汽轮机毕业设计

汽轮机毕业设计 篇一：(论文)摘 要汽轮机是发电厂三大关键设备，汽轮机的开启是指汽轮机转子从静止状态升速至额定转速，并将负荷加到额定负荷的过程。在开启过程中，汽轮机各部件的金属温度将发生十分猛烈的改变，从冷态或温度较低的状态加热到对应负荷下运行的高温工作状态。因此汽轮机开启中零部件的热应力和热疲惫、转子和汽缸的胀差、机组振动全部改变很大，将严重威胁汽轮机的安全，并使整个电厂发电负荷降低，经济损失严重。分析汽轮机开启中的特点，并立即采取对应对策和正确的运行方法对确保设备健康水平和安全、经济运行有深刻的意义。本文以哈汽600MW汽轮机的开启过程为研究对象,分析和探讨了开启过程中蒸汽温升率的计算方法,并在此基础上研究了蒸汽初温和转子金属温度的匹配问题,使得汽轮机开启过程优化。同时对开启过程中的换热系数进行了计算和比较。关键词：开启；寿命分配；安全性；目 录摘 要 . I1绪论 . 11.1 课题背景和意义 . 11.2 高压加热器的作用介绍及分类 . 错误！未定义书签。1.3本课程研究的关键内容和任务 . 错误！未定义书签。2 高压加热器停运的热经济性分析 . 32.1概述 . 32.2 回热系统常见故障分析 . 52.3 高压加热器停运的热经济性计算分析 . 52.4和没有切除高压加热器是全厂热经济性指标对比 . 153 高压加热器的运行对安全性的影响分析 . 173.1高压加热器的启停及运行原理 . 173.2高压加热器的停运故障分析 . 183.3高加设计、运行及维护的注意关键点 . 233.4 降低高压加热器停运率的路径 . 253.5 用汽轮机变工况法分析汽轮机的安全性 . 264. 结论和展望. 294.1 结论 . 294.2 展望 . 291绪论1.1 课题背景和意义多年来，中国的电力工业发展十分快速，供电能力大幅度提升，电网容量不停增大，用电结构也对应改变，电力供求之间矛盾也日益突出，电网峰谷差也日益加剧，迫使大型火电机组频繁的参加调峰运行。而调峰过程中，机组的工作条件恶化，机组的寿命损耗和安全性成为影响调峰运行能力的主要原因。多年来针对大中型火电机组参加调峰运行的可行性，多种不一样调峰运行方法的经济型和安全性，全部进行广泛的试验和研究，取得了一定的结果，但因为实际机组运行工况的复杂性，但现在很多问题还需深入深入研究。对机组过渡工况下的状态进行研究，提升机组调峰运行的经济型和适应性，是目前需要处理的关键问题。现在国产大型机组，多数是以带基础负荷设计的，主辅机均难以适应大幅度调峰运行的要求，限制了调峰运行中负荷改变的幅度和速率。机组在调峰运行的开启、停机和变负荷过程中，各处蒸汽参数不停改变，其转子和汽缸的金属温度和应力随之改变。对于汽缸这个厚壁部件，因为机组高压缸的设计普遍采取了双层结构，而且汽缸壁的金属厚度较转子薄，蒸汽对汽缸内壁的换热系数也远比转子小，因此开启时的径向温差及热应力全部远比转子小，且转子长久在高温区工作，受力情况很复杂，除热应力外，还承受着多种机械应力，因此监视转子应力情况更含有必须性。参加调峰运行的机组，在工况改变的过程中，其工作状态不停发生改变，使蒸汽和金属之间产生猛烈改变的换热，造成部件受热不均匀，形成不均匀的温度场，使汽轮机的气缸和转子内产生很大的热应力。这种频繁启停或大幅度负荷变动的非稳定工况，将造成金属材料的低周疲惫损伤，缩短机组的使用寿命。汽轮机转子是工作条件最艰苦、受力情况最复杂的汽轮机部件，其寿命基础代表了整台汽轮机组的寿命。已成为大家关注的焦点。只有正确了解机组在不一样运行工况下的寿命，制订合理的运行模式，才能确保火电机组的安全经济运行。1.2我国外研究发展情况1.2.1国外研究情况因为现在转子的温度和应力尚不能直接进行测量，只能经过间接方法，建立对应的数学模型，测量相关参数，求出转子金属温度和应力的改变及寿命损耗。