内蒙古工业大学汽轮机课设说明书

汽轮机原理课程设计说明书学校代码： 10128学 号： 201020307016课程设计说明书题目：15MW凝汽式汽轮机热力设计学生姓名：王志东学院：能动学院班级：能环10-2指导教师：贾相如2013年 6月 30日汽轮机原理课程设计说明书内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书课程名称：汽轮机原理A课程设计

学院： 能动学院

班级：

能环

10-2学生姓名：

王志东

_

学号：

201020307016

指导教师：

贾相如一、题目15MW 凝汽式汽轮机热力设计二、目的与意义汽轮机原理课程设计是培养学生综合运用所学的汽轮机知识，训练学生的实际应用能力、理论和实践相结合能力的一个重要环节。通过该课程设计的训练，学生应该能够全面掌握汽轮机的热力设计方法、汽轮机基本结构和零部件组成，系统地总结、巩固并应用《汽轮机原理》课程中已学过的理论知识，达到理论和实际相结合的目的。重点掌握汽轮机热力设计的方法、步骤。三、要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等）主要技术参数：额定功率：

17MW

；设计功率：

12MW

；新汽压力：

3.43MPa

； 新汽温度：

435℃

；排汽压力：

0.007MPa

； 冷却水温：

25℃

；给水温度：

165℃

； 机组转速：

3000r/min

。主要内容：1、确定汽轮机型式及配汽方式2、拟定热力过程及原则性热力系统，进行汽耗量与热经济性的初步计算3、确定调节级形式、比焓降、叶型及尺寸等4、确定压力级级数，进行比焓降分配5、各级详细热力计算，确定各级通流部分的几何尺寸、相对内效率、内功率与整机实际热力过程曲线6、整机校核，汇总计算表格要求：1、严格遵守作息时间，在规定地点认真完成设计；设计共计二周。2、按照统一格式要求，完成设计说明书一份，要求过程完整，数据准确。3、完成通流部分纵剖面图一张（一号图）4、计算结果以表格汇总汽轮机原理课程设计说明书四、工作内容、进度安排1、通流部分热力设计计算（ 9天）（1）熟悉主要参数及设计内容、过程等（2）熟悉机组型式，选择配汽方式（3）蒸汽流量的估算（4）原则性热力系统、整机热力过程拟定及热经济性的初步计算（5）调节级选型及详细热力计算（6）压力级级数的确定及焓降分配（7）压力级的详细热力计算（8）整机的效率、功率校核2、结构设计（1天）进行通流部分和进出口结构的设计3、绘制汽轮机通流部分纵剖面图一张（一号图）（ 2天）4、编写课程设计说明书（ 2天）五、主要参考文献《汽轮机课程设计参考资料》 .冯慧雯.水利电力出版社.1992《汽轮机原理》（第一版） .康松、杨建明编.中国电力出版社.2000.9《汽轮机原理》（第一版）.康松、申士一、庞立云、庄贺庆合编.水利电力出版社.1992.6《300MW火力发电机组丛书——汽轮机设备及系统》 （第一版）.吴季兰主编.中国电力出版社.1998.8指导教师下达时间 2010 年7 月12 日指导教师签字：_______________审核意见系（教研室）主任（签字）汽轮机原理课程设计说明书前 言《汽轮机原理》是一门涉及基础理论面较广，而专业实践性较强的课程。该课程的教学必须有相应的实践教学环节相配合，而课程设计就是让学生全面运用所学的汽轮机原理知识设计一台汽轮机，因此，它是《汽轮机原理》课程理论联系实际的重要教学环节。它对加强学生的能力培养起着重要的作用。本设计说明书详细地记录了汽轮机通流的结构特征及工作过程。内容包括汽轮机通流部分的机构尺寸、各级的设计与热力计算及校核。由于知识掌握程度有限以及二周的设计时间对于我们难免有些仓促，此次设计一定存在一些错误和遗漏，希望指导老师给予指正。编者2013 年6月30日汽轮机原理课程设计说明书目 录第一章15MW凝汽式汽轮机设计任务书....................................11.1设计题目：12MW凝汽式汽轮机热力设计..............................11.2设计任务及内容....................................................11.3设计原始资料......................................................11.4设计要求..........................................................1第二章多级汽轮机热力计算...............................................22.1近似热力过程曲线的拟定............................................22.2汽轮机总进汽量的初步估算..........................................42.3回热系统的热平衡初步计算..........................................42.4流经汽轮机各级机组的蒸汽两级及其内功率计算........................82.5计算汽轮机装置的热经济性..........................................9第三章通流部分选型及热力计算........................................133.1通流部分选型.....................................................13第四章压力级的计算..................................................164.1各级平均直径的确定：..............................................164.2级数的确定及比焓降的分配：........................................174.3各级的热力计算...................................................194.4第一压力级的热力计算.....................................................24第五章整机校核及计算结果的汇总.......................................305.1整机校核.........................................................305.2级内功率校核：....................................................305.3压力级计算结果汇总...............................................30参考文献..................................................................36汽轮机原理课程设计说明书第一章 15MW凝汽式汽轮机设计任务书1.1 设计题目 ：12MW凝汽式汽轮机热力设计1.2 设计任务及内容根据给定条件完成汽轮机各级尺寸的确定及级效率和内功率的计算。在保证运行安全的基础上，力求达到结构紧凑、系统简单、布置合理、使用经济性高。汽轮机设计的主要内容：确定汽轮机型式及配汽方式；拟定热力过程及原则性热力系统，进行汽耗量于热经济性的初步计算；确定调节级型式、比焓降、叶型及尺寸等；确定压力级级数，进行比焓降分配；各级详细热力计算，确定各级通流部分的几何尺寸、相对内效率、内功率与整机实际热力过程曲线；整机校核，汇总计算表格。1.3 设计原始资料额定功率：15MW设计功率：13.6MW新汽压力：3.43MPa新汽温度：435℃排汽压力：0.007MPa冷却水温：25℃机组转速：3000r/min回热抽汽级数：5给水温度：165℃1.4 设计要求严格遵守作息时间，在规定地点认真完成设计，设计共计两周；完成设计说明书一份，要求过程完整，数据准确；完成通流部分纵剖面图一张（A1图）计算结果以表格汇总。1汽轮机原理课程设计说明书第二章 多级汽轮机热力计算2.1 近似热力过程曲线的拟定一、进排汽机构及连接管道的各项损失蒸汽流过各阀门及连接管道时，会产生节流损失和压力损失。表2-1列出了这些损失通常选取范围。表2-1汽轮机各阀门及连接管道中节流损失和压力估取范围损失名称 符 号 估算范围主汽管和调节阀节流损p0△P=（0.03～0.05）p0失排汽管中压力损失pc△P=（0.02～0.06）pc回热抽汽管中压力损失 pe △P=（0.04～0.08）peP0P0＇0P0t00＇(Pc＇himhtmacPcachtmhPcs图2-1进排汽机构损失的热力过程曲线2汽轮机原理课程设计说明书二、汽轮机近似热力过程曲线的拟定根据经验，对一般非中间再热凝汽式汽轮机可近似地按图 2-2所示方法拟定近似热力过程曲线。由已知的新汽参数 p0、t0，可得汽轮机进汽状态点 0，并查得初比焓 h0=3307KJ/kg。由前所得，设进汽机构的节流损失 P0=0.04P0，得到调节级前压力 P0＇=P0- P0=3.29MPa，并确定调节级前蒸汽状态点 1。过1点作等比熵线向下交于 Px线于2点，查得h2t=2180KJ/kg，整机的理想比焓降 htmac'=3304.2–2170=11340.2KJ/kg。由上估计进汽量后得到的相对内效率ηri=85%，有效比焓降macmac＇，排汽比焓hz=h0–macht=（ht）ηri=953.73KJ/kght=3304.2-952.73=2351.47KJ/kg，在h-s图上得排汽点Z。用直线连接1、Z两点，在中间3'点处沿等压线下移 21～25KJ/kg得3点，用光滑连接 1、3、Z点，得该机设计工况下的近似热力过程曲线，如图 2-2所示3.43M3.26Mpagk/Jk2.3411

