汽輪機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書

1、-. z.軍工路男子職業(yè)技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告書課程名稱：透平機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)院系、部、中心：能源與動(dòng)力工程學(xué)院專業(yè)：能源與動(dòng)力工程班級(jí)：2013級(jí)*： JackT *： 131141* 起止日期：2017.1.6 指導(dǎo)教師：萬(wàn)福哥前言我校研究的透平機(jī)械主要是是以水蒸汽為工質(zhì)的旋轉(zhuǎn)式動(dòng)力機(jī)械，即汽輪機(jī)，常用于火力發(fā)電。汽輪機(jī)通常與鍋爐、凝汽器、水泵等一些列的設(shè)備、裝置配合使用，將燃煤熱能通過(guò)轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)電能。與其它原動(dòng)機(jī)相比，汽輪機(jī)機(jī)具有單機(jī)功率大、效率高、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，但電站汽輪機(jī)在體積方面較為龐大。汽輪機(jī)的主要用途是作為發(fā)動(dòng)機(jī)的原動(dòng)機(jī)。與常規(guī)活塞式內(nèi)燃機(jī)相比，其具有輸出功率穩(wěn)定

2、、功率大等特點(diǎn)。在使用化石燃料的現(xiàn)代常規(guī)火力發(fā)電廠、核電站及地?zé)岚l(fā)電站中，都采用以汽輪機(jī)為原動(dòng)機(jī)的汽輪發(fā)電機(jī)組，這種汽輪機(jī)具有轉(zhuǎn)速一定的特點(diǎn)。汽輪機(jī)在一定條件下還可變轉(zhuǎn)速運(yùn)行，例如驅(qū)動(dòng)各種泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和船舶螺旋槳等，我國(guó)第一艘航母*號(hào)就是以汽輪為原動(dòng)機(jī)。汽輪機(jī)的排汽或中間抽氣還可以用來(lái)滿足工業(yè)生產(chǎn)卷煙廠、紡織廠和生活北方冬季供暖、賓館供給熱水上的供熱需要。在生產(chǎn)過(guò)程中有余能、余熱的工廠企業(yè)中，還可以用各種類型的工業(yè)汽輪機(jī)包括發(fā)電、熱電聯(lián)供、驅(qū)動(dòng)動(dòng)力用，使用不同品位的熱能，使熱能得以合理且有效地利用。汽輪機(jī)與鍋爐或其他蒸汽發(fā)生裝置，比方核島、發(fā)電機(jī)或其他被驅(qū)動(dòng)機(jī)械，比方泵、螺旋槳等、凝汽器、

3、加熱器、泵等機(jī)械設(shè)備組成成套裝置，協(xié)同工作。具有一定溫度和壓力的蒸汽可來(lái)自鍋爐或其他汽源，經(jīng)主汽閥和調(diào)節(jié)汽閥進(jìn)入汽輪機(jī)內(nèi)，依次流過(guò)一系列環(huán)形安裝的噴嘴柵或靜葉柵和動(dòng)葉柵而膨脹做功，將其熱能轉(zhuǎn)換成推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械功，通過(guò)聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)其他機(jī)械，如發(fā)電機(jī)。膨脹做功后的蒸汽由汽輪機(jī)的排汽局部排出。在火電廠中，其排氣通常被引入凝汽器，向冷卻水或空氣放熱而凝結(jié)，凝結(jié)水再經(jīng)泵輸送至加熱器中加熱后作為鍋爐給水，循環(huán)工作。目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc471407515前言 PAGEREF _Toc471407515 h 2HYPERLINK l _Toc47140751

4、6目錄 PAGEREF _Toc471407516 h 3HYPERLINK l _Toc471407517一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 PAGEREF _Toc471407517 h 3HYPERLINK l _Toc4714075181.1 設(shè)計(jì)題目 PAGEREF _Toc471407518 h 3HYPERLINK l _Toc4714075191.2 參數(shù) PAGEREF _Toc471407519 h 3HYPERLINK l _Toc4714075201.3 任務(wù)與要求 PAGEREF _Toc471407520 h 3HYPERLINK l _Toc471407521二、汽輪機(jī)近似熱力過(guò)

