1、汽轮机课程设计指导书(1) 汽轮机课程设计指导书 华北电力大学 2023.06 第一局部 汽轮机课程设计指导书 一、课程设计的目的与要求 1系统地总结、稳固并应用汽轮机原理课程中已学过的理论知识，通过课程设计重点掌握汽轮机热力设计的方法、步骤。 2汽轮机热力设计的任务，一般是按照给定的设计条件,选择一些主要参数包括平均反动度，速比，确定流通局部的几何参数，包括级的平均直径，叶型，叶高，几何角力求获得较高的相对内效率。就汽轮机课程设计而言其任务通常是指各级几何尺寸确实定及级效率和内功率的计算。 3汽轮机设计的主要内容与设计程序大致包括： (1) 分析并确定汽轮机热力设计的根本参数，如汽轮机容量、
2、进汽参数、转速、排汽压力或循环水温度、回热加热级数及给水温度、供热汽轮机的供汽压力等。 (2) 分析并选择汽轮机的型式、配汽机构型式、通流局部形状及有关参数。 (3) 拟定汽轮机近似热力过程线和原那么性热力系统，进行汽耗量与热经济性的初步计算。 (4) 根据汽轮机运行特性、经济要求及结构强度等因素，比较和确定调节级的型式、比焓降、叶型及尺寸等。 (5) 根据流通局部形状和回热抽汽压力要求，确定压力级的级数，并进行各级比焓降分配。 (6) 对各级进行详细的热力计算，求出各级流通局部的几何尺寸、相对内效率和内功率，确定汽轮机的实际热力过程线。 (7) 根据各级热力计算的结果，修正各回热抽汽点压力以
3、符合实际热力过程线的要求。 (8) 根据需要修正热力计算结果。 (9) 绘制流通局部及纵剖面图。 4通过设计对整个汽轮机的结构作进一步的了解，明确主要部件在整个机组中的作用、位置及相互关系。 5通过设计了解并掌握我国当前的技术政策和国家标准、设计资料等。 6所设计的汽轮机应满足以下要求： (1) 运行时具有较高的经济性。 (2) 不同工况下工作时均有高的可靠性。 (3) 在满足经济性和可靠性要求的同时，还应考虑到汽轮机的结构紧凑、系统简单、布局合理、本钱低廉、安装与维修方便以及零部件通用化、系列标准化等因素。 7由于课程设计的题目接近实际，与当前国民经济的要求相适应，因而要求设计者具有高度的责
4、任感，严肃认真。应做到选择及计算数据精确、合理、绘图标准，清楚美观。 二、课程设计题目 以下为典型常规题目，也可以设计其他类型的机组。 机组型号： B25-8.83/0.981 机组型式：多级冲动式背压汽轮机 新汽压力：Po=8.83Mpa (90ata) 新汽温度：to=535 排汽压力：Pc=0.981Mpa (10ata) 额定功率：Pel=25000KW 转速：n=3000rpm 三、课程设计的内容与步骤 （一）设计工况下的热力计算 1确定机组配汽方式（采用喷嘴配汽） 2调节级选型（采用单列级） 3主要参数 设计参数 Po=8.83Mpa ，to=535 ， Pc=0.981Mpa，
5、Pel=25000KW ，n=3000rpm 选取设计参数 设计功率 一般凝汽式机组有统一系列标准，而背压机组在国内目前尚无统一系列标准。可取：设计功率=经济功率=额定功率。 汽轮机相对内效率ri 选取某一ri 值，待各级详细计算后与所得ri 进行比较，直到符合要求为止。 机械效率： 取m= 99% 发电效率： 取 g= 97% 给水回热系统及参数：采用两级加热器,一级除氧器。系统及参数详见给水回热系统图。 图1 给定题目的回热加热系统 4近似热力过程线的拟定 （1）进汽机构的节流损失Po 阀门全开时，Po=(0.030.05)Po，通常取调节级喷嘴前Po=0.95Po （2）排汽管中压力损失