现在转子应力的数学模型大多数是采取一维温度场理论解的简化式，其计算精度较低，只能反应应力的改变趋势，而不能得到应力的准确值。若在此基础上计算转子在启停和变负荷过程中的寿命损耗，将会产生较大的误差。国外机组寿命管理的应用在日本、美国和欧洲较为普遍。美国自60年代Gollin电站汽轮机失事以后，部分大的企业和研究机构GEWESTINGHOUSE、EPRI等对转子的安全性更为重视；进行了深入的研究。她们将有限元等优秀数值方法用于汽轮机转子的分析计算，对转子材料的低周疲惫、高温蠕变、低温脆性和裂纹扩展规律等很多方面的问题进行了大量的研究，并在汽轮发电机组上安装了应力及寿命损耗指示器以指导机组运行。日本在汽轮机寿命管理方面也做了很多工作，除了预计可能出现裂纹的寿命外，还对转子剩下寿命做出计算。日本的Kagawa University的Ebara等对汽轮机动叶片采取的12Cr钢和Ti6AI4V合金的疲惫特征进行研究，Fujiyama，Kazunari；Takaki，Keisuke；Nakatani，Yujiro等依据统计损伤和随机损伤仿真研究，对汽轮机设备进行寿命评定，采取优秀技术设计汽轮机流通部分，以提升机组的性能和设备的可靠性。另外，日本在无损探伤的研究方面处于世界优秀水平，日立、三菱重工、东芝、富士机电等著名大企业相继提出脆化一腐蚀法、硬度法、金属组织法、电极化法等无损探伤方法作为改善转子寿命评定的手段豫3141。德国的Wichtmann，Andreas研究了高温对汽轮机部件的蠕变损伤；Zaviska，Reichel研究了汽轮机冷态开启过程中的转子温度改变，在此基础上建立了冷态开启仿真模型；Scheefer，M；Knodler；Scarlin，B等对电厂抗高温、高压材料进行了探讨，首先是发展新的材料，首先是在已经有的材料表面喷涂抗氧化性能强的图层；和有关机组安全经济运行方面也进行了大量的研究。122我国研究现实状况现在相关机组调峰运行过程中的热应力改变和寿命管理方面还有若干问题没有根本处理。比如在进行机组非稳态温度状态和热应力计算中蒸汽参数和换热系数确实定，寿命预计中中国转子用钢高温疲惫曲线确实定，全部有待深入的研究和完善。汽轮机在高温、高压和高转速的条件下工作，实际运行中参数的变动、负荷的波动和设计工况差异很大，若用理论值和设计值来分析汽轮机的热应力和寿命损耗，极难真实的反应机组的实际情况。只有用实测参数来进行分析计算，才能确保其结果的真实可信。但计算中很多所需要的参数，实地的测取有一定的困难，必需依据运行的实际情况来进行合理的处理。中国从80年代初开始进行转子寿命损耗预计和寿命分配研究。多年来，中国相关研究机构、高等院校和制造部门、电厂针对机组调峰的需要，以国产机组为对象，研究了汽轮机关键零部件在非稳态下的温度及热应力分布、改变规律、金属材料的疲惫特征和部件的寿命损耗。对国产大容量机组参加调峰运行的可行性、调峰运行的安全性和经济性、调峰幅度进行了深入的探讨，对低负荷、少汽无功和两班制等不一样的调峰方法在经济性和安全性方面进行了理论分析和试验研究，很多单位全部相继开展了汽轮机转子应力监测和寿命损耗计算的研究工作。13本文工作简述1、以哈汽600MW汽轮机的开启过程为研究对象，分析和探讨了开启过程中蒸汽温升率的计算方法，并在此基础上研究了蒸汽初温和转子金属温度的匹配问题，使得汽轮机开启过程优化。2、对哈汽600MW汽轮机转子冷态开启过程中的换热系数进行了研究。因为不一样国家和企业的换热系数计算公式不一样，本文对常见的美国西屋、前苏联和阿尔斯通企业的换热系数计算公式进行了计算和比较，并综合不一样的计算结果，采取最小二乘法对数据进行处理，得到不一样部位换热系数的计算公式。3、建立了汽轮机转子温度场在线计算模型。本文针对现在汽轮机转子温度场的在线求解问题，给出了克兰克尼科尔森差分计算模型，并对600MW汽轮机冷态开启过程进行了仿真计算，并验证该模型计算正确度的可靠性。