毕业设计(论文)-汽轮机变工况运行的经济性和安全性核算.doc
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1、贵州大学课程设计1绪言1.1变工况核算的必要性 汽轮机在设计参数下运行称为汽轮机的设计工况。由于汽轮机的主要尺寸基本上是按设计工况要求确定的,而汽轮机功率在运行时将根据外界的需要而变化,汽机参数均有可能变化,从而引起蒸汽流量、各级参数和效率的变化,称为汽轮机的变工况。为了估计汽轮机在新工况下运行的经济性,可靠性与安全性,有必要对新工况进行热力核算。核算项目有:喷嘴、动叶前后参数、级效率、级功率、反动度、速度比、漏汽量、轴向推力等。 变工况热力计算能获得各级的状态参数,理想比焓降,反动度,效率,出力等较详尽的数据,这就为强度分析,推力计算以及了解效率及出力变化提供了科学的参考依据。因此,变工况热
2、力核算常成为了解机组运行情况,预测设备系统改进所产生的效果,乃至分析事故原因的重要手段。1.2变工况核算的基本方法与特点汽轮机的热力计算是以级为基础的,目前,在变工况计算中,根据不同的给定原始条件,单级的详细热力核算可分为顺序计算和倒序计算两种基本方法,此外还有将倒序和顺序结合起来的混合算法。顺序算法以给定的级前状态为起点,由前向后计算;倒序算法则以给定的级后状态为起点,由后向前计算。混合算法中,每级都包含若干轮先是倒序后是顺序的混合计算,只有当倒序与顺序的计算结果相符合时,级的核算才可以结束,然后逐级向前推进。三种方法都建立在喷嘴和动叶出口截面连续性方程和单级工作原理的基础上,并且计算时,级
3、流量和几何尺寸是已知的。与此相对应,单级的数值计算也有顺序、倒序和混合三种算法。两种方法可概述如下: (1)由级前向级后核算由已知的级前初参数开始,根据流量比求得压力比,然后求出喷嘴后压力,求出相应的喷嘴理想比焓降,计算出喷嘴出口汽流理想速度。然后进行动叶核算,方法与上述类同,求出新工况下动叶后压力,求出动叶理想比焓降,计算出动叶出口汽流速度。上述方法适用于在喷嘴和动叶中全是亚临界流动的情况。当喷嘴中或动叶中出现超临界流动时,可以假定喷嘴后或动叶后的压力,继续使用该方法进行计算,但需要根据已知条件进行假定压力的校核。一般来说,顺算法在超临界流动中很少使用。 (2)由级后向级前推算从已知的级后压
4、力开始,假设新工况下排汽比焓、级后各项损失,求出动叶后参数,并对前面假设的余速损失进行校核及修正;继而假定动叶进口相对速度,求出动叶前参数、喷嘴后参数,再对动叶进口相对速度进行校核并修正;最后确定喷嘴前蒸汽状态点,并对最初估计的各项损失进行校核及修正;待各项假设都校核通过,即可求出新工况下级的反动度、级效率和内功率。判断动叶和喷嘴内是否出现超音速流动,当级内出现超音速流动时,还需确定临界状态点,并计算出口汽流偏转角。 汽轮机在级在偏离设计工况工作时,在许多情况下,常常已知级后的压力以及流量,此时采用以级后状态为起点的倒序算法较为方便。这种情况常出现在凝汽式和被压式机组的末级或是抽汽机组抽汽点前
5、面的压力级,也可能出现在通流部分被拆除级前面的压力级,由于凝汽器内的压力或是抽汽压力或是被压发生变化,需要对其级前的功率,效率进行校核。在另外一些情况下,则可能已知级前的状态与级流量,此时应采用以级前状态为起点的顺序算法比较方便,例如通过计算得到或通过实验测得调节级室的压力和温度,因此压力级组前的状态是已知的,在此情况下,对压力级的校核就应采用顺序算法。2设计工况核算2.1原始数据2.2.1 50MW纯凝式汽轮机的基本参数(1) 汽轮机类型机组型号:N50-8.82/535 机组形式:高压、单缸单轴凝汽式汽轮机(2)基本参数额定功率=50MW新蒸汽压力=8.82MPa,新蒸汽温度=535凝汽器
6、压力=6kPa 汽轮机转速n=3000r/min(3) 其他参数给水泵出口压力=13.73凝结水出口压力=1.33MPa机械效率=0.98发电机效率=0.98加热器效率=0.98(4) 相对内效率的估计根据已有同类机组相关运行数据选择汽轮机的相对内效率,=85.5%(5) 损失的估算主汽阀的调节气阀节流压力损失:=0.05=0.441MPa排气阻力损失:(6)热力过程线图2-1 50MW机组热力过程线(7) 回热系统简图图2-2 N50-8.83/535型汽轮机回热系统示意图(8) 变工况数据背压=0.006MPa负荷=90%2.1.2阀杆数据与轴封系统表2-1 50MW汽轮机主汽阀和调节气阀