5、程線的擬定及汽輪發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的初算 PAGEREF _Toc471407521 h 3HYPERLINK l _Toc4714075222.1 汽輪機(jī)近似熱力過(guò)程線的擬定 PAGEREF _Toc471407522 h 3HYPERLINK l _Toc4714075232.1.1 進(jìn)汽壓力損失的初步估計(jì) PAGEREF _Toc471407523 h 3HYPERLINK l _Toc471407524選取機(jī)組的相對(duì)內(nèi)效率、發(fā)電效率和機(jī)械效率 PAGEREF _Toc471407524 h 3HYPERLINK l _Toc471407525近似熱力過(guò)程曲線的初步擬定 PAGEREF _

6、Toc471407525 h 3HYPERLINK l _Toc4714075262.2汽輪機(jī)總蒸汽量D0的估算 PAGEREF _Toc471407526 h 3HYPERLINK l _Toc4714075272.3汽輪發(fā)電機(jī)組汽耗率與熱耗率的初算 PAGEREF _Toc471407527 h 3HYPERLINK l _Toc4714075282.4 整機(jī)相對(duì)內(nèi)效率 PAGEREF _Toc471407528 h 3HYPERLINK l _Toc471407529三、焓降分配與級(jí)數(shù)確定 PAGEREF _Toc471407529 h 3HYPERLINK l _Toc47140753

7、03.1 第一級(jí)平均直徑的估計(jì) PAGEREF _Toc471407530 h 3HYPERLINK l _Toc471407531四、級(jí)的熱力設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc471407531 h 3HYPERLINK l _Toc4714075324.1 調(diào)節(jié)級(jí)選型 PAGEREF _Toc471407532 h 3HYPERLINK l _Toc4714075334.2 調(diào)節(jié)級(jí)熱力參數(shù)的選擇 PAGEREF _Toc471407533 h 3HYPERLINK l _Toc4714075344.3 調(diào)節(jié)級(jí)詳細(xì)熱力計(jì)算 PAGEREF _Toc471407534 h 3HYPERLINK l

8、 _Toc4714075354.4其它壓力級(jí)的詳細(xì)計(jì)算 PAGEREF _Toc471407535 h 3HYPERLINK l _Toc471407536五、整機(jī)熱力性能校核 PAGEREF _Toc471407536 h 3HYPERLINK l _Toc4714075375.1 功率校核 PAGEREF _Toc471407537 h 3HYPERLINK l _Toc4714075385.2 相對(duì)內(nèi)效率校核 PAGEREF _Toc471407538 h 3HYPERLINK l _Toc471407539六、轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速?gòu)?qiáng)度校核 PAGEREF _Toc471407539 h 3HY

9、PERLINK l _Toc4714075406.1 轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算 PAGEREF _Toc471407540 h 3HYPERLINK l _Toc4714075416.2 葉片強(qiáng)度校核 PAGEREF _Toc471407541 h 3HYPERLINK l _Toc4714075426.3 葉根強(qiáng)度校核 PAGEREF _Toc471407542 h 3HYPERLINK l _Toc4714075436.4 輪緣強(qiáng)度計(jì)算 PAGEREF _Toc471407543 h 3HYPERLINK l _Toc471407544七、軸封漏氣量計(jì)算 PAGEREF _Toc471407544

10、 h 3HYPERLINK l _Toc4714075457.1 高壓端軸封漏汽 PAGEREF _Toc471407545 h 3HYPERLINK l _Toc4714075467.2 低壓端軸封漏汽 PAGEREF _Toc471407546 h 3HYPERLINK l _Toc471407547八、整機(jī)熱力過(guò)程線和壓力級(jí)速度三角形匯總 PAGEREF _Toc471407547 h 3HYPERLINK l _Toc4714075488.1整機(jī)熱力過(guò)程線 PAGEREF _Toc471407548 h 3HYPERLINK l _Toc4714075498.2壓力級(jí)速度三角形匯總 P

11、AGEREF _Toc471407549 h 3HYPERLINK l _Toc471407550九、熱力計(jì)算數(shù)據(jù)匯總表 PAGEREF _Toc471407550 h 3HYPERLINK l _Toc471407551十、各級(jí)葉片型號(hào)及參數(shù)匯總 PAGEREF _Toc471407551 h 3HYPERLINK l _Toc471407552參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc471407552 h 3一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1.1 設(shè)計(jì)題目沖動(dòng)式機(jī)輪機(jī)通流局部熱力設(shè)計(jì)1.2 參數(shù)額定功率：Pe=350kw額定轉(zhuǎn)速：n=10000r/min進(jìn)汽壓力：P0=2.45MPa進(jìn)氣溫度：t0=3900c

