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汽轮机毕业设计
汽轮机毕业设计
篇一:
汽轮机毕业设计(论文)
摘要
汽轮机是发电厂三大要紧设备,汽轮机的启动是指汽轮机转
子从静止状态升速至额定转速,并将负荷加到额定负荷的进程。
在启动进程中,汽轮机各部件的金属温度将发生十分猛烈的转变,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。
因此汽轮机启动中零部件的热应力和热疲劳、转子和汽缸的胀差、机组振动都转变专门大,将严峻要挟汽轮机的平安,并使整个电厂发电负荷降低,经济损失严峻。
分析汽轮机启动中的特点,并及时采取相应计谋和正确的运行方式对保证设备健康水平和平安、经济运行有深刻的意义。
本文以哈汽600MW汽轮机的启动进程为研究对象,分析与探
讨了启动进程中蒸汽温升率的计算方式,并在此基础上研究了蒸汽初温与转子金属温度的匹配问题,使得汽轮机启动进程优化。
同时对启动进程中的换热系数进行了计算与比较。
关键词:
启动;寿命分派;平安性;
目录
摘
要...........................................................................................................I
1绪论..........................................................................................................1
1.1课题背景和意义.................................................................................1
1.2高压加热器的作用介绍及分类......................错误!
未概念书签。
1.3本课程研究的要紧内容和任务.......................错误!
未概念书签。
2高压加热器停运的热经济性分析........................................................3
2.1概述.......................................................................................................3
2.2回热系统常见故障分析.....................................................................5
2.3高压加热器停运的热经济性计算分析.............................................5
2.4与没有切除高压加热器是全厂热经济性指标对照........................15
3高压加热器的运行对平安性的阻碍分析..........................................17
3.1高压加热器的启停及运行原理........................................................17
3.2高压加热器的停运故障分析............................................................18
3.3高加设计、运行及保护的注意要点................................................23
3.4降低高压加热器停运率的途径.......................................................25
3.5用汽轮机变工况法分析汽轮机的平安性.......................................26
4.结论与展望..........................................................................................29
4.1结论....................................................................................................29
4.2展望....................................................................................................29
1绪论
1.1课题背景和意义
最近几年来,我国的电力工业进展十分迅速,供电能力大幅度提高,电网容量不断增大,用电结构也相应转变,电力供求之间矛盾也日趋突出,电网峰谷差也日趋加重,迫使大型火电机组频繁的参与调峰运行。
而调峰进程中,机组的工作条件恶化,机组的寿命损耗和平安性成为阻碍调峰运行能力的重要因素。
最近几年来针对大中型火电机组参与调峰运行的可行性,各类不同调峰运行方式的经济型和平安性,都进行普遍的实验和研究,取得了必然的功效,但由于实际机组运行工况的复杂性,但目前许多问题还需进一步深切研究。
对机组过渡工况下的状态进行研究,提高机组调峰运行的经济型和适应性,是当前需要解决的要紧问题。
此刻国产大型机组,多数是以带大体负荷设计的,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转变的幅度和速度。
