汽轮机课程设计

目录1.设计基本参数选择 51.1汽轮机类型 51.2基本参数 51.3相对内效率的估算 51.4损失的估算 52.汽轮机热力过程线的拟定 63.汽轮机进汽量的估算 84.抽汽回热系统热平衡初步计算 84.1给水温度的选取 84.2回热抽汽级数的选择 84.3除氧器工作压力的选择 84.4回热系统图的拟定 84.5各加热器汽水参数计算 94.6回系统平衡初步计算 125.阀杆漏汽量与轴封漏汽量的估算 165.1主汽阀阀杆漏汽量的计算 165.2调节汽阀阀杆漏汽量 165.3前轴封漏汽 175.4后轴封漏汽 196.调节级的选择与计算 216.1基本参数 216.2调节级详细计算 216.2.1喷嘴部分的计算 216.2.2动叶部分计算 226.2.3级内其它损失的计算 246.2.4级效率与内功率的计算 267.压力级的级数确定和比焓降分配 277.1第一压力级的流量 277.2第一压力级直径的确定 277.3末级直径的确定 277.4非调节级级数的确定 277.5将各级比焓降画在h-s图上校核并修改 307.6压力级计算结果 318.参考文献33《汽轮机原理》课程设计任务书一、课程设计目的通过课程设计，系统地总结、巩固并加深在《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。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。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。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。培养综合应用书本知识、自主学习、独立工作的能力，以及与其他人相互协作的工作作风。二、课程设计内容及要求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、相对内功率等全部特征参数，并与设计工况作对比分析。主要计算工作如下：设计工况下通流部分各级热力过程参数计算。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。轴端汽封漏汽量校核计算。与设计工况的性能和特征参数作比较计算。为了便于数据整理和分析，对课程设计说明书的内容提出以下基本要求：

（1）列出设计任务书；

（2）画出本机组回热系统图，并作简要分析；

（3）作出全机初步拟定的热力过程线，并加以说明；

（4）调节级详细计算及校核结果，（作出速度三角形、级的详细过程线），并作必要的计算说明；

（5）压力级（第1级）及低压缸最末级的计算数据的列表汇总，并分析参数选择及计算的正确性、合理性，说明计算过程中出现的问题及解决办法等；

（6）设计评价及小结；

（8）提出改进意见；（9）列出参考文献。基本参数额定功率：25MW；新蒸汽压力：8.38MPa；新蒸汽温度：437℃；冷却水温度：15℃；机组转速：3000r/min；汽轮机的相对内效率：；机械效率：；发电机效率：；加热器效率：。设计基本参数的选择1.汽轮机类型机组型号：N25-8.38/437。机组形式：高压、单缸、单轴凝气式汽轮机。基本参数额定功率；新蒸汽压力；新蒸汽温度℃；凝汽器压力；汽轮机转速。其他参数给水泵出口压力；凝结水泵出口压力；机械效率；发电机效率；加热器效率。相对内效率的估计根据已有同类机组运行数据选择汽轮机的相对内效率，。损失估算主汽阀和调节汽阀节流压力损失：。排汽阻力损失：。汽轮机热力过程线的拟定（1）在h-s图上，根据新蒸汽压力和新蒸汽温度℃，可确定汽轮机进汽状态点0（主汽阀前）并查的该点的比焓值，比熵kj/（kg·℃），比体积。（2）在h-s图上，根据初压MPa和主汽阀和调节汽阀节流压力损失MPa可确定调节级级前压力，（做到这里）然后根据与的交点可以确定调节级级前状态点1，并查的该点的温度℃，比熵kJ/（kg·℃），比体积。