《汽轮机原理》课程设计指导书

PAGEPAGE33东南大学能源与环境学院《汽轮机原理》课程设计指导书

目录TOC\o"1-3"\h\z1.汽轮机课程设计方法 21.1概述 21.1.1逐级热力核算方法 21.1.2整机热力核算 31.2已知初参数进行级的热力核算（顺算法） 31.2.1顺算法的使用条件 31.2.2顺算法的计算步骤 41.2.3计算示例 61.3已知终参数进行级的热力核算（逆算法） 81.3.1逆算法的使用条件 81.3.2逆算法的计算步骤 91.4调节级的热力核算 141.4.1利用特性曲线进行调节级计算 151.4.2近似计算方法 171.4.3两股汽流计算方法 192.汽轮机课程设计辅助软件 202.1辅助软件工具栏界面 202.2工具栏计算器的使用 202.2.1水蒸汽性质计算器 202.2.2通用计算器 212.3使用说明和注意事项 223.汽轮机课程设计任务 243.1课程设计目的 243.2课程设计内容 243.3整机计算步骤 243.4要求与考核 253.4.1要求 253.4.2考核办法 263.5参考文献 264.汽轮机课程设计参考数据 274.1N200-12.7/535/535汽轮机设计参数 274.2N300-16.7/537/537汽轮机设计参数 31

1.汽轮机课程设计方法1.1概述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。1.1.1逐级热力核算方法 汽机变工况下的核算方法很多，当新工况偏离设计工况不远时，可采用近似估计方法。当汽轮机的新工况偏离设计工况较远时，或者在特殊工况下，就需要进行逐级核算求取级的各项参数。 汽轮机逐级热力核算一般使用两种方法：一、从已知新汽参数开始，逐级向低压段进行核算，称为顺算法；二、从估计的终参数开始，逐级向高压段进行核算，称为逆算法。两种方法的实质都是先假定参数，然后用流量连续性方程进行校核。就具体级而言，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。1.1.2整机热力核算多级汽轮机整机的热力核算可以从已知的新汽参数开始，使用顺算法，由高压级逐级向低压级进行核算；也可同时使用逆算法，由已知的或假定的排汽点逐级向初参数靠拢。当计算的初比焓值（对喷嘴调节级汽轮机，一般为第一压力级前比焓值）与已知的初比焓值不符时，需对末级排汽比焓进行修正；当计算的初比焓高于已知初比焓时，说明假设的末级排汽比焓值过高，反之，说明末级排汽比焓假设得过低；在初比焓相差不大时，可采用平移热力过程曲线的方法使比焓值重合，若计算出的初比焓与已知的相差较大，则需重新假设末级终比焓进行计算，直至满足精度要求。在具体问题中究竟采用那种方式核算，要根据所给定的新工况的条件及要求的精确程度来决定。当新工况与设计工况下各级均未出现超音速流动时，采用流量比与压力比关系式，先确定各级喷嘴前后压力，再根据各级反动度与比焓降的变化规律确定各级喷嘴后压力，进行核算。当工况变动不大时，仅调节级与末一、二级的热力过程曲线有较大变化，可仅对末级和调节级进行详细核算，中间级通过流量与压力关系式确定级前压力，然后逐级平移热力过程曲线即可。这就是近似估计算法。当工况变动很大或级由亚音速流动转变为超音速流动，必须进行逐级核算。1.2已知初参数进行级的热力核算（顺算法）1.2.1顺算法的使用条件使用顺算法的前提是已知级前蒸汽参数和级的流量，求取其它参数。顺算法的关键是确定喷嘴后压力，当工况变动前后级内均为亚音速流动时，采用流量比确定喷嘴后压力十分简便。顺算法的优点是简便，无须进行迭代。缺点之一是不能对临界工况进行核算，因为临界工况下，彭台门系数（流量比）恒等于1，凡小于临界背压的任意压力值都可作为喷嘴的背压，因而喷嘴背压无法确定。顺算法的另一个缺陷是调节级有部分开启调节汽门时不能使用，因为部分开启调节汽门后的喷嘴前压力不知道，但对全开调节汽门后的喷嘴与动叶可以进行计算。因此，可以采用顺算法对刚好有一个、两个或三个······调节汽门全开而没有部分开启调节汽门的调节级工况（称为“阀点”）进行核算。由于顺算法的使用需要符合级的蒸汽通道内均为亚音速流动的条件，因而应用局限在一定范围内。在实际的变工况热力核算中，汽轮机在设计工况下的运行参数是已知的，而新工况下的运行参数是未知的，这就使得判断该算法的适用条件比较困难。在工程实际中对顺算法适用条件的判断往往依赖于经验，或不将顺算法作为主要热力核算的手段，而是与其它热力核算方法配合进行辅助热力核算。1.2.2顺算法的计算步骤在确定满足使用顺算法的条件以后，可以根据下列计算步骤进行热力核算：（1）求取喷嘴新工况的压力比εn，流量比βn及临界流量Dnr：临界流量（其中a过热蒸汽取0.6473，饱和蒸汽取0.6483）流量比压力比（2）求取新工况下喷嘴中的各项参数：喷嘴后压力根据水蒸汽性质求出喷嘴理想出口比焓，理想比焓降喷嘴理想出口速度喷嘴损失(其中取0.90~0.97)喷嘴实际比焓降求出喷嘴出口焓，温度喷嘴实际出口速度轮周速度(为级的平均直径)动叶进口相对速度与速度对应的焓动叶进汽角冲角(为额定工况下的动叶进汽角)撞击损失动叶进口滞止焓，根据水蒸汽性质求得动叶进口滞止参数。