7、阀杆数据项目符号单位主汽阀调节气阀1段2段3段1段2段3段阀杆数Z14阀杆直径cm3.43.6径向间隙cm0.020.02间隙面积0.2140.227分段长度lcm41.8115.833.343.8表2-2 50MW汽轮机轴封数据项目符号单位前轴封后轴封1段2段3段4段5段6段1段2段3段轴封直径cm61.844.355.345.8径向间隙cm0.050.05轴封齿数z78361012962.1.3加热器相关参数表2-3 50MW凝汽式汽轮机加热器汽水参数表项目单位H1H2H3H4H5H6H7C回热抽气抽气压力MPa2.61881.440.9760.37120.17220.070670.024
8、870.0046抽气温度3813112691750.9950.9580.924抽气比焓值kJ/kg3195306529852810268825652440抽气压损%88408888汽侧压力MPa2.409331.325280.5880.34150.15840.065020.02288下的饱和水温222192.51581381138863下的饱和水比焓kJ/kg952.9818.73667.08580.62474.07368.56263.71抽气放热kJ/kg2353.472354.232310.232229.382213.932196.442176.29疏水上端差5505555下端差1010疏
9、水温度197.55168疏水比焓kJ/kg841.53710.77疏水放热kJ/kg130.7636106.55105.51104.85水侧加热器出口水温217187.5158133108835831.4加热器水侧压力MPa13.7313.730.5881.331.331.331.33加热器出口水比焓kJ/kg933.51802.52674.77*/667.08559.9453.77348.55243.9131.66给水比焓升kJ/kg130.99127.75110.99106.13105.22104.65112.32.2阀杆和轴封漏气量计算(1)主汽阀阀杆漏汽量的计算主汽阀杆间隙面积;第1段
10、阀杆漏汽系数;第1段阀杆前蒸汽参数为,。则主汽阀杆漏汽量。第2段阀杆漏汽系数;第2段阀杆前蒸汽参数为,。则流经第2段阀杆漏汽量。(2)调节汽阀阀杆漏汽主汽阀杆间隙面积;第1段阀杆漏汽系数;第1段阀杆前蒸汽参数为,。则调节汽阀杆漏汽量。第2段阀杆漏汽系数;第2段阀杆前蒸汽参数为,。则流经第2段阀杆漏汽量。根据主汽阀杆和调节汽阀阀杆的漏汽计算,可得阀杆总漏汽量;轴封冷却器回收阀杆漏汽其余除氧器回收。(3)前轴封漏汽轴封1、2、3段间隙面积;第1段轴封前蒸汽参数为,(调节级喷嘴后参数)。第1段轴封后蒸汽参数为。判别系数则前轴封漏汽量;第2段轴封前蒸汽参数为,。第2段轴封后蒸汽参数为。判别系数则前轴封
11、漏汽量;第3段轴封前蒸汽参数为,。第3段轴封后蒸汽参数为。判别系数则前轴封漏汽量;轴封4、5、6段间隙面积:;第4段轴封前蒸汽参数为,。第4段轴封后蒸汽参数为。判别系数第4段轴封流经蒸汽量;第5段轴封前蒸汽参数为,。第5段轴封后蒸汽参数为。判别系数第5段轴封流经蒸汽量。(4)后轴封漏汽轴封1、2段间隙面积;第1段轴封前蒸汽参数为,。第1段轴封后蒸汽参数为。判别系数第1段轴封流经蒸汽量;第2段轴封前蒸汽参数为,。第2段轴封后蒸汽参数为。判别系数第2段轴封流经蒸汽量。由上面计算可得:阀杆漏汽量除氧器回收前轴封漏汽量流到2号高压加热器的蒸汽量流到5号低压加热器的蒸汽量流到7号低压加热器的蒸汽量均压箱
12、向前轴封供汽量;均压箱向后轴封供汽量;均压箱总供汽量轴封冷却器回收前轴封漏汽量轴封冷却器回收后轴封漏汽量轴封冷却器总回收2.3汽轮机流量计算 设m=1.15,机械效率m=0.98,发电机效率g=0.98,汽轮机漏汽量D0=3%D0,额定功率Pel=50MW,则: =3.61.1547500/(1209.20.980.98)+0.03D0=174.57 t/h2.4调节级的计算2.4.1喷嘴部分的计算(1)调节级进口参数及调节级的滞止理想比焓降h0t。调节级进口参数即为高压缸进口参数,由于进入调节级的汽流速度很小,可以近似认为滞止参数与进口参数相等。由热力过程线的确定步骤可得: ,由前面选取其理
13、想比焓降为 。(2)调节级进汽量 则调节级喷嘴流量(3)平均反动度,由原始资料可知。 (4)喷嘴的滞止理想比焓降h0n=(1-m)h0t=(1-0.075)*110=101.75kJ/kg(5)喷嘴出口汽流速度其中 -喷嘴速度系数,取0.97。(6)喷嘴出口等比熵出口参数h1t、v1t、p1。由h0T和h0n求出喷嘴出口理想比焓降h1t=h0T-h0n=3476.75-101.75=3375kJ/kg。该过程为等比熵膨胀过程,由h1t=3375kJ/kg、s0T=6.8042kJ/(kg)查水蒸气h-s图得出口比体积v1t=0.052982m3/kg,喷嘴出口压力p1=6.2141MPa。(7