（3）在h-s图上，根据凝汽器压力和排汽阻力损失kJ/（kg·℃）可以确定排气压力。（4）在h-s图上，根据和可以确定汽缸理想出口状态点2t，并查的该点的比焓值，温度℃，比体积，干度。由此可以得到汽轮机理想比焓降kJ/kg，进而可以确定汽轮机实际比焓降kJ/kg,再根据可以确定实际出口状态点2，并查得该点的比焓值kJ/kg，温度℃，比体积，干度。（5）考虑末级余速损失，则由第四章中的计算方法得到，然后沿压力线下移25.2kj/kg得3点，并查得该点比焓值，温度，比体积，干度。用直线连接1、3两点，在中间4’点处沿压力线下移（12~15）kj/kg得4点，光滑连接1、4、3点，则由点0、1、4、3、2连接的线即为该机组在在设计工况下的近似热力过程线。热力过程线如图所示。汽轮机进汽量估算设m=1.15，，设计功率，则得抽汽回热系统热平衡初步计算1.给水温度的选取根据初压MPa，可以求得对应的饱和水温℃，则给水温度℃。2.回热抽汽级数的选择选择7段回热抽汽，采用“两高、四低、一除氧”的形式，高压加热器采用内置式蒸汽冷却器；高压加热器疏水收集方式为逐级自流到除氧器，4、5、6号低压加热器疏水收集方式为逐级自流，7号低压加热器采用疏水泵，其加热器（包括除氧器）的编号从高压到低压依次排列，为1、2……、7号。3.除氧器工作压力的选择除氧器滑压运行，在设计工况下工作压力选为=0.588MPa。回热系统图的拟定一台汽轮机抽汽回热系统的拟定主要取决于该机组的给水温度、抽汽回热级数及除氧器工作压力等。根据50MW汽轮机这几方面数值确定，画出如图所示的回热系统。N50-8.43/535型汽轮机回热系统图各加热器汽水参数计算已知：高压加热器上端差；下端差（j=1,2,）；低压加热器上端差℃（j=4,5,6,7）；各段抽汽压损（j=1,2，4，5，6，7）；由于除氧器定压运行，为了使其工作稳定，压损取40%；给水温度；凝汽器压力对应的饱和水温，即凝结水温度℃；除氧器工作压力对应的饱和水温，即除氧器水箱出口水温。由等温升法可得高压加热器水侧温升为。由等温升法可得低压加热器水侧温升为。则（1）1号高压加热器。根据给水温度，可得到1号高压加器出口水温；由给水泵出口压力和得1号高压加热器出口比水焓kJ/kg；1号加热器凝结段的饱和水温度℃；kJ/kg；1号加热器汽侧工作压力；1段抽汽压力；1号高压加热器疏水温度；1号高压加热器疏水比焓。（2）2号高压加热器。2号高压加器出口水温；由给水泵出口压力和得2号高压加热器出口比水焓kJ/kg；2号加热器凝结段的饱和水温度℃；kJ/kg；2号加热器汽侧工作压力；2段抽汽压力；2号高压加热器疏水温度；2号高压加热器疏水比焓。除氧器。除氧器工作压力；3段抽汽压力；水温；出口水比焓；由给水泵出口压力和得到给水泵出口水比焓值。（4）4号低压加热器。4号低压加热器出口水温=133℃；4号低压加热器出口水比焓hw4559.9kJ/kg4号低压加热器疏水温度℃；；4号低压加热器汽侧工作压力；4段抽汽压力。（5）5号低压加热器。5号低压加热器出口水温=108℃；5号低压加热器出口水比焓hw5453.77kJ/kg5号低压加热器疏水温度℃；；5号低压加热器汽侧工作压力；5段抽汽压力。（6）6号低压加热器。6号低压加热器出口水温=83℃；6号低压加热器出口水比焓hw6348.55kJ/kg6号低压加热器疏水温度℃；；6号低压加热器汽侧工作压力；6段抽汽压。（7）7号低压加热器。7号低压加热器出口水温=58℃；7号低压加热器出口水比焓hw7kJ/kg7号低压加热器疏水温度℃；；7号低压加热器汽侧工作压力；7段抽汽压。各加热器汽侧和水侧的基本参数如下表所示。