.../軍工路男子職業(yè)技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)課程名稱(chēng)：透平機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)院〔系、部、中心：能源與動(dòng)力工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)：能源與動(dòng)力工程班級(jí)：2013級(jí)姓名：JackT學(xué)號(hào)：131141xxxx起止日期：指導(dǎo)教師： 萬(wàn)福哥前言我校研究的透平機(jī)械主要是是以水蒸汽為工質(zhì)的旋轉(zhuǎn)式動(dòng)力機(jī)械,即汽輪機(jī),常用于火力發(fā)電。汽輪機(jī)通常與鍋爐、凝汽器、水泵等一些列的設(shè)備、裝置配合使用,將燃煤熱能通過(guò)轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)電能。與其它原動(dòng)機(jī)相比,汽輪機(jī)機(jī)具有單機(jī)功率大、效率高、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),但電站汽輪機(jī)在體積方面較為龐大。汽輪機(jī)的主要用途是作為發(fā)動(dòng)機(jī)的原動(dòng)機(jī)。與常規(guī)活塞式內(nèi)燃機(jī)相比,其具有輸出功率穩(wěn)定、功率大等特點(diǎn)。在使用化石燃料的現(xiàn)代常規(guī)火力發(fā)電廠、核電站及地?zé)岚l(fā)電站中,都采用以汽輪機(jī)為原動(dòng)機(jī)的汽輪發(fā)電機(jī)組,這種汽輪機(jī)具有轉(zhuǎn)速一定的特點(diǎn)。汽輪機(jī)在一定條件下還可變轉(zhuǎn)速運(yùn)行,例如驅(qū)動(dòng)各種泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和船舶螺旋槳等,我國(guó)第一艘航母"XX號(hào)"就是以汽輪為原動(dòng)機(jī)。汽輪機(jī)的排汽或中間抽氣還可以用來(lái)滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)〔卷煙廠、紡織廠和生活〔北方冬季供暖、賓館供應(yīng)熱水上的供熱需要。在生產(chǎn)過(guò)程中有余能、余熱的工廠企業(yè)中,還可以用各種類(lèi)型的工業(yè)汽輪機(jī)〔包括發(fā)電、熱電聯(lián)供、驅(qū)動(dòng)動(dòng)力用,使用不同品位的熱能,使熱能得以合理且有效地利用。汽輪機(jī)與鍋爐〔或其他蒸汽發(fā)生裝置,比如核島、發(fā)電機(jī)〔或其他被驅(qū)動(dòng)機(jī)械,比如泵、螺旋槳等、凝汽器、加熱器、泵等機(jī)械設(shè)備組成成套裝置,協(xié)同工作。具有一定溫度和壓力的蒸汽可來(lái)自鍋爐或其他汽源,經(jīng)主汽閥和調(diào)節(jié)汽閥進(jìn)入汽輪機(jī)內(nèi),依次流過(guò)一系列環(huán)形安裝的噴嘴柵〔或靜葉柵和動(dòng)葉柵而膨脹做功,將其熱能轉(zhuǎn)換成推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械功,通過(guò)聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)其他機(jī)械,如發(fā)電機(jī)。膨脹做功后的蒸汽由汽輪機(jī)的排汽部分排出。在火電廠中,其排氣通常被引入凝汽器,向冷卻水或空氣放熱而凝結(jié),凝結(jié)水再經(jīng)泵輸送至加熱器中加熱后作為鍋爐給水,循環(huán)工作。目錄TOC\o"1-3"\h\u前言2目錄3一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)51.1設(shè)計(jì)題目51.2已知參數(shù)51.3任務(wù)與要求5二、汽輪機(jī)近似熱力過(guò)程線的擬定及汽輪發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的初算62.1汽輪機(jī)近似熱力過(guò)程線的擬定62.1.1進(jìn)汽壓力損失的初步估計(jì)62.1.2選取機(jī)組的相對(duì)內(nèi)效率、發(fā)電效率和機(jī)械效率62.1.3近似熱力過(guò)程