2转子寿命损耗的研究2.1概述汽轮机运行过程中，转子承受交变应力：开启过程加热转子表面承受压应力，停机过程为拉应力。经过一定周次的交变应力循环，金属表面将出现疲惫裂纹并逐步扩展以致断裂。其特点是交变周期长，频率低，疲惫裂纹萌生的循环周次少，称为低周疲惫，不但发生在机组的开启和停机过程，在机组大负荷改变时也会发生。另外，因为转子长久工作在高温环境下，转子也会产生高温蠕变。所以，转子通常处于疲惫和蠕变交互耦合作用之下。2.2转子裂纹形成机理金属弹塑性理论表明零部件热应力和内部温度梯度成正比，交变的温度场引发交变的应力场，循环周期取决于机组启停或负荷改变过程时间，相对于振动等高周波机械应力，成为低周应力。应力或应变重复作用使得材料性能发生改变，以致出现裂纹。篇二：12MW目目录-2 1序言-31.1目前汽轮机设计方向-3 1.2 本设计中遵照的多个标准-31.2.1安全可靠-3 1.2.2经济性-4 1.2.3降低制造成本-42原始数据及设计任务-42.1原始数据-4 2.2设计任务-4 3设计步骤及结果-53.1热力系统计算-5 调整级的计算- 压力级的计算- 1.4.1 速度三角形的计算-1.4.2 校核功率- 各级计算结果及参数汇总表-4.1 叶片强度计算- 第4级的计算-叶根和轮缘强度计算- 叶片振动计算- 5 结论和体会- 致谢-参考文件- 英文翻译-1序言1.1目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，依据世界目前的经济发展情况，很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善和完善上，达成了显著的效果，因此中等容量的机组反应出了目前国外汽轮机设计中，以达成和力争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任务制造中的最主要的标准。为了在设计中达成这两项，不可能仅仅依靠设想和计算，唯一可行的路径是试验研究。在提升经济性方面，大全部从以下多个方面着手：1、改进通流条件。2、改善叶片型线，降低损失。3、改进末级叶片和对应考虑排气面积。在安全性方面：1、改进振动条件。2、提升轴系热疲惫强度，同时，加装了转子应力指示器，以显示转子在不一样工况下热应子和热循环疲惫中转子寿命的消耗程度。比如三菱重工在提升效率方面采取了以下方法： A、 按源流理论设计低压长叶片。B、 在低压排气室采取了高性能的扩压汽道。 C、 在中、高压透平的排汽部分采取扩压汽道。 D、 改进主蒸汽入口处的汽封、降低漏气损失。另外她们也比较重视低压末级的研究和高压级振动的研究，和轴系振动的计算。以上为目前设计的部分情况，下面就要谈到本设计中遵照的关键标准。1.2本设计中遵照的多个标准1.2.1安全可靠在本设计中安全可靠为考虑的第一原因，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，学会怎样把安全思想贯穿于我们所负责的设计中，这一点不论怎样是很主要的。安全是否，直接影响汽机的正常运行，假如因为设计原因造成事故，小则停机，大则危及生命财产，损失巨大，在本设计中采取了以下方法。1、精心计算，预防因为计算失误，而发生实际工况严重偏离计算工况的可能性，提升设计的可信度程度。2、在结构方面，本设计要以上汽N12为母机，参考该机进行设计，尽可能采取了N12的结构，以期提升安全性，对于这一点，设计者本身也持一定的怀疑态度，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，同是作为五十年代的设计，一些部分可能也已落后了，比如N12采取了薄型叶轮，该机型叶轮的轮系振动问题很可能造成叶片事故，但限于时间，本设计在结构上还是照抄了N12(上汽1955)。