第一部分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、巩固并应用《汽轮机原理》课程中已学过的理论知识，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,确定流通部分的几何参数，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的确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基本参数，如汽轮机容量、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、通流部分形状及有关参数。
(3) 拟定汽轮机近似热力过程线和原则性热力系统，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) 根据流通部分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，求出各级流通部分的几何尺寸、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) 绘制流通部分及纵剖面图。
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、成本低廉、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任感，严肃认真。
应做到选择及计算数据精确、合理、绘图规范，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1新汽压力：P o=8.83Mpa (90ata)新汽温度：t o=535℃排汽压力：P c=0.981Mpa (10ata)额定功率：P el=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⑴已知设计参数P o=8.83Mpa ，t o=535℃，P c=0.981Mpa，P el=25000KW ，n=3000rpm⑵选取设计参数①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。
②汽轮机相对内效率ηri选取某一ηri值，待各级详细计算后与所得ηri' 进行比较，直到符合要求为止。
③机械效率：取ηm= 99%④发电效率：取ηg= 97%⑤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ΔPo2阀门全开时，ΔP o=(0.03~0.05)Po，通常取调节级喷嘴前P o'=0.95Po（2）排汽管中压力损失ΔP c：对于本机,认为P c'=P c，即ΔP c=0（3）末级余速损失δh c2：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ηri=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3.6*P elD o= —————————————*m+ΔD(Δh t mac)'*ηriηgηmP el ——汽轮机的设计功率，kW(Δht mac)'——汽轮机通流部分的理想比焓降，kJ/kgηri ——汽轮机通流部分相对内效率之初估值；ηg ——机组的发电机效率；ηm ——机组的机械效率；34 m —— 考虑回热抽汽引起汽量增大的系数,它与回热级数、给水温度、汽机容量及参数有关，取m=1.05；ΔD 是考虑门杆漏汽及前轴封漏汽的蒸汽余量，（t/h ）ΔD=ΔDl+ΔD v 给定前轴封漏汽ΔD l =3.8t/h ，门杆漏汽ΔD v =1.2t/h ；D o 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D gD g =D o -ΔD v （ t ／h ）（2）确定速比X a 和理想比焓降Δh t取X a =0.3535， 取调节级平均直径d m =1100mm ，计算时取d m =d n =d b由u=π*d m *n/60和X a =u/C a ，Δh t =C a 2/2 (备注：软件中 ^ 是指数符号) ，检查Δh t 是否在70~125kJ/kg 范围内。
（3）平均反动度Ωm 的选取：取Ωm =6.5%（4）计算嘴理想比焓降Δh nΔh n =(1-Ωm )* Δh t（5）计算喷嘴前后压比εn根据P o '、h o 以及Δh n 查焓熵图，得到喷嘴后压力P 1和比容V 1t 由εn=P o /P o '判断流动状态，选择喷嘴叶型和喷嘴出口角α1。
(参见喷嘴叶型表)（6）计算喷嘴出口汽流速度C 1n t h C Δ∗=21C 1=φ*C 1t ，取φ =0.97（7）计算喷嘴损失δh nδh n =(1-φ2)* Δh n（8）确定喷嘴出口面积A nA n =G n *V 1t /μn *C 1tG n —— 喷嘴流量，kg/sV 1t —— 喷嘴出口理想比容，m 3/kgμn —— 喷嘴流量系数，取μn =0.97（9）确定部分进汽度e确定部分进汽度的原则是选择部分进汽度e 和喷嘴高度ln 的最佳组合，使叶高损失δhl 和部分进汽损失δhe 之和为最小。