435℃ h0=3304.2kJ/kg13＇gk/Jkg52k～/31J2k6.00010.007Mpaz hz=2351.47kJ/kg2h2t=2170kJ/图2-217MW凝汽式汽轮机近似热力过程曲线3汽轮机原理课程设计说明书2.2 汽轮机总进汽量的初步估算一般凝汽式汽轮机的总蒸汽流量 D0可由下式估算：D03.6PemDt/hhtmac'gm式中Pe———汽轮机的设计功率，KW；htmac'——通流部分的理想比焓降，KJ/kg；rig

———汽轮机通流部分相对内效率的初步估算值 ；———机组的发电机效率 ；m ———机组的机械效率 ；———考虑阀杆漏气和前轴封漏汽及保证在处参数下降或背压升高时仍能发出设计功率的蒸汽余量，通常取 D/D0=3%左右，t/h————考虑回热抽汽引起进汽量增大的系数，它与回热级数、给水温度、汽轮机容量及参数有关，通常取m=1.08～1.25，设m=1.25 D=2.0t/h m=0.99 g=0.97则D0=3.6×12000×1.08/(952.73 ×0.99×0.97)+0.03D0=53.98t/h蒸汽量 D包括前轴封漏汽量 Dl=1.000t/h Dej=0.5t/h D/D0=3%调节抽汽式汽轮机通流部分设计式，要考虑到调节抽汽工况及纯凝汽工况。般高压部分的进汽量及几何尺寸以调节抽汽工况作为设计工况进行计算，低压部分的进汽量及几何下以纯凝汽工况作为设计工况进行计算。2.3 回热系统的热平衡初步计算汽轮机进汽量估算及汽轮机近似热力过程曲线拟定以后，就可进行回热系统的热平衡计算。一、回热抽汽压力的确定除氧器的工作压力给水温度tfw和回热级数zfw确定之后，应根据机组的初参数和容量确定除氧器的工作压力。除氧器的工作压力与除氧效果关系不大， 一般根据技术经济比较和实用条件来确定。通常在中低参数机组中采用大气式除氧器。大气式除氧器的工作压力一般选择略高于大气4汽轮机原理课程设计说明书压力即0.118MP。抽汽管中压力损失pe在进行热力设计时，要求 pe不超过抽汽压力的 10%，通常取 pe=（0.04～0.08）pe，级间抽汽时取较大值，高中压排汽时取较小值。3. 表面式加热器出口传热端差 t由于金属表面的传热阻力，表面式加热器的给水出口水温 tw2与回热抽汽在加热器中凝结的饱和水温te'间存在温差 t=te'-tw2称为加热器的出口端差，又称上端差，经济上合理的端差需通过综合的技术比较确定。一般无蒸汽冷却段的加热器取 t=3～6℃回热抽汽压力的确定在确定了给水温度tfw、回热抽汽级数zfw、上端差t和抽汽管道压损pe等参数后，可以根据除氧器的工作压力，确定除氧器前的低压加热器数和除氧器后的高压加热器数，同时确定各级加热器的比焓升 hw或温升 tw。这样，各级加热器的给水出口水温 tw2也就确定了。根据上端差 t可确定各级加热器内的疏水温度 te'，即te'=tw2+ t。从水和水蒸气热力性质图表中可查得 te'所对应的饱和蒸汽压力 ----- 个加热器的工作压力 pe'。考虑回热抽汽管中的压力损失，可求出汽轮机得抽汽压力 pe，即pe=pe'+ pe。在汽轮机近似热力过程曲线中分别找出个抽汽点得比焓值 he，并将上述参数列成表格如下：5汽轮机原理课程设计说明书表2-218MW凝汽式汽轮机即热汽水参数加抽抽抽加饱饱出给给热汽汽汽热和和口水水器压比管器水水端出出号力焓压工温比差t口口pehe损作度焓℃水比（MPa(KJ/kgpepe压te'he'温焓））力℃（KJ/kgtw2hw2(%）pe'）℃（KJ/kg）（MPa）Hl0.86299580.791170719.255160697.39H20.335274080.308134.63566.185129.63549.07H0.1422695170.118104.254370104.25437dH30.086263580.07993.15390.2390.15378.4H20.029250580.02766.37277.8363.37266.16汽轮机原理课程设计说明书二、各级加热器回热抽汽量计算1.H1高压加热器其给水量为Dfw=D0-Dl+Dej=53.98-1+0.5+0.77=54.25t/h式中D———高压端轴封漏汽量，1t/h；lDej———射汽漏汽器耗汽量，0.5t/h。该级回热抽汽量为：DelDfw(hw2hw1)=54.25697.39549.07=3.59t/h1.