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1、汽轮机课程设计指导书冯慧雯 编华 中 科 技 大 学能源与动力工程学院1第一节 课程设计的任务与要求1设计题目 N25-3.5/435 汽轮通流部分热力设计2已知参数额定功率： Pr=25MW， 额定转速： n=3000r/min，设计功率：P e=20MW, 新蒸汽压力： p0=3.5 MPa,新蒸汽温度：t 0=435, 排汽压力： =0.005MPa，c给水温度： tfw=160170， 冷却水温度：t w1=20，给水泵压头：p fp=6.3MPa， 凝结水泵压头：p cp=1.2 MPa，射汽抽汽器用汽量 D ej=500kg/h，射汽抽汽器中凝结水温升 t ej=3，轴封漏汽量 D

2、 l=1000 kg/h，第二高压加热器中回收的轴封漏汽量 =700kg/h。13任务与要求（1） 估算整机蒸汽流量及拟定热力过程曲线；（2） 回热系统热平衡初步计算及回热系统示意图绘制；（3） 非调节级理想比焓降分配和级数的确定；（ 4） 计 算 调 节 级 与 非 调 节 级 通 流 部 分 几 何 尺 寸 ： 各 级 平 均 直 径 dn（ b） 、叶 片 高 度 ln（ b） 、 通 流 面 积 An（ b） 、 叶 片 数 Zn（ b） 、 叶 宽 Bn（ b） 、 节 距 tn（ b） 、静 叶 片 安 装 角 、 动 叶 片 安 装 角 、 及 出 汽 角 （ ） 、 （ ） 等

3、 ；yy12（5） 计算级效率、级内功率、整机内功率及相对内效率；（6） 整机校核（电功率、内效率） ；（7） 按比例绘制通流部分子午剖面流道图和各级速度三角形图，以及调2节级详细热力过程曲线示意图，整机热力过程曲线图；（8） 编写计算机程序方框图；（9） 编写计算机运算程序；（10） 调试并运行热力设计计算机程序；（11） 编写课程设计说明书（说明书规格按学校要求，内容为上述计算内容） 。第二节 多级汽轮机热力计算一般原则 各级型式、结构、参数的选择一、通流部分的合理成型在凝汽式汽轮机中，由于蒸汽在膨胀过程中比容变化的结果，蒸汽的容积流量 GV 变化很大。所以在设计凝汽式汽轮机时，如何使蒸汽

4、通流部分的成型满足于蒸汽流动的这一特性使通流部分平滑地变化极为重要，必须以此作为出发点。诚然，要使设计的汽轮机有较高的效率，尚须使各级的速度比xa=u/ca 等于其最佳值，各级的喷嘴，动叶片有足够的高度，选择最好的型线，合理的间隙和反动度等，但最终须保证通流部分平滑，不然以上的措施就会失去其积极意义。一般使机组的通流部分轮廓的锥角不超过 30。可采用改变各级的理想比焓降分配，直径，喷嘴和动叶片的型线（角度）以及反动度的方法，来保证通流部分平滑变化。保证了通流部分平滑地变化就能实现全部或部分利用前级余速损失这个要求。另外，喷嘴、动叶型线（角度）的选择除了根据效率及通流部分平滑的条件外，最好在各个

5、级组或整个机组中用统一的型线。设计通流部分时，要保证热力计算中的数据和要求。除调节级和末几级外，其它各级应尽量避免使蒸汽速度超过临界值。3为保证机组有较高的效率，除了上述措施外对下面几个问题也应重视。（a）各级反动度的合理选择：实际运行证明，反动度（平均轮径处） m 选择得过大或过小，都会带来附加损失。根据试验资料，建议在设计工况下选择反动度 m 的原则是：使叶根部处的反动度在 3%5%之间。对调节级可使根部反动度为 05%。（b）各级速度比 xa 的合理选取。为使整机的效率高，必须使各级的速度比 xa 接近最佳值。通常选取范围如下：复速级的速度比范围： xa=0.200.28单列调节级的速度

6、比范围： xa=0.400.45高、中压非调节级的速度比范围： xa=0.460.50扭叶片低压级的速度比范围： xa=0.480.6速度比 xa 与反动度 m、部分进汽度 e 有密切的关系。对应一定的 m、e，有一 xa 与之对应。一般说来，最佳的 xa 值随反动度 m、部分进汽度e 的增加而增大，随 m、e 的减小而减小。另外，喷嘴与叶片出口截面积之比 f=Ab/An 主要取决于反动度 m 和速度比xa， m 越小， xa 越小，f 就越大。 m 与 f 之间是相互对应的，选定其中一个参数，另一个参数也就决定了。（c）合理地选择通流部分的各项间隙：表 1 （单位：mm）喷嘴高度 50 51

