1、1目 录1 绪论 .11.1 汽轮机简介 .11.2 电站高参数大容量汽轮机技术研究和国内外发展现状 .11.3 本课题设计意义 .21.4 论文研究内容 .22 热力系统设计 .4452.1 机组的主要技术规范 .4452.2 给水回热加热系统及设备 .5562.2.1 给水回热级数和给水温度的选取 .6672.2.2 回热加热器形式确定 .7782.2.3 热力系统的热力计算 .8893 通流部分设计 .1515173.1 透平的直径及级数确定（调节级除外） .1515173.1.1 选定汽缸和排汽口数 .1515173.1.2 确定第一压力级平均直径和末级直径 .1515173.1.3
2、确定高压缸压力级的平均直径，速比和焓降的变化规律 .1616183.2 高压缸焓降分配 .1818203.3 中低压缸的级数确定和各级焓降的分配 .1919213.4 详细计算高压缸第一压力级 .2020223.4.1 高压缸第一压力级计算过程 .2020223.4.2 高压缸第一压力级速度三角形 .2323253.5 各压力级详细计算表格 .2323263.5.1 调节级详细热力计算表格 .2323263.5.2 高压缸末级详细计算表格 .2727303.5.3 中压缸第一压力级详细计算表格 .3030333.5.4 中压缸末级详细计算表格 .3333363.5.5 低压缸第一压力级详细计算
3、表格 .3636393.5.6 低压缸末级详细计算表格 .39394223.6 调节级、高压缸第一压力级、末级速度三角形图 .424245454 汽轮机结构设计 .434346464.1 热力系统设计 .434346464.1.1 主蒸汽及 再热蒸汽系统 .434346464.1.2 给水回 热系统 .444447474.2 汽轮机本体结构设计 .454548484.2.1 蒸汽流 程 .454548484.2.2 高中压阀门 .464648484.2.3 汽缸结 构 .464649494.2.4 转子结 构 .484850504.2.5 联轴器 .494951514.2.6 叶片结构 .49
4、4951514.2.7 静叶环和静叶持环 .505052524.2.8 轴承和 轴承座： .515153534.2.9 汽封及汽封套 .515153534.3 调节保护系统（DEH） .515154544.4 供油系统 .52525454结论 .53535656参考文献 .54545757致 谢 .5555585811 绪论1.1 汽轮机简介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。它具有单机功率大、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。汽轮机是现代化国家中重要的动力机械设备。汽轮机设备是火电厂的三大主要设备之一，汽轮机设备及系统包括汽轮机本体、调节保
5、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，调节保安油系统主要包括调节气阀、调速器、调速传动机构、主油泵、油箱、安全保护装置等；辅助设备主要包括凝汽器、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；热力系统主要指主蒸汽系统、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。汽轮机是现代火力发电厂应用最广泛的动力机械，并且通常在高温、高压和高转速的条件下工作，是一种较为精密的重型机械。它的制造和发展涉及到许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应，高效长叶片的设计和研制，在加工制造
6、中，新工艺新技术的应用等。因此，汽轮机制造业的发展是反映国家工业技术发展水平的标志之一。目前，我国的汽轮机制造业还比较落后，还需要继续努力发展，将我国的汽轮机设计、制造水平提高上去。1.2 电站高参数大容量汽轮机技术研究和国内外发展现状随着我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断提高，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。现代大型汽轮机一般都采用级数多、多汽缸、多排汽的结构；汽缸采用内、外双层或者多层缸的结构。汽轮机设计必须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性，汽轮机主、辅机及其主要零件应具有满意的强
7、度和振动特性，良好的自动调节性能以及合理的制造工艺。现在国内外电站汽轮机的技术不断发展，其发展的趋势 是：2（1）增大单机功率，提高蒸汽初参数，改进汽轮机的通流设计，优化中间再热和给水回热系统，以提高汽轮机的热经济性；（2）发展大型热电联产机组和燃气蒸汽联合循环机组，以提高一次能源的利用率；（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，以提高汽轮机控制的自动化水平；（4）采用先进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，提高机组的可靠性和可利用率。汽轮机的末机长叶片一直是提高汽轮机效率的研究方向。国内外的汽轮机制造厂商在长叶片的设计研究中采用了一系列气动及强度振动方面的最