机组在调峰运行的启动、停机和变负荷进程中,遍地蒸汽参数不断转变,其转子和汽缸的金属温度和应力随之转变。
关于汽缸那个厚壁部件,由于机组高压缸的设计普遍采纳了双层结构,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,因此启动时的径向温差及热应力都远比转子小,且转子长期在高温区工作,受力情形很复杂,除热应力外,还经受着各类机械应力,因此监视转子应力情形更具有必要性。
参与调峰运行的机组,在工况转变的进程中,其工作状态不断发生转变,使蒸汽与金属之间产生猛烈转变的换热,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专门大的热应力。
这种频繁启停或大幅度负荷变更的非稳固工况,将致使金属材料的低周疲劳损伤,缩短机组的利用寿命。
汽轮机转子是工作条件最艰苦、受力情形最复杂的汽轮机部件,其寿命大体代表了整台汽轮机组的寿命。
已成为人们关注的核心。
只有准确了解机组在不同运行工况下的寿命,制定合理的运行模式,才能确保火电机组的平安经济运行。
1.2国内外研究进展状况
1.2.1国外研究状况
由于目前转子的温度和应力尚不能直接进行测量,只能通过间接方式,成立相应的数学模型,测量相关参数,求出转子金属温度和应力的转变及寿命损耗。
此刻转子
应力的数学模型大多数是采纳一维温度场理论解的简化式,其计算精度较低,只能反映应力的转变趋势,而不能取得应力的精准值。
假设在此基础上计算转子在启停和变负荷进程中的寿命损耗,将会产生较大的误差。
国外机组寿命治理的应用在日本、美国和欧洲较为普遍。
美国自60年代Gollin电站汽轮机出事以后,一些大的公司和研究机构GEWESTINGHOUSE、EPRI等对转子的平安性更为重视;进行了深切的研究。
他们将有限元等先进数值方式用于汽轮机转子的分析计算,对转子材料的低周疲劳、高温蠕变、低温脆性和裂纹扩展规律等诸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。
日本在汽轮机寿命治理方面也做了很多工作,除预测可能显现裂纹的寿命外,还对转子剩余寿命做出计算。
日本的KagawaUniversity的Ebara等对汽轮机动叶片采纳的12Cr钢和Ti.6AI.4V合金的疲劳特性进行研究,Fujiyama,Kazunari;Takaki,Keisuke;Nakatani,Yujiro等依照统计损伤和随机损伤仿真研究,对汽轮机设备进行寿命评估,采纳先进技术设计汽轮机流通部份,以提高机组的性能和设备的靠得住性。
另外,日本在无损探伤的研究方面处于世界先进水平,日立、三菱重工、东芝、富士机电等闻名大公司接踵提出脆化一侵蚀法、硬度法、金属组织法、电极化法等无损探伤方式作为改良转子寿命评估的手腕豫¨3¨141。
德国的Wichtmann,Andreas研究了高温对汽轮机部件的蠕变损伤;Zaviska,Reichel研究了汽轮机冷态启动进程中的转子温度转变,在此基础上成立了冷态启动仿真模型;Scheefer,M;Knodler;Scarlin,B等对电厂抗高温、高压材料进行了探讨,一方面是进展新的材料,一方面是在已有的材料表面喷涂抗氧化性能强的图层;和关于机组平安经济运行方面也进行了大量的研究。
1.2.2国内研究现状
目前有关机组调峰运行进程中的热应力转变和寿命治理方面还有假设干问题没有完全解决。
例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的确信,寿命预测中我国转子用钢高温疲劳曲线的确信,都有待进一步的研究和完善。
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更、负荷的波动与设计工况不同专门大,假设用理论值和设计值来分析汽轮机的热应力和寿命损耗,很难真实的反映机组的实际状况。
只有效实测参数来进行分析计算,才能保证其结果的真实可信。
但计算中许多所需要的参数,实地的测取有必然的困难,必需依照运行的实际情形来进行合理的处置。
我国从80年代初开始进行转子寿命损耗预测和寿命分派研究。
连年来,我国有关研究机构、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,研究了汽轮机要紧零部件在非稳态下的温度及热应力散布、转变规律、金属材料的疲劳特性和部件的寿命损耗。
对国产大容量机组参与调峰运行的可行性、调峰运行的平安性和经济性、调峰幅度进行了深切的探讨,对低负荷、少汽无功和两班制等不同的调峰方式在经济性和平安性方面进行了理论分析和实验研究,很多单位都接踵开展了汽轮机转子应力监测和寿命损耗计算的研究工作。
1.3本文工作简述
一、以哈汽600MW汽轮机的启动进程为研究对象,分析与探讨了启动进程中蒸汽温升率的计算方式,并在此基础上研究了蒸汽初温与转子金属温度的匹配问题,使得
汽轮机启动进程优化。
二、对哈汽600MW汽轮机转子冷态启动进程中的换热系数进行了研究。
由于不同国家和公司的换热系数计算公式不同,本文对经常使用的美国西屋、前苏联和阿尔斯通公司的换热系数计算公式进行了计算和比较,并综合不同的计算结果,采纳最小二乘法对数据进行处置,取得不同部位换热系数的计算公式。
3、成立了汽轮机转子温度场在线计算模型。
本文针对目前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汽轮机冷态启动进程进行了仿真计算,并验证该模型计算准确度的靠得住性。