12、排汽壓力：Pc=0.50MPa1.3 任務(wù)與要求汽輪機(jī)近似熱力過(guò)程線的擬定及汽輪發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的初算1 汽輪機(jī)熱力過(guò)程線的擬定；2 汽輪機(jī)總蒸汽量D0的估算；3 汽輪發(fā)電機(jī)組汽耗率與熱耗率的初算調(diào)節(jié)級(jí)的熱力設(shè)計(jì)；1調(diào)節(jié)級(jí)選型；2調(diào)節(jié)級(jí)熱力參數(shù)的選擇；3調(diào)節(jié)級(jí)詳細(xì)熱力計(jì)算; 3 整機(jī)熱力性能校核 4 整機(jī)熱力過(guò)程線和壓力級(jí)速度三角形匯總 5 熱力計(jì)算數(shù)據(jù)匯總表 6 設(shè)計(jì)小結(jié)二、汽輪機(jī)近似熱力過(guò)程線的擬定及汽輪發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的初算2.1 汽輪機(jī)近似熱力過(guò)程線的擬定2.1.1 進(jìn)汽壓力損失的初步估計(jì)進(jìn)汽節(jié)流損失：P=0.05*P0=0.1225MPa進(jìn)汽前壓力：P1=P0-P=2.3275MPa

13、選取機(jī)組的相對(duì)內(nèi)效率、發(fā)電效率和機(jī)械效率由于汽輪發(fā)電機(jī)組的額定功率：Pr=350kw ,所以取汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率: ri=0.73，發(fā)電機(jī)效率g=0.970 (全負(fù)荷)，機(jī)械效率m=0.987近似熱力過(guò)程曲線的初步擬定由P0=2.45MPa，t0=3900c，確定初始狀態(tài)點(diǎn)0，查表知 h0=3216.88kJ/kg, s0=6.7kJ/(kg.K)節(jié)流后 h1=h0=3216.88kJ/kg, P1=2.3275MPa確定點(diǎn)1。過(guò)0點(diǎn)做定熵線與Pc=0.50MPa的定壓線交于z點(diǎn)，查表知 hzt=2827.37kJ/kg, tzt=187.2470c整機(jī)理想焓降ht*=h0-hzt=389.51

14、kJ/kg整機(jī)有效焓降hi*=riht*=280.45kJ/kg從而確定z點(diǎn)的比焓為Hz*=h0-hi*=2936.43kJ/kg然后過(guò)z作等焓線交過(guò)z的等壓線于點(diǎn)2，過(guò)1、2點(diǎn)作光滑曲線即為汽輪機(jī)的近似熱力過(guò)程線2.2汽輪機(jī)總蒸汽量D0的估算由額定功率Pe、有效焓降hi*、機(jī)械效率m、發(fā)電機(jī)效率g，得總蒸汽量D0為 D0=4.69t/h2.3汽輪發(fā)電機(jī)組汽耗率與熱耗率的初算發(fā)電機(jī)組汽耗率d0為 d0=13.4kg/(kW.h)發(fā)電機(jī)組熱耗率q0為 q0=d0hi*=3758.03kJ/(kW.h)2.4 整機(jī)相對(duì)內(nèi)效率整機(jī)相對(duì)內(nèi)效率ri為ri=0.73三、焓降分配與級(jí)數(shù)確定3.1 第一級(jí)平均

15、直徑的估計(jì)假設(shè)第一級(jí)理想等熵焓降為h1*=250kJ/kg，1=14.50假想速度 Ca=707.11m/s取假想速比 *a=0.242由 u=*aCa=dm1n/60得節(jié)圓直徑dm1=0.327m，根據(jù)式 G=dm1l1eCasin1/1得葉高l1=0.019m根據(jù)同樣的方法，假設(shè)末級(jí)等熵焓降hz*=74.51kJ/kg,假設(shè)末級(jí)1=11.20計(jì)算出末級(jí)參數(shù) dmz=0.380m ,lz=0.036m假設(shè)汽輪機(jī)分為3 級(jí)，具體形式為一列雙列復(fù)數(shù)級(jí)和兩列壓力級(jí)，雙列復(fù)速級(jí)局部進(jìn)汽度e=0.23，各級(jí)理想焓降分別為：h1*=250kJ/kg、h2*=65kJ/kg、h3*=74.51kJ/kg各

