MW機組抽汽汽輪機總體設計開題報告.doc

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南華大學本科生畢業(yè)設計（論文）開題報告 設計（論文）題目 12MW機組抽汽汽輪機總體設計 設計（論文）題目來源 自選課題 設計（論文）題目類型　 工程設計類 起止時間 20150112～20150530 一、 設計（論文）依據(jù)及研究意義： 本設計研究的依據(jù)： 1883年瑞典工程師拉法爾創(chuàng)造出第一臺軸流式汽輪機，它是一臺3.7kw的單級沖動式汽輪機，轉速高達26000r/min,相應的輪軸速度為475m/s。1884到1894年，英國工程師巴森斯相機創(chuàng)造出了現(xiàn)在復速級單級汽輪機。為了滿足其他工業(yè)部門對蒸汽的需要，在1903到1907年間，出現(xiàn)了熱能、電能聯(lián)合生產的汽輪機，即背壓式及調節(jié)抽汽式汽輪機。1920年左右，出現(xiàn)了給水回熱式汽輪機。到1925年，出現(xiàn)了第一臺中間再熱式汽輪機。上個世紀40年代以后，汽輪機發(fā)展特別迅速。自70年代以來，工業(yè)發(fā)達國家汽輪機的制造水平普遍進入百萬級。最大單機功率達到1300MW。1980年蘇聯(lián)制造的1200WM單軸汽輪機投入運行。 我國自1955年制造第一臺中壓6MW汽輪機以來，在之后的30幾年時間里，已經(jīng)走完了從中壓機組到亞臨界600WM機組的全部過程。目前我國超高壓、亞臨界參數(shù)125MW以上到60MW功率等級范圍內汽輪機產品的制造質量、運行性能、可靠信等綜合指標已達到國際同類機組的水平。我國已具有了與國際跨國公司相當?shù)膩喤R界、常規(guī)超臨界參數(shù)大功率汽輪機的設計制造能力。 對于小功率汽輪機具有如下特點： 1）初參數(shù)低。小功率汽輪機一般為中低壓機組，初參數(shù)在3.4MPa/435℃以下。但是也有個別次高壓（4.9～5.9MPa/435～450℃）或高壓（8.9MPa/500℃）機組。 2）熱力系統(tǒng)簡單。小功率汽輪機一般為1～3級回熱系統(tǒng)，無中間過熱循環(huán)，熱力系統(tǒng)簡單。 3)結構簡單。小功率汽輪機通常是單缸、單軸、定轉速（3000rpm或1500rpm）汽輪機，個別機組為雙缸及高轉速（附加變速裝置）。 現(xiàn)在火電廠基本都是高參數(shù)大容量機組，抽汽汽輪機主要是用于發(fā)電和供暖，能源利用率高，與普通凝汽式汽輪機相比也更為節(jié)能。因此設計12MW機組抽汽汽輪機有一定研究意義。 本設計研究的意義： 在汽輪機中，有部分做過功的蒸汽可在一定調節(jié)范圍內從汽輪機中抽出用于供熱，而其余蒸汽仍然進入凝汽器，這種汽輪機稱之為抽汽式汽輪機。 熱電聯(lián)產是國際上公認的節(jié)能措施，實現(xiàn)蒸汽動力裝置的熱電聯(lián)產就必須使用背壓或抽汽式汽輪機。由于背壓式汽輪機熱負荷和電負荷相互制約，使用受到一定限制，抽汽式機組被廣泛用在熱電廠?？烧{節(jié)抽汽汽輪機能夠在電負荷變化的一定范圍內實行供汽壓力不變，在熱負荷從零到最大抽汽量時，機組可供出額定的電能。 1)抽汽式汽輪機以發(fā)電為主、供熱為輔，其供電與供熱的能量比通常為3:1，而背壓式汽輪機則以供熱為主，以熱定電。 2)抽汽式汽輪機以發(fā)電為主，所以要求盡量提高機組效率，降低熱耗，因而同凝汽式汽輪機一樣，采用較低的背壓和回熱給水循環(huán)，以提高機組的經(jīng)濟性。