1.2.2经济性我们大量的时间和精力是化在怎样提升汽轮机的效率上，在确保安全可靠的前提下，怎样使汽轮机更有效率的工作，为此，本设计对以下多个方面给了相当的重视，最终设计结果刚刚达成要求，不过我们认为在以下多个方面所做的工作仍是有益的，为此，在这一部分的第四节，将谈到本设计中所遇的困难。1、在高压部分和中压部分，采取了尽可能降低直径改变幅度的通道，以期取得较为光滑的流道，以降低对气流的扰动，降低损失。2、很好地组织气流，使流动适应汽道的改变，降低冲角损失，以提升叶栅的效率。1.2.3降低制造成本为了取得较低的制造成本，本设计中不少步骤进行了大量试算，由此，本设计得到了以下的好处，1、第二级和第三级，第四级和第五级的叶轮完全一样能够交换。2、第二级和第三级，第四级和第五级的静叶除了高度不一样，其叶型完全一样，NO1-NO5级动叶除高度外完全一样，这么大大降低了机器制造的加工量，工艺上也带来了不少好处。同时，不难想到，因为很多级均采取完全一样的叶片，也不可避免的给效率带来一定的影响。2.原始数据和设计任务2.1原始数据蒸汽初参数：P0=3.43Mpa t0=435oC 凝汽器进口处压力：Pc=5.4KPa 给水温度 tfw=170oC汽轮机相对内效率：oi=0.82?1% 汽轮机发电经济功率：Pe=12021KW?1% 汽轮机转速：n=3000r/min2.2设计任务1 热力系统设计及计算。确定含有三级抽汽的热力热力系统，其中第2级抽汽供除氧器加热用；做标准性系统图；计算系统的热好率。2 汽轮机的热力设计及计算。调整级和非调整级的焓降分配；调整级的方案比较及具体热力计算；非调整级的热力设计及计算；按百分比绘出各级的三角形及汽轮机在i-s图上的热力膨胀过程曲线图。3 第四级动叶的强度、振动计算、叶跟强度计算和叶轮的强度计算。4 绘制转子图、第四级动叶和叶轮图。绘制一张汽轮机的纵剖面图。3.设计步骤及结果3.1热力系统设计依据设计要求，参考同类机型设计，其系统用图2-1来描述为了对系统进行热平衡计算。首先应做出汽轮机蒸汽膨胀近似过程曲线。第二，确定各加热器的湿度， 抽汽压力等相关数据，见表2-1.第三，依据能量守恒计算每一个加热器的抽汽量，同时对功率进行平衡 5%）图1.热力系统简图3.1.1 热力系统计算1.理想状态点参数P0，T0对应的焓值ho=3305.04kJ/kg Pc,t0对应的焓值hc=2134.20 kJ/kg Hs=h0-hc=1170.84 kJ/kg2.考虑到进气和排气节流损失后为：?p0= 0.03-0.05 p0在此取：?p0=0.04p0=0.1372mpaPo=p0-?p0=3.2928mpah0=3305.04kj/kg?c?pc=?2?pc?100?2在此处个参数取值为：?=0.05 c2=100m/s?pc=0.27kpa实际焓降等熵焓降为3305.04-2145.50=1159.54kj/kg 3.出口点参数：Hi=Hs?oi=1170.84*0.82=960.09kj/kg Hout=h0-hi=3305.04-960.09=2344.95kj/kg 出口点压力为：0.00567mpa 温度为：35.163.1.2 初定调整级1.参考母型，选中径：dm=1.1m 2.选双列复数级： 最好速比xa=0.24 Ca=(2*hs)0.5 3.由dm,xa,u确定hs篇三：300mw论文目 录1 绪论 . 11.1 汽轮机介绍 . 11.2 电站高参数大容量汽轮机技术研究和我国外发展现实状况 . 11.3 本课题设计意义 . 21.4 论文研究内容 . 22 热力系统设计 . 42.1 机组的关键技术规范 . 42.2 给水回热加热系统及设备 . 52.2.1 给水回热级数和给水温度的选择 . 