（3）求取动叶的压力比，流量比，及临界流量：临界流量（其中a过热蒸汽取0.6473，饱和蒸汽取0.6483）流量比压力比动叶后压力（4）求新工况下动叶中的各项参数：根据水蒸汽热力性质求得动叶理想比焓降动叶出口理想速度反动度由Ω和可以求出速度系数Ψ动叶损失动叶出口焓根据水蒸汽性质求动叶出口温度动叶实际比焓降动叶出口相对速度动叶出口绝对速度画出速度三角形，求出速度三角形中各项参数。（5）求级的其它各项损失、内效率、内功率：叶高损失(为轮周比焓降)扇型损失湿汽损失(为扣除湿汽损失的级有效焓降，xm为级平均蒸汽干度)隔板漏汽损失(为不包括漏汽损失的级有效比焓降)余速损失级有效焓降理想可用能量(μ为下一级对本级的余速利用系数)相对内效率级的内功率本级计算完成。1.2.3计算示例以国产引进型300MW汽轮机为例，选取高压缸第一压力级，选取额定工况参数，采用顺算法进行热力校核计算，计算过程和结果列入下表。汽轮机的结构参数见表4-5，计算结果中的内功率与表4-6中的标准数据基本吻合。序号项目符号单位结果备注1级前压力p0MPa11.6已知2级前温度t0℃483.8已知3级前焓h0kJ/kg3311.268已知4级流量Dkg/s247.22已知5临界流量Dcrkg/s613.0526流量比β/0.40337压力比ε/0.96148喷嘴后压力p2MPa11.1529喷嘴理想焓降kJ/kg12.2810喷嘴速度系数φ/0.9711喷嘴理想出口速度c1tm/s156.7412喷嘴损失ΔhnkJ/kg0.72613喷嘴出口焓h1kJ/kg3299.9714喷嘴出口温度t1℃477.3815喷嘴出口熵s1kJ/(kgK)6.45516圆周速度um/s134.1117喷嘴出口汽流方向角α1°14.56618喷嘴出口实际速度c1m/s150.3219动叶进口相对速度w1m/s39.4820撞击损失ΔhβkJ/kg021动叶进口滞止焓h*kJ/kg3300.7522动叶进口滞止压力p*MPa11.1823临界流量Dcrkg/s597.9924流量比β/0.413425压力比ε/0.959426动叶后压力p2MPa10.7327动叶理想焓降Δh*bkJ/kg12.7128反动度Ω/0.5129动叶出口理想速度w2tm/s159.4430动叶速度系数ψ/0.9531动叶损失ΔhbkJ/kg1.2432动叶出口焓h2kJ/kg328933叶高损失ΔhlkJ/kg0.434扇型损失ΔhθkJ/kg0.135动叶出口温度t2℃47136动叶出口相对速度w2m/s149.7537相对速度出口角β2°14.418338动叶出口绝对速度c2m/s38.85539动叶出口汽流角α2°73.6740余速损失kJ/kg0.75541级有效焓降kJ/kg21.7242相对内效率η%87.143内功率PkW53721.3已知终参数进行级的热力核算（逆算法）1.3.1逆算法的使用条件当已知级后参数和流量，要对级进行热力核算时，可以使用逆算法。由于逆算法适用于任意流动形态，即亚临界流动、超临界流动，必须熟练掌握。已知终参数由级后向级前进行倒推热力核算的方法，是汽轮机课程设计教学中的重点，也是一个难点。因为在已知终参数进行级的逆序热力核算的过程中，对单个压力级热力核算而言，至少要进行余速损失、动叶速度比、级后损失三层嵌套迭代试算与校核，对整机热力核算而言有时需要进行五层逐层嵌套迭代试算，需要反复假定与校核。在进行热力核算时外层数值与内层数值互相影响和制约，当内层迭代物理量已满足迭代要求后，对外层物理量进行迭代计算时，原来已满足迭代要求的内层物理量有可能需要重新做迭代计算；在热力核算的过程中必须对喷嘴与动叶的流动状态是否超临界进行多次判断，根据是否超临界采取不同的处理计算方法；对于末级还要根据凝汽器运行特性确定级后参数。图1-1逆算法用图1.3.2逆算法的计算步骤（1）末级终点参数确定1)末级流量的初步估算式中，分别代表设计工况与新工况下汽机总进汽量。，分别代表设计工况与新工况下汽机排汽量。2)凝汽器内压力的确定凝汽器的冷却水量和冷却面积不变：其中，，，分别代表设计工况和新工况下凝汽器内凝结水饱和温度和冷却水进口温度。给定冷却水进口温度和冷却倍率m1其中，——新工况下凝结水冷却水量kg/s——新工况下冷却水温升℃——新工况下凝汽器铜管传热端差℃——凝汽器冷却面积，m2n——系数，一般n=5~73)末级后压力确定4)末级排汽比焓的确定当新工况下末级比焓未知时，需假设新工况下汽轮机的相对效率，计算出新工况下整机的有效比焓降，然后根据排汽压力及有效比焓降在h-s图上确定出新工况下的排汽状态点2及相应的排汽焓，排汽状态点2是否正确，待通流部分核算完毕后，根据求出的相对内效率进行校核。末级排汽比焓估算：——凝汽器内凝结水比焓kJ/kg（2）动叶热力核算部分1)动叶出口状态点的确定首先，进行各项损失的估算，可用以下的公式进行估算叶轮摩擦损失：漏汽损失湿汽损失叶高损失余速损失式中，新工况的理想比焓降可由公式估算出级前的压力后由水蒸汽性质求得。