但系統(tǒng)較復雜，成本增加。 3)抽汽式汽輪機供熱量可以在最大抽汽量以下范圍內調節(jié)，即使在抽汽量為零時（無熱負荷），也可以保證汽輪機發(fā)出額定功率。因而可以在較大范圍內同時滿足熱負荷和電負荷的需求。 4)抽汽式汽輪機為了保證在抽汽量變化時，機組發(fā)出額定功率，通常將功率和抽汽量為額定值時的總進汽量作為高壓段的設計流量，而最大流量則取此流量的1.2倍。低壓段設計流量取高壓段設計流量的70～80%。因而在通常運行時，通流部分面積過大，效率較低。但是，抽汽式汽輪機所能發(fā)出的最大功率比額定功率要大，一般允許在超過額定功率25～30%的情況下長期運行。 二、 設計主要研究的內容、預期目標：（技術方案、路線） 本設計研究的主要內容： 1) 汽輪機結構形式的選擇 查閱國內外相關文獻資料,全面掌握抽汽式汽輪機各組成部分的工作原理，根據(jù)給定的技術參數(shù)及要求確定汽輪機的初終參數(shù)、型式。根據(jù)幾種調節(jié)方式的優(yōu)缺點及適用范圍選定汽輪機的調節(jié)方式。 2) 汽輪機的熱力計算，汽輪機變工況熱力校核 確定高低壓加熱器個數(shù)、關鍵點參數(shù)、各加熱器溫升分布、各抽汽參數(shù)，畫出熱力系統(tǒng)圖，擬定熱力系統(tǒng)。計算各缸進排氣參數(shù)、壓損、內效率，繪制焓熵圖，擬定汽輪機的熱力過程線。確定調節(jié)級主要參數(shù)即調節(jié)級理想比焓降、調節(jié)級速比、反動度、平均直徑、葉型。在汽輪機進行熱力設計時，需對額定工況、最大工況及幾個部分負荷工況進行熱力核算，以取得這些工況下機組的經(jīng)濟指標，并為機組主要零部件強度計算和運行提供數(shù)據(jù)，以保證機組安全、經(jīng)濟運行。 3) 汽輪機通流部分的計算 調節(jié)抽汽輪機不能僅僅按照發(fā)出功率的大小來區(qū)別各種工況，而且是必須同時考慮很多有關因素，如最大工業(yè)抽汽量，最大供暖抽汽量，汽輪機各個機組的最大流通量等。盡管調節(jié)抽汽輪機能較大范圍內同時適應外界熱、電負荷的不同需求，但它在某些工況下經(jīng)濟性是不高的，只有當高、低壓各部分流量接近設計值時，才具有較高的經(jīng)濟性。 4) 汽輪機整體方案的設計；繪制汽輪機縱剖圖 查找相關資料，確定汽輪機整體方案設計，根據(jù)汽輪機的設計計算確定合理的外部形狀以及內外部的尺寸結構。運用AutoCAD繪制汽輪機縱剖圖。 5) 繪制汽輪機轉子組件圖 根據(jù)汽輪機轉子的結構尺寸，運用AutoCAD繪制汽輪機轉子組件圖。 6) 汽輪機通流部分主要零部件的強度校核計算 校核汽機的葉片和隔板、轉子、氣缸和軸承，其中包括氣缸法蘭螺栓和主進氣閥門及氣封結構的確定。 7) 整理資料，撰寫詳細的設計說明書。 預期的目標： 根據(jù)12MW汽輪機的設計要求以及相關的技術參數(shù)，掌握汽輪機的熱力計算的方法，繪制汽輪機縱剖圖、轉子組件圖等相關圖紙，有詳細的設計說明書。對汽輪機主要零部件進行校核，在滿足設計要求的前提下力求能夠投產運行。鍛煉自我，提高自己解決工程實際問題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識，為將來進入工作崗位打下基礎。 三、設計（論文）的研究重點及難點： 本設計（論文）研究的重點： 汽輪機的結構設計 1)汽輪機轉子 汽輪機的轉子是所有轉動部分的組合體，擔負著工質能量轉換及扭矩傳遞的重任。