6000kW汽轮机设计说明书

课程设计计算说明书设计题目： 6000kW冲动式汽轮机设计班级：能动A95（能动92）姓名：祁晓晖学号： 09031041指导教师：李亮2013 年 1 月 8 日西安交通大学目录引言 (1)1 汽轮机设计任务书 (2)1.1原始数据 (2)1.2 设计任务 (2)2热力设计及计算 (2)2.1 当前汽轮机设计的方向 (2)2.2 本设计中遵循的几个原则 (3)2.2.1安全可靠 (3)2.2.2经济性 (3)2.2.3降低制造成本 (4)2.3热力设计及计算 (4)2.3.1热力系统计算 (4)3 体会 (18)引言为了对某一过程进行有效的控制，必须清楚过程的目标和控制的要求，汽轮机课程设计的目的在设计任务书上得到了详细的规定，但有些目的是不能用直观的几何图形来表示的，而是需要在设计过程中不断复习，积极思考，总结来完成。

本设计涉及的主要课程有《透平机械原理》、《汽轮机装置》、《透平工艺制造学》以及有关的基本知识，课程设计的任务和要求：1.首先必须认真地完成设计任务书上的各项要求，这包括根据所给参数要求和设计要求完成：1）热力系统设计和计算；2）热力设计和计算；3）图纸；4）设计说明书。

2.专业知识的总结和再学习，在此之前，我们分别学习了有关透平各方面的知识，这种学习室在一定方面和范围内进行的，比如我们在学习《原理》时，仅仅是就系统中汽机部分进行分析和研究，事实上，工作原理、热系统、强度问题调节及制造之间是相互作用和相互影响的，通过课程设计这一环节，使我们在一定程度上能够把诸多方面的专业知识综合起来，融会贯通，使学员队专业知识获得较为全面的整体认识。

3.对汽机设计过程的认识，也许你已经对喷嘴的计算、焓降的分配各种方法有了清楚的认识，但是在汽机整机中焓降的分配与平均直径、损失、叶高、效率等因素之间在多大程度上互相作用和影响，以及如何通过调整某个因素达到设计要求。

这一点在完成课程设计之前是很难有一个清楚认识的，再者作为将要从事透平设计工作的同学来说课程设计无疑是一次生动的模拟训练。

4.学习解决问题的方法，在汽轮机设计过程中，必然会产生不少问题，通过解决这些问题，使自己的知识深化，同时也引起我们的思考“在我的设计中，所遇到的最棘手的问题是什么？”怎样解决这些问题，“设计中还有哪些问题考虑的不充分，怎么进一步改进”，进而可以思考一下，在这种类型的透平中设计的主要问题是什么，要提高效率，应该如何着手，通过我们主动的思考，加深对设计过程的认识。

5.基本技能的训练，课程设计所涉及的内容还是比较广泛的，通过这一环节，使学员获得了如何使用设计资料、有关工具、图表以及如何表达和说明设计结果的基本训练，对于工科学生而言，这无疑是必要的。

1 汽轮机设计任务书初步设计一台冲动式汽轮机，用以带动发电机。

1.1原始数据蒸汽初参数 0 3.43p MPa = 0435t =℃ 凝汽器进口处压力 c 5.0p kPa = 给水温度 0155t =℃ 经济功率 60001%e P kW =± 汽轮机转速 3000/min n r = 汽轮机内效率 811%oi η=±1.2设计任务（1）热力系统设计及计算拟定具有三级抽汽的热力系统，其中第2级抽汽供除氧器加热用；作原则性热力系统图；计算系统的热耗率。

（2）汽轮机的热力设计及计算调节级与非调节级的焓降分配；调节级的方案比较及详细热力计算；非调节级的热力设计及计算；按比例绘出各级速度三角形及汽轮机在i-s 图上的热力膨胀过程曲线图。

（3）绘制一张汽轮机纵剖面图 （4）说明书一份2 热力设计及计算在这一部分中，涉及的内容包括：1、当前汽轮机设计的大致方向；2、本设计遵循的若干原则；3、N12设计过程及结果；4、本设计中存在的主要问题及改进方向。

2.1当前汽轮机设计的方向本世纪七十年代以后的能源短缺，给世界经济带来了极大的冲击，根据世界当前的经济发展情况，许多实力雄厚的大厂家为了寻求市场，缓解生产过剩，遂把最精锐的技术力量转到了中等容量机组的改进和完善上，达到了明显的效果，所以中等容量的机组反映出了当前国外汽轮机设计中，已达到和力求发展的真正技术水平。

机组的经济性和安全可靠性成为设计制造中最重要的原则，为了在设计中达到这两项。

不可能仅仅依靠设想和计算，唯一可行的途径是实验研究。

在提高经济性方面，大都从以下几个方面着手：1、改善通流条件；2、改进叶片叶型，减少损失；3、改善末级叶片和相应考虑排汽面积。

在安全性方面：1、改善振动条件；2、提高轴系热疲劳强度，同时，加装了转子应力指示器，以显示转子在不同工况下热应力和循环疲劳中转子寿命的消耗程度。

比如三菱重工在提高效率方面采取了以下措施：a、按源流理论设计低压长叶片；b、在低压排汽室采用了高性能的扩压汽道；c、在中、高压透平的排汽部分采用扩压汽道；d、改善主蒸汽入口处的汽封，减少漏气损失。