16、節(jié)圓直徑分別為：dm1=0.327m、dm2=0.353m、dm3=0.380m各級(jí)理想焓降與各節(jié)圓直徑沿級(jí)數(shù)方向變化趨勢(shì)見圖2-1、2-2：圖2-1 各級(jí)理想焓降沿級(jí)數(shù)方向變化趨勢(shì)圖2-2 各節(jié)圓直徑沿級(jí)數(shù)方向變化趨勢(shì)四、級(jí)的熱力設(shè)計(jì)4.1 調(diào)節(jié)級(jí)選型由于整機(jī)絕熱焓降較大，整機(jī)級(jí)的設(shè)計(jì)選擇調(diào)節(jié)級(jí)加壓力級(jí)的形式。由于雙列復(fù)速級(jí)具有可以承當(dāng)較大焓降這一優(yōu)點(diǎn)，故調(diào)節(jié)級(jí)確定為雙列復(fù)速級(jí)。4.2調(diào)節(jié)級(jí)熱力參數(shù)的選擇調(diào)節(jié)級(jí)承當(dāng)絕熱焓降h1s為h1s=250kJ/kg調(diào)節(jié)級(jí)進(jìn)口參數(shù)h1=3216.88kJ/kg， P1=2.3275MPa 查表可知 s1=7.023kJ/(kg.K)，1=0.12765m

17、3/kg其它參數(shù)：噴嘴速度系數(shù)=0.947，動(dòng)葉一速度系數(shù)=0.91，導(dǎo)葉速度系數(shù)=0.94，動(dòng)葉二速度系數(shù)=0.97第一列動(dòng)葉反動(dòng)度1=0.02，導(dǎo)葉反動(dòng)度2=0.05，第二列動(dòng)葉反動(dòng)度3=0.02，總反動(dòng)度=0.09.4.3 調(diào)節(jié)級(jí)詳細(xì)熱力計(jì)算以下公式均來(lái)自與汽輪機(jī)原理-王新軍P38與P40頁(yè)噴嘴理想焓降hns=1-h1s=227.5kJ/kg噴嘴速度 C1s=674.54m/s C1=C1s=638.79m/s噴嘴能量損失hn=1-2hns=23.48kJ/kg圓周速度 u=dm1n/60=171.14m/s相對(duì)汽流速度 w1= QUOTE =475.36m/s靜葉出汽角1=actan

18、QUOTE =20.120動(dòng)葉一理想比焓降 QUOTE 5 kJ/kg動(dòng)葉出口氣流相對(duì)速度 QUOTE QUOTE 動(dòng)葉一損失 QUOTE 動(dòng)葉一出口絕對(duì)氣流速度 QUOTE 動(dòng)葉一出口相對(duì)氣流角0導(dǎo)葉出口絕對(duì)氣流速度 QUOTE QUOTE 導(dǎo)葉損失 QUOTE 動(dòng)葉二進(jìn)口相對(duì)汽流速度動(dòng)葉二進(jìn)口相對(duì)汽流角 QUOTE 動(dòng)葉二理想比焓降 QUOTE 動(dòng)葉二出口汽流相對(duì)速度 QUOTE QUOTE 動(dòng)葉二損失 QUOTE 動(dòng)葉二出口汽流絕對(duì)速度 QUOTE 動(dòng)葉二出汽角 QUOTE 余速損失 QUOTE 輪周有效焓降 QUOTE 輪周效率 QUOTE 葉高損失 QUOTE 葉輪摩擦損失、漏氣損失