汽輪機轉子為徹底消除殘余內應力的鍛造轉子，汽輪機設計允許不揭缸進行轉子的動平衡，為確保安全可靠，汽輪機轉子必須具有一定剛度和強度。 2） 汽輪機葉片 葉片的設計應是精確的、成熟的，使葉片在允許的周波變化范圍內不致產生共振，葉根安裝尺寸應十分準確，有良好互換性，以便順利更換備品葉片。此外葉片組有防止圍帶斷裂的措施。 3) 汽輪機汽缸 汽缸的主要作用是將汽輪機通流部分與外界隔開，保證蒸汽在汽輪機內完成做功過程。所以汽缸鑄件做到徹底消除殘余內應力，使汽輪機在起動、帶負荷、連續(xù)穩(wěn)定運行及冷卻過程中，能始終保持正確的同心度。高壓缸進汽部分及噴嘴室設計應適當加強，以確保運行穩(wěn)定、振動小。汽缸端部汽封及隔板汽封應該有適當?shù)膹椥院屯谱岄g隙，當轉子與汽缸偶有少許碰觸時，可不致?lián)p傷轉子或導致大軸彎曲。 4)級、隔板、汽封、軸承聯(lián)軸器、盤車裝置等設計 汽輪機熱力設計 1)熱力設計系統(tǒng) 調節(jié)抽汽輪機各級組的流量相差很多，回熱抽汽量與總進汽量比例較小。 2)通流部分熱力設計 由于調節(jié)抽汽輪機低壓部分的設計流量通常比高壓部分低許多，即使是功率較大的抽汽機組，其低壓部分通流尺寸也比同等功率下凝汽機組小。 3)設計流量的選擇 兩個相鄰機組之間有大量抽汽，所以各級組流量和功率相差很多。 4)軸向推力的變化特點 調節(jié)抽汽式汽輪機軸向推力的變化規(guī)律很復雜，最大軸向推力不在最大負荷下出現(xiàn)。 5)調節(jié)抽汽壓力的選擇 一次調節(jié)抽汽壓力應在滿足外界熱用戶的要求下，盡量降低其設計值，抽汽份額在汽輪機內的理想比焓降較大，可以提高機組的發(fā)電量，改善其經(jīng)濟性。 本設計研究的難點： 1）設計流量的選擇 由于兩個相鄰機組之間有大量抽汽，所以各級組流量和功率相差很多，而且在工況變化時彼此之間的關系要比普通多級汽輪機復雜。因此，要保證機組在長期運行中均能有較高的經(jīng)濟性，必須在設計時，詳細了解該機組的主要運行條件，合理地確定各汽缸的設計流量。 2)通流部分熱力設計 抽汽式汽輪機不能僅僅按照發(fā)出功率的大小來區(qū)別各種工況，而是必須同時考慮很多有關因素，如最大工業(yè)抽汽量，最大供暖抽汽量，汽輪機各級組的最大通流量等。不能用一種工況作為汽輪機裝置的設計工況。 3）軸承的校核 除了蒸汽量外，抽汽室中抽汽壓力的波動和變化也會引起高、低壓部分軸向推力的變化，而且抽汽壓力的這種變化有時是在高、低壓部分蒸汽量均保持不變的情況下出現(xiàn)的。因此，軸向推力的變化有時不能被汽輪機前端軸封處的軸向推力平衡裝置所抵消，致使推力軸承過載。 四、 設計（論文）研究方法及步驟（進度安排）： 本設計研究的方法： 1) 查閱國內外相關文獻資料，了解國內外研究趨勢，全面掌握抽汽式汽輪機各組成部分的工作原理，擬定初步的設計方案； 2) 查找相關設計案例，完成汽輪機的熱力計算； 3) 進行校核計算，完成汽輪機整體方案的設計，繪制汽輪機縱剖圖及相關圖紙； 4) 整理資料，撰寫詳細的設計說明書。 