6、Pc ：对于本机,认为Pc=Pc， 即Pc=0 （3）末级余速损失hc2 ：本机取C2=70m/s （4）调节级效率 调节级效率较低，而中间级效率较高。假定调节级ri=70% 而调节级后压力Pa=5.88Mpa， 作为初拟热力过程线的参数。可采用分段拟定热力过程线。 图2 调节级热力过程线 5汽轮机总进汽量的初步估算 3.6xPel Do= xm+D (ht mac)xrigm Pel汽轮机的设计功率，kW (ht mac)汽轮机通流局部的理想比焓降，kJ/kg ri汽轮机通流局部相对内效率之初估值； g机组的发电机效率； m机组的机械效率； m考虑回热抽汽引起汽量增大的系数,它与回热级数、给
7、水温度、汽机容量及参数有关，取m=1.05； D是考虑门杆漏汽及前轴封漏汽的蒸汽余量，（t/h） D=Dl+Dv给定前轴封漏汽Dl=3.8t/h，门杆漏汽Dv=1.2t/h ； Do是汽轮机总进汽量。 6调节级的详细热力计算 （1）确定调节级进汽量Dg Dg=Do-Dv （ t/h） （2）确定速比Xa和理想比焓降择喷嘴叶型和喷嘴出口角1。 (参见喷嘴叶型表) （6）计算喷嘴出口汽流速度C1 C1=xC1t ，取 =0.97 （7）计算喷嘴损失hn hn=(1-2)x hn （8）确定喷嘴出口面积An An=GnxV1t/nxC1t Gn喷嘴流量，kg/s V1t喷嘴出口理想比容，m3/kg
8、n喷嘴流量系数，取n=0.97 （9）确定局部进汽度e 确定局部进汽度的原那么是选择局部进汽度e和喷嘴高度ln的最正确组合，使叶高损失hl和局部进汽损失he之和为最小。 由An=exxdmxlnxsin(1) 得ln=An/ (exxdmxsin(1) 而hl=lxEo=a1/lnxXaxEo ， 取a1=9.9 he=exEo=(w+s)xEo 鼓风损失系数e=Bex1/ex(1-e-ec/2)xXa3 ，取 Be=0.15，ec=0.4 斥汽损失系数s=Cex1/exSn/dnxXa，取Ce=0.012，Sn=3 (喷嘴组数) ， dn=dm=1100mm 令y=hl+he 令其一阶导数为
9、零，即求y的极值，最终可得到e ，设计时选取e值比计算值稍大些。 （10）确定喷嘴高度ln ln= An/ (exxdmxsin(1) （11）动叶高度 lb=ln+ （为盖度） （12）选取盖度 对于本机组来说 调节级：=2.5mm 压力级：=2.0mm (ln（14）求动叶进口汽流相对速度w1和进汽角1 tg1=c1xsin（1）/（c1xcos（1）-u） w1=C1xsin（1）/sin（1） hw1=w12/2 （15）计算动叶前滞止压力P10 由h1=h1t+hn和hw1查焓熵图 （16）确定动叶理想比焓降hb和动叶滞止理想比焓降hb0 hb=mxht hb0=hb+hw1 （17
10、）计算动叶出口汽流相对速度w2 w2t= w2=xw2t ，由m和w2t 查图得到 （18）计算动叶损失hb hb=(1-2)x hb 0 （19）求取动叶后蒸汽压力P2和比容V2 由hb和hb查焓熵图得到 （20）确定动叶出口面积Ab Ab=GbxV2/w2 ，因未考虑叶顶漏汽,故Gb=Gn （21）确定动叶出口汽流角2 sin(2)=Ab/(exxdbxlb) 根据1和2和动叶叶型表选取动叶叶型 （22）计算动叶出口汽流绝对速度从C2和出汽角2 2=arctg（w2xsin（2）/（w2x cos（2）-u） （23）计算余速损失hc2 hc2=0.5xC22 （24）计算轮周效率比焓降h