50MW凝汽式汽轮机加热器汽水参数表项目单位H1H2H3H4H5H6H7C回热抽汽抽汽压力MPa2.52171.410.9760.37120.17220.070670.024870.0046抽汽温度（干度）℃3903122691750.9950.9580.924--抽汽比焓值KJ/Kg3184305229852810268825652440--抽汽压损%88408888—加热器汽侧压力MPa2.321.2970.5880.34150.15840.065020.02288—下的饱和水温℃220191.51581381138863--下的饱和水比焓KJ/Kg943.67814.22667.08580.62474.07368.56263.71--抽汽放热KJ/Kg2347.382341.232310.232229.382213.932196.442176.29疏水上端差℃5505555—下端差℃1010—疏水温度℃196.5168—疏水比焓KJ/Kg836.617710.77—疏水放热KJ/Kg—125.84736--106.55105.51104.85水侧加热器出口水温℃215186.5158133108835831.4加热器水侧压力MPa13.7313.730.5881.331.331.331.33—加热器出口比焓KJ/Kg924.56798.12674.77*/667.08559.9453.77348.55243.9131.6给水比焓升KJ/Kg130.99127.75110.99106.13105.22104.65112.3--回热系统平衡初步计算（1）1号高压加热器1号高压加热器热平衡如图，根据表面式加热器热平衡原理可列出方程（2）2号高压加热器。2号高压加热器热平衡如图，根据表面式加热器热平衡原理可列出方程=0.050303966除氧器。除氧器热平衡图所示，根据混合式加热器热平衡原理可列方程除氧器热平衡图=0.038128194（4）4号低压加热器。4号低压加热器热平衡图如上的热平衡图所示。根据表面式加热器热平衡原理可列出方程=0.041217393（5）5号低压加热器。5号低压加热器热平衡图如下的热平衡图所示。根据表面式加热器热平衡原理可列出方程=0.039165477（6）6号低压加热器和7号低压加热器。6号低压加热器和7号低压加热器的热平衡图如图所示，因7号低压加热器疏水采用了疏水泵的方式，将疏水送到了7号低压加热器出口（6号低压加热器入口）的主凝结水管道中，在7号低压加热器出口（6号低压加热器入口）处形成了一个混合点，将混合点看成一个混合式加热器，根据混合式加热器热平衡原理，及6号低压加热器（表面式加热器）热平衡原理，可列出方程6、7号低压加热器热平衡图则+根据7号低压加热器（表面式加热器）热平衡原理，可列出方程则联立求解上述方程，得到阀杆漏气量与轴封漏气量估算该机组有一个主汽阀和4个调节汽阀，阀杆漏汽大部分漏到除氧器中，另外一少部分通过真空管道被射汽抽汽器吸入轴封冷却器。1.主汽阀阀杆漏汽量的计算主汽阀阀杆包括3段、2个腔室，第1腔室蒸汽回收到除氧器，第2腔室蒸汽及漏入的空气回收到轴封冷却器。主汽阀阀杆和调节汽阀阀杆的结构数据如下表所示。50MW汽轮机主汽阀和调节汽阀阀杆数据项目符号单位主汽阀调节汽阀1段2段3段1段2段3段阀杆数z14阀杆直径dvcm3.43.6径向间隙δrcm0.020.02间隙面积Avcm²0.2140.227分段长度lcm²41.8115.833.343.8主汽阀杆间隙面积；第1段阀杆漏汽系数；第1段阀杆前蒸汽参数为，。则主汽阀杆漏汽量。第2段阀杆漏汽系数；第2段阀杆前蒸汽参数为，。则流经第2段阀杆漏汽量。调节汽阀阀杆漏气阀杆包括3段、2个腔室，第1腔室蒸汽回收到除氧器，第2腔室蒸汽及漏入的空气回收到轴封冷却器。主汽阀杆间隙面积；第1段阀杆漏汽系数；第1段阀杆前蒸汽参数为，。则调节汽阀杆漏汽量。第2段阀杆漏汽系数；第2段阀杆前蒸汽参数为，。则流经第2段阀杆漏汽量。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；轴封冷却器回收阀杆漏汽其余除氧器回收。