本設計研究的進度安排： 20150112 接受任務書； 20150112～20150114 搜集資料，熟悉參考資料及設計課題； 20150115～20150121 搭建開題報告框架，完成開題報告初稿，提交老師檢 查； 20150122～20150124 根據(jù)導師的建議修改開題報告； 20150125～20150201 完善開題報告； 20150202～20150208 初步擬定設計方案；（寒假） 20150209～20150223 消化零件圖，做好零件圖的繪制工作,查閱熱力計算相關資料，做好熱力計算準備；（寒假） 20150224～20150308 熱力計算； （寒假） 20150309～20150317 消化通流部分尺寸計算原理； 20150318～20150325 通流部分尺寸計算； 20150326～20150402 汽輪機其他部分尺寸計算； 20150403～20150416 繪制汽輪機縱剖圖； 20150417～20150425 繪制汽輪機轉子組件圖； 20150426～20150501 完成汽輪機通流部分主要零部件的強度校核計算； 20140502～20140509 撰寫畢業(yè)設計說明書，完善圖紙； 20140501～20140510 上交設計圖紙及設計說明書； 20140511～20140520 打印畢業(yè)設計說明書； 20140520～20140530 打印圖紙，裝訂畢業(yè)設計說明書。 五、 進行設計（論文）所需條件： 硬件條件：學校圖書館、計算機。 軟件條件：Excel、PowerPoint、Word、AutoCAD。 6、 主要參考文獻 [1] 黃樹紅主編.汽輪機原理[M].北京：中國電力出版社，2008 [2] 肖增弘，盛偉主編.汽輪機設備及系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社, 2008 [3] 葉濤.熱力發(fā)電廠（第二版）[M].北京：中國電力出版社，2008 [4] 道中編.汽輪機設計基礎[M].北京：機械工業(yè)出版社，1990 [5] 史月濤，丁興武，蓋永光等編著.汽輪機設計與運行[M].北京：中國電力出版社，2008 [6] 西安電力學校汽輪機教研組.小型火力發(fā)電廠汽輪機設備及運行（修訂版）[M].北京：水利電力出版社,1987 [7] 王汝武.一種新型可調節(jié)抽汽汽輪機[J].熱電技術，2005（2）:8-11 [8] 霍子忠.提高小型汽輪機運行經(jīng)濟性的方法[J].黑龍江科學，2014,5（7）:283 [9] 陳強，程天宇，王君慶.小型汽輪機在熱電聯(lián)產的經(jīng)濟效益分析[J].區(qū)域供熱，2007（2）：27-28 [10] 趙欣亮，蔣昭輝.12MW抽汽背壓式汽輪機應用總結[J].化肥設計，2012,50（4）：36-39 [11] 張素心，楊其國，王為民.我國汽輪機行業(yè)的發(fā)展與展望[J].熱力透平，2003,（1）：1-5 [12] 鄭云之.現(xiàn)代汽輪機在我國的發(fā)展與展望[J].動力工程，1997，17（5）：27-34 [13] 馮亮，劉勇.采用調整抽汽汽輪機替代純凝機組的節(jié)能效果[J].有色冶金節(jié)能，2004,21（5）：87-88 [14] 王汝武.凝汽式汽輪機改為可調節(jié)抽汽輪機的實用方法[J].節(jié)能與環(huán)保，2001（1）:46-47 [15] 董小泊，矯立強，肖鑫利.火電廠汽輪機運行評價研究[J].科技前沿，20013(9)：10-11 [16] MOOG Industrial Controls Division．Electro-hydraulic Valves- A Technical 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