11、u （无限长叶片） hu=hto-hn-hb-hc2 （25）计算级消耗的理想能量Eo Eo=hco+ht-1xhc2 对于调节级Eo=hto=ht （26）计算轮周效率u（无限长叶片） u=hu/Eo （27）校核轮周效率 单位质量蒸汽对动叶所作的轮周功 Wu=ux(c1xcos(1)+c2xcos(2) 轮周效率 u“=Wu/Eo 用两种方法计算所得轮周效率应相近，其误差要求 u=|u-u“|/ux100%1%说明前面计算有误，须重新计算。 （28）计算叶高损失hl hl=a/lxhu ，式中取系数a=1.6，已包括扇形损失 （29）计算轮周有效比焓降hu hu=hu-hl （30）计算轮
12、周效率u u=hu/Eo （31）计算叶轮摩擦损失hf hf=Pf/G 其中Pf=K1x（u/100）3xdm2/v ，取K1=1.07 v=(v1+v2)/2 （32）计算局部进汽损失he he=hw+hs 鼓风损失hw=wxht ，w=Bex1/ex(1-e-ec/2)xXa3 斥汽损失hs=sxht ， s=Cex1/exSn/dnxXa （33）计算级效率和级内功率 级的有效比焓降 hi=hu-hf-he 级效率 i=hi/Eo 级内功率 Pis=Gxhi （34）确定级后参数 级后压力P2和比焓h2由焓熵图查出。 最后，画出动叶出口速度三角形，级的热力过程线，标出参数。 7压力级比焓
13、降分配及级数确定 本机组采用整段转子，整段转子的叶片根部直径一般采用相同的值。这样，一方面是加工方便，另一方面可使很多级的隔板体通用。 （1）第一压力级平均直径dmI确实定 这里给定dmI=981mm 检验喷嘴高度ln ，使ln 不小于1215mm，否那么应减小dmI或采用局部进汽度。 首先选取Xa I=0.4365，m=0.07，1=11.5度， 计算htI、hnI和h1t ， htI=Ca2/2=0.5x(xdmxn/60/Xa)2 hnI=(1-m)x htI h1t=ho-hnI 查焓熵图求V1t 第一压力级喷嘴流量为调节级流量减去前轴封漏汽量，即 GnI=GoI=Gg-Gl (kg/
14、s) 喷嘴出口汽流速度C1t 由连续性方程有 GnI=nxAnxC1t/V1t ， 其中流量系数n取0.97 而 An=exxdmIxlnIxsin(1)，其中取e=1 求出ln，检验其正确性 （2）末级平均直径确实定 给定dm z=1019.5mm （3）确定压力级平均直径的变化 根据汽轮机原理所描述的蒸汽通道形状，确定压力级平均直径的变化规律，通常采用作图法。在纵坐标上任取长度为a的线段BD（一般a=25cm），用以表示第一压力级至末级动叶中心之轴向距离。在BD两端分别按比例画出第一压力级与末级的平均直径值。根据选择的通道形状，用光滑曲线将A、C两点连接起来。AC曲线即为压力级各级直径的变
15、化规律。 （4）压力级的平均直径dm（平均） 将BD线等分为m等分，取1、2、3m-1点。为了减小误差，建议6。从图中量出各段长度，求出平均直径。 dm（平均）=（AB+（1-1）+（2-2）+CD）/（m+1）xk ， 式中的k 为比例尺。（见图3） 图3 压力级平均直径变化曲线图 （5）压力级的平均比焓降ht（平均） 选取平均速比Xa（平均）=0.4367， 那么 ht（平均）=0.5x（xdm（平均）xn/60/Xa（平均）2 （6）压力级级数确实定Z Z=(1+)x ht p/ ht（平均） 式中ht(p)-压力级的理想比焓降 ，为重热系数，本机=0.05 ，将Z取整。 （7）各级平均直径的求取 求取压力级级数后，再将上图中BD线段重新分为(Z-1)