在-图上，由2点沿等压线向下移距离得2’点，再向下移距离的动叶后状态点2’’。2)动叶出口速度w21的计算动叶出口速度可根据连续方程求得： Ab——动叶出口通道面积，m2动叶出口理想速度动叶损失在h-s图上得到理想状态点，该点音速ws为若w2t1<=ws，说明汽流在动叶内为亚音速流动，则计算的动叶出口速度w21成立，可进行余速损失校核，否则需确定动叶内的临界状态点。3)超音速时动叶出口速度计算求临界压力有两种方法，一种为作图法，另一种用公式计算，现对公式法作简单介绍。根据动叶内出现超音速流动时动叶喉部截面的马赫数为1，以及等比熵过程方程，可得临界压力与出口压力的关系式为：根据所求出的临界压力，在h-s图上可查得相应的临界比容，可计算出临界速度，动叶临界比焓降在h-s图上查得临界点到2t点的理想比焓降，则动叶内滞止理想比焓降为根据下列公式计算出动叶理想出口速度及实际速度，汽流在动叶出口产生偏转，偏转后的出口汽角为4)余速损失校核根据动叶出口速度，动叶出汽角（）及圆周速度u，可求出排汽速度及余速损失，与估计值相比较，若两者差距较小，只需在h-s图上沿等压线移动,,2t点，其它数据无须计算；若相差较大，则需重新计算，直至校核通过。5）动叶前状态点的确定动叶内理想比焓降由以下方程估算初次计算时可取设计值。根据校正后的2t值，查得动叶前压力，比焓。（3）喷嘴热力核算部分1)确定喷嘴出口状态点在h-s图上由点沿等压线向下估算撞击损失，得喷嘴出口汽流实际状态点1。撞击损失冲角2)喷嘴出口汽流速度核算在h-s图上查得喷嘴出口汽流比容，根据连续方程计算出喷嘴出口汽流速度、。与计算动叶出口参数相同，对喷嘴出口速度进行音速判断。若为亚音速流动，则根据连续方程计算汽流速度成立，否则先确定喷嘴的临界状态点，汽流偏转后的出汽角（），然后计算出汽流速度、。3)w11/w2t1的校核 将计算出的w11/w2t1与原估计值进行比较，若两者相符，则核算通过，否则重新计算理想比焓降直至通过为止。4)喷嘴进口滞止状态点的确定求出喷嘴损失，在h-s图上由1点沿等压线截取，得到理想状态点1t，求得喷嘴中滞止理想比焓降，由1t点向上等熵线截取得到滞止状态点及其参数。（4）级效率与内功率计算1)级后损失校核与计算先求出新工况下各级级后损失，并与原估计值相比较，若偏差较大，则需重新计算，若偏差较小，则只需平移热力过程曲线。2)反动度、级效率与内功率的计算反动度级效率级内功率其中，3)级前参数确定当本级利用上级余速时，根据初动能求出喷嘴进口状态点及其参数，待前一级余速损失校核通过以后再修正级前状态点及其参数。1.4调节级的热力核算汽轮机配有多个高压调节阀，每个调节阀控制一组调节级喷嘴的蒸汽流量。当汽轮机负荷变化时，需要开启或者关闭某些调节阀，而每个调节阀的开度不一定相同，使得调节级的蒸汽通道面积可能随负荷的变化而变化。对于全开的调节阀，该阀所控制的喷嘴组前的压强等于新蒸汽压强扣除一定的节流损失，而比焓等于新汽比焓。对于部分开启的调节阀，阀后压强有不同程度的降低，而比焓仍为新汽比焓。两股蒸汽流作功后，在级后混合，流向第一个压力级。调节级的热力过程曲线如图1-2所示，图中上标Ⅰ、Ⅱ分别表示蒸汽流过全开调节阀与半开调节阀所控制级的热力参数。图1-2调节级的热力过程线调节级的终点2及比焓取决于流过两种开度调节阀的蒸汽流量及其级效率，调节级的级效率调节级的变工况热力核算，可以采取多种方法。第一种方法是：如果已有调节级特性曲线，就利用调节级特性曲线进行变工况热力核算，如果没有，则要先计算出调节级特性曲线；第二种方法是不拟合调节级特性曲线而直接进行近似热力核算。第三种方法是分为两股汽流分别计算。下面对这三种方法作简要介绍。1.4.1利用特性曲线进行调节级计算计算调节级特性曲线过程：（1）首先假设调节阀全开，结合新汽参数考虑节流损失后得出调节阀后压力式中，代表节流损失系数。（2）假设喷嘴后压力p1或喷嘴压力比（注：可将喷嘴压力比从0.30到0.95，每隔一个固定间隔取一个点，取点的个数可根据计算机的性能选择），计算出单位时间喷嘴所通过的蒸汽量，计算公式为：（3）进行喷嘴的热力核算；（4）假设动叶中理想比焓降，进行动叶热力核算；（5）校核动静叶面积比；当喷嘴出口汽流速度小于音速时当喷嘴内出现超音速流动时如果计算的面积比和原来的面积比误差大，则重新假设动叶内的理想比焓降，回到第4步。如果计算的面积比和原来的面积比误差很小，则回到第2步；（6）计算轮周效率、压力比、压力反动度、λ、μ；（7）用Excel软件进行曲线拟合。利用特性曲线进行计算过程：（1）根据新工况下的蒸汽流量，求得调节级后的压力：（初次核算时可不考虑温度变化）（2）求全开调节阀控制级的蒸汽流量。根据该级压力比，查流量特性曲线曲线，得到全开调节阀喷嘴组的值，可计算出通过全开调节阀单个喷嘴的流量其中（或）式中，——单个喷嘴的喷嘴组常数，当调节级各喷嘴的结构相同时为一定值；——单个喷嘴的通道面积，；，主汽阀前蒸汽压力与比容，单位分别为MPa与；通过全开调节阀的蒸汽流量式中，全开调节阀所控制的喷嘴数。