8、新技术成果。在长叶片设计中主要的新技术有：（1）三元气动理论的设计方法，应用可控涡流型，提高反动度分布，减少二次流损失，改善出口流场的均匀性，减少排汽损失和漏气损失；（2）应用 CAD 软件进行叶型设计，保证其能满足气动参数的要求；（3）跨音速叶栅的设计，采用直线背弧以减少叶型的激波损失；（4）新的动强度考核准则，对高阶振型的安全性作出评估。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，同时参考了当前汽轮机的最新进展。针对当前节能减排的要求，对低压缸的末几级叶片采用技术成熟的长叶片，从而尽量提高汽轮机的一次能源利用效率。在设计的过程
9、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。通过对本课题的设计，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。虽然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。同时通过本课题的设计也让我了解到了当前国内外汽轮机的发展现状。31.4 论文研究内容本论文主要设计了 300MW 双缸双排汽，高中压缸合缸，低压缸双流程的反动凝汽式汽轮机，目前在国内是主流的汽轮机机型。本机组的特点是采用一次中间再热提高机组的发电效率；通过八级抽汽加热给水提高给水温度，从而提高机组的效率。本机组在设计工况下的热耗率是 7955.11kj/（kw.h），汽
10、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，主要包括以下内容：（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，热力计算主要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主要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，涉及主蒸汽及再热系统、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。因此，根据这些部分的设计和计算，可以确定型汽轮机各部分的几何尺寸及其他额定工况下的气动参数和热力计算。完成本毕业设计题目关于N300
11、-16.7/537/537 汽轮机的热力系统设计和结构设计的要求。N300 型汽轮机采用一次中间再热，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。采用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，为提高蒸汽初压创造了条件，从而可提高机组内效率，热效率和运行可靠性。在同样的初参数条件下，再热机组一般比非再热机组的热效率提高 4左右。而且由于末级蒸汽湿度较非再热机组大大降低，因此，对阻止汽轮机组低压末级叶片水蚀特别有利，提高
12、了机组的可靠性，但采用中间再热后，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，除高压调节级为冲动级外，其中 34 级均为反动级。高压部分有 1 个单列调节级和 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4在低压缸中。通流部分的详细计算可参照附表格。全机共有八段非调整抽汽，分别在 8、12、17、21 级后和低压缸第 2、4、5、6 级后，抽到相应的加热器中加热给水，回热系统见附回热系统图。在热力系统中，设置有一台凝汽器，两台涉水抽汽器，四台低压加热器和三台高压加热器。本 30 万千瓦汽轮
13、机采用喷嘴调节，新蒸汽通过两个高压主汽门，四个高压调节汽门进入高压缸。高压缸排汽经排汽逆止门进入中间再热器，蒸汽再热后经过两个中压主汽门，四个中压调速汽门进入中压缸。中压缸排汽进入两个排汽缸后，排入凝汽器。汽轮机负荷变化主要依靠高压缸调速汽门调节，在低于额定负荷 35%时，中压调速汽门才参与调节，其余工况中压调速汽门全开。事故停机时，主汽门和调速汽门快速关闭，以防事故扩大。高压缸设计为双层缸结构，中压缸为单层隔板套式结构，其中低压缸是对称分流式。为满足机组快速启动需要，高中低压缸均设有法兰、螺栓加热装置。高中低两个转子，依次为整锻、争端加套装和套装结构，高中和中低转子间均为刚性联结，高中压转子
14、共用三个轴承支撑，考虑到安装，检修需要，特备有中轴瓦。汽缸横向定位，依靠与台板和轴承座相配的滑销来保证.纵向热膨胀有两个死点。高中压缸向前膨胀，低压缸向后膨胀，它们依靠轴承座与台板间的纵销导向。其前后端汽封是耐高温、耐腐蚀的薄钢带制成。直接滚压并锁紧在转子的汽封槽中，隔板汽封为梳齿式的。本机配有 5 个主轴承，均系三油楔式，其正常工作位置（从机头看）应为沿轴承水平面逆时针方向倾斜 35 度，只有这一位置它能承受负荷。为了机组起停时减小盘车力矩，并避免轴承合金的磨损，还配置了高压油顶轴装置。主油泵布置在前轴承箱中，经齿形联轴器由汽轮机主轴带动。本机组配置了旁路系统，它对于锅炉稳定燃烧、汽水回收和
15、机组快速启动等都十分有利。旁路系统设计了两级旁路。主蒸汽旁路直接引入高压缸排汽，二级旁路是再热蒸汽直接引入凝汽器。本机组可以参加一次调频，调节系统的速度变动率、迟缓率等性能良好。机组全甩负荷时能维持空转，本机组还装备了各种保安设施。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。而且按照现5代汽轮机的发展要求，达到了良好的安全性和经济性。具体设计请参照相关章节。 本段文字既有研究内容又有研究结论，应该分散在文章各个部分，绪论研究内容部分应该分条简练列出，各部分研究详细内容和方法在各章节前面提出，结果和结论性内容放在结论部分。2 热力系统设计 2.1 机组的主要技术规范 1、