14、)喷嘴压比由此可知,喷嘴中为亚音速汽流,采用减缩喷嘴,选取喷嘴型号为TC-1A、=12.9、sin1=0.2606.(8)喷嘴出口面积An。喷嘴中是亚音速流动,故(9)级的假想速度(10)级的圆周速度(11)喷嘴高度(12)喷嘴损失hn=(1-2)h0n=(1-0.972)101.75=6.013kJ/kg(13)喷嘴出口比焓值h1=h1t+hn=3375+6.013=3381.013kJ/kg由h1、p1查得s1=6.8122kJ/(kg*K),v1=0.0531993m3/kg(14)求动叶进口汽流相对速度w1和进汽角1 = =273.87m/s=20.92.4.2动叶部分计算(1)动叶出
15、口相对速度w2t和w2=302.5m/sw2=w2t=0.925302.5=278.3m/s式中 -动叶速度系数,由与m、w2t的关系曲线查得=0.925.(2)动叶等比熵出口参数h2t与v2t由h2t,s1=6.8122kJ/(kgK),查得v2t=0.0542553m3/kg,动叶出口压力p2=6.05998MPa.(3)动叶出口面积Ab=(4)动叶高度lb。lb=ln+t+r=24+1+1=25mm(5)作动叶出口速度三角形。由、u确定速度三角形 = (6)动叶损失 (7)动叶出口比焓值 由、查得, (8)余速损失 (9)轮周损失 (10)轮周有效比焓降 hu=ht0-hu=110-21
16、.2=88.8kJ/kg (11)轮周效率。调节级后余速不可利用,系数为 (12)校核轮周效率u =170.7(437.60.9748+130.90.7009) =88.39kJ/kg ,误差在允许范围内。2.4.3级内其他损失的计算(1)叶高损失 =88.8=4.633kJ/ka- 经验系数,单列级a=1.2。(2)扇形损失=0.7=0.7()2(110-8.57)=0.035kJ/kg(3)叶轮摩擦损失由前面,v1=0.0531993m3/kg,v2=0.0545011 m3/kgV=0.0538502m/kg=1.2*(170.7/100)3(110010-3)2/0.0538502=1
17、34.12kW =kJ/kg式中K1-经验系数,一般取K1=1.01.3.(4)部分进汽损失鼓风损失 =(1-e-)=0.15*(1-0.3328)*0.3643=0.0145斥汽损失 =0.012* =0.0477故有=+=0.0145+0.0477=0.0622所以=110.0622=6.842kJ/kg(5)级内各项损失之和hkJ/kg(6)下一级入口参数 =+h=3379.4+8.57+14.297=3402.267kJ/kg由,P2查得s2=6.8511kJ/(kgk),v2=0.055346m3/kg,t2=491.622.4.4级效率与内功率的计算(1) 级的有效比焓降(2) 级
18、效率 3(3) 级的内功率 2.5压力级计算取第一级和最末级进行详细热力计算,计算过程同调节节详细计算,结果如下表所示表2-4 级详细计算结果项目符号单位调节级第一压力级末级蒸汽流量Gkg/s48.1346.9832.63喷嘴平均直径dnmm11009972007动叶平均直径dbmm11009972007级前压力p0MPa8.326.059980.022级前温度/干度to/xo533.1491.662.2级前速度Com/s00164级前比焓值h0kJ/kg3476.83401.72426.9圆周速度m/s170.7156.61315.26理想比焓降htkJ/kg11051.2321162.92
19、理想速度Cam/s469320.1593.92假想速比xa0.3640.4890.552反动度m0.0750.07350.574利用上级余速动能hcokJ/kg0013.448喷嘴滞止比焓降honkJ/kg101.7547.4775.13喷嘴出口理想速度c1tm/s451.11308.11387.64喷嘴速度系数0.970.970.97喷嘴出口实际速度c1m/s437.58298.87376.01喷嘴损失honkJ/kg6.012.814.44喷嘴后压力p1MPa6.21415.230.014喷嘴后温度/干度t1/x1483468.30.899喷嘴出口理想比体积v1tm3/kg0.0530.0
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