曲線的初步擬定62.2汽輪機(jī)總蒸汽量D0的估算62.3汽輪發(fā)電機(jī)組汽耗率與熱耗率的初算72.4整機(jī)相對(duì)內(nèi)效率7三、焓降分配與級(jí)數(shù)確定83.1第一級(jí)平均直徑的估計(jì)8四、級(jí)的熱力設(shè)計(jì)94.1調(diào)節(jié)級(jí)選型94.2調(diào)節(jié)級(jí)熱力參數(shù)的選擇94.3調(diào)節(jié)級(jí)詳細(xì)熱力計(jì)算94.4其它壓力級(jí)的詳細(xì)計(jì)算11五、整機(jī)熱力性能校核135.1功率校核135.2相對(duì)內(nèi)效率校核13六、轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速?gòu)?qiáng)度校核146.1轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算146.2葉片強(qiáng)度校核146.3葉根強(qiáng)度校核156.4輪緣強(qiáng)度計(jì)算16七、軸封漏氣量計(jì)算187.1高壓端軸封漏汽187.2低壓端軸封漏汽18八、整機(jī)熱力過(guò)程線和壓力級(jí)速度三角形匯總208.1整機(jī)熱力過(guò)程線208.2壓力級(jí)速度三角形匯總21九、熱力計(jì)算數(shù)據(jù)匯總表22十、各級(jí)葉片型號(hào)及參數(shù)匯總23參考文獻(xiàn)24一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1.1設(shè)計(jì)題目沖動(dòng)式機(jī)輪機(jī)通流部分熱力設(shè)計(jì)1.2已知參數(shù)額定功率：Pe=350kw額定轉(zhuǎn)速：n=10000r/min進(jìn)汽壓力：P0=2.45MPa進(jìn)氣溫度：t0=3900c排汽壓力：Pc=0.50MPa1.3任務(wù)與要求１．汽輪機(jī)近似熱力過(guò)程線的擬定及汽輪發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的初算１．1汽輪機(jī)熱力過(guò)程線的擬定；１．2汽輪機(jī)總蒸汽量D0的估算；１．3汽輪發(fā)電機(jī)組汽耗率與熱耗率的初算２．調(diào)節(jié)級(jí)的熱力設(shè)計(jì)；２．1調(diào)節(jié)級(jí)選型；２．2調(diào)節(jié)級(jí)熱力參數(shù)的選擇；２．3調(diào)節(jié)級(jí)詳細(xì)熱力計(jì)算;3．整機(jī)熱力性能校核4．整機(jī)熱力過(guò)程線和壓力級(jí)速度三角形匯總5．熱力計(jì)算數(shù)據(jù)匯總表6．設(shè)計(jì)小結(jié)二、汽輪機(jī)近似熱力過(guò)程線的擬定及汽輪發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的初算2.1汽輪機(jī)近似熱力過(guò)程線的擬定2.1.1進(jìn)汽壓力損失的初步估計(jì)進(jìn)汽節(jié)流損失：ΔP=0.05*P0=0.1225MPa進(jìn)汽前壓力：P1=P0-ΔP=2.3275MPa2.1.2選取機(jī)組的相對(duì)內(nèi)效率、發(fā)電效率和機(jī)械效率由于汽輪發(fā)電機(jī)組的額定功率：Pr=350kw,所以取汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率:ηri=0.73,發(fā)電機(jī)效率ηg=0.970<全負(fù)荷>,機(jī)械效率ηm=0.9872.1.3近似熱力過(guò)程曲線的初步擬定由P0=2.45MPa,t0=3900c,確定初始狀態(tài)點(diǎn)"0",查表知h0=3216.88kJ/kg,s0=6.7kJ/<kg.K>節(jié)流后h1=h0=3216.88kJ/kg,P1=2.3275MPa確定點(diǎn)"1"。