(he1he'1)h2995719.250.982.H2高压加热器其热平衡图见2-11先不考虑漏入H2高压加热器的那部分轴封漏汽量Dl1以及上级加热器的疏水量Del，则该级加热器的计算抽汽量为De2Dfw(hw2hw1)549.074437=2.84t/h'(he1he'1)=54.25h2740566.180.98考虑上级加热器疏水流入 H2高压加热器并放热可使本级抽汽量减少的相当量为De1eDe1(he1'he2')719.25566.18t/h(he2he2'=3.5927400.253)h566.18考虑前轴封一部分漏汽量 Dl1漏入本级加热器并放热可使本级回热抽汽量减少的相当量为Dl1(h1he2')3098.1566.180.897t/hDl1e0.772740566.18(he2he2')h式中h1———轴封漏汽比焓值，相当于调节级后汽室中蒸汽比焓，h1=3908.1kj/kg。本级高压加热器H2实际所需回热抽汽量为De2 De2' De1e Dl1e 3.63 0.137 0.897 2.48t/hHd（除氧器）除氧器为混合式加热器。分别列出除氧器的热平衡方程是与质量平衡式：Dedhed (Del De2 Dl1)he'2 Dcwhw1 Dfwhed'7汽轮机原理课程设计说明书Dcw Dl1 Ded Del De2Dfw代入数据解得：抽汽量除氧器Ded=0.818t/h凝结水量Dfw=46.592t/h4.H3低压加热器其热平衡图与H1加热器的热平衡图相同。回热抽汽量De3为DD'DDhw2hw146.592318.4266.12.38t/he2e2e3cwhh'h2635390.20.98e3e3H4低压加热器凝汽器压力为0.007MPa时，对应的的凝结水饱和温度tc=39.997℃。H低压加热器凝结水进口水温t=39.997+3=31.997℃，对应的比焓值为175.87KJ/kg4w1H4的计算抽汽量D'e4Dcwhw2hw1=46.592266.1175.871.93t/hhh'h2505277.80.98e4e4H3的疏水流入引起末级回热抽汽量减少的相当量为h'e3h'e4=390.2277.8t/hDe3eDe3he4h'e42.382505277.80.12H4的实际回热抽汽量为De4 D'e4 De3e 1.93 0.12 1.81t/h2.4 流经汽轮机各级机组的蒸汽两级及其内功率计算调节级: D0 2453.367.98t/hD0(h0h2)53.98(33004.23098.1)kwPi03090.363.63.6(调节级后压力为1.226，比焓值hi3098.1KJ/kg)第一级组：D1D0Dl5324.98.367-1=521.9823t/h.367Pi1=D1（hl-he1）/3.6=52.98×（3098.1－2995）/3.6=1517.29kw第二级组：8汽轮机原理课程设计说明书D2=D1- Del=52.98-3.59=49.39t/hPi2=D2（he1-he2）/3.6=49.39×（2995－2740）/3.6=3498.46kw第三级组：D3=D2- De2=49.39-2.48=46.91t/hPi3=D3（he2-hed）/3.6=46.91×（22740－2695）/3.6=586.38kw第四级组：D4=D3- Ded=46.91-0.818=46.092t/hPi4=D4（hed-he3）/3.6=46.092×（2695－2635）/3.6=768.2kw第五级组：D5=D4- De3=46.092-0.12=45.972t/hP i5=D5（he3-he4）/3.6=45.972 ×（2635-2505）/3.6=1660kw第六级组：D6=D5- De4=45.972-1.81=44.162t/hPi5=D6（he4-hz）/3.6=44.162×（2505-2351.47）/3.6=1883.39kw整机内功率：Pi=ΣPi=3090.36+1517.29+3498.46+586.38+768.2+1660+188.39=13004.08kw2.5计算汽轮机装置的热经济性机械损失P=P(1-η)=13004.08×(1-0.99)=130.04kwmim轴端功率Pa=Pi-Pm=13004.08-130.04=12874.04kw发电机功率P=Pη=12874.04×0.97=12487.82kweag校核（12487.82-12000）/12000×100%=4.06%符合设计工况P=12000kw的要求，原估计的蒸汽量D正确。e0汽耗率：D010394200dPe53.98×1000/312487.74.82=4.32kg/(kw.h)25192.47不抽汽时估计汽耗率：dD0103243673.7333.81t/h[D0(h0hz)Pm]m[24.367(33052312.8)88.23]0.9853.63.6汽轮机装置汽耗率：q d(h0 hfw)=4.32×(3304.2-697.39)=11261.42KJ/(kw.h)9汽轮机原理课程设计说明书汽轮机装置的绝对电效率：36003600el3600/11261.3075242×100%=31.97%q11706.510计算结果列于表 2-3