（3）计算通过部分开启调节阀的蒸汽流量：，其单个喷嘴所通过的蒸汽流量(为部分开启调节阀所控制的喷嘴数)。（4）先计算部分开启调节阀所控制级的值：，然后在特性曲线上可查出相应的压力比，则部分开启调节阀后的压力为。（5）求喷嘴后压力，可用三条曲线求取 用比焓反动度曲线，由及分别在比焓降反动度曲线上查出两种开度调节阀控制的级的反动度、，可分别求出各自的喷嘴理想比焓降与动叶理想比焓降，在-图上求出各自对应的喷嘴后压力与。用压力反动度—曲线，同样根据各自的压力比及，分别查出对应的压力反动度、，根据压力反动度定义=，可分别求出各自相应的喷嘴后压力与。用—辅助曲线，由及分别查出相应的及值。根据定义（），求出各自的喷嘴流量比，继而求出相应的喷嘴压力比及，可得各自对应的喷嘴后压力=与。也可用下式直接求喷嘴压力比：式中，。（6）根据一般的热力核算方法进行级的热力核算，分别求出两种开度调节阀后级的有效比焓降和、级效率和。根据公式计算出两股汽流在调节汽汽室中混合后的比焓及调节级效率，求出内功率：（7）对级后压力进行修正。由于初次核算时调节级级后温度变化未予考虑，此时需求出2点的温度求出新的重新核算。1.4.2近似计算方法通过一个例子来描述：已知汽轮机有4个调节阀，各阀控制的喷嘴数分别为17、10、12、21，各喷嘴结构相同。单个喷嘴的出口面积An1=3.24cm2。设计工况下通过三个全开调节阀的流量为D0=355.4t/h，调节级前压力p'0=8.38MPa，比容v'0=0.0421m3/kg，调节级后压力p2=6.32MPa，理想焓降Δht=97kJ/kg，反动度Ωm＝0.103，初参数为p0=8.83MPa，t0=535˚C。当流量为D01=390t/h，求通过各调节阀的蒸汽流量和阀后压力。解：（1）求新工况下调节级后压力（暂不考虑温度影响）MPa（2）求设计工况下喷嘴后压力喷嘴临界流量kg/s流量比压力比喷嘴后压力MPa（3）求新工况下全开调节阀的喷嘴后压力由蒸汽性质求得理想焓降ΔhIt1=68kJ/kg速度比变化反动度喷嘴理想焓降kJ/kg喷嘴后压力pI11=7.15MPa（4）求新工况下全开阀的流量压力比流量比蒸汽流量t/h（5）通过部分开启调节阀的流量t/h（6）求部分开启调节阀喷嘴后压力假定该组喷嘴前压力p''0=7.85MPa，由蒸汽性质得理想焓降kJ/kg，速度比变化反动度喷嘴理想焓降kJ/kg喷嘴后压力MPa（7）校核流量DII级前蒸汽比容v''0=0.0449m3/kg临界流量为t/h压力比流量比通过部分开启调节阀的流量为DII=124.6t/h>83.5t/h，需要重新假定p''0。假定p''0=7.45MPa，重复（6）、（7），最后得到的流量基本吻合。解毕。1.4.3两股汽流计算方法将通过全开和半开调节阀的两股气流分别计算，也就是把一个调节级当作两个并列的级来计算。这种方法过程简单，需要迭代的次数有限，计算量不大，可满足精度要求。当调节阀有三个以上不同的开度时，必须借助调节阀的特性曲线分别对多股汽流予以计算。已知：调节级的总流量（调节阀采取顺序阀控制方式，不考虑重叠度），新蒸汽参数和调节级后压力。求通过全开、半开调节阀流量，级功率，级效率和级前后参数。下面给出算法。其中，参数下标0，喷嘴前；1，喷嘴后；2：动叶后；n，喷嘴；b，动叶。参数上标'，通过半开调节阀后的汽流。一、通过全开调节阀的汽流（1）求喷嘴前的压力p0，估计全开调节阀数，求喷嘴面积；（2）假定喷嘴后压力p1，求压力比εn；（3）求喷嘴流量比βn和流量Gn，如果流量大于总流量则减少假定的全开调节阀数；（4）求喷嘴后参数h1、c1、w1，如超音速，重新计算汽流角；（5）求动叶压力比εb、流量比βb、流量Gb；（6）如Gb与Gn误差大，则回到（2）；（7）求动叶后参数h2、w2、c2和各项损失；（8）求功率N和效率η；（9）求半开调节阀后流量G'。二、通过半开调节阀的汽流（1）假定喷嘴前压力p'0；（2）求喷嘴流量比β'n，压力比ε'n；（3）求喷嘴后压力p'1，如出现超临界则假定；（4）求喷嘴后参数h'1、c'1、w'1，如超音速，重新计算汽流角；（5）求动叶压力比ε'b、流量比β'b、流量G'b；（6）在Gb与Gn误差大的情况下：如喷嘴超临界，回到（3），数次迭代无法满足精度要求则回到（1）；如喷嘴亚临界，回到（1）；（7）求动叶后参数h'2、w'2、c'2和各项损失；（8）求功率N'和效率η'；三、整级计算（1）求两股汽流在调节级汽室混合后的参数，级的总功率和级效率；（2）根据弗留格尔公式校核调节级后压力p2，视误差情况决定是否重新计算调节级。