2转子寿命损耗的研究
2.1概述
汽轮机运行进程中,转子经受交变应力:
启动进程加热转子表面经受压应力,停机进程为拉应力。
通过必然周次的交变应力循环,金属表面将显现疲劳裂纹并慢慢扩展以致断裂。
其特点是交变周期长,频率低,疲劳裂纹萌生的循环周次少,称为低周疲劳,不仅发生在机组的启动和停机进程,在机组大负荷转变时也会发生。
另外,由于转子长期工作在高温环境下,转子也会产生高温蠕变。
因此,转子通常处在疲劳和蠕变交互耦合作用之下。
2.2转子裂纹形成机理
金属弹塑性理论说明零部件热应力与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转变进程时刻,相关于振动等高周波机械应力,成为低周应力。
应力或应变反复作用使得材料性能发生转变,以致显现裂纹。
篇二:
12MW汽轮机毕业设计
目
目录--------------------------------------------------------------------------------------------21前言------------------------------------------------------------------------------------------3
1.1当前汽轮机设计方向-------------------------------------------------------------31.2本设计中遵循的几个原那么------------------------------------------------------3
1.2.1平安靠得住---------------------------------------------------------------------3
1.2.2经济性------------------------------------------------------------------------41.2.3降低制造本钱---------------------------------------------------------------4
2原始数据及设计任务---------------------------------------------------------------------4
2.1原始数据---------------------------------------------------------------------------42.2设计任务---------------------------------------------------------------------------43设计流程及结果---------------------------------------------------------------------------5
3.1热力系统计算---------------------------------------------------------------------5调剂级的计算----------------------------------------------------------------------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结论与体会--------------------------------------------------------------------------------致谢-----------------------------------------------------------------------------------
参考文献---------------------------------------------------------------------------------英文翻译---------------------------------------------------------------------------------
1前言
1.1当前汽轮机设计的方向
本世纪七十年代以后的能源欠缺,给世界经济带来了极大的冲击,依照世界当前的经济进展情形,许多实力雄厚的大厂家为了寻求市场,减缓生产多余,遂把最精锐的技术力量转到了中等容量机组的改良和完善上,达到了明显的成效,因其中等容量的机组反映出了当前国外汽轮机设计中,以达到和力求进展的真正技术水平。
机组的经济性和平安靠得住性成为设计任务制造中的最重要的原那么。
为了在设计中达到这两项,不可能仅仅依托假想和计算,唯一可行的途径是实验研究。
在提高经济性方面,多数从以下几个方面着手:
一、改善通流条件。
二、改良叶片型线,减少损失。
3、改善末级叶片和相应考虑排气面积。
在平安性方面:
一、改善振动条件。
二、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子和热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方法:
A、按源流理论设计低压长叶片。
B、在低压排气室采纳了高性能的扩压汽道。
C、在中、高压透平的排汽部份采纳扩压汽道。