另外，他们也比较重视低压末级的研究和高压级振动的研究，以及轴系振动的计算。

以上为当前设计的一些情况，下面谈到本设计中遵循的主要原则。

2.2本设计中遵循的几个原则2.2.1 安全可靠在本设计中安全可靠为考虑的第一因素。

尽管我们设计的不是很大的机器，然而作为学习设计的人员，学会如何把安全思想贯穿于我们所负责的设计中，这一点无论如何是非常重要的。

安全与否，直接影响汽轮机的正常运行，如果由于设计因素导致事故，小则停车，大则危及生命财产，损失巨大。

在本设计中采取了一下措施：1、精心计算，防止由于计算失误，而发生实际工况严重偏离计算工况的可能性，提高设计的可信度。

2、在结构方面，本设计要以上汽厂N12为母机，参照该机进行设计，尽量采用了N12的结构，以期提高安全性，对于这一点，设计者本身也持一定得到怀疑态度，因为本设计并没有参考上汽N12的运行情况，不了解该机的事故情况，同时作为五十年代的设计，某些部分可能已经落后了，例如N12采用了薄型叶轮，该型叶轮的轮系振动问题很可能导致叶片事故，但限于时间，本设计在结构上还是照抄了N12（上汽1955）。

2.2.2 经济性我们大量的时间和精力是花在如何提高汽轮机效率上，正在保证安全可靠的前提下，如何使汽轮机更有效地工作，为此，本设计对以下几个方面给予了相当的重视，最后设计结果刚刚达到要求，但是我们以为在以下几个方面做的工作仍是有益的，为此，在这一部分的2.4中，将谈到本设计中遇到的困难。

1、在高压部分和中压部分，采用了尽量减少直径变化幅度的通道，以期获得较为光滑的流道，以减少对汽流的扰动，降低损失。

2、较好的组织汽流，使汽流适应汽道的变化，减小冲角损失，以提高叶栅的效率。

2.2.3 降低制造成本为了获得较低的制造成本，本设计中不少环节进行了大量试算，由此，本设计得到以下好处：1、第二级和第三级，第四级和第五级的叶轮完全一样，可以互换。

2、第二级和第三级，第四级和第五级的静叶除了高度不同，其叶型完全一样，No1-No5级动叶除高度外完全一样，这样大大减少了机器制造加工量。

工艺上带来不少好处的同时，不难想到，由于许多级均采用完全一样的叶片，也不可避免的给效率带来一定的影响。

2.3热力设计及结果2.3.1 热力系统计算根据设计要求，参照同类机型设计，其系统用图2-1来描述。

为了对系统进行热平衡计算，首先应作出汽轮机蒸汽膨胀近似过程曲线；第二，确定各加热器的温度，抽汽压力等有关的数据，见表2-1；第三，根据能量守恒计算每一个加热器的抽气量，同时对功率进行平衡(5%)。

图2-1 N12型机组原则性热力系统在热力系统的计算中，有以下几点，需要说明：t=℃，其后按30℃饱和水查出焓为104.84kJ/kg。

1）除氧器补水为252）在高压加热器计算中，给水的焓值是考虑了水泵的压力为5.88MPa，同样出口水焓也应考虑水泵压力。

3）低压加热器给水焓不同于冷凝器出口水的焓值，两者差值为水泵引起的焓升，计算时，认为15kJ/kgi∆=计算及说明结果一、热力系统计算1、初步确定热力过程线（1）由0 3.43p Mpa =0435t =℃c 5.0p kpa=查水蒸汽性质表得：1179.13/s h kJ kg = （2）进汽节流压损取000.040.04 3.430.137p p Mpa ∆==⨯= （3）排汽节流压损22()100c c C p p λ∆=，取0.07λ=，2100/C m s =，则21000.05() 5.00.25100c p kPa ∆=⨯⨯= （4）000 3.430.137 3.293p p p Mpa '=-∆=-= 5.00.25 5.25c c c p p p kpa '=+∆=+= 由00c 3.293,435 5.25p Mpa t p kpa ''===℃，查水蒸汽性质软件得：1169.82/s h kJ kg '= （5）01169.8281%947.5542/i s i h h kJ kg η'==⨯=222210.50.51005/1000c h C kJ kg ∆==⨯⨯= 4023306.63927.791852378.8352/i c i i h h kJ kg =--∆=--= 确定433.74t =℃（6）初步设计调节级 a.选取平均直径1100m d mm=b.复速级2230001.1172.8/602602m d n u m s ππ⋅=⋅=⋅= 172.8720/0.24a a u C m s x ===1179.13/s h kJ kg=00.137p Mpa∆=0.25c p kPa∆=1169.82/s h kJ kg '=947.5542/i h kJ kg=433.74t =℃/h/h/h3 体会本次设计中遇到了诸多问题，如压力级抽汽点的确定、焓熵图的准确查找等等，令我充分体会到所学知识与整体实际运用的之间的巨大差异。

就整个内容而言，本设计在中压部分没有获得令人满意的效率，影响了整个机器的效率，为此我们认为通过以下改进可以较为有效地克服以上困难。

（1）依照现代技术水平，提高调节级的平均直径，由于这一步骤，我们将从以下几个方面获得好处：a、调节级速比可以提高，由此提高调节级的效率；b、如果保持速比不变，则第一压力级的负担可以大大减轻，使其速比和效率均得到提高。

（2）适当降低除氧器的抽汽压力，以减少除氧器的节流损失，从而降低整个损失。

（3）由于（2）的调整，可以降低低压加热器的抽汽压力，缓解末级排汽的困难，也使汽机尺寸减小。

（4）由于（2）的调整，使高加和除氧器的抽汽点之间的焓降增大，达到250kJ/kg 左右，为此，改用三个压力级来达到利用这些焓降的目的。