前轴封漏气包括6段、5个腔室，第1腔室蒸汽回收到2号高压加热器，第2腔室蒸汽回收到5号低压加热器，第3腔蒸汽回收到7号低压加热器，第4腔室为均压箱供汽，第6腔室蒸汽及漏入的空气回收到轴封冷却器。轴封结构数据如下表。50MW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d1cm61.844.355.345.8径向间隙δ1cm0.050.05轴封齿数z7836101296轴封1、2、3段间隙面积；第1段轴封前蒸汽参数为，（调节级喷嘴后参数）。第1段轴封后蒸汽参数为。判别系数则前轴封漏汽量；第2段轴封前蒸汽参数为，。第2段轴封后蒸汽参数为。判别系数则前轴封漏汽量；第3段轴封前蒸汽参数为，。第3段轴封后蒸汽参数为。判别系数则前轴封漏汽量；轴封4、5、6段间隙面积：；第4段轴封前蒸汽参数为，。第4段轴封后蒸汽参数为。判别系数第4段轴封流经蒸汽量；第5段轴封前蒸汽参数为，。第5段轴封后蒸汽参数为。判别系数第5段轴封流经蒸汽量。后轴封漏气包括3段、2个腔室，第1腔室为均压箱供汽，第2腔室蒸汽及漏入的空气回收到轴封冷却器。轴封1、2段间隙面积；第1段轴封前蒸汽参数为，。第1段轴封后蒸汽参数为。判别系数第1段轴封流经蒸汽量；第2段轴封前蒸汽参数为，。第2段轴封后蒸汽参数为。判别系数第2段轴封流经蒸汽量。由上面计算可得：阀杆漏汽量除氧器回收前轴封漏汽量流到2号高压加热器的蒸汽量流到5号低压加热器的蒸汽量流到7号低压加热器的蒸汽量均压箱向前轴封供汽量;均压箱向后轴封供汽量;均压箱总供汽量轴封冷却器回收前轴封漏汽量轴封冷却器回收后轴封漏汽量轴封冷却器总回收调节级的选择与计算基本参数（1）调节级的形式为单列调节级。（2）调节级比焓降为114.7KJ/kg。调节级的速=0.362（4）调节级平均直径： 调节级反动度部分进汽度。由确定调节级的叶高和部分进汽度，须使与之和最小。求得=0.3328.汽流出口角和。设计中选用亚音速喷嘴叶栅，其型号为TC-1A，有关参数为：相对节距，进汽角，出汽角。动叶栅选用型号TP-2A，有关参数为：进汽角125~40，出口角219~22，相对节距0.58~0.65。设计选取喷嘴汽流出汽角，动叶汽流出汽角=。调节级详细计算喷嘴部分的计算调节级进口参数及调节级的滞止理想比焓降ht0。调节级进口参数即为高压缸进口参数，由于进入调节级的汽流速度很小,可以近似认为滞止参数与进口参数相等。由拟定热力过程线的步骤可得:,,,,由前面选取其理想比焓降为。调节级进汽量则调节级喷嘴流量平均反动度的确定。由前面可知。喷嘴的滞止理想比焓降喷嘴出口汽流速度与其中喷嘴速度系数，取。（6）喷嘴出口等比熵出口参数h1t、v1t、p1。由hT0和hn0求出喷嘴出口理想比焓值h1th1thT0hn03479.17-101.75=3377.42kJ/kg该过程为等比熵膨胀过程，由、查水蒸气h-s图得出比体积，喷嘴出口压力。喷嘴压比由此可知，喷嘴中为亚音速气流，采用渐缩喷嘴，选喷嘴型号为TC-1A、、。喷嘴出口面积。因为喷嘴中是亚音速流动，故为式中喷嘴流量系数。级的假想速度级的圆周速度u喷嘴高度为了方便制造，选取喷嘴损失喷嘴出口比焓值由、查得求动叶进口汽流相对速度和进汽角动叶部分计算（1）动叶出口相对速度w2t和w2w2=ψw2t=0.925×303.3=280.6m/s式中ψ动叶速度系数，由ψ与Ωm、w2t的关系曲线查得ψ=0.925.（2）动叶等比熵出口参数h2t与v2t由h2t，s1=6.836kJ/（kg·K),查得v2t=0.05686m3/kg，动叶出口压力p2=5.786MPa.动叶出口面积为其中其中动叶流量系数；调节级动叶流量；前轴封漏气量动叶高度。由、可知，进出口比体积相差不大，故，根据喷嘴高度有式中叶顶盖度，取；叶根盖度，取。(5)作动叶出口速度三角形。由、、u确定速度三角形=动叶损失动叶出口比焓值由、查得，余速损失轮周损失轮周有效比焓降Δhu=Δht0-δhu=110-21.5=88.5kJ/kg轮周效率。