汽轮机原理课程设计说明书700.0据数算计衡平热 据机轮 数汽式 本汽 基凝WM513-2表

97776880..025.330a℃℃pMpctcj/cteP温水压口水出背口器机出温却轮器冷汽汽汽凝抽728975..53025ghkh//JttKjlee0DhD降量焓汽汽比进器量器总汽耗汽机射抽轮汽汽射325.44.303433agkp℃/MJKP0t0h0压温焓比初初初机机机轮轮轮汽汽汽

7821..61aappMMpppcpf头头压压泵泵水水结给凝026.11.44hh//ttleDD量量汽气蒸漏器封汽轴凝前入流050023ni℃m/ttlc速 温转 水作 却工 冷

15861.31kh/gW℃k′twfd率耗度汽温时水气给抽不4400..04据378数121性特WW力kk热的mPPa置装机率轮失功汽损端械器机轴连40.17751322ggkk//JJKKhzth2比焓气比排焓气熵排比等

9243..17692611gkhk//JgWKkqhf焓比 率水 耗给 热87.7984221WkPeg率率功效端机机电电发发23.74.321519ggkk//JJKKccaamtmthh降降焓焓比比想效理有

79.13℅leη率效电对绝829.33.54hhW/kt/gkdD量汽进率总耗机汽轮汽.44080831Wkir iη p率 率效 功内 内机 机轮 轮汽 汽11汽轮机原理课程设计说明书49577855223.3H000.70..5.6728020622569524535.871.93H030.03..6.39280209325258545d27.491.33H11436..6.04180201355003848612511.94．.8336.H.7.4653020325152据数518算1659082.9H8987.3.计.9.9330201125衡72平热agagghkkkp/p℃///MJMJJtKKKeeci′hewli′i器phpDei热加焓量量温力比热水水力焓水放结压和压比和的凝器饱汽汽饱汽的热下抽抽下蒸热加′′J加epeK被p1加热抽汽

077148.3...53.604436231621715433.1...63.8236071629315456271.0...843807045931557527204.1..435.98704341115137986053...5.39967241961561gggkkk℃/℃℃//JJJKKK11t22hwtwhwδtwhw温焓差比水端焓增水温口口比焓口水进出水比进口器器口水器出热热出给热加加加凝结给水凝结给水