62.2.2 回热加热器形式确定 . 72.2.3 热力系统的热力计算 . 83 通流部分设计 . 153.1 透平的直径及级数确定 调整级除外 . 153.1.1 选定汽缸和排汽口数 . 153.1.2 确定第一压力级平均直径和末级直径 . 153.1.3 确定高压缸压力级的平均直径，速比和焓降的改变规律 . 163.2 高压缸焓降分配 . 183.3 中低压缸的级数确定和各级焓降的分配 . 193.4 具体计算高压缸第一压力级 . 203.4.1 高压缸第一压力级计算过程 . 203.4.2 高压缸第一压力级速度三角形 . 233.5 各压力级具体计算表格 . 233.5.1 调整级具体热力计算表格 . 233.5.2 高压缸末级具体计算表格 . 273.5.3 中压缸第一压力级具体计算表格 . 303.5.4 中压缸末级具体计算表格 . 333.5.5 低压缸第一压力级具体计算表格 . 363.5.6 低压缸末级具体计算表格 . 393.6 调整级、高压缸第一压力级、末级速度三角形图 . 424 汽轮机结构设计 . 434.1 热力系统设计 . 434.1.1 主蒸汽及再热蒸汽系统 . 434.1.2 给水回热系统 . 444.2 汽轮机本体结构设计 . 454.2.1 蒸汽步骤 . 454.2.2 高中压阀门 . 464.2.3 汽缸结构 . 464.2.4 转子结构 . 484.2.5 联轴器 . 494.2.6 叶片结构 . 494.2.7 静叶环和静叶持环 . 504.2.8 轴承和轴承座： . 514.2.9 汽封及汽封套 . 514.3 调整保护系统 DEH . 514.4 供油系统 . 52结论 . 53参考文件 . 54致 谢 . 551 绪论1.1 汽轮机介绍汽轮机是以水蒸气为工质，将热能转变为机械能的外燃高速旋转式原动机。它含有单机功率大、效率高、运转平稳、单位功率制造成本低和使用寿命长等优点。汽轮机是当代化国家中主要的动力机械设备。汽轮机设备是火电厂的三大关键设备之一，汽轮机设备及系统包含汽轮机本体、调整保安油系统、辅助设备及热力系统等。汽轮机本体是由汽轮机的转动部分 转子 和固定部分 静子 组成，调整保安油系统关键包含调整气阀、调速器、调速传动机构、主油泵、油箱、安全保护装置等；辅助设备关键包含凝汽器、抽气器、高低压加热器、除氧器、给水泵、凝结水泵、凝升泵、循环水泵等；热力系统关键指主蒸汽系统、再热蒸汽系统、旁路系统、凝汽系统、给水回热系统、给水除氧系统等。汽轮机是当代火力发电厂应用最广泛的动力机械，而且通常在高温、高压和高转速的条件下工作，是一个较为精密的重型机械。它的制造和发展包括到很多工业部门和科学领域，如高强度耐热合金钢的研制，优质的大型锻铸件的供给，高效长叶片的设计和研制，在加工制造中，新工艺新技术的应用等。所以，汽轮机制造业的发展是反应国家工业技术发展水平的标志之一。现在，中国的汽轮机制造业还比较落后，还需要继续努力发展，将中国的汽轮机设计、制造水平提升上去。1.2 电站高参数大容量汽轮机技术研究和我国外发展现实状况伴随中国工农业的日益发展，电力工业对汽轮机制造业提出的要求不停提升，汽轮机向大容量、高参数、低污染、高可靠性、负荷适应性高、自动化程度高、安全、经济方向发展。当代大型汽轮机通常全部采取级数多、多汽缸、多排汽的结构；汽缸采取内、外双层或多层缸的结构。汽轮机设计必需选择合理的热力循环，汽轮机的通流部分应有良好的热力和气动特征，汽轮机主、辅机及其关键零件应含有满意的强度和振动特征，良好的自动调整性能和合理的制造工艺。现在我国外电站汽轮机的技术不停发展，其发展的趋势 是：1 增大单机功率，提升蒸汽初参数，改善汽轮机的通流设计，优化中间再热和给水回热系统，以提升汽轮机的热经济性；2 发展大型热电联产机组和燃气蒸汽联合循环机组，以提升一次能源的利用率；3 开发计算机和电子元器件为基础的汽轮机自动控制系统，以提升汽轮机控制的自动化水平；4 采取优秀的加工制造设备和工艺，按标准化的质管要求确保产品质量，提升机组的可靠性和可利用率。