汽轮机开题报告

南华大学本科生毕业设计（论文）开题报告

设计（论文）题目

12MW机组抽汽汽轮机总体设计

设计（论文）题目来源

自选课题

设计（论文）题目类型

工程设计类

起止时间

20150112～20150530

设计（论文）依据及研究意义：

本设计研究的依据：

1883年瑞典工程师拉法尔创造出第一台轴流式汽轮机，它是一台3.7kw的单级冲动式汽轮机，转速高达26000r/min,相应的轮轴速度为475m/s。1884到1894年，英国工程师巴森斯相机创造出了现在复速级单级汽轮机。为了满足其他工业部门对蒸汽的需要，在1903到1907年间，出现了热能、电能联合生产的汽轮机，即背压式及调节抽汽式汽轮机。1920年左右，出现了给水回热式汽轮机。到1925年，出现了第一台中间再热式汽轮机。上个世纪40年代以后，汽轮机发展特别迅速。自70年代以来，工业发达国家汽轮机的制造水平普遍进入百万级。最大单机功率达到1300MW。1980年苏联制造的1200WM单轴汽轮机投入运行。

我国自1955年制造第一台中压6MW汽轮机以来，在之后的30几年时间里，已经走完了从中压机组到亚临界600WM机组的全部过程。目前我国超高压、亚临界参数125MW以上到60MW功率等级范围内汽轮机产品的制造质量、运行性能、可靠信等综合指标已达到国际同类机组的水平。我国已具有了与国际跨国公司相当的亚临界、常规超临界参数大功率汽轮机的设计制造能力。

对于小功率汽轮机具有如下特点：

1）初参数低。小功率汽轮机一般为中低压机组，初参数在3.4MPa/435℃以下。但是也有个别次高压（4.9～5.9MPa/435～450℃）或高压（8.9MPa/500℃）机组。

2）热力系统简单。小功率汽轮机一般为1～3级回热系统，无中间过热循环，热力系统简单。

3)结构简单。小功率汽轮机通常是单缸、单轴、定转速（3000rpm或1500rpm）汽轮机，个别机组为双缸及高转速（附加变速装置）。

现在火电厂基本都是高参数大容量机组，抽汽汽轮机主要是用于发电和供暖，能源利用率高，与普通凝汽式汽轮机相比也更为节能。因此设计12MW机组抽汽汽轮机有一定研究意义。

本设计研究的意义：

在汽轮机中，有部分做过功的蒸汽可在一定调节范围内从汽轮机中抽出用于供热，而其余蒸汽仍然进入凝汽器，这种汽轮机称之为抽汽式汽轮机。

热电联产是国际上公认的节能措施，实现蒸汽动力装置的热电联产就必须使用背压或抽汽式汽轮机。由于背压式汽轮机热负荷和电负荷相互制约，使用受到一定限制，抽汽式机组被广泛用在热电厂。可调节抽汽汽轮机能够在电负荷变化的一定范围内实行供汽压力不变，在热负荷从零到最大抽汽量时，机组可供出额定的电能。

1)抽汽式汽轮机以发电为主、供热为辅，其供电与供热的能量比通常为3:1，而背压式汽轮机则以供热为主，以热定电。

2)抽汽式汽轮机以发电为主，所以要求尽量提高机组效率，降低热耗，因而同凝汽式汽轮机一样，采用较低的背压和回热给水循环，以提高机组的经济性。但系统较复杂，成本增加。

3)抽汽式汽轮机供热量可以在最大抽汽量以下范围内调节，即使在抽汽量为零时（无热负荷），也可以保证汽轮机发出额定功率。因而可以在较大范围内同时满足热负荷和电负荷的需求。

4)抽汽式汽轮机为了保证在抽汽量变化时，机组发出额定功率，通常将功率和抽汽量为额定值时的总进汽量作为高压段的设计流量，而最大流量则取此流量的1.2倍。低压段设计流量取高压段设计流量的70～80%。因而在通常运行时，通流部分面积过大，效率较低。但是，抽汽式汽轮机所能发出的最大功率比额定功率要大，一般允许在超过额定功率25～30%的情况下长期运行。