62.489.23741.01449806..321.095.3hhh///ttt′′′)l1el-De量当相当量水相气疏收抽器量回算热封计加轴级前上抽气量

901.489.2830.1134.195.3h/tlDe量气抽际实12汽轮机原理课程设计说明书第三章 通流部分选型及热力计算3.1 通流部分选型一、排汽口数和末级叶片凝汽式汽轮机的汽缸数和排气口数是根据其功率和单排汽口凝汽式汽轮机的极限功率确定的。当汽轮机的功率大于单排汽口凝汽式汽轮机的极限功率时，需要采用多缸和多排汽口，但很少采用五个以上汽缸的。当转速和初终参数一定时，排汽口数主要取决于末级通道的排汽面积。末级通道的排汽面积需结合末级长叶片特性、材料强度、汽轮机背压、末级余速损失大小及制造成本等因素，进行综合比较后确定。通常可按下式估算排汽面积：Abzpelm23162pc式中pel————机组电功率，KW；pc————汽轮机排汽压力，KPa。二、配汽方式和调节级选型电站用汽轮机的配汽方式有称调节方式，与机组的运行要求密切相关。通常有喷嘴配汽、节流配汽、变压配汽及旁通配汽四种方式。我国绝大多数采用喷嘴配汽方式。采用喷嘴配汽的汽轮机，其蒸汽流量的改变主要是通过改变第一级组的工作面积来实现的，所以该机的第一级又称调节级。调节级各喷嘴组的通道面积及通过其内的蒸汽流量是不一定相同的。调节级型式与参数的选择在设计中是相当重要的，与汽轮机的容量大小、运行方式等因素有关。1．调节级选型由于双列级能承担较大的理想比焓降，一般约为 160～500KJ/kg；但它的级效率及整机效率较低，在工况变动时其级效率变化较单级小； 采用双列级的汽轮机级数较少，结构紧凑，因为其调节级后的蒸汽压力与温度下降较多，所以除调节级汽室及喷嘴组等部件需较好的材料外，汽缸与转子的材料等级可适当降低，从而降低机组造价，提高机组运行的可靠性。故选用双列调节级。2．调节级热力参数的选择1）理想比焓降的选择目前国产汽轮机调节级理想比焓降选取范围如前所述：双列级约为160～500KJ/kg。13汽轮机原理课程设计说明书故选调节级比焓降为 238.6KJ/kg。（2）调节级速度比xa uca的选择为了保证调节级的级效率，应该选取适当的速度比，它与所选择的调节级型式有关。通常双列级速度比的选择范围为 xa 0.22～0.28。3）调节级反动度的选择为提高调节级的级效率，一般调节级都带有一定的反动度。由于调节级为部分进汽级，为了减少漏汽损失反动度不适宜选的过大。 双列调节级各列叶栅反动度之和 m不超过13%～20%。故选取 m=18%。3、调节级几何参数的选择1）调节级平均直径的选择选择调节级平均直径是通常要考虑制造工艺调节级叶片的高度以及第一压力级的平均直径。一般在下列范围内选取：中低压汽轮机（套装叶轮）取 dm=1000～1200mm。2）调节级叶型及其几何特性调节级的叶型，尤其是双列调节级的叶型，通常是成组套装选择使用的。国产汽轮机调节级最常用的叶型组合为苏字叶型。故可选择如表 3-1的叶型：表3-1双列调节级的叶型名 称 喷 嘴 第一列动叶 导 叶 第二列动叶叶片型线 30TC-2B 38TP-1B 32TP-3A 38TP-5A（3）相对节距t和叶片数Z的确定在选取喷嘴和动叶出口角 1和 2时，还需要选择相对节距 tn和tb：tn=tn，bntb=tb。一定的叶型对应有最佳的相对节距范围。所以在选择 tn和tb时应注意的最佳bb范围内选取。则叶栅的上述各项几何参数选定之后， 即可根据平均直径 dn和db确定喷嘴与动叶数zn dnetn， zb dbetb，然后取整。从叶片强度考虑，通常叶片数偶数。（4）汽流出口角 1和 2的选择喷嘴与动叶汽流出口角 1和 2对叶栅的通流能力作功大小及效率高低有较大的影14汽轮机原理课程设计说明书响。决定叶栅出口角大小的最主要因素是对节距和安装角， 喷嘴与动叶有一确定的出口角，往往需要通过对叶片数及相对节距的试凑来满足 1和 2的要求。15汽轮机原理课程设计说明书第四章 压力级的计算4.1各级平均直径的确定：1）第一压力级平均直径的确定：一般冲动式汽轮机速度比可在0.48--0.52范围内选取。选取速度比：Xa 0.48，级的理想比焓降 ht 50KJ/kgdm1 0.2847Xa ht =0.2847×0.48× 50=0.966m凝汽式汽轮机末级直径的估取：dmzGc2θ=44.16218.51000101=1.92m140htmac1400.02952.37sin903600sin2式中Gc——通过末级的蒸汽流量，kg/s；α2——末级动叶出汽角，一般取 α2≈90°；ξ——末级余速损失系数，一般 ξ=0.015～0.025；θ——末级径高比；对于小功率汽轮机尽量使 θ 8--12，以避免采用扭叶片。ν2——末级动叶排汽比容，3m/kg。（3）确定压力级平均直径的变化：在横坐标上取长度为 a的线段BD，用以表示第一压力级至末级动叶中心的轴向距离，在BD两端分别按比例画出第一压力级的平均直径。 根据所选择的通道形状，用光滑的曲线将AC两点连接起来，AC曲线即为压力级各级的直径变化规律，如图 3-1。m-1 C321ABD123m-1图4-1压力级平均直径变化规律16汽轮机原理课程设计说明书4.2级数的确定及比焓降的分配：（1）级数的确定：①压力级的平均直径确定：dmAB(11)(22)CDm1=0.9660.991.041.101.171.281.391.511.621.751.92=1.34m11②压力级平均理想比焓降ht（见图2-5）ht12.337(dm)2=12.337×1.342=96.15KJ/kgxa0.48③级数的确定：压力级的理想比焓降为：hpth20hc＇=3004.2-2170=834.2KJ/kg选取重热系数：=0.03～0.08Zhtp(1)（取整）=834.2(10.07)=9.28。