過(guò)"0"點(diǎn)做定熵線與Pc=0.50MPa的定壓線交于"z"點(diǎn),查表知hzt=2827.37kJ/kg,tzt=187.2470c整機(jī)理想焓降Δht*=h0-hzt=389.51kJ/kg整機(jī)有效焓降Δhi*=ηriΔht*=280.45kJ/kg從而確定"z’"點(diǎn)的比焓為Hz’*=h0-Δhi*=2936.43kJ/kg然后過(guò)"z’"作等焓線交過(guò)"z"的等壓線于點(diǎn)2,過(guò)"1"、"2"點(diǎn)作光滑曲線即為汽輪機(jī)的近似熱力過(guò)程線2.2汽輪機(jī)總蒸汽量D0的估算由額定功率Pe、有效焓降Δhi*、機(jī)械效率ηm、發(fā)電機(jī)效率ηg,得總蒸汽量D0為D0==4.69t/h2.3汽輪發(fā)電機(jī)組汽耗率與熱耗率的初算發(fā)電機(jī)組汽耗率d0為d0==13.4kg/<kW.h>發(fā)電機(jī)組熱耗率q0為q0=d0×Δhi*=3758.03kJ/<kW.h>2.4整機(jī)相對(duì)內(nèi)效率整機(jī)相對(duì)內(nèi)效率ηri為ηri==0.73三、焓降分配與級(jí)數(shù)確定3.1第一級(jí)平均直徑的估計(jì)假設(shè)第一級(jí)理想等熵焓降為Δh1*=250kJ/kg,α1=14.50假想速度Ca==707.11m/s取假想速比Xa=0.242由u=Xa×Ca=πdm1n/60得節(jié)圓直徑dm1=0.327m,根據(jù)式G=πdm1l1eCasinα1/ν1得葉高l1=0.019m根據(jù)同樣的方法,假設(shè)末級(jí)等熵焓降Δhz*=74.51kJ/kg,假設(shè)末級(jí)α1=11.20計(jì)算出末級(jí)參數(shù)dmz=0.380m,lz=0.036m假設(shè)汽輪機(jī)分為3級(jí),具體形式為一列雙列復(fù)數(shù)級(jí)和兩列壓力級(jí),雙列復(fù)速級(jí)部分進(jìn)汽度e=0.23,各級(jí)理想焓降分別為：Δh1*=250kJ/kg、Δh2*=65kJ/kg、Δh3*=74.51kJ/kg各節(jié)圓直徑分別為：dm1=0.327m、dm2=0.353m、dm3=0.380m各級(jí)理想焓降與各節(jié)圓直徑沿級(jí)數(shù)方向變化趨勢(shì)見(jiàn)圖2-1、2-2：圖2-1各級(jí)理想焓降沿級(jí)數(shù)方向變化趨勢(shì)圖2-2各節(jié)圓直徑沿級(jí)數(shù)方向變化趨勢(shì)四、級(jí)的熱力設(shè)計(jì)4.1調(diào)節(jié)級(jí)選型由于整機(jī)絕熱焓降較大,整機(jī)級(jí)的設(shè)計(jì)選擇調(diào)節(jié)級(jí)加壓力級(jí)的形式。由于雙列復(fù)速級(jí)具有可以承擔(dān)較大焓降這一優(yōu)點(diǎn),故調(diào)節(jié)級(jí)確定為雙列復(fù)速級(jí)。4.2調(diào)節(jié)級(jí)熱力參數(shù)的選擇調(diào)節(jié)級(jí)承擔(dān)絕熱焓降Δh1s為Δh1s=250kJ/kg調(diào)節(jié)級(jí)進(jìn)口參數(shù)h1=3216.88kJ/kg,P1=2.3275MPa查表可知s1=7.023kJ/<kg.K>,ν1=0.12765m3/kg其它已知參數(shù)：噴嘴速度系數(shù)φ=0.947,動(dòng)葉一速度系數(shù)ψ=0.91,導(dǎo)葉速度系數(shù)φ'=0.94,動(dòng)葉二速度系數(shù)ψ'=0.97第一列動(dòng)葉反動(dòng)度Ω1=0.02,導(dǎo)葉反動(dòng)度Ω2=0.05,第二列動(dòng)葉反動(dòng)度Ω3=0.02,總反動(dòng)度Ω=0.09.4.3調(diào)節(jié)級(jí)詳細(xì)熱力計(jì)算〔以下公式均來(lái)自與《汽輪機(jī)原理》-王新軍P38與P40頁(yè)噴嘴理想焓降Δhns=〔1-Ω×Δh1s=227.5kJ/kg噴嘴速度C1s==674.54m/sC1=φ×C1s=638.79m/s噴嘴能量損失Δhnξ=〔1-φ2Δhns=23.48kJ/kg圓周速度u=πdm1n/60=171.14m/s相對(duì)汽流速度w1=u1靜葉出汽角β1=actanc1sin動(dòng)葉一理想比焓降?h動(dòng)葉出口氣流相對(duì)速度ww動(dòng)葉一損失Δ動(dòng)葉一出口絕對(duì)氣流速度c動(dòng)葉一出口相對(duì)氣流角β2導(dǎo)葉出口絕對(duì)氣流速度cc導(dǎo)葉損失Δ動(dòng)葉二進(jìn)口相對(duì)汽流速度w動(dòng)葉二進(jìn)口相對(duì)汽流角β動(dòng)葉二理想比焓降?