汽輪機課程設(shè)計指導(dǎo)書

1、汽輪機課程設(shè)計指導(dǎo)書馮慧雯 編華 中 科 技 大 學(xué)能源與動力工程學(xué)院第一節(jié) 課程設(shè)計的任務(wù)與要求1設(shè)計題目 N25-3.5/435汽輪通流部分熱力設(shè)計2已知參數(shù)額定功率： Pr=25MW， 額定轉(zhuǎn)速： n=3000r/min，設(shè)計功率：Pe=20MW, 新蒸汽壓力：p0=3.5 MPa,新蒸汽溫度：t0=435, 排汽壓力：=0.005MPa，給水溫度： tfw=160170，冷卻水溫度：tw1=20，給水泵壓頭：pfp=6.3MPa，凝結(jié)水泵壓頭：pcp=1.2 MPa，射汽抽汽器用汽量Dej=500kg/h，射汽抽汽器中凝結(jié)水溫升tej=3，軸封漏汽量Dl=1000 kg/h，第二高壓加

2、熱器中回收的軸封漏汽量=700kg/h。3任務(wù)與要求（1） 估算整機蒸汽流量及擬定熱力過程曲線；（2） 回?zé)嵯到y(tǒng)熱平衡初步計算及回?zé)嵯到y(tǒng)示意圖繪制；（3） 非調(diào)節(jié)級理想比焓降分配和級數(shù)的確定；（4） 計算調(diào)節(jié)級與非調(diào)節(jié)級通流部分幾何尺寸：各級平均直徑dn（b）、葉片高度ln（b）、通流面積An（b）、葉片數(shù)Zn（b）、葉寬Bn（b）、節(jié)距tn（b）、靜葉片安裝角、動葉片安裝角、及出汽角（）、（）等；（5） 計算級效率、級內(nèi)功率、整機內(nèi)功率及相對內(nèi)效率；（6） 整機校核（電功率、內(nèi)效率）；（7） 按比例繪制通流部分子午剖面流道圖和各級速度三角形圖，以及調(diào)節(jié)級詳細(xì)熱力過程曲線示意圖，整機熱力過程曲

3、線圖；（8） 編寫計算機程序方框圖；（9） 編寫計算機運算程序；（10） 調(diào)試并運行熱力設(shè)計計算機程序；（11） 編寫課程設(shè)計說明書（說明書規(guī)格按學(xué)校要求，內(nèi)容為上述計算內(nèi)容）。第二節(jié) 多級汽輪機熱力計算一般原則 各級型式、結(jié)構(gòu)、參數(shù)的選擇一、通流部分的合理成型在凝汽式汽輪機中，由于蒸汽在膨脹過程中比容變化的結(jié)果，蒸汽的容積流量GV變化很大。所以在設(shè)計凝汽式汽輪機時，如何使蒸汽通流部分的成型滿足于蒸汽流動的這一特性使通流部分平滑地變化極為重要，必須以此作為出發(fā)點。誠然，要使設(shè)計的汽輪機有較高的效率，尚須使各級的速度比xa=u/ca等于其最佳值，各級的噴嘴，動葉片有足夠的高度，選擇最好的型線，合

4、理的間隙和反動度等，但最終須保證通流部分平滑，不然以上的措施就會失去其積極意義。一般使機組的通流部分輪廓的錐角不超過30º?？刹捎酶淖兏骷壍睦硐氡褥式捣峙洌睆?，噴嘴和動葉片的型線（角度）以及反動度的方法，來保證通流部分平滑變化。保證了通流部分平滑地變化就能實現(xiàn)全部或部分利用前級余速損失這個要求。另外，噴嘴、動葉型線（角度）的選擇除了根據(jù)效率及通流部分平滑的條件外，最好在各個級組或整個機組中用統(tǒng)一的型線。設(shè)計通流部分時，要保證熱力計算中的數(shù)據(jù)和要求。除調(diào)節(jié)級和末幾級外，其它各級應(yīng)盡量避免使蒸汽速度超過臨界值。為保證機組有較高的效率，除了上述措施外對下面幾個問題也應(yīng)重視。（a）各級反動

5、度的合理選擇：實際運行證明，反動度（平均輪徑處）m選擇得過大或過小，都會帶來附加損失。根據(jù)試驗資料，建議在設(shè)計工況下選擇反動度m的原則是：使葉根部處的反動度在3%5%之間。對調(diào)節(jié)級可使根部反動度為05%。（b）各級速度比xa的合理選取。為使整機的效率高，必須使各級的速度比xa接近最佳值。通常選取范圍如下：復(fù)速級的速度比范圍： xa=0.200.28單列調(diào)節(jié)級的速度比范圍：xa=0.400.45高、中壓非調(diào)節(jié)級的速度比范圍：xa=0.460.50扭葉片低壓級的速度比范圍：xa=0.480.6速度比xa與反動度m、部分進汽度e有密切的關(guān)系。對應(yīng)一定的m、e，有一xa與之對應(yīng)。一般說來，最佳的xa值