故Z取9.ht96.15校核：Ka(1ri)hptZ1取0.07（其中rihip）Zhtp419=0.16×（1-0.782）×834.28=0.0624199（2）比焓降的分配：①各级平均直径的求取 求得压力级段后，在将图中线段 BD重新分为（z-1）等分，在原拟定的平均直径变化曲线 AC上求出各级的平均直径。②各级比焓降的分配 根据求出的各级的平均直径，选取相应的速度比，根据ht 12.337(dm Xa)2求出各级的比焓降。17汽轮机原理课程设计说明书表4-2比焓降分配辅助用表格级123456789号平均直径d0.9661.001.071.151.281.431.571.731.92m速度比xa0.480.4810.4820.4820.4830.4830.4840.4850.486理想比焓49.9753.3260.8070.2386.64108.1129.8156.9164.1t降h4174理想比焓49.3452.6960.1769.686.01107.5129.1156.3191.9降修正值ht1842各级比焓降的修正在拟定的热力过程曲线上逐级作出各级理想比焓降t，当h最后一级的被压于排汽压力不重合时，必须对分配的比焓降进行修正。3.43Mpa3.26MPa1.19Mpa0.95Mpa895.0.74Mpa6kj714.952./kg13k0.51Mpa73j/k0.34Mpa kj/gkg0.18Mpa0.085Mpa0.024Mpahs图4-2 分配比焓降用的热力过程曲线18汽轮机原理课程设计说明书4.3 各级的热力计算一、出口面积及叶片高度的计算1．喷嘴出口汽流出口速度及喷嘴损失喷嘴中理想比焓降hn(1m)ht初速动能c02hc02000式中 c0——————进入喷嘴的蒸汽初速，滞止理想比焓降hn*hnhc0喷嘴出口汽流理想速度c1t44.72hn*喷嘴出口汽流实际速度c1c1t喷嘴损失hn(12)hn*式中 ——————喷嘴速度系数2．喷嘴出口面积AnGv1t104nc1t3．喷嘴出口高度lnGv1tzntnc1tnsina4．动叶进口速度及能量损失动叶中理想比焓降hbmht动叶进口汽流方向1tan1c1sina1c1cosa1u动叶进口汽流速度w1c1sina1sin1动叶进口速度动能hw1w122000KJ/kg动叶滞止比焓降hb*hbhw1KJ/kg动叶出口汽流理想速度w2t44.72hb*动叶出口汽流实际速度w2w2t19汽轮机原理课程设计说明书式中 ———动叶速度系数动叶出口绝对速度之方向与大小：tan1w2sin2w2con2uc2w2sin2sina2动叶损失hb(12)hb*KJ/kg余速损失hc2c22KJ/kg20005．动叶出口面积动叶一般采用减缩通道,其通道出口面积 Ab的计算方法与喷嘴相同AbGv2t104bw2t式中 G——通过动叶的蒸汽流量,通常取喷嘴中流量值,而将叶顶漏汽作为叶顶漏汽损失予以考虑6．动叶高度lbAblbedbsin 2二、反动度与损失系数的选择反动度Ωm反动度的选择原则为：保证叶片根部动静叶轴向间隙中不漏汽不吸汽。一般根部反动度Ωr应在0.03～0.05范围内。反动度的选择方式有两种：1）选定一个合适的根部反动度Ωr，估取动叶高度，然后用下式确定相应的平均直径处的反动度，即m1(1r)(dblb)db（2）估取一个平均反动度Ωm，待级热力计算后在校核根部反动度。速度系数φ和ψ20汽轮机原理课程设计说明书一般φ=0.92～0.98，ψ=0.85～0.95。第一列喷嘴热力计算：①一列喷嘴出口汽流出口速度及喷嘴损失第一列喷嘴中理想比焓降hn(1m)ht(120%)238.6190.88KJ/kg初速动能hc0c02KJ/kg02000式中 c0——————进入喷嘴的蒸汽初速， m/s滞止理想比焓降hn*hnhc0190.88KJ/kg第一列喷嘴出口汽流理想速度c1t44.72hn*44.72190.88617.85第一列喷嘴出口汽流实际速度c1c1t=698586.96m/s第一列喷嘴损失hn(12)hn*(10.952)190.8818.61KJ/kg式中——————喷嘴速度系数②第一列喷嘴出口面积AnGv1t10414.990.1810445cm2nc1t0.97617.85③第一列喷嘴出口高度lnAn4510010.41mmednsina0.53.141100sin14.5第一列动叶热力计算：①第一列动叶进口速度及能量损失第一列动叶中理想比焓降hb1bht0.14238.633.4KJ/kg第一列动叶进口汽流方向1tan1c1sina1tan1586.96sin14.520.4c1cosa1u586.96cos14.5172.7第一列动叶进口汽流速度w1c1sina1586.96sin14.5421.61m/ssinsin20.41第一列动叶进口速度动能hw122000288.7KJ/kgw1421.61200021汽轮机原理课程设计说明书第一列动叶滞止比焓降hb*hbhw1=33.4+88.7=122.1KJ/kg第一列动叶出口汽流理想速度w2t44.72hb*44.72122.1494.15m/s第一列动叶出口汽流实际速度w2w2t0.9494.15447.74m/s式中——————动叶速度系数第一列动叶出口绝对速度之方向2tan1w2sin2tan1447.74sin17.427.7w2cos2u447.74cos17.4172.7c2w2sin2447.74sin17.4288.04m/ssina2sin27.7第一列动叶损失hb1(12)hb*(10.92)122.123.2KJ/kg余速损失hc2c22288.04241.48KJ/kg20002000②第一列动叶出口面积：动叶一般采用减缩通道,其通道出口面积 Ab的计算方法与喷嘴相同Ab1Gv2t10414.990.2810487cm2bw2t0.97494.15式中 