设计主要研究的内容、预期目标：（技术方案、路线）

本设计研究的主要内容：

1) 汽轮机结构形式的选择

查阅国内外相关文献资料,全面掌握抽汽式汽轮机各组成部分的工作原理，根据给定的技术参数及要求确定汽轮机的初终参数、型式。根据几种调节方式的优缺点及适用范围选定汽轮机的调节方式。

汽轮机的热力计算，汽轮机变工况热力校核

确定高低压加热器个数、关键点参数、各加热器温升分布、各抽汽参数，画出热力系统图，拟定热力系统。计算各缸进排气参数、压损、内效率，绘制焓熵图，拟定汽轮机的热力过程线。确定调节级主要参数即调节级理想比焓降、调节级速比、反动度、平均直径、叶型。在汽轮机进行热力设计时，需对额定工况、最大工况及几个部分负荷工况进行热力核算，以取得这些工况下机组的经济指标，并为机组主要零部件强度计算和运行提供数据，以保证机组安全、经济运行。

汽轮机通流部分的计算

调节抽汽轮机不能仅仅按照发出功率的大小来区别各种工况，而且是必须同时考虑很多有关因素，如最大工业抽汽量，最大供暖抽汽量，汽轮机各个机组的最大流通量等。尽管调节抽汽轮机能较大范围内同时适应外界热、电负荷的不同需求，但它在某些工况下经济性是不高的，只有当高、低压各部分流量接近设计值时，才具有较高的经济性。

汽轮机整体方案的设计；绘制汽轮机纵剖图

查找相关资料，确定汽轮机整体方案设计，根据汽轮机的设计计算确定合理的外部形状以及内外部的尺寸结构。运用AutoCAD绘制汽轮机纵剖图。

绘制汽轮机转子组件图

根据汽轮机转子的结构尺寸，运用AutoCAD绘制汽轮机转子组件图。

汽轮机通流部分主要零部件的强度校核计算

校核汽机的叶片和隔板、转子、气缸和轴承，其中包括气缸法兰螺栓和主进气阀门及气封结构的确定。

7) 整理资料，撰写详细的设计说明书。

预期的目标：

根据12MW汽轮机的设计要求以及相关的技术参数，掌握汽轮机的热力计算的方法，绘制汽轮机纵剖图、转子组件图等相关图纸，有详细的设计说明书。对汽轮机主要零部件进行校核，在满足设计要求的前提下力求能够投产运行。锻炼自我，提高自己解决工程实际问题的能力，培养创新意识，为将来进入工作岗位打下基础。

三、设计（论文）的研究重点及难点：

本设计（论文）研究的重点：

汽轮机的结构设计

1)汽轮机转子

汽轮机的转子是所有转动部分的组合体，担负着工质能量转换及扭矩传递的重任。汽轮机转子为彻底消除残余内应力的锻造转子，汽轮机设计允许不揭缸进行转子的动平衡，为确保安全可靠，汽轮机转子必须具有一定刚度和强度。

汽轮机叶片

叶片的设计应是精确的、成熟的，使叶片在允许的周波变化范围内不致产生共振，叶根安装尺寸应十分准确，有良好互换性，以便顺利更换备品叶片。此外叶片组有防止围带断裂的措施。

汽轮机汽缸

汽缸的主要作用是将汽轮机通流部分与外界隔开，保证蒸汽在汽轮机内完成做功过程。所以汽缸铸件做到彻底消除残余内应力，使汽轮机在起动、带负荷、连续稳定运行及冷却过程中，能始终保持正确的同心度。高压缸进汽部分及喷嘴室设计应适当加强，以确保运行稳定、振动小。汽缸端部汽封及隔板汽封应该有适当的弹性和推让间隙，当转子与汽缸偶有少许碰触时，可不致损伤转子或导致大轴弯曲。