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,和轴系振动的计算。
以上为当前设计的一些情形,下面就要谈到本设计中遵循的要紧原那么。
1.2本设计中遵循的几个原那么
1.2.1平安靠得住
在本设计中平安靠得住为考虑的第一因素,尽管咱们设计的不是专门大的机械,但是作为学习设计的人员,学会如何把平安思想贯穿于咱们所负责的设计中,这一点不管如何是超级重要的。
平安与否,直接阻碍汽机的正常运行,若是由于设计因素致使事故,小那么停机,大那么危及生命财产,损失庞大,在本设计中采取了以下方法。
一、精心计算,避免由于计算失误,而发生实际工况严峻偏离计算工况的可能性,提高设计的可信度程度。
二、在结构方面,本设计要以上汽N12为母机,参照该机进行设计,尽可能采纳了N12的结构,以期提高平安性,关于这一点,设计者本身也持必然的疑心态度,因为本设计并无参考上汽N12的运行情形,不了解该机的事故情形,同是作为五十年代的设计,某些部份可能也已掉队了,例如N12采纳了薄型叶轮,该机型叶轮的轮系振动问题极可能致使叶片事故,但限于时刻,本设计在结构上仍是照抄了N12(上汽1955)。
1.2.2经济性
咱们大量的时刻和精力是化在如何提高汽轮机的效率上,在保证平安靠得住的前提下,如何使汽轮机更有效率的工作,为此,本设计对以下几个方面给予了相当的重视,最后设计结果方才达到要求,可是咱们以为在以下几个方面所做的工作仍是有利的,为此,在这一部份的第四节,将谈到本设计中所遇的困难。
一、在高压部份和中压部份,采纳了尽可能减少直径转变幅度的通道,以期取得较为滑腻的流道,以减少对气流的扰动,降低损失。
二、较好地组织气流,使流动适应汽道的转变,减少冲角损失,以提高叶栅的效率。
1.2.3降低制造本钱
为了取得较低的制造本钱,本设计中很多环节进行了大量试算,由此,本设计取得了以下的益处,一、第二级和第三级,第四级和第五级的叶轮完全一样能够互换。
二、第二级和第三级,第四级和第五级的静叶除高度不同,其叶型完全一样,NO1-NO5级动叶除高度外完全一样,如此大大减少了机械制造的加工量,工艺上也带来了很多益处。
同时,不难想到,由于许多级均采纳完全一样的叶片,也不可幸免的给效率带来必然的阻碍。
2.原始数据和设计任务
2.1原始数据
蒸汽初参数:
P0=3.43Mpat0=435oC凝汽器入口处压力:
Pc=5.4KPa给水温度tfw=170oC
汽轮机相对内效率:
ηoi=0.82?
1%汽轮机发电经济功率:
Pe=1XXKW?
1%汽轮机转速:
n=3000r/min
2.2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热力系统,其中第2级抽汽供除氧器加热用;做原那么性系统图;计算系统的热好率。
2)汽轮机的热力设计及计算。
调剂级与非调剂级的焓降分派;调剂级的方案比较及详细热力计算;非调剂级的热力设计及计算;按比例绘出各级的三角形及汽轮机在i-s图上的热力膨胀进程曲线图。
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.设计流程及结果
3.1热力系统设计
依照设计要求,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稳计算。
第一应做出汽轮机蒸汽膨胀近似进程曲线。
第二,确信各加热器的湿度,抽汽压力等有关数据,见表2-1.第三,依照能量守恒计算每一个加热器的抽汽量,同时对功率进行平稳( 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/kgPc,t0对应的焓值hc=2134.20kJ/kgHs=h0-hc=1170.84kJ/kg
2.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=0.1372mpa
Po’=p0-?
p0=3.2928mpah0’=3305.04kj/kg
?
c?
?
pc=?
?
2?
pc
?
100?
2
在此处个参数取值为:
?
=0.05c2=100m/s
?
pc=0.27kpa
实际焓降等熵焓降为3305.04-2145.50=1159.54kj/kg3.出口点参数:
Hi=Hs?
?
oi=1170.84*0.82=960.09kj/kgHout=h0-hi=3305.04-960.09=2344.95kj/kg出口点压力为:
0.00567mpa温度为:
35.16℃
3.1.2初定调剂级
1.参考母型,选中径:
dm=1.1m2.选双列复数级:
最正确速比xa=0.24Ca=(2*hs)^0.53.由dm,xa,u确信hs
篇三:
300mw汽轮机毕业设计论文
目录
1绪论..................................................................1
1.1汽轮机简介...............................................................................................................1
1.2
电站高参数大容量汽轮机技术研究和国内外进展现状.......................................1
1.3本课题设计意义.....................
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