G——通过动叶的蒸汽流量,通常取喷嘴中流量值,而将叶顶漏汽作为叶顶漏汽损失予以考虑③第一列动叶高度lb：lb1Ab87100mmedbsin216.850.53.141100sin17.4(3)导叶热力计算：①导叶出口汽流出口速度及喷嘴损失：导叶中理想比焓降hnght0.01238.62.39KJ/kg滞止理想比焓降hb*hbhw12.3941.4843.87KJ/kg导叶出口汽流理想速度w2t44.72hb*44.7243.87296.2m/s导叶出口汽流实际速度w2w2t0.935296.2276.95m/s22汽轮机原理课程设计说明书导叶损失hb2(12)hb*(1-0.9352)43.875.52KJ/kg②导叶出口面积AnGv1t10414.990.3104156.5cm2nc1t0.97296.2③导叶出口高度lnAn156.510021.85mmednsina0.53.141100sin24.5第二列动叶热力计算：①第二列动叶进口速度及能量损失：第二列动叶中理想比焓降hbmht0.05238.611.93KJ/kg第二列动叶进口气流方向1tan1c1sina2tan1276.95sin24.555.4c1cosa2u276.95cos24.5172.7第二列动叶进口汽流速度w1c1sina1276.95sin24.5139.53m/ssin1sin55.4第二列动叶进口速度动能hw1w122000139.53220009.73KJ/kg第二列动叶滞止比焓降hb*hbhw111.939.7321.66KJ/kg第二列动叶出口汽流理想速度w2t44.72hb*44.7221.66208.13m/s第二列动叶出口汽流实际速度w2w2t208.130.935194.6m/s第二列动叶出口绝对速度之方向：'2tan1w2sin2tan1208.13sin48.477.5w2cos2u208.13cos48.4172.7'w2sin2208.13sin48.4159.42m/sc2sina2sin(18077.5)第二列动叶损失：hb2(10.952)hb*(10.9352)21.662.72KJ/kgc2159.422余速损失：hc2212.71KJ/kg20002000②第二列动叶出口面积：动叶一般采用减缩通道,其通道出口面积Ab的计算方法与喷嘴相同：23汽轮机原理课程设计说明书Ab3Gv2t10414.990.32104237.6cm2bw2t0.97208.13式中G———通过动叶的蒸汽流量,通常取喷嘴中流量值,而将叶顶漏汽作为叶顶漏汽损失予以考虑③第二列动叶高度lb：Ab237.6100mmlb18.4edbsin20.53.141100sin48.44.4第一压力级的热力计算：第一列喷嘴热力计算：①一列喷嘴出口汽流出口速度及喷嘴损失第一列喷嘴中理想比焓降hn(1m)ht(110%)49.3444.41KJ/kg初速动能hc0c2'20KJ/kg2000滞止理想比焓降hn*hnhc044.41KJ/kg第一列喷嘴出口汽流理想速度c1t44.72hn*44.7244.41298574..02m/s第一列喷嘴出口汽流实际速度c1c1t=69823.109m/s第一列喷嘴损失hn(12)hn*(10.952)39.474.33KJ/kg式中 ——————喷嘴速度系数②第一列喷嘴出口面积AnGv1t10414.990.22104114.08cm2nc1t0.97298.0③第一列喷嘴出口高度lnAn114.0810021.66mmednsina13.14966sin10第一列动叶热力计算：①第一列动叶进口速度及能量损失24汽轮机原理课程设计说明书第一列动叶中理想比焓降 hb1 b ht 0.1 49.34 4.93KJ/kg第一列动叶进口汽流方向1tan1c1sina1tan1283.10sin1021c1cosa1u283.10cos10150.7第一列动叶进口汽流速度w1c1sina1289.10sin10137.13m/ssinsin211第一列动叶进口速度动能hw1w122000137.13220009.4KJ/kg第一列动叶滞止比焓降hb*hbhw1=4.93+9.4=14.33KJ/kg第一列动叶出口汽流理想速度w2t44.72hb*44.7214.33169.3m/s第一列动叶出口汽流实际速度w2w2t0.9169.3152.37m/s式中——————动叶速度系数第一列动叶出口绝对速度之方向2tan1w2sin2tan1152.37sin1783.61w2cos2u152.37cos17150.7c2w2sin2152.37sin1744.82m/ssina2sin(18083.61)第一列动叶损失hb1(12)hb*(10.92)14.332.72KJ/kg余速损失hc2c2244.8221.00KJ/kg20002000②第一列动叶出口面积：动叶一般采用减缩通道,其通道出口面积 Ab的计算方法与喷嘴相同Ab1Gv2t10414.990.23104209.94cm2bw2t0.97169.3式中G——通过动叶的蒸汽流量,通常取喷嘴中流量值,而将叶顶漏汽作为叶顶漏汽损失予以考虑③第一列动叶高度lb：lb1Ab209.9410023.67mmedbsin13.149662sin1725汽轮机原理课程设计说明书四、级效率与内功率轮周功及轮周效率无限长叶片轮周有效比焓降为h＇u hc0 ht hn hb hc20+238.6-18.6-(23.2+2.72+5.7)-12.7=175.67kj/kg轮周效率uhu175.670.765E0229.7其中E0hc0ht2hc2=206.1kj/kg单位质量蒸汽对动叶所做轮周功为Wuu(c1cos1c2cos2c1cos1c2cos2)176.41kw1000轮周效率uWu176.410.768E0229.7计算得的轮周效率其误差要求为uu100%0.392%1%uu叶高损失hlahu1.2175.6712.51kj/kgln16.85式中α——经验系数，通常取1.2，若扇形损失一起计算可取1.6。轮周有效比焓降huhuhl175.6712.51163.17kj/kg轮周效率级后各项能量损失

