDt=173-1=85(t/h) Pi1=D1*(h1-he1)/3.6=8217(KW)

3. 第二组级

D2=D1-ΔDe1=172-20.65=151.35t/h

Pi2=D2*(h2-he2)/3.6=7231(KW)

4. 第三组级

D3=D-ΔDe2=151.35-17.315=134(t/h) Pi3=D3*(he2-hed)/3.6=6402(KW)

5. 第四组级

D4=D3-ΔDed=134-11.55=122.45(t/h)

Pi4=D4*(hed-he3)/3.6=5849.6(KW)

6.第五组级

D5=D4-ΔDe3=122.45-6.46=116(t/h)

Pi5=D5*(he3-he4)/3.6=5542(KW)

7.第六组级

D6=D5-ΔDe4=116-6.765=109.2(t/h)

Pi6=D6*(he4-hz)/3.6=5217(KW)

8.整机的内功率

Pi=pi0+Pi1+Pi2+Pi3+Pi4+Pi5+Pi6=46724（KW）

（七）计算汽轮机装置的经济性

机械损失:

ΔPm=Pi*(1-ηm)=467.24(KW)

汽轮机轴端功率：

Pa=Pi-ΔPm=46256（KW）

发电机功率：

Pe=Pa*ηg=45331（KW）

符合设计工况Pe=45000KW的要求，说明原估计的蒸汽量是正确的。（如功率达不到要求这需要修正进气

量并重新计算。）

汽耗率：

d=D0*1000/Pe=173*1000/45331=3.816 Kg/（KW.h）

汽轮机装置的热耗率：

q=d（h0-hfw）=9707 KJ/(KW.h)

汽轮机装置的绝对电效率：

Ηe1=3600/q=37.08%

计算结果如表（2）所示。

50MW凝气式汽轮机热平衡计算数据

基本数据

汽轮机初压MPa 8.9 射汽抽

汽器汽

耗量

t/h 1.2

汽轮机初温535 射汽抽

汽器比

焓降

KJ/Kg 558.3

汽轮机初比焓KJ/Kg 3473 汽轮机

总进汽

量

t/h 173

工作转速n r/min 3000 前轴封

漏汽量

t/h 1

冷却水温20 流入凝

汽器蒸

汽量

t/h 125.42

汽轮机背压 MPa 0.0049/0.0047

凝汽器出口水温

31.50

抽汽冷却器出口水温

32.5

给水泵压头

MPa 13.73

凝结水泵压头

MPa 1.33

热平衡计算数据

加热器

加热抽

汽

抽汽

MPa

2.605 0.760

0.142 0.086 0.029

力

抽汽比焓KJ/K

3129 2957 2703.

2629.

2482.

加热器压力MPa 2.4126 0.704

0.118 0.079 0.027

下饱和水温222 165 104.2

93.15 66.37

下饱和水KJ/K

952.75

697 437.0 390.2 277.8