16、主要的技术规范 9（1） 型号 N300-16.7/537/537 型（2） 形式 亚临界、一次中间再热、单轴、双缸双排汽反动凝汽式汽轮机（3） 额定功率 300MW（4） 保证最大功率（T-MCR） 326MW（5） VWO5OP 工况功率 329MW（6） 主汽阀前额定蒸汽压力 16.7MPa（7） 主汽阀前额定蒸发温度 537（8） 再热汽阀前额定蒸汽压力 3.26 MPa（9） 再热汽阀前额定蒸发温度 537（10）额定转速 3000r/min（11）旋转方向 自机头往发电机方向看，为顺时针方向（12）额定冷却水温 25（13）维持额定功率的最高冷却水温度 35（14）额定排汽压力 0
17、.0054MPa（15）维持额定功率时的排汽压力 0.012MPa（16）额定工况时汽轮机主蒸汽流量 921.4t/h（17）额定工况时再热蒸汽流量 744.3 t/h（18）额定给水温度 272.5（19）回热系统三个高压加热器，一个除氧器，四个低压加热器，共 8 段回热抽汽6（20）额定工况下净热耗率 7955.11kj/（kw.h ）（21）汽轮机级数 35 级高压缸 调节级+11 个反动级中压缸 9 个反动级低压缸 27 个反动级（22）配汽方式 喷嘴配汽（23）给水泵驱动方式 小汽轮机（24）制造厂家 上海汽轮机厂注：本设计的压力值均指绝对压力2、机组的主要热力工况设计要求（1）额定
18、工况：汽轮机在额定进汽参数、额定排汽压力、补水率为 0、回热系统正常投运的条件下，能发出的额定功率为 300MW，进汽量为 921.4t/h，保证热耗率为 7955.11KJ/（kw.h）。（2）夏季工况：在额定进汽参数、排汽压力为 12kPa，补水率为 3条件下，能保证发出额定功率为 300MW，进汽量为 985t/h，热耗率为 8386kJ/(kW.h)。机组允许的最高排汽压力为 18.8kPa。（3）阀门全开工况（VWO）：在额定进汽参数、额定排汽压力、补水率为 0、回热系统正常投运的条件时，调节汽阀全开工况下，最大进汽量为 985t/h，功率为315MW。（4）VWO 5OP 超压工况
19、：蒸汽参数为 17.5Mpa/538/538，排汽压力为5.4kpa，补水率为 0，阀门全开、回热系统正常投运时，机组的计算最大进汽量为1028t/h，功率为 329MW。（5）当 3 台高压加热器全部切除后，在额定的进汽参数、额定的排汽压力、补水率为 0的条件下，机组仍能发出额定功率。72.2 给水回热加热系统及设备机组的热力系统由主系统即给水回热系统和多个既独立又与主系统互相关联的辅助系统组成，主要包括阀杆及汽封漏汽、补充水、减温水、给水泵小汽轮机，以及厂用汽等。本机组的具体热力系统设计见附图 4。汽轮机的热力系统的热力计算的基本任务就是确定抽汽参数。根据给定的蒸汽及汽轮机的初参数，参考母
20、型汽轮机的某些参数和学过的专业知识，初步确定所设计汽轮机的回热抽汽级数、流量和再热流量，最后进行校核。本文正是按照这样的步骤确定给水回热系统各参数。从汽轮机某些中间级后抽出部分做功的蒸汽进入若干换热器，逐渐加热给水和主蒸汽给水，不进入凝汽器。这部分抽汽的热量用于加热给水，热焓被充分利用，而不被冷却水带走，使汽轮机的冷源损失减少了，循环效率可显著提高。在采用回热抽汽后，汽轮机主蒸汽参数，排汽压力和功率不变的情况下，可使进汽量增加，排汽量减少，有利用于提高汽轮机的内效率。采用回热加热后，汽轮机的总汽耗量增大了，而汽轮机的每千克新蒸汽所做功减少了，而热耗和煤耗的下降是因为冷源损失减少使给水温度提高，
21、而衡量循环热经济性好坏的指标是汽轮机的热耗率和发电厂的煤耗率，所以采用回热加热系统后的热经济性提高了。另外，采用回热加热系统，可以提高锅炉设备的可靠性。所以现代大型汽轮机机组一般都采取回热加热给水系统。2.2.1 给水回热级数和给水温度的选取确定给水回热和热经济性主要取决于给水的最终温度和回热级数。给水温度越高，回热级数越多，循环的热效率越高 8 。不同的回热级数，各有一个最佳给水温度，在此温度下，循环效益最大。回热级数越多，最佳给水温度越高。给水温度提高后，使锅炉设备投资增多或锅炉排烟温度升高而使锅炉效率降低。增加回热级数不但设备投资及维修费用将随之增加。而且随回热级数增加，热效率的相对增加
22、减少。因此，过多的回热级数和过高的给水温度也是不利的。实际采用的最有利的给水温度要低于最佳给水温度，这是因为给水温度不仅与循8环效率有关，而且还影响装置的技术经济性。因此，实际采用的给水温度，需要根据热经济性与装置的技术经济生综合分析比较才能确定。通常给水温度大约为蒸汽初压下饱和温度的 65%-75%，常用的给水温度，回热级数见表 21。表 2-1 汽轮机系列参数表初压 MPa 1.3 2.4 3.5 9.0 13.0 16.5 23.5初温 340 390 435 535 535/535 565/565 540/540蒸汽参数 背压 kPa 7.8 7.8 7.8 5.1 4.8 3.24 3.43功率范围 MW 0.751.5 2.54.5 625 50100 50200 300600 800回热系数 2 34 45 56 67 78 78给水温度 104 150 150170210230230250 270275270275对于本 N300MW 型汽轮机组，参照同类机组可选取给水温度 tfw 为 272.5，回热级数 n 为 8 级，从而确定热力系统及结构任务书。任务书：300MW 汽轮机热力系统及结构设计初温：537初压：16.6Mpa再热温度：537背压：5.4kPa给水温度：272.5回热级数：8 级
