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1、 军工路男子职业技术学院课程设计报告书课 程 名 称：透平机械原理课程设计院系、部、中心：能源与动力工程学院专业：能源与动力工程班 级：2013级姓 名：JackT学 号：131141xxxx起 止 日 期：2016.12.19-2017.1.6指 导 教 师：万福哥 前言我校研究的透平机械主要是是以水蒸汽为工质的旋转式动力机械，即汽轮机，常用于火力发电。汽轮机通常与锅炉、凝汽器、水泵等一些列的设备、装置配合使用，将燃煤热能通过转化为高品质电能。与其它原动机相比，汽轮机机具有单机功率大、效率高、运转平稳和使用寿命长等优点，但电站汽轮机在体积方面较为庞大。汽轮机的主要用途是作为发动机的原动机。与
2、常规活塞式燃机相比，其具有输出功率稳定、功率大等特点。在使用化石燃料的现代常规火力发电厂、核电站及地热发电站中，都采用以汽轮机为原动机的汽轮发电机组，这种汽轮机具有转速一定的特点。汽轮机在一定条件下还可变转速运行，例如驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等，我国第一艘航母“号就是以汽轮为原动机。汽轮机的排汽或中间抽气还可以用来满足工业生产卷烟厂、纺织厂和生活北方冬季供暖、宾馆供给热水上的供热需要。在生产过程中有余能、余热的工厂企业中，还可以用各种类型的工业汽轮机包括发电、热电联供、驱动动力用，使用不同品位的热能，使热能得以合理且有效地利用。汽轮机与锅炉或其他蒸汽发生装置，比方核岛、发电机或其他
3、被驱动机械，比方泵、螺旋桨等、凝汽器、加热器、泵等机械设备组成成套装置，协同工作。具有一定温度和压力的蒸汽可来自锅炉或其他汽源，经主汽阀和调节汽阀进入汽轮机，依次流过一系列环形安装的喷嘴栅或静叶栅和动叶栅而膨胀做功，将其热能转换成推动汽轮机转子旋转的机械功，通过联轴器驱动其他机械，如发电机。膨胀做功后的蒸汽由汽轮机的排汽局部排出。在火电厂中，其排气通常被引入凝汽器，向冷却水或空气放热而凝结，凝结水再经泵输送至加热器中加热后作为锅炉给水，循环工作。目录前言2目录3一、课程设计任务书51.1 设计题目51.2 参数51.3 任务与要求5二、汽轮机近似热力过程线的拟定及汽轮发电机组经济指标的初算62
4、.1 汽轮机近似热力过程线的拟定62.1.1 进汽压力损失的初步估计62.1.2选取机组的相对效率、发电效率和机械效率62.1.3近似热力过程曲线的初步拟定62.2汽轮机总蒸汽量D0的估算62.3汽轮发电机组汽耗率与热耗率的初算72.4 整机相对效率7三、焓降分配与级数确定83.1 第一级平均直径的估计8四、级的热力设计94.1 调节级选型94.2 调节级热力参数的选择94.3 调节级详细热力计算94.4其它压力级的详细计算11五、整机热力性能校核135.1 功率校核135.2 相对效率校核13六、转子临界转速强度校核146.1 转子临界转速计算146.2 叶片强度校核146.3 叶根强度校核
5、156.4 轮缘强度计算16七、轴封漏气量计算187.1 高压端轴封漏汽187.2 低压端轴封漏汽18八、整机热力过程线和压力级速度三角形汇总208.1整机热力过程线208.2压力级速度三角形汇总21九、热力计算数据汇总表22十、各级叶片型号及参数汇总23参考文献24一、课程设计任务书1.1 设计题目冲动式机轮机通流局部热力设计1.2 参数额定功率：Pe=350kw 额定转速：n=10000r/min 进汽压力：P0=2.45MPa 进气温度：t0=3900c 排汽压力：Pc=0.50MPa1.3 任务与要求汽轮机近似热力过程线的拟定及汽轮发电机组经济指标的初算 1 汽轮机热力过程线的拟定 ；
6、 2 汽轮机总蒸汽量D0的估算 ； 3 汽轮发电机组汽耗率与热耗率的初算 调节级的热力设计 ；1调节级选型；2调节级热力参数的选择；3调节级详细热力计算; 3 整机热力性能校核 4 整机热力过程线和压力级速度三角形汇总 5 热力计算数据汇总表 6 设计小结二、汽轮机近似热力过程线的拟定及汽轮发电机组经济指标的初算2.1 汽轮机近似热力过程线的拟定2.1.1 进汽压力损失的初步估计进汽节流损失： P=0.05*P0=0.1225MPa进汽前压力：P1=P0-P=2.3275MPa2.1.2 选取机组的相对效率、发电效率和机械效率由于汽轮发电机组的额定功率：Pr=350kw ,所以取汽轮机相对效率