汽轮机的末机长叶片一直是提升汽轮机效率的研究方向。我国外的汽轮机制造厂商在长叶片的设计研究中采取了一系列气动及强度振动方面的最新技术结果。在长叶片设计中关键的新技术有：1 三元气动理论的设计方法，应用可控涡流型，提升反动度分布，降低二次流损失，改进出口流场的均匀性，降低排汽损失和漏气损失；2 应用CAD软件进行叶型设计，确保其能满足气动参数的要求；3 跨音速叶栅的设计，采取直线背弧以降低叶型的激波损失；4 新的动强度考评准则，对高阶振型的安全性作出评定。1.3 本课题设计意义本课题设计了一台300MW的中间再热式汽轮机，在设计过程中我参考了以前的设计数据，同时参考了目前汽轮机的最新进展。针对目前节能减排的要求，对低压缸的末几级叶片采取技术成熟的长叶片，从而尽可能提升汽轮机的一次能源利用效率。在设计的过程中避免了同类型机组给水回热系统的缺点，优化了给水回热系统。经过对本课题的设计，使我加深了对汽轮机原理的认识，也熟悉了整台汽轮机的设计过程，为我以后的创新打下了良好的基础。即使这次的毕业设计课题比较传统，汽轮机设计的方法是不变的。同时经过本课题的设计也让我了解到了目前我国外汽轮机的发展现实状况。1.4 论文研究内容本论文关键设计了300MW双缸双排汽，高中压缸合缸，低压缸双步骤的反动凝汽式汽轮机，现在在我国是主流的汽轮机机型。本机组的特点是采取一次中间再热提升机组的发电效率；经过八级抽汽加热给水提升给水温度，从而提升机组的效率。本机组在设计工况下的热耗率是7955.11kj/ kw.h ，汽轮机机组的绝对电效率是45.25。故本机组在设计上是安全、经济的。本机是300MW双缸双排汽反动凝汽式汽轮机设计，关键包含以下内容：1 透平机械的热力计算；2 通流部分计算；3 汽轮机热力系统设计；4 总体结构设计。其中，热力计算关键计算各缸的焓降和加热器抽汽点参数；热力系统设计通流部分关键完成叶片尺寸的计算和校核；热力系统设计部分对整机的热力系统进行了粗略的设计，包括主蒸汽及再热系统、回热系统等；总体结构设计则对汽轮机各部件的选材、选型等进行了分析。所以，依据这些部分的设计和计算，能够确定型汽轮机各部分的几何尺寸及其它额定工况下的气动参数和热力计算。完成本毕业设计题目有关N300-16.7/537/537汽轮机的热力系统设计和结构设计的要求。N300型汽轮机采取一次中间再热，也就是新蒸汽经高压缸做功后，再放回到锅炉中，加热后，再进入中压缸在额定工况下，高压缸排汽压力为3.62MPa，温度为347，经再热器后压力降为3.26MPu，温度升高到537，回到汽轮机中压缸继续做功。采取中间再热后可降低低压缸末级排汽温度减轻末级叶片水蚀程度，为提升蒸汽初压发明了条件，从而可提升机组内效率，热效率和运行可靠性。在一样的初参数条件下，再热机组通常比非再热机组的热效率提升4左右。而且因为末级蒸汽湿度较非再热机组大大降低，所以，对阻止汽轮机组低压末级叶片水蚀尤其有利，提升了机组的可靠性，但采取中间再热后，将使制造复杂，成本升高。本30MW汽轮机的通流部分由高、中、低三部分组成，共有35级，除高压调整级为冲动级外，其中34级均为反动级。高压部分有1个单列调整级和11个压力级；中压部分有9个压力级；低压部分为两分流式，每一分流有7个压力级，两个分流对置在低压缸中。通流部分的具体计算可参考附表格。本机组能够参与一次调频，调整系统的速度变动率、迟缓率等性能良好。机组全甩负荷时能维持空转，本机组还装备了多种保安设施。本300MW汽轮机完成了毕业设计中要求的热力系统设计和结构设计。而且根据当代汽轮机的发展要求，达成了良好的安全性和经济性。详细设计请参考相关章节。