4)级、隔板、汽封、轴承联轴器、盘车装置等设计

汽轮机热力设计

1)热力设计系统

调节抽汽轮机各级组的流量相差很多，回热抽汽量与总进汽量比例较小。

2)通流部分热力设计

由于调节抽汽轮机低压部分的设计流量通常比高压部分低许多，即使是功率较大的抽汽机组，其低压部分通流尺寸也比同等功率下凝汽机组小。

3)设计流量的选择

两个相邻机组之间有大量抽汽，所以各级组流量和功率相差很多。

4)轴向推力的变化特点

调节抽汽式汽轮机轴向推力的变化规律很复杂，最大轴向推力不在最大负荷下出现。

5)调节抽汽压力的选择

一次调节抽汽压力应在满足外界热用户的要求下，尽量降低其设计值，抽汽份额在汽轮机内的理想比焓降较大，可以提高机组的发电量，改善其经济性。

本设计研究的难点：

1）设计流量的选择

由于两个相邻机组之间有大量抽汽，所以各级组流量和功率相差很多，而且在工况变化时彼此之间的关系要比普通多级汽轮机复杂。因此，要保证机组在长期运行中均能有较高的经济性，必须在设计时，详细了解该机组的主要运行条件，合理地确定各汽缸的设计流量。

2)通流部分热力设计

抽汽式汽轮机不能仅仅按照发出功率的大小来区别各种工况，而是必须同时考虑很多有关因素，如最大工业抽汽量，最大供暖抽汽量，汽轮机各级组的最大通流量等。不能用一种工况作为汽轮机装置的设计工况。

3）轴承的校核

除了蒸汽量外，抽汽室中抽汽压力的波动和变化也会引起高、低压部分轴向推力的变化，而且抽汽压力的这种变化有时是在高、低压部分蒸汽量均保持不变的情况下出现的。因此，轴向推力的变化有时不能被汽轮机前端轴封处的轴向推力平衡装置所抵消，致使推力轴承过载。

设计（论文）研究方法及步骤（进度安排）：

本设计研究的方法：

1) 查阅国内外相关文献资料，了解国内外研究趋势，全面掌握抽汽式汽轮机各组成部分的工作原理，拟定初步的设计方案；

2) 查找相关设计案例，完成汽轮机的热力计算；

3) 进行校核计算，完成汽轮机整体方案的设计，绘制汽轮机纵剖图及相关图纸；

4) 整理资料，撰写详细的设计说明书。

本设计研究的进度安排：

20150112 接受任务书；

20150112～20150114 搜集资料，熟悉参考资料及设计课题；

20150115～20150121 搭建开题报告框架，完成开题报告初稿，提交老师检

查；

20150122～20150124 根据导师的建议修改开题报告；

20150125～20150201 完善开题报告；

20150202～20150208 初步拟定设计方案；（寒假）

20150209～20150223 消化零件图，做好零件图的绘制工作,查阅热力计算相关资料，做好热力计算准备；（寒假）

20150224～20150308 热力计算；（寒假）

20150309～20150317 消化通流部分尺寸计算原理；

20150318～20150325 通流部分尺寸计算；

20150326～20150402 汽轮机其他部分尺寸计算；

20150403～20150416 绘制汽轮机纵剖图；

20150417～20150425 绘制汽轮机转子组件图；

20150426～20150501 完成汽轮机通流部分主要零部件的强度校核计算；

20140502～20140509 撰写毕业设计说明书，完善图纸；

20140501～20140510 上交设计图纸及设计说明书；

20140511～20140520 打印毕业设计说明书；

20140520～20140530 打印图纸，装订毕业设计说明书。

进行设计（论文）所需条件：

硬件条件：学校图书馆、计算机。

软件条件：Excel、PowerPoint、Word、AutoCAD。

主要参考文献

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指导教师意见：

（此处手写）

签名：（手签）年月日