hu163.17u0.71E0229.7级后各项能量损失大部分依靠办经验公式计算。扇形损失叶轮摩擦损失

l0.7(b)2E0=0.029db1.07db2(u)3hf100=2.18Gv2式中db——动叶平均直径，m。26汽轮机原理课程设计说明书隔板漏气损失dpphuhpzpAn式中dp——隔板汽封平均直径，cm；δp——隔板汽封间隙，cm；zp——隔板汽封齿数；An——喷嘴出口面积，cm2。叶顶漏气损失htthutsin1式中 μδμtψt

——经验系数，查参考文献 [1]；——经验系数，查参考文献 [1]；——经验系数，查参考文献 [1]；——叶顶轴向间隙与叶高之比。部分进汽损失仅在部分进汽级中产生，其常用的办经验公式为：E0uu2eK＇zK=3.330120891hee(c)[Ke(ca)(1e2)Kedb]式中 e k ——加护罩部分的弧长比；zk ——喷嘴组数；Ke ——经验系数，查参考文献 [1]；＇Ke——经验系数，查参考文献 [1]；Ca ——级假象速度。湿汽损失仅产生于湿蒸汽区工业的汽轮机级，常用下式计算：hz[1x0x2]hu2式中 x 0 ——级前蒸汽干度；x 2 ——级后蒸汽干度。级效率和级内功率级有效比焓降 hi hu h hf hp h he hx=143.6251208级效率 i hi=69.6871%E0级内功率 Pi hGi =2305.18318927汽轮机原理课程设计说明书表4-3 双列调节级热力计算数据表序名称符号单位喷嘴第一列动叶导叶第二列动号叶1蒸汽流量GKg/s14.992级前压力P0Mpa3.433级前蒸汽比焓h0KJ/kg3304.24级前蒸汽比容v0m3/kg0.095级平均直径dmmm11006级后压力p2Mpa1.197级理想比焓降htKJ/kg238.68级假象速度cam/s690.89圆周速度um/s172.710速度比xa0.2511部分进汽度e0.512进口蒸汽压力p0(p1)Mpa3.261.721.511.4913进口蒸汽温度t0(t1)℃43534033032814进口蒸汽比焓h0(h1)KJ/kg3304.23131.963121.733120.9115叶栅进汽角β1(α0)o20.424.538.4()16进口汽流初速c0(w1)m/s0421.61288.04139.5317初速动能hc0(KJ/kg088.741.489.73hw1)18反动度Ωb(Ωg)%1415hn19叶栅理想比焓降(KJ/kg190.8833.42.3911.93hb)h1t(20 叶栅后理想比焓KJ/kg3131.963121.73h2t)hn*(21 滞止理想比焓降 KJ/kg 190.88 122.1*hb)

3120.91 3115.743.87 21.6628汽轮机原理课程设计说明书出口汽流理想速22度c1t(w2t)m/s586.96494.1523速度系数φ(ψ)0.950.9出口汽流实际速

296.2 208.130.935 0.93524度c1(w2)m/s586.96447.47276.95194.625流量系数μn0.970.970.970.9726出口面积An(Ab)cm34587156.5237.6hξn27叶栅损失KJ/kg18.6141.485.522.72(hbξ)28排汽速度c2m/s159.4229余速方向a2m/s-77.530余速损失hc2KJ/kg12.7131轮周有效比焓降hu＇KJ/kg175.6732轮周效率ηu＇%76.533单位蒸汽轮周功wu＇KJ/kg176.4134轮周效率ηu″%76.835相对误差ηu%0.39236叶高损失hlKJ/kg12.5137轮周有效比焓降huKJ/kg163.1738轮周效率ηu%7139扇形损失hθKJ/kg0.02940叶轮摩擦损失hfKJ/kg2.1841部分进汽损失heKJ/kg3.33012089142级有效比焓降hiKJ/kg143.625120843级效率ηi%72.544内功率Pikw2305.18318929汽轮机原理课程设计说明书第五章 整机校核及计算结果的汇总5.1 整机校核一．效率与功率的校核计算出的实际相对内效率与进汽量估算时所估取得相对内效率之相对误差 η在1%内为优，不应大于 3%。二．额定功率的保证全机设计功率计算完毕后还应计算该汽轮机在额定功率下所需蒸汽量， 并保证通道能通过此蒸汽流量。在选定调节级进汽度时，还需考虑最大功率时的蒸汽流量，并留有足够的余量以保证在初参数降低或被压升高时仍然能发出额定功率。hi0.849620.84himac校核:1112﹪0.0299<30.84 0.845.2级内功率校核：PiP1160312000＜3％校核:0.033P120005.3 压力级计算结果汇总压力级热力计算结果汇总表列于表 5-1中30汽轮机原理课程设计说明书38.59 4371.58 4711.87 471.86 489.35 58.34 589.33 589.32 58.31 5位h /t号符 D

02910371075103410821051107010001669mmdn

129113711751134118211511170110015.669mmdb

900.0530.0590.02.023.07.019.091.14.1apMP0

141.401.21250123412.634.5166712235.74.66974122619.535.5428222233.091259022237.581879822172818490623121267820533147.58.20315431k/sJ℃/Kmx00/hut0

22962..155896.130143392..665752.130185121..945629.120117560..755506.120117059.4463.82013661.9.94390.62012754．19.24209.610123397.9.04128.51014323.9.94096.4101k/sJ/％Kmht′′mcaxaΩ

7371006354.．．47.533517361009754.．．19.233417311003554.．．28.033312308009543．．3..133292307001549．．8..333175315004545．．4..033165315007549．．1..233153169000548．．0..633143010454．．04334kk//JJKKhn动降速量流汽目 蒸.项 1

径直均平嘴喷.2

径度干直值/均力度焓度平压温比速叶前前前周动级级级圆.....34567

降度度焓速动比口比反想出度均理想速平级理....018911

余焓比级线线想上型型理用嘴叶嘴利喷动喷....2345111131汽轮机原理课程设计说明书38.269 15.338 147.117 177.36 98.55 799.14 621.43 578.82 414.41 4k位 /J单 K*号 hn符

66.0758.71527.27450.3343.98301.25399.82346.2130.892s/mtc1

271.92.40577.91.904970.99.04`4074.9104378.99.60375.94.303475.92.103170.97.902017.398.202s/mc1

88.5160.3198.014.993.740.682.567.433.4k/JKξhn

78.098.019.02.049.069.089.00.12.1apMp1

89321461571091612322342652℃x1/t1

8.78.222.12.06.084.083.023.052.0k3/mtv1

32.41138.98017.60533.30342.03243.48110.55164.33180.4112mcnA

1102.07791.02491.0809.04781.00481.05081.01771.06371.01αnis

6.114.112.11118.016.014.012.01011α

8．556．258．052．945．74644420．0469．93mmtn

030303030303030303mmnB

262626262626262626zn

9.65287.21125.7566.73