7、90 91150 150叶顶盖度 t 1.5 2 22.5 2.53.5叶根盖度 r 0.5 1 11.5 1.5直径差 db-dn 1 1 1 12喷嘴闭式间隙 2 12 23 34 46动叶闭式间隙 3 2.5 2.5 2.5 2.5总轴向间隙 56 67 78 8104叶顶径向间隙， =(0.51.5)(mm)； 围带厚度， =2.0 4.0（mm） ；rss喷嘴闭式间隙， 动叶闭式间隙， 顶部盖度， 根部盖度，以23tr及叶片高度可查表 1。这 些 几 何 参 数 选 择 得 合 理 与 否 ， 直 接 影 响 到 机 组 运 行 的 经 济 性 与 可 靠 性 。二、配汽机构的合理选

8、择汽轮机的配汽机构有各种不同的型式。由于它们各具自己的优缺点，因而应根据所设计机组的类型和用途的不同来选取。一般来说，设计带基本负荷的机组，由于其在运行过程中，长期处在经济工况下工作，要求有较高的经济性，可采用节流配汽或喷嘴配汽。设计带尖峰负荷的机组，希望在变动工况下效率变化比较小，一般采用喷嘴配汽较合理。三、调节级理想比焓降的合理选择现代汽轮机大多数采用喷嘴配汽，影响其经济性的主要因素之一是调节级理想比焓降值的大小。在选择调节级理想比焓降值时，应充分考虑到该机组在变工况时的工作条件，正确地选择调节级的尺寸和型式，使它能保证在给定的蒸汽参数和功率的各个持久工况时，具有较高的经济性。这是汽轮机初

9、步设计的主要任务之一。（a） 调节级型式的选择，即采用单列级还是复速级，须根据机组承担负荷情况而定。单列级在设计工况下有较高的效率，但能承担的理想比焓降较小，机组投资费用较大，因此大容量机组及带基本负荷的机组采用单列级作为调节级。复速级能承担的理想比焓降较大，在变工况时其效率变化较小，可减小机组级数、转子长度和尺寸，使结构简化；还可降低调节汽室压力和温度，减小轴封漏汽。中、小型汽轮机常采用复速级作调节级。（b） 调节级理想比焓降的选择：复速级一般在 195300（KJ/kg）之间；单列级一般在 80130（KJ/kg）之间。（c） 调节级平均直径的选择5中压机组（套装叶轮） dm=(10001

10、200mm)高压机组（整锻转子） dm=(9001100mm)除此之外还要求最大工况下调节汽室的最高温度符合材料要求，对套装叶轮不超过 350（） ，对整锻载子不超过 530（） 。四、非调节级特点一般对于凝汽式轮机，非调节级即调节级后各级按特点分为：高压级、中间级和低压级。（a） 高压级：蒸汽容积流量很小，设计时应尽量提高叶片高度。常选用较小直径，或较小的比焓降，或较小的喷嘴出汽角 1( 1=1114)，以提高叶高 ln，来提高效率。当 ln 过低时，则采用部分进汽来提高级效率。（b） 容积流量较大的中间级：叶片高, 效率也高，较易设计。（c） 末几级在真空下工作的低压级：为适应容积流量急剧

11、变化的需要，叶 高 和 平 均 直 径 同 时 放 大 。 当 径 高 比 d/l 810 时 选 用 扭 叶 片 级 。 根 部 反 动 度 r可选用(05)% 。为使通流部分平滑变化，并且设法避免采用缩放喷嘴，级平均轮径处反动度 m 应逐级增大。末级 m 可达 0.30.55。第三节 多级汽轮机初步热力设计一般程序初步热力设计的主要任务是：根据给定的条件（汽轮机型式，额定功率Pr，蒸汽初参数 p0、t 0，排汽压力 pc 及工作转速 n）确定机组的相对内效率，汽耗量及通流部分的主要几何尺寸。首先选择汽轮机的配汽方式（假定采用喷嘴配汽） ，确定设计工况，即确定经济功率 Pe，然后进行下列计算

12、。一汽轮机进汽量 D0 的初步估算和近似热力过程线的初步计算1、根据已知的 p0、t 0 和 pc，确定蒸汽通过主汽门、配汽机构及排汽管中的压力损失。6一般全开阀门进汽机构的节流损失取：p 0=(0.030.05)p 0排汽管中的压力损失取 p c= pc2)1(Cex或 p c=(0.020.06)p c其 中 ： 与 排 汽 管 的 结 构 和 流 速 有 关 的 阻 力 系 数 。 一 般 =0.05 0.1Cex排汽管中汽流速度通常凝汽式轮机 Cex =(80100) （m/s ）背压式汽轮机 Cex =(4060) （m/s ）所以调节级前压力 = p0-p 0末级动叶后压力 ccz

13、2、参考同类型、同容量的汽轮发电机组，选取机组的相对内效率、发电机效率 g 和机械效率 ax。由于相对内效率 ri 取决于汽轮机内部各项损失，这些损失又与蒸汽流量及通流部分的几何参数有关，因此只能初步估计（ ri） ，待热力计算后将计算的相对内效率 ri 与估计值（ ri）进行校核。若1%，为合格，否则重新计算直至满意。此处 %10/)(riiri表 2 汽轮发电机组的各种效率范围额定功率（MW） 0.756 1225 50100 125机械效率（%） 0.9650.985 0.9850.990 0.9900.995 0.995全负荷 0.9300.960 0.9650.975 0.9800.