19、、濕汽損失忽略不計(jì)級(jí)有效比焓降級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率 QUOTE 級(jí)的內(nèi)功率 QUOTE 4.4其它壓力級(jí)的詳細(xì)計(jì)算其他各壓力級(jí)計(jì)算過(guò)程與第一級(jí)一樣。用E*CEL 軟件計(jì)算。過(guò)程不再書寫，只將各級(jí)計(jì)算的結(jié)果列于表中。表4-1 其他各壓力級(jí)計(jì)算五、整機(jī)熱力性能校核5.1 功率校核汽機(jī)額定功率Pe=350kw由本說(shuō)明書4.4節(jié)可知汽機(jī)實(shí)際運(yùn)行功率Pr=358.07偏差= QUOTE 汽機(jī)運(yùn)行功率滿足要求5.2 相對(duì)內(nèi)效率校核預(yù)估汽機(jī)相對(duì)內(nèi)效率ri=0.73由本說(shuō)明書4.4節(jié)可知汽機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)相對(duì)內(nèi)效率rir=0.749偏差= QUOTE 汽機(jī)相對(duì)內(nèi)效率滿足要求六、轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速?gòu)?qiáng)度校核6.1 轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速計(jì)

20、算轉(zhuǎn)子材料選用30Cr1Mo1V，于網(wǎng)上找到其物性參數(shù)，具體如下所示：轉(zhuǎn)子密度=7760kg/m3轉(zhuǎn)子彈性模量 E=192GPa慣性矩 QUOTE 轉(zhuǎn)子橫截面積轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速 QUOTE 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于材料允許的一階臨界轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速滿足要求。6.2 葉片強(qiáng)度校核由于末級(jí)葉片動(dòng)葉處于汽輪機(jī)工況最為惡劣的地方，故只需校核第二列壓力級(jí)動(dòng)葉強(qiáng)度。假設(shè)其承受應(yīng)力小于許用應(yīng)力，則認(rèn)為其強(qiáng)度到達(dá)要求。具體校核步驟如下所示：葉片選用材料：1Cr13材料密度=7760kg/m3屈服強(qiáng)度0.2t=420MPa許用應(yīng)力 QUOTE 動(dòng)葉離心拉應(yīng)力 QUOTE 動(dòng)葉在圓周方向承受的作用力 QUOTE 動(dòng)葉在軸向方向

21、承受的作用力 QUOTE 動(dòng)葉氣流力合力動(dòng)葉底部截面彎矩查閱汽輪機(jī)設(shè)計(jì)課程參考資料-蘇字葉型P156頁(yè)可知?jiǎng)尤~截面系數(shù) QUOTE 動(dòng)葉進(jìn)出口截面應(yīng)力動(dòng)葉背部截面應(yīng)力 QUOTE 動(dòng)葉進(jìn)出口截面合成應(yīng)力 QUOTE 動(dòng)葉背部截面合成應(yīng)力 QUOTE 由上述計(jì)算可知，末級(jí)動(dòng)葉片承當(dāng)?shù)淖畲髴?yīng)力小于許用應(yīng)力，葉片強(qiáng)度滿足使用條件。6.3 葉根強(qiáng)度校核由于末級(jí)葉片動(dòng)葉處于汽輪機(jī)工況最為惡劣的地方，故只需校核第二列壓力級(jí)動(dòng)葉葉根強(qiáng)度。假設(shè)其承受應(yīng)力小于許用應(yīng)力，則認(rèn)為其強(qiáng)度到達(dá)要求。末級(jí)承當(dāng)焓降較大，葉根型式考慮使用叉型葉根。叉型葉根具體形式為雙叉雙鉚釘。如圖6-1所示。具體校核步驟如下所示：葉根底部截

22、面到葉根I-I截面的距離 a=0.015截面I-I處的半徑 QUOTE i-i截面上的離心拉力 C1= QUOTE =5569.24N/m葉根叉數(shù) ZH=2鉚釘直徑 d=0.005m每叉寬度 b=0.05葉片數(shù)目 ZH=56偏心距 E=0.0005截面I-I處葉片節(jié)距 QUOTE 葉根I-I截面上的離心拉應(yīng)力 QUOTE 葉根I-I截面系數(shù) QUOTE 汽流力產(chǎn)生的彎矩和彎應(yīng)力 QUOTE QUOTE 偏心引起的彎矩及彎應(yīng)力 QUOTE 葉根I-I截面合成應(yīng)力 QUOTE 葉根承受應(yīng)力小于許用應(yīng)力，葉根強(qiáng)度滿足使用條件圖6-1 叉形葉根6.4 輪緣強(qiáng)度計(jì)算汽機(jī)末級(jí)位置處的輪緣承當(dāng)了最大的應(yīng)力。故只需校核末級(jí)位置處的輪緣強(qiáng)度即可。截面-處的半徑 R2=0.123m截面-以上的