汽轮机变工况运行的经济性和安全性核算

贵州大学课程设计第1页1绪言1.1变工况核算的必要性汽轮机在设计参数下运行称为汽轮机的设计工况。由于汽轮机的主要尺寸基本上是按设计工况要求确定的，而汽轮机功率在运行时将根据外界的需要而变化，汽机参数均有可能变化，从而引起蒸汽流量、各级参数和效率的变化，称为汽轮机的变工况。为了估计汽轮机在新工况下运行的经济性，可靠性与安全性，有必要对新工况进行热力核算。核算项目有：喷嘴、动叶前后参数、级效率、级功率、反动度、速度比、漏汽量、轴向推力等。变工况热力计算能获得各级的状态参数，理想比焓降，反动度，效率，出力等较详尽的数据，这就为强度分析，推力计算以及了解效率及出力变化提供了科学的参考依据。因此，变工况热力核算常成为了解机组运行情况，预测设备系统改进所产生的效果，乃至分析事故原因的重要手段。1.2变工况核算的基本方法与特点汽轮机的热力计算是以级为基础的，目前，在变工况计算中，根据不同的给定原始条件，单级的详细热力核算可分为顺序计算和倒序计算两种基本方法，此外还有将倒序和顺序结合起来的混合算法。顺序算法以给定的级前状态为起点，由前向后计算；倒序算法则以给定的级后状态为起点，由后向前计算。混合算法中，每级都包含若干轮先是倒序后是顺序的混合计算，只有当倒序与顺序的计算结果相符合时，级的核算才可以结束，然后逐级向前推进。三种方法都建立在喷嘴和动叶出口截面连续性方程和单级工作原理的基础上，并且计算时，级流量和几何尺寸是已知的。与此相对应，单级的数值计算也有顺序、倒序和混合三种算法。两种方法可概述如下：（1）由级前向级后核算由已知的级前初参数开始，根据流量比求得压力比，然后求出喷嘴后压力，求出相应的喷嘴理想比焓降，计算出喷嘴出口汽流理想速度。然后进行动叶核算，方法与上述类同，求出新工况下动叶后压力，求出动叶理想比焓降，计算出动叶出口汽流速度。上述方法适用于在喷嘴和动叶中全是亚临界流动的情况。当喷嘴贵州大学课程设计第2页中或动叶中出现超临界流动时，可以假定喷嘴后或动叶后的压力，继续使用该方法进行计算，但需要根据已知条件进行假定压力的校核。一般来说，顺算法在超临界流动中很少使用。（2）由级后向级前推算从已知的级后压力开始，假设新工况下排汽比焓、级后各项损失，求出动叶后参数，并对前面假设的余速损失进行校核及修正；继而假定动叶进口相对速度，求出动叶前参数、喷嘴后参数，再对动叶进口相对速度进行校核并修正；最后确定喷嘴前蒸汽状态点，并对最初估计的各项损失进行校核及修正；待各项假设都校核通过，即可求出新工况下级的反动度、级效率和内功率。判断动叶和喷嘴内是否出现超音速流动，当级内出现超音速流动时，还需确定临界状态点，并计算出口汽流偏转角。汽轮机在级在偏离设计工况工作时，在许多情况下，常常已知级后的压力以及流量，此时采用以级后状态为起点的倒序算法较为方便。这种情况常出现在凝汽式和被压式机组的末级或是抽汽机组抽汽点前面的压力级，也可能出现在通流部分被拆除级前面的压力级，由于凝汽器内的压力或是抽汽压力或是被压发生变化，需要对其级前的功率，效率进行校核。在另外一些情况下，则可能已知级前的状态与级流量，此时应采用以级前状态为起点的顺序算法比较方便，例如通过计算得到或通过实验测得调节级室的压力和温度，因此压力级组前的状态是已知的，在此情况下，对压力级的校核就应采用顺序算法。贵州大学课程设计第3页2设计工况核算2.1原始数据2.2.150MW纯凝式汽轮机的基本参数（1）汽轮机类型机组型号：N50-8.82/535机组形式：高压、单缸单轴凝汽式汽轮机（2）基本参数额定功率elP=50MW新蒸汽压力0p=8.82MPa，新蒸汽温度0t=535℃凝汽器压力cp=6kPa汽轮机转速n=3000r/min（3）其他参数给水泵出口压力fpp=13.73凝结水出口压力cpp=1.33MPa机械效率m=0.98发电机效率g=0.98加热器效率h=0.98（4）相对内效率的估计根据已有同类机组相关运行数据选择汽轮机的相对内效率，ri=85.5%（5）损失的估算主汽阀的调节气阀节流压力损失：0p=0.050p=0.441MPa排气阻力损失：kPaMPappcc184.0000184.004.0（6）热力过程线图2-150MW机组热力过程线贵州大学课程设计第4页（7）回热系统简图图2-2N50-8.83/535型汽轮机回热系统示意图（8）变工况数据背压cp=0.006MPa负荷=90%2.1.2阀杆数据与轴封系统贵州大学课程设计第5页表2-150MW汽轮机主汽阀和调节气阀阀杆数据项目符号单位主汽阀调节气阀1段2段3段1段2段3段阀杆数Z14阀杆直径vdcm3.43.6径向间隙rcm0.020.02间隙面积vA2cm0.2140.227分段长度lcm41.8115.833.343.8表2-250MW汽轮机轴封数据项目符号单位前轴封后轴封1段2段3段4段5段6段1段2段3段轴封直径1dcm61.844.355.345.8径向间隙1cm0.050.05轴封齿数z78361012962.1.3加热器相关参数表2-350MW凝汽式汽轮机加热器汽水参数表项目单位H1H2H3H4H5H6H7C回热抽气抽气压力MPa2.61881.440.9760.37120.17220.070670.024870.0046抽气温度℃3813112691750.9950.9580.924——抽气比焓值kJ/kg3195306529852810268825652440——抽气压损%88408888——汽侧压力MPa2.409331.325280.5880.34150.15840.065020.02288——jp下的饱和水温℃222192.51581381138863——jp下的