调节级后余速不可利用，系数为校核轮周效率=88.24kj/kg,误差在允许范围内。级内其他损失计算（1）叶高损失QUOTEQUOTE=QUOTE=QUOTE×88.5=4.085kJ/kg式中a经验系数，单列级a=1.2。(2）扇形损失QUOTE=0.7QUOTE=0.7×(QUOTE)2×(110-8.92)=0.046kJ/kg（3）叶轮摩擦损失QUOTE由前面，v1=0.05576m3/kg，v2=0.05712m3/kgV=QUOTEQUOTE=0.05644QUOTEm³/kgQUOTE=QUOTE=QUOTE=QUOTE=QUOTEkJ/kg式中K1经验系数，一般取K1=1.0~1.3.（4）部分进汽损失鼓风损失QUOTE=QUOTE(1-e-QUOTE)QUOTE=0.15*QUOTE*(1-0.3328)*0.3623=0.0213斥汽损失QUOTE=QUOTE=式中喷嘴组数，取=4；与级类型有关的系数，单列级，一般取0.15；装有护罩弧段长度与整个圆周长度之比；与级类型有关的系数，单列级，一般取0.012；故有QUOTE=QUOTE+QUOTE=0.0213+0.0475=0.0688所以QUOTE=110×0.0688=7.568kJ/kg（5）级内各项损失之和ΣkJ/kg（6）下一级入口参数QUOTE=QUOTE+Σ=3381.8+8.92+14.121=3404.841kJ/kg由QUOTE，P2查得s2ˊ=6.875kJ/（kg·k），v2ˊ=0.05802m3/kg，t2ˊ=491.55℃级效率与内功率的计算级的有效比焓降QUOTE级效率级的内功率QUOTE动叶栅进出口速度矢量三角形，，，，七、压力级的级数确定和比焓降分配1.第一压力级的流量=-=188.48-1.2307-3.791=183.4583t/h=50.96kg/s第一压力级直径的确定==845mm式中G——通过第一压力级的蒸汽流量，Kg/se——第一压力级部分进汽度，取1——第一压力级喷嘴平均直径，m——估计的第一压力级的喷嘴出口高度，m——喷嘴流量系。在过热区的通常取0.97——第一压力级喷嘴出口理想速度，m/s——第一压力级假想速度系数——第一压力级假想速比n——汽轮机转速，3000r/min末级直径的确定=2007mm非调节级级数的确定直径和速比变化规律确定、汽轮机百调节级级数的确定，可以采用图解法。如下图所示，具体的做法就是在坐标纸上，画出横坐标AB表示第一压力级之间的中心距离，AB的长度可以任意选择，纵坐标以AC表示第一压力级的平均直径，AE表示第一压力级的速比，BD表示最后一级平均直径，BF表示最后一级的速度比；用一条上升的光滑曲线把C、D两点连接起来，妄言曲线就表示各级平均直径的变化规律；同样，用一条逐渐上升的光滑曲线EF表示各级速比的变化规律。先预分11级，即将AB等分10段，在等分点做垂直线与CD、EF相交，根据比例计算垂线的长度，即为各分段的长度，即为各分段的平均直径和速比的值。详细数据如下表所示。分级的辅助作图拟定的各段平均直径、速比值分段号0-01-12-23-34-45-56-6直径845100110081015102510411066速比0.4890.4980.5030.5080.5130.5180.523分段号7-78-89-910-10直径1144127314872007速比0.5280.5330.5390.552求各等分点的理想比焓降计算得到的各段理想比焓降值如下表所示。拟定的各段理想比焓降值分段号0-01-12-23-34-45-5比焓降htikJ/kg51.2349.7949.7949.249.249.77分段号6-67-78-89-910-10比焓降htikJ/kg51.255.8670.393.8162.92（3）求各等分点的平均理想比焓降hthtih66.8kJ/kgt11（4）计算压力级的级数zHp(1a)（3404.8412060.10)(10.06)21t66.8ht（5）校核重热系数a'Ka1ri'Htpz1z=0.0602（6）级数确定前面得到非调节级的级数为21，将AB线等分为20等分，在原假定的平均直径和速比变化线CD、EF上，读出每组的平均直径及速比，具体数据如下表所示。