2.汽轮机课程设计辅助软件2.1辅助软件工具栏界面图2-1汽轮机课程设计工具栏汽轮机课程设计的所有计算工作都可以借助于“汽轮机课程设计工具栏”这一辅助软件来进行。用户在进行热力核算时，可以先利用Excel或Word建立一个表格，将计算项目按先后顺序写出，打开辅助软件，则出现一个如图2-1所示的浮动工具栏，并且始终保持在当前窗口的前面。用户在使用过程中可以用鼠标将工具栏随意地移动到合适的位置。计算结果以Excel或Word文件形式保存并打印。“汽轮机课程设计工具栏”提供了两种计算工具：上面一行是水蒸汽性质计算器，下面一行是课程设计中常用公式计算器。每一个工具按钮上有相应的字符或符号，分别代表一个计算器。当鼠标被移动到某个工具按钮上时，按钮会突起，同时下方出现一个文字框，持续5秒时间，显示的文字简要说明该计算器的功能。例如鼠标移动到水蒸汽过热区焓的按钮上时，鼠标下就会显示出“h(p,t)过热区”。这样用户就可以非常方便地找到自己需要的计算器。点击某一按钮，则出现相应的计算器窗体，可以输入数据并计算。当用户需要退出时，点击“关闭”按钮或窗体右上角的“×”按钮即可。该辅助软件的使用方法特别简单，也容易掌握。辅助软件力求实现所有的计算由计算机完成而不需手工计算。由于辅助软件仅仅提供了计算器功能，课程设计的计算方法需要用户自己掌握，先制定计算步骤，选择恰当的公式，再根据已知条件，利用辅助软件进行计算，计算结果记录在表格中。结果分析要靠自己来完成，辅助软件无法代劳。这实际上也反映了汽轮机课程设计的教学要求，即注重基本概念、计算方法的掌握，同时最大程度地减轻繁琐的计算工作量。2.2工具栏计算器的使用2.2.1水蒸汽性质计算器水蒸汽性质的计算在热力计算中是必不可少的。在手工计算时代，学生只能通过查h-s图或水蒸汽性质表得到，极其费时，且不精确，造成每一个人的计算结果都有出入，教师评阅起来也比较困难。将水蒸汽性质软件化就解决了这一困难。该辅助软件提供了分区计算的功能，而没有提供自动查找分区功能，目的是要求学生掌握不同区域水蒸汽的基本性质。水蒸汽性质计算器的实现采用了最新的水和蒸汽的热力学性质的工业公式：IAPWS—IF97标准。在汽轮机课程设计计算过程中要用到的热力学参数有：压强p、温度t、比焓h、比熵s、比容v、音速a和干度x。如图2-2所示，所有的计算器都采用统一格式，每个计算器由编辑框和“计算”，“关闭“两个按钮组成，当你输入数据以后，点击“计算”便会得到所求结果，点击“关闭”时，计算器窗口便会退出。水蒸汽工具栏分为三个部分，分别为过热区，湿汽区和饱和区，每个区域计算器之间用分隔符隔开，现将三个区域的计算器作一简要介绍：图2-2水蒸汽性质计算器示例过热区提供了6个计算器：h(p,t)；s(p,t)；v(p,t)；a(p,t)；h(p,s)；t(p,h)；湿汽区提供了6个计算器：h(p,x)；s(p,x)；v(p,x)；a(p,x)；x(p,s)；h(p,s)；饱和区提供了2个计算器：t(p)；p(t)；利用上述14个计算器，可以实现汽轮机热力核算中需要的水蒸汽性质计算。判断状态点位于过热区还是湿汽区，可以借助饱和区的两个计算器：如果已知正确的压强，当温度等于饱和温度时，则位于湿汽区，当温度较高时位于过热区；如果已知正确的温度，当压强等于饱和压强时，则位于湿汽区，当压强较小时位于过热区。已知的熵和焓计算滞止压力时，可以假设不同的压力用h(p,s)计算器进行试算，少数几次即可满足精度要求。2.2.2通用计算器窗体的第二行是通用公式工具栏。通用公式工具栏分为两部分，第一部分有：常用科学计算器、压力比ε、流量比β、临界流量Gcr、速度系数Ψ、偏转角δ、隔板漏汽量Gp、速度三角形的计算和绘图；第二部分为汽轮机各项损失计算器，包括：喷嘴损失、动叶损失、余速损失、撞击损失、叶高损失、扇型损失、湿汽损失、鼓风损失、隔板漏汽损失。在汽机课程设计中常用的公式大部分都做成了计算器的形式，其余的辅助计算任务可以点击常用科学计算器按钮来进行，这也就是Windows操作系统自带的计算器。图2-3显示了一个喷嘴损失计算器，输入框和输出框位于第一行，公式和公式的说明位于第二行和第三行。在第一、二个框中填写已知数据，点击“计算”，就会在第三个框中出现计算结果。图2-4显示了速度三角形计算器，它有计算和绘图两个功能，可以计算动叶进口相对速度和出口绝对速度。输入所有必须的数据后，点击“开始绘图”，就会自动计算出动叶进口和动叶出口的速度三角形，角度值显示于图片区最底下一行，边长即速度大小，标注于速度三角形的边上。图2-3喷嘴损失计算器图2-4速度三角形计算器2.3使用说明和注意事项汽轮机课程设计工具软件可在Windows2000/XP操作系统上运行，向用户提供了简洁明了的可视化设计环境。使用汽轮机课程设计工具软件的用户必须学过《汽轮机原理》、《工程热力学》和《工程流体力学》等课程，具备汽轮机变工况运行的基本知识。在使用课程设计工具软件之前，用户必须先对汽轮机课程设计的计算流程十分清楚。本软件的作用就是减轻课程设计中大量繁琐的计算量，而不是对计算流程的编程简化，否则这也有孛于汽机课程设计的初衷。本软件的正确使用关键在于对相关计算器的选用，如果用户在选用计算器时出现失误，必将影响整个设计的正确性，因此在每个计算器的版面上也做了简要说明。当用户输入的数据不符合常理时，如求湿汽区参数却选用了过热区计算器时，你会发现数据明显错误或提示你数据错误信息。如果程序长时间不响应，那么用户只能关闭程序或者用任务管理器强行退出。