14、985 0.9850.990发电机效率（% ） 半负荷 0.9100.940 0.9450.960 0.9650.980 0.9800.985相对内效率（%） 0.7600.820 0.8200.850 0.8500.870 0.8703、近似热力过程线的初步拟定：由 p0、t 0 及 pc 在 h-s 图上可查得整机的理想比焓降 和有效比焓降macth7= 。macih)(rict考虑了进汽机构的节流损失后，可求得调节级前的蒸汽状态点“1” 。考虑了排汽管压损和末级的余速损失后，可得末级动叶蒸汽状态点“4”，末级余速损失可由下式近似的估计： mactc hh)%35.1(20凝汽式汽轮机热力

15、过程曲线的拟定方法为：用直线连接“1” 、 “4”两点，求出中点“2” ，并在“2”点沿等压线向下移 1215（kJ/kg）距离求得“2”点。通过“1” 、 “2”、 “4”三点作光滑曲线，即为凝汽式汽轮机的近似热力过程线。如图 1（a）所示。一般汽轮机厂常采用图 1（b）的方法作近似热力过程曲线。图 1 凝汽式汽轮热力过程曲线的拟定4、蒸汽流量 D0 的初步估算：D0=3600Pem/ （kg/h）Dhaxgriact )(式中：m考虑回热抽汽进汽量增大的系数；它与回热级数、给水温度及机组参数和容量有关；通常 m=1.151.258D考虑阀杆漏汽和前轴封漏汽及保证发出经济功率的蒸汽余量；通常

16、D =(35)%D 0 （kg/h）二、回热系统热平衡初步估算1给水回热参数确定提高机组循环效率的重要措施是采用回热循环，即在汽轮机中采用多级抽汽，逐级加热给水，使凝结水在进入锅炉以前先加热到一定的温度。在分析回热系统时，需要选择确定给水温度、抽汽级数以及加热器端差和抽汽管道压损。通常用较高的给水温度，增多抽汽级数，降低加热器的端差及抽汽管道的压损，都能提高循环效率，但也增大了投资费用。因此，必须通过技术经济比较，合理确定这些参数。现将根据实践经验及一些分析的结论简述如下：（a）温度 tfw：在其它条件不变时，回热级数越多，给水温度越高，循环效率也将越高。但同时使锅炉排烟温度相应升高而降低了锅

17、炉效率。因此给水温度的选取要将循环热效率、锅炉效率及投资联系起来综合考虑确定。通常给水温度选为初蒸汽压力下饱和温度的（0.650.75）倍。（b）回热抽汽级数 Zfw回热抽汽级数主要与蒸汽参数、给水温度及机组容量有关。见表 3。表 3 回热级数和给水温度初压（MPa） 初温（）/再热温度（）回热级数 Zfw 给水温度 tfw（）2.35 390 13 1051503.43 435 35 1451708.82 535 67 21023012.7313.24 535/535 78 22025016.18 535/535 78 245250923.5 565/565 89 270300在选择回热汽级

18、数时，同时确定各级之间的给水比焓升分配。在结构可能的条件下，对于非再热机组，通常采用接近于等比焓升（等温升）的分配原则。所以每级加热器中给水的比焓升h fw 为h fw=(hfw- )/Zfw 或t fw=(tfw - )/Zfw =255（）c c其中 hfw、t fw 为给水比焓值与温度和 为凝汽器中凝结水的饱和温度和比焓值。ct（c）表面式加热器端差 ：t回 热 抽 汽 凝 结 水 温 度 与 加 热 器 出 口 的 给 水 温 度 之 差 称 为 加 热 器 端 差 。t减小 可以提高热经济性，但加热器的面积增大，使投资增加，因此要由技术t经济比较确定。一般小功率机组 =68() ，中

19、压、中等功率机组 =36( )，tt高参数、大功率机组 =-13( )。t（d）抽汽管道压损p ep e 与管道内蒸汽流速（通常在 4560（m/s ）范围内） 、管道长度及形状等因素有关。通常取 p e=(58)%p e （p e 为抽汽压力）根据给水温度 tfw，传热端差 和回热抽汽级数 Zfw，以及抽汽管道的压力损t失p e，回热抽汽级数基本上可分为两段确定，除氧器前的低压加热器数和除氧器后的高压加热器数。级数确定之后，则每级加热器中给水比焓升或温升也就确定了，则各加热器的出口给水温度 tw2 也就确定了。根据传热端差可确定各加热器内抽汽凝结水的温度 =tw2+ ，继而可查得对应 下饱和蒸汽压力，即etet各加热表 4 某 25MW 凝汽式机加热器汽水参数加热器号抽 汽压 力pe(MPa)抽 汽比 焓 he(kJ/kg)抽 汽 管压 损 pe/pe(%)加 热 器工 作 压 力(MPa)饱 和 水温 度 et( )饱 和 水比 焓 eh（ kJ/kg）出 口端 差 t( )给 水 出 口水 温tw2( )给 水 出口 比 焓 hw2(kJ/kg)