7、: ri=0.73，发电机效率g=0.970 (全负荷)，机械效率m=0.9872.1.3 近似热力过程曲线的初步拟定由P0=2.45MPa，t0=3900c，确定初始状态点“0，查表知 h0=3216.88kJ/kg, s0=6.7kJ/(kg.K)节流后 h1=h0=3216.88kJ/kg, P1=2.3275MPa确定点“1。过“0点做定熵线与Pc=0.50MPa的定压线交于“z点，查表知hzt=2827.37kJ/kg, tzt=187.2470c整机理想焓降 ht*=h0-hzt=389.51kJ/kg整机有效焓降hi*=riht*=280.45kJ/kg从而确定“z点的比焓为Hz
8、*=h0-hi*=2936.43kJ/kg然后过“z作等焓线交过“z的等压线于点2，过“1、“2点作光滑曲线即为汽轮机的近似热力过程线 2.2 汽轮机总蒸汽量D0的估算由额定功率Pe、有效焓降hi*、机械效率m、发电机效率g，得总蒸汽量D0为 D0=4.69t/h2.3 汽轮发电机组汽耗率与热耗率的初算发电机组汽耗率d0为 d0=13.4kg/(kW.h)发电机组热耗率q0为 q0=d0hi*=3758.03kJ/(kW.h)2.4 整机相对效率整机相对效率ri为 ri=0.73三、焓降分配与级数确定3.1 第一级平均直径的估计假设第一级理想等熵焓降为h1*=250kJ/kg，1=14.50假
9、想速度Ca=707.11m/s取假想速比Xa=0.242由 u=XaCa=dm1n/60得节圆直径dm1=0.327m，根据式 G=dm1l1eCasin1/1得叶高l1=0.019m根据同样的方法，假设末级等熵焓降hz*=74.51kJ/kg,假设末级1=11.20计算出末级参数dmz=0.380m ,lz=0.036m假设汽轮机分为3 级，具体形式为一列双列复数级和两列压力级，双列复速级局部进汽度e=0.23，各级理想焓降分别为：h1*=250kJ/kg、h2*=65kJ/kg、h3*=74.51kJ/kg各节圆直径分别为： dm1=0.327m、dm2=0.353m、dm3=0.380m
10、各级理想焓降与各节圆直径沿级数方向变化趋势见图2-1、2-2： 图2-1 各级理想焓降沿级数方向变化趋势 图2-2 各节圆直径沿级数方向变化趋势四、级的热力设计4.1 调节级选型由于整机绝热焓降较大，整机级的设计选择调节级加压力级的形式。由于双列复速级具有可以承当较大焓降这一优点，故调节级确定为双列复速级。4.2调节级热力参数的选择调节级承当绝热焓降h1s为h1s=250kJ/kg调节级进口参数h1=3216.88kJ/kg， P1=2.3275MPa 查表可知 s1=7.023kJ/(kg.K)， 1=0.12765m3/kg 其它参数：喷嘴速度系数=0.947，动叶一速度系数=0.91，导
11、叶速度系数=0.94，动叶二速度系数=0.97第一列动叶反动度1=0.02，导叶反动度2=0.05，第二列动叶反动度3=0.02，总反动度=0.09.4.3 调节级详细热力计算以下公式均来自与?汽轮机原理?-王新军P38与P40页 喷嘴理想焓降 hns=1-h1s=227.5kJ/kg喷嘴速度 C1s=674.54m/s C1=C1s=638.79m/s喷嘴能量损失hn=1-2hns=23.48kJ/kg圆周速度 u=dm1n/60=171.14m/s相对汽流速度 w1=475.36m/s静叶出汽角1=actan=20.120动叶一理想比焓降5kJ/kg动叶出口气流相对速度动叶一损失动叶一出口
12、绝对气流速度动叶一出口相对气流角0导叶出口绝对气流速度导叶损失动叶二进口相对汽流速度动叶二进口相对汽流角动叶二理想比焓降动叶二出口汽流相对速度动叶二损失动叶二出口汽流绝对速度动叶二出汽角余速损失轮周有效焓降轮周效率叶高损失叶轮摩擦损失、漏气损失、湿汽损失忽略不计级有效比焓降级的相对效率级的功率4.4其它压力级的详细计算其他各压力级计算过程与第一级一样。用EXCEL 软件计算。过程不再书写，只将各级计算的结果列于表中。表4-1 其他各压力级计算五、整机热力性能校核5.1 功率校核汽机额定功率Pe=350kw由本说明书4.4节可知汽机实际运行功率Pr=358.07 偏差 =汽机运行功率满足要求5.2 相对效率校核预估汽机相对效率ri=0.73由本说明书4.4节可知汽机实际运行时相对效率rir=0.749 偏差 = 汽机相对效率满足要求六、转子临界转速强度校核6.1 转子临界转速计算转子材料选用30Cr1Mo1V，于网上找到其物性参数，具体如下所示：转子密度=7760kg/m3转子弹性模量 E=192GPa惯性矩转子横截面积转子一阶临界转