本软件风格采用Windows风格，图形界面友好，用户对屏幕提供的交互界面很容易理解和接受，每点击所选图标时，均会弹出相应的计算器，用户在人机交互被要求输入数据时，可以依次单击相应的编辑框，看见闪烁的光标后输入数据即可。在使用计算器时，当你点击多个计算器时，浮在屏幕前面的计算器只有一个，这时别的计算器仍然在运行，只需用鼠标将计算器互相错开，就能在多个计算器上进行切换。本软件的操作非常简单，只要根据你在课程设计中所要求取的数据选用合适的计算器，计算器的图标是热力学参数符号，因此不存在使用障碍。该软件最好与MicroSoftOffice中的Excel结合起来使用，将每一步数据在表格中罗列出来，可以对所求的数据进行记录和简单计算，也可以利用Excel中的绘图功能绘制汽机的热力过程线。

3.汽轮机课程设计任务3.1课程设计目的（1）通过课程设计，系统地总结、巩固、加深在《汽轮机原理》课程中已学知识，进一步了解汽轮机的工作原理。（2）在尽可能考虑制造、安装和运行的要求下，进行某一机组的变工况热力计算，掌握汽轮机热力计算的原理、方法和步骤。（3）通过课程设计对电站汽轮机建立整体的、量化的概念，掌握查阅和使用各种设计资料、标准、手册等参考文献的技巧。（4）培养综合应用书本知识、自主学习、独立工作的能力，培养与其他人相互协作的工作作风。3.2课程设计内容以某种型号的汽轮机为对象，在已知结构参数和非设计工况新蒸汽参数和流量的条件下，进行通流部分热力校核计算，求出该工况下级的内功率、相对内效率等全部特征参数，并与设计工况作对比分析。主要工作如下：（1）非设计工况下通流部分各级热力过程参数计算。（2）轴端汽封漏汽量校核计算。（3）与设计工况的性能和特征参数作比较分析。3.3整机计算步骤一种方案是：将该型汽轮机的通流部分划分为高、中压缸和低压缸2个计算模块，由2个学生组成一个计算小组，一人采用顺算法计算高、中压缸，另一人采用逆算法计算低压缸。2人协同工作，共同商定计算方案和迭代策略。另一种方案是：将该型汽轮机的通流部分划分为高压缸、中压缸和低压缸3个计算模块，由3个学生组成一个计算小组，一人用顺算法计算高压缸，一人用顺算法计算中压缸，另一人用逆算法计算低压缸。计算中压缸的人需要计算中压缸的轴端汽封漏汽量。分组计算的流量由指导教师给出。为便于计算，作出如下约定：（1）各级回热抽汽量正比例于主汽流量；（2）门杆漏汽和调门开启重叠度不计；（3）压力损失的参考值：高、中压主汽门和调门的压损为初压的5%，再热器的压损为高压缸排汽压力的12%，中、低压连通管的压损为中压缸排汽压力的2%。准确的数据可参考具体型号机组的资料。（4）余速利用系数的参考值为：调节级后的第一压力级、前面有抽汽口的压力级利用上一级余速的系数为0.4，其它压力级为0.8。（5）对径高比小于6的级，在最终计算结果中，用近似公式估算出叶根处的反动度；（6）第一次计算，用弗留格尔公式确定调节级后压力；（7）假定汽机排汽压力为设计工况下的值，用平移设计工况热力过程线方法初步确定排汽点。（8）待通流部分计算结束后，校核计算轴端汽封的漏汽量，轴端汽封的漏汽量正比例于汽封前的压力。3.4要求与考核3.4.1要求在课程设计过程中，应认真踏实，熟练掌握计算流程，正确选择设计数据，保证计算结果准确，计算结果用表格给出，要条理清楚，书写整洁。鼓励有条件的学生自行编制相关程序进行设计计算。按时按量完成课程设计任务，上交《汽轮机课程设计报告》。《汽轮机课程设计报告》要求包含下列内容：一、目的与任务概述课程设计目的、任务、主要算法，和要求取得的主要计算结果。简述设计用汽轮机本体和系统基本组成、主要结构参数和设计工况下的热力参数。二、单级计算过程综述选取某一级，详细描述已知条件、计算步骤、计算公式、计算数据。要求用文字、公式和中间数据结合起来叙述，标注序号。三、分析和结论完成多个级的热力计算后，针对计算结果，进行分析。比较设计工况、变工况下主要热力参数，给出理论解释或分析。全面总结课程设计工作。该部分内容不得少于1000字。四、附件多个级的热力计算数据表格；汽轮机热平衡图；多级汽轮机热力过程线图。3.4.2考核办法课程设计成绩评定办法为：平时上机考勤：10%；面试或答辩：30%；《汽轮机课程设计报告》：60%。3.5参考文献（1）冯慧雯．《汽轮机课程设计参考资料》．北京：水利电力出版社，1992（2）王乃宁、张志刚．《汽轮机热力设计》．北京：水利电力出版社，1987（3）康松、杨建明、胥建群．《汽轮机原理》．北京：中国电力出版社，1999（4）曹祖庆．汽轮机变工况特性．北京：水利电力出版社，1991