動(dòng)葉二出口汽流相對(duì)速度ww動(dòng)葉二損失Δ動(dòng)葉二出口汽流絕對(duì)速度c動(dòng)葉二出汽角α余速損失Δ輪周有效焓降Δ輪周效率η葉高損失Δh葉輪摩擦損失、漏氣損失、濕汽損失忽略不計(jì)級(jí)有效比焓降Δ級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率η級(jí)的內(nèi)功率N4.4其它壓力級(jí)的詳細(xì)計(jì)算其他各壓力級(jí)計(jì)算過(guò)程與第一級(jí)相同。用EXCEL軟件計(jì)算。過(guò)程不再書(shū)寫(xiě),只將各級(jí)計(jì)算的結(jié)果列于表中。表4-1其他各壓力級(jí)計(jì)算五、整機(jī)熱力性能校核5.1功率校核汽機(jī)額定功率Pe=350kw由本說(shuō)明書(shū)4.4節(jié)可知汽機(jī)實(shí)際運(yùn)行功率Pr=358.07偏差Δ=P汽機(jī)運(yùn)行功率滿(mǎn)足要求5.2相對(duì)內(nèi)效率校核預(yù)估汽機(jī)相對(duì)內(nèi)效率ηri=0.73由本說(shuō)明書(shū)4.4節(jié)可知汽機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)相對(duì)內(nèi)效率ηrir=0.749偏差Δ=η汽機(jī)相對(duì)內(nèi)效率滿(mǎn)足要求六、轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速?gòu)?qiáng)度校核6.1轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算轉(zhuǎn)子材料選用30Cr1Mo1V,于網(wǎng)上找到其物性參數(shù),具體如下所示：轉(zhuǎn)子密度ρ=7760kg/m3轉(zhuǎn)子彈性模量E=192GPa慣性矩I=轉(zhuǎn)子橫截面積F=轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于材料允許的一階臨界轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速滿(mǎn)足要求。6.2葉片強(qiáng)度校核由于末級(jí)葉片動(dòng)葉處于汽輪機(jī)工況最為惡劣的地方,故只需校核第二列壓力級(jí)動(dòng)葉強(qiáng)度。若其承受應(yīng)力小于許用應(yīng)力,則認(rèn)為其強(qiáng)度達(dá)到要求。具體校核步驟如下所示：葉片選用材料：1Cr13材料密度ρ=7760kg/m3屈服強(qiáng)度σ0.2t=420MPa許用應(yīng)力[σ動(dòng)葉離心拉應(yīng)力σ動(dòng)葉在圓周方向承受的作用力P動(dòng)葉在軸向方向承受的作用力P動(dòng)葉氣流力合力P動(dòng)葉底部截面彎矩M查閱《汽輪機(jī)設(shè)計(jì)課程參考資料-蘇字葉型》P156頁(yè)可知?jiǎng)尤~截面系數(shù)WW動(dòng)葉進(jìn)出口截面應(yīng)力σ動(dòng)葉背部截面應(yīng)力σ動(dòng)葉進(jìn)出口截面合成應(yīng)力Σ動(dòng)葉背部截面合成應(yīng)力ΣΣΣ由上述計(jì)算可知,末級(jí)動(dòng)葉片承擔(dān)的最大應(yīng)力小于許用應(yīng)力,葉片強(qiáng)度滿(mǎn)足使用條件。6.3葉根強(qiáng)度校核由于末級(jí)葉片動(dòng)葉處于汽輪機(jī)工況最為惡劣的地方,故只需校核第二列壓力級(jí)動(dòng)葉葉根強(qiáng)度。若其承受應(yīng)力小于許用應(yīng)力,則認(rèn)為其強(qiáng)度達(dá)到要求。末級(jí)承擔(dān)焓降較大,葉根型式考慮使用叉型葉根。叉型葉根具體形式為雙叉雙鉚釘。如圖6-1所示。具體校核步驟如下所示：葉根底部截面到葉根I-I截面的距離a=0.015截面I-I處的半徑Ri-i截面上的離心拉力C1=ρFω葉根叉數(shù)ZH=2鉚釘直徑d=0.005m每叉寬度b=0.05葉片數(shù)目ZH=56偏心距E=0.0005截面I-I處葉片節(jié)距t=葉根I-I截面上的離心拉應(yīng)力σ葉根I-I截面系數(shù)W汽流力產(chǎn)生的彎矩和彎應(yīng)力Mσ偏心引起的彎矩及彎應(yīng)力Mσ葉根I-I截面合成應(yīng)力σ葉根承受應(yīng)力小于許用應(yīng)力,葉根強(qiáng)度滿(mǎn)足使用條件圖6-1叉形葉根6.4輪緣強(qiáng)度計(jì)算汽機(jī)末級(jí)位置處的輪緣承擔(dān)了最大的應(yīng)力。故只需校核末級(jí)位置處的輪緣強(qiáng)度即可。截面Ⅱ-Ⅱ處的半徑