各级平均直径、速比值级序号1234567直径dimm84599910011004100810101015速比xai0.4890.4940.4980.50050.5030.50550.508级序号891011121314直径dimm1021110251033104110531066109速比xai0.51050.5130.51550.5180.52050.5230.5255级序号15161718192021直径1144120312731361148716772007速比0.5280.53050.5330.5360.5390.5430.522各级比焓降分配计算得到的各级理想比焓降值如下表所示。各级理想比焓降值级序号1234567比焓降htikJ/kg51.23250.402146.2846.1946.2546.4846.85级序号891011121314比焓降htikJ/kg47.3948.0848.9249.9151.0552.3453.82级序号15161718192021比焓降htikJ/kg55.7558.5462.9070.2485.01119.62162.92将各级比焓降画在h-s图上校核并修改在h-s图中拟定的热力过程线上逐级做出各级比焓降，参数如下表所示。非调节级平均直径及比焓降分配级序号1234567直径dimm845963965969974982990速比xai0.4890.4940.4980.50050.5030.50550.508比焓降htikJ/kg47.7046.8146.2846.1946.2546.4846.85调整后比焓降htikJ/kg44.5045.8040.3045.4045.5043.4048.10级后压力piMPa5.17204.29063.68993.03912.48982.04421.6407级序号891011121314直径dimm1001101310271042105910781098速比xai0.51050.5130.51550.5180.52050.5230.5255比焓降htikJ/kg47.3948.0848.9249.9151.0552.3453.82调整后比焓降htikJ/kg41.2031.6042.6043.4044.5045.5043.00级后压力piMPa1.37311.16080.95600.76190.59950.46510.3615级序号15161718192021直径dimm1123115612041280141616922007速比xai0.5280.53050.5330.5360.5390.5430.552比焓降htikJ/kg55.7558.5462.9070.2485.01119.62162.92调整后比焓降htikJ/kg61.5061.6074.3083.3092.60117.554162.92级后压力piMPa0.24660.16390.09660.05110.02440.01180.047846.压力级计算结果项目符号单位调节级第一压力级末级蒸汽流量Gkg/s52.0150.9632.63喷嘴平均直径dnmm11008452007动叶平均直径dbmm11008452007级前压力p0MPa8.00856.059980.022级前温度/干度to/xo℃533.18491.662.2级前速度Com/s00164级前比焓值h0kJ/kg3479.173401.72426.9圆周速度µm/s169.8156.61315.26理想比焓降ΔhtkJ/kg11051.2321162.92理想速度Cam/s469320.1593.92假想速比xa0.3620.4890.552反动度Ωm％0.0750.07350.