由An=e*π*dm*ln*sin(α1)得ln=An/ (e*π*dm*sin(α1))而δhl=ξl*Eo=a1/ln*Xa^2*Eo ， 取a1=9.9δhe=ξe*Eo=(ξw+ξs)*Eo鼓风损失系数ξe=Be*1/e*(1-e-ec/2)*Xa 3 ，取 Be=0.15，ec=0.4斥汽损失系数ξs=Ce*1/e*Sn/dn*Xa ，取Ce=0.012，Sn=3 (喷嘴组数) ，dn=dm=1100mm5令y=δhl+δhe令其一阶导数为零，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lnln= An/ (e*π*dm*sin(α1))（11）动叶高度lb=ln+Δ （Δ为盖度）（12）选取盖度Δ对于本机组来说调节级：Δ=2.5mm压力级：Δ=2.0mm (ln<20mm)Δ=2.5mm (20≤ln<40mm)Δ=3.0mm (ln ≥40mm)（13）检验根部反动度ΩrΩr=1-(1-Ωm)*db/(db-lb)Ωr 应在0.03─0.05范围内，否则应重新选择。
（14）求动叶进口汽流相对速度w 1和进汽角β1tg β1=c 1*sin （α1）/（c 1*cos （α1）-u ）w 1=C 1*sin （α1）/sin （β1）δhw 1=w 12/2（15）计算动叶前滞止压力P 10由h 1=h 1t +δhn 和δhw 1查焓熵图（16）确定动叶理想比焓降Δhb 和动叶滞止理想比焓降Δhb 0Δhb=Ωm*ΔhtΔhb 0=Δhb+δhw 1（17）计算动叶出口汽流相对速度w 2w 2t =hb *2Δw 2=ψ*w 2t ，ψ由Ωm 和w 2t 查ψ图得到（18）计算动叶损失δhbδhb=(1-ψ2)* Δhb 0（19）求取动叶后蒸汽压力P 2和比容V 2由Δhb 和δhb 查焓熵图得到（20）确定动叶出口面积AbAb=Gb*V 2/w 2 ，因未考虑叶顶漏汽,故Gb=Gn（21）确定动叶出口汽流角β2sin(β2)=Ab/(e*π*db*lb)根据β1和β2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C 2和出汽角α26222222cos *u *w *2-u w β+=Cα2=arctg （w 2*sin （β2）/（w2* cos （β2）-u ）） （23）计算余速损失δhc 2δhc 2=0.5*C 22（24）计算轮周效率比焓降Δhu' （无限长叶片）Δhu'=Δht o -δhn-δhb-δhc 2（25）计算级消耗的理想能量EoEo=δhc o +Δht-μ1*δhc 2对于调节级Eo=Δht o =Δht（26）计算轮周效率ηu'（无限长叶片）ηu'=Δhu'/Eo（27）校核轮周效率单位质量蒸汽对动叶所作的轮周功Wu=u*(c 1*cos(α1)+c 2*cos(α2))轮周效率ηu"=Wu/Eo用两种方法计算所得轮周效率应相近，其误差要求Δηu=|ηu'-ηu"|/ηu'*100%<1%若Δηu>1%说明前面计算有误，须重新计算。
（28）计算叶高损失δhlδhl=a/l*Δhu' ，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ΔhuΔhu=Δhu'-δhl（30）计算轮周效率ηuηu=Δhu/Eo（31）计算叶轮摩擦损失δhfδhf=ΔPf/G其中ΔPf=K 1*（u/100）3*dm 2/v ，取K 1=1.07v=(v 1+v 2)/2（32）计算部分进汽损失δheδhe=δhw+δhs鼓风损失δhw=ξw*Δht ，ξw=Be*1/e*(1-e-ec/2)*Xa 3斥汽损失δhs=ξs*Δht ， ξs=Ce*1/e*Sn/dn*Xa（33）计算级效率和级内功率级的有效比焓降Δhi=Δhu-δhf-δhe级效率ηi=Δhi/Eo7级内功率 P i s =G*Δhi（34）确定级后参数级后压力P 2和比焓h 2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dm I 的确定这里给定dm I =981mm 检验喷嘴高度ln ，使ln 不小于12─15mm ，否则应减小dm I 或采用部分进汽度。
首先选取Xa I =0.4365，Ωm=0.07，α1=11.5度， 计算Δht I 、Δhn I 和h 1t ，Δht I =Ca 2/2=0.5*(π*dm*n/60/Xa)2Δhn I =(1-Ωm)* Δht Ih 1t =ho-Δhn I查焓熵图求V 1t第一压力级喷嘴流量为调节级流量减去前轴封漏汽量，即Gn I =Go I =Gg-ΔGl (kg/s)喷嘴出口汽流速度C 1tI t hn C Δ∗=21由连续性方程有GnI=μn*An*C1t/V1t ， 其中流量系数μn 取0.97而 An=e*π*dm I *ln I *sin(α1)，其中取e=1求出ln ，检验其正确性（2）末级平均直径的确定给定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。