饱和水比焓kJ/kg952.9818.73667.08580.62474.07368.56263.71——贵州大学课程设计第6页抽气放热kJ/kg2353.472354.232310.232229.382213.932196.442176.29——疏水上端差℃5505555——下端差℃1010————————————疏水温度℃197.55168————————————疏水比焓kJ/kg841.53710.77————————————疏水放热kJ/kg——130.7636——106.55105.51104.85水侧加热器出口水温℃217187.5158133108835831.4加热器水侧压力MPa13.7313.730.5881.331.331.331.33——加热器出口水比焓kJ/kg933.51802.52674.77*/667.08559.9453.77348.55243.9131.66给水比焓升kJ/kg130.99127.75110.99106.13105.22104.65112.3——2.2阀杆和轴封漏气量计算(1)主汽阀阀杆漏汽量的计算主汽阀杆间隙面积2214.0cmdAvvv；第1段阀杆漏汽系数29.01v；第1段阀杆前蒸汽参数为MPap82.801，kgm/039821.0301。则主汽阀杆漏汽量htpADvvv/2217.024.0010111。第2段阀杆漏汽系数5.02v；第2段阀杆前蒸汽参数为MPap588.002，kgm/6016592.0302。则流经第2段阀杆漏汽量htpADvvv/02539.024.0020222。(2)调节汽阀阀杆漏汽主汽阀杆间隙面积2227.0cmdAvvv；贵州大学课程设计第7页第1段阀杆漏汽系数329.01v；第1段阀杆前蒸汽参数为MPap82.801，kgm/039821.0301。则调节汽阀杆漏汽量htpADvvv/067.124.04010111。第2段阀杆漏汽系数6.02v；第2段阀杆前蒸汽参数为MPap588.002，kgm/6016592.0302。则流经第2段阀杆漏汽量htpADvvv/1293.024.04020222。根据主汽阀杆和调节汽阀阀杆的漏汽计算，可得阀杆总漏汽量htDV/2887.1；轴封冷却器回收阀杆漏汽htDsg/15469.01293.002539.051其余除氧器回收htDsg/13401.12。(3)前轴封漏汽轴封1、2、3段间隙面积21111117.9cmdA；第1段轴封前蒸汽参数为MPap2141.601，kgm/0536.0301（调节级喷嘴后参数）。第1段轴封后蒸汽参数为MPapz44.11。判别系数2317.02141.644.1092.07825.182.0011ppKz则前轴封漏汽量htzpppADz/158.436.00101212011111；第2段轴封前蒸汽参数为MPap44.102，kgm/2305978.0302。第2段轴封后蒸汽参数为MPapz1722.02。判别系数1196.044.11722.01344.03625.182.0022ppKz贵州大学课程设计第8页则前轴封漏汽量htzpAD/43.1)25.1(36.0020211112；第3段轴封前蒸汽参数为MPap1722.003，kgm/9316939.1303。第3段轴封后蒸汽参数为MPapz02487.03。判别系数1444.01722.002487.02445.01025.182.0033ppKz则前轴封漏汽量htzpAD/3108.0)25.1(36.0030311113；轴封4、5、6段间隙面积：212121295.6cmdA；第4段轴封前蒸汽参数为MPap101.004，kgm/8249872.1304。第4段轴封后蒸汽参数为MPapz02487.04。判别系数2462.0101.002487.02445.01025.182.0044ppKz第4段轴封流经蒸汽量htzpppADz/1804.036.004042420412114；第5段轴封前蒸汽参数为MPap101.005，kgm/8249872.1305。第5段轴封后蒸汽参数为MPapz095.05。判别系数94.0101.0095.02445.01025.182.0055ppKz第5段轴封流经蒸汽量htzpppADz/0632.036.005052520512115。(4)后轴封漏汽轴封1、2段间隙面积21111116865.8cmdA；第1段轴封前蒸汽参数为MPap101.001，kgm/82.1301。贵州大学课程设计第9页第1段轴封后蒸汽参数为MPapz0046.01。判别系数04554.0101.00046.0225.01225.182.0011ppKz第1段轴封流经蒸汽量htzpAD/2024.0)25.1(36.0010111111；第2段轴封前蒸汽参数为MPap101.002，kgm/82.1302。第2段轴封后蒸汽参数为MPapz095.02。判别系数94.0101.0095.02561.0925.182.0022ppKz第2段轴封流经蒸汽量htzpppADz/08337.036.002022220211112。由上面计算可得：阀杆漏汽量00738.0;/2887.111vvhtD除氧器回收0065.0;/13401.122sgsghtD前轴封漏汽量0238.0;/158.4sgsghtD流到2号高压加热器的蒸汽量0158.0;/757.211sgsghtD流到5号低压加热器的蒸汽量0064.0;/1192.123sgsghtD流到7号低压加热器的蒸汽量0028.0;/4912.034sgsghtD均压箱向前轴封供汽量htDjy/2436.01;均压