4.汽轮机课程设计参考数据4.1N200-12.7/535/535汽轮机设计参数该型汽轮机是超高压、一次中间再热、三缸二排汽、冲动凝汽式电站全速汽轮机。主汽门前新汽参数：12.75MPa（绝对压力），535℃。中压缸进汽温度535℃，末级叶片高度800mm。机组采用喷嘴调节，共有4个高压调门，控制14、14、13、14共4组55个喷嘴，1、2号调门同时开启，3、4号调门顺序开启。通流部分由1个调节级和26个压力级组成，高压缸1-12级，中压缸13-22级，低压缸23-27级。设有8级非调整回热抽汽，分别位于第9、12、15、18、20、22、23、25级后。前3级抽汽至高压加热器，第4级抽汽至除氧器，后4级至低压加热器。汽轮机在额定参数下前3个高压调节阀全开时可以带额定负荷。通流部分结构参数如表4-2所示。设计工况热力参数如表4-3所示。汽封系统如图4-1所示。图中数据汇总为表4-1：表4-1N200-12.7/535/535型汽轮机轴封系统数据高压缸1234567891011齿数4016888904016888直径mm460424中压缸123456789齿数40168889040168直径mm745520低压缸123456齿数8直径mm450间隙均为0.65mm隔板和轴端汽封均为高低齿曲径式汽封。高压隔板汽封的直径为456mm，间隙为0.75mm，齿数为9；中压第一级（第13级）隔板汽封直径745mm，间隙0.75mm，齿数11；第14-19级汽封直径516mm，间隙0.75mm，齿数11；第20-22级直径676mm，间隙0.75mm，齿数11；第23-25级隔板汽封直径745mm，间隙0.75mm，齿数6；第26级直径696mm，间隙0.80mm，齿数6；末级直径741mm，间隙0.85mm，齿数6。

表4-2：N200-12.7/535/535三缸二排汽汽轮机通流部分的结构参数缸别级号喷嘴动叶sinα喷嘴数目平均直径出口高度出口面积sinβ叶片数目平均直径出口高度出口面积//mmmmcm2//mmmmcm2高压缸1.270655100031.5218.3910961000343402.19587686048254.2.315613686151435.43.195976863.551.5273.8.3160136864.554.5467.74.197076867.555.5298.3170136868.558.5505.95.199470871.559.5324.8.3173136872.562.5543.66.203668876.564.5361.6.3190136877.567.5593.57.21056688371414.6.320013688474657.58.21226689078462.8.321713689181729.69.21396689785512.4.323013689888801.710.21303690189536.6.3145112902.592.5824.811.21393691199606.3130112912.5102.5919.712.215236921.5109.5682.2.30951129231131014中压缸13.2590361162101.5959.40001341162105153314.2610361173112.51082.40191341173116171815.2630361188127.51251.40351341188131197316.27403611951361399.40801161196141216217.2770801217157.51667.40501161218162.5251718.28008012381791949.40001161239184286519.28308612662072330.39471161267212333120.26514213052462674.3410961306251351221.27004213552963402.3330961356301427022.27704214143554368.32719614153605235低压缸23.25046615431792173.38751501543183343824.27566415882243080.37951501604244466625.31565816612974866.40991101687327710326.33005218314277895.42099018834831202627.395856217072519643.499596225080028246注：低压缸对称布置，表中流量、功率、出口面积为单侧值。

表4-3：N200-12.7/535/535三缸二排汽汽轮机设计工况下的热力参数缸别级号蒸汽流量t/h级后压力MPa级后温度℃速比/反动度%内效率%内功率kW高压缸1607.19.74502.4.412012.567.7382952601.78.73484.4.508414.882.8148983601.77.82467.3.510215.185.5550654601.76.96450.2.507915.485.9651835601.76.16432.2.502716.085.9953636601.75.44414.5.505717.786.4653687601.74.82397.3.520621.787.1451838601.74.26380.4.528022.087.5951429601.73.75363.3.530122.787.88519910574.73.28345.7.521823.788.11519011574.72.85327.9.529425.188.58518212574.72.46310.0.532426.988.825257中压缸13533.81.746507.2.519520.083.96768414532.21.467481.2.528621.388.07790615532.21.225454.8.534622.488.57797516510.91.014428.1.535723.888.55772517510.90.838401.8.552326.689.31759618510.90.682374.1.552128.889.19785919503.40.553344.1.573232.089.89757520503.40.423313.5.533238.388.91919921486.10.326282.7.577743.090.32828622486.10.249252.3.611346.890.858108低压缸23236.1.1497201.9.513625.884.30615124224.2.0876150.8.537932.688.71605925224.2.045595.545539.387.41642026211.5.017256.8/x=.972.538158.082.43731227211.5.005434.3/x=.932.622370.675.587156图4-1N200-12.7/535/535型汽轮机轴封系统表4-4：N300-16.7/537/537汽轮机轴端汽封汽封高中压间汽封高压缸后汽封排列型式中压侧高缸排高压侧内除氧器均压箱轴加外直径mm11689251168483432406间隙mm0.750.750.750.500.500.75齿数840241688齿型高低齿高低齿汽封低压缸前后汽封中压缸后汽封排列型式外轴加均压箱内外轴加均压箱内直径mm597610610406432483间隙mm0.750.500.500.750.500.50齿数88168816齿型平齿高低齿

4.2N300-16.7/537/537汽轮机设计参数本机组是按照美国西屋公司的技术制造的300MW亚临界、中间再热式、高中压合缸、双缸双排汽、单轴凝汽式汽轮机，如图4-2所示。它由高中压积木块BB0243与低压缸积木块BB074组合而成。为了进一步提高机组的经济性，对原引进技术作了改进设计，而且低压缸末级叶片采用905mm的长叶片。机组型号为N300-16.7/537/537，工厂产品号为D156。主要技术参数：额定功率300MW；主汽门前额定参数16.7Mpa、537℃，再热汽门前温度537℃；工作转速3000rpm；额定背压5.39kPa；回热级数3高、4低、1除氧；额定工况蒸汽流量910.2t/h、热耗7937kJ/(kWh)。本机组通流部分共35级叶片，其中高压缸1+11级，中压缸9级，低压缸2×7级。动叶片除低压缸末三级为扭转叶片外，其余均为等截面叶片。高、中、低压缸隔板静叶均为扭叶片。有6个高压调节阀，每阀控制21个喷嘴，调节阀全开时部分进汽度为0.9545。汽轮机在额定参数下5阀全开时可以带额定负荷。汽轮机在6个调节阀全开、新汽参数16.7MPa、537℃（超压5%）时运行，这一工况定义为最大负荷工况。通流部分结构参数如表4-5所示。最大工况和额定工况下的热力参数如表4-6所示。主汽门、调节阀、进汽管的压损为4%，再热器及管道为10%，中联门及管道为2.5%，中低压连通管为2%。2号高加抽汽来自高压缸排汽，除氧器抽汽来自中压缸排汽，第5、6级抽汽分别来自左、右侧低压缸的第3、5级前，因此低压缸为不对称抽汽。静叶与动叶汽封：高压静叶3齿，1高2低，动叶3齿，平齿，中压静叶5齿，2高3低，动叶5齿，平齿，间隙都是0.75mm；低压静叶3齿，1高2低，动叶1齿，平齿，间隙都是1.1mm。汽缸轴端汽封的结构数据见表4-4。图4-2N300-16.7/537/537汽轮机结构

表4-5：N300-16.7/537/537汽轮机通流部分的结构参数缸别级号喷嘴动叶sinα喷嘴数目平均直径出口高度出口面积sinβ叶片数目平均直径出口高度出口面积//mmmmcm2//mmmmcm2高压缸0.27671261061.322.9201.69.3490801064.327.94311.201.251572844.268.4456.24.249092854.268.82459.852.251692864.269.2472.69.253392874.269.56483.923.251994884.270.0489.81.253594894.470.52502.304.256194904.470.9515.90.253996915.071.96525.225.256696926.073.4547.92.254598937.174.86560.916.257198948.076.2583.47.2551100959.177.66596.957.25781009