6、隨反動度m、部分進汽度e的增加而增大，隨m、e的減小而減小。另外，噴嘴與葉片出口截面積之比f=Ab/An主要取決于反動度m和速度比xa，m越小，xa越小，f就越大。m與f之間是相互對應(yīng)的，選定其中一個參數(shù)，另一個參數(shù)也就決定了。（c）合理地選擇通流部分的各項間隙：表1（單位：mm）噴嘴高度50519091150150葉頂蓋度t1.5222.52.53.5葉根蓋度r0.5111.51.5直徑差db-dn11112噴嘴閉式間隙212233446動葉閉式間隙32.52.52.52.5總軸向間隙566778810葉頂徑向間隙，=(0.51.5)(mm)；圍帶厚度，=2.0 4.0（mm）；噴嘴閉式間隙

7、，動葉閉式間隙，頂部蓋度，根部蓋度，以及葉片高度可查表1。這些幾何參數(shù)選擇得合理與否，直接影響到機組運行的經(jīng)濟性與可靠性。二、配汽機構(gòu)的合理選擇汽輪機的配汽機構(gòu)有各種不同的型式。由于它們各具自己的優(yōu)缺點，因而應(yīng)根據(jù)所設(shè)計機組的類型和用途的不同來選取。一般來說，設(shè)計帶基本負(fù)荷的機組，由于其在運行過程中，長期處在經(jīng)濟工況下工作，要求有較高的經(jīng)濟性，可采用節(jié)流配汽或噴嘴配汽。設(shè)計帶尖峰負(fù)荷的機組，希望在變動工況下效率變化比較小，一般采用噴嘴配汽較合理。三、調(diào)節(jié)級理想比焓降的合理選擇現(xiàn)代汽輪機大多數(shù)采用噴嘴配汽，影響其經(jīng)濟性的主要因素之一是調(diào)節(jié)級理想比焓降值的大小。在選擇調(diào)節(jié)級理想比焓降值時，應(yīng)充分考

8、慮到該機組在變工況時的工作條件，正確地選擇調(diào)節(jié)級的尺寸和型式，使它能保證在給定的蒸汽參數(shù)和功率的各個持久工況時，具有較高的經(jīng)濟性。這是汽輪機初步設(shè)計的主要任務(wù)之一。（a） 調(diào)節(jié)級型式的選擇，即采用單列級還是復(fù)速級，須根據(jù)機組承擔(dān)負(fù)荷情況而定。單列級在設(shè)計工況下有較高的效率，但能承擔(dān)的理想比焓降較小，機組投資費用較大，因此大容量機組及帶基本負(fù)荷的機組采用單列級作為調(diào)節(jié)級。復(fù)速級能承擔(dān)的理想比焓降較大，在變工況時其效率變化較小，可減小機組級數(shù)、轉(zhuǎn)子長度和尺寸，使結(jié)構(gòu)簡化；還可降低調(diào)節(jié)汽室壓力和溫度，減小軸封漏汽。中、小型汽輪機常采用復(fù)速級作調(diào)節(jié)級。（b） 調(diào)節(jié)級理想比焓降的選擇：復(fù)速級一般在195

9、300（KJ/kg）之間；單列級一般在80130（KJ/kg）之間。（c） 調(diào)節(jié)級平均直徑的選擇中壓機組（套裝葉輪） dm=(10001200mm)高壓機組（整鍛轉(zhuǎn)子） dm=(9001100mm)除此之外還要求最大工況下調(diào)節(jié)汽室的最高溫度符合材料要求，對套裝葉輪不超過350（），對整鍛載子不超過530（）。四、非調(diào)節(jié)級特點一般對于凝汽式輪機，非調(diào)節(jié)級即調(diào)節(jié)級后各級按特點分為：高壓級、中間級和低壓級。（a） 高壓級：蒸汽容積流量很小，設(shè)計時應(yīng)盡量提高葉片高度。常選用較小直徑，或較小的比焓降，或較小的噴嘴出汽角1(1=11º14º)，以提高葉高ln，來提高效率。當(dāng)ln過低時，

10、則采用部分進汽來提高級效率。（b） 容積流量較大的中間級：葉片高, 效率也高，較易設(shè)計。（c） 末幾級在真空下工作的低壓級：為適應(yīng)容積流量急劇變化的需要，葉高和平均直徑同時放大。當(dāng)徑高比d/l810時選用扭葉片級。根部反動度r可選用(05)%。為使通流部分平滑變化，并且設(shè)法避免采用縮放噴嘴，級平均輪徑處反動度m應(yīng)逐級增大。末級m可達0.30.55。第三節(jié) 多級汽輪機初步熱力設(shè)計一般程序初步熱力設(shè)計的主要任務(wù)是：根據(jù)給定的條件（汽輪機型式，額定功率Pr，蒸汽初參數(shù)p0、t0，排汽壓力pc及工作轉(zhuǎn)速n）確定機組的相對內(nèi)效率，汽耗量及通流部分的主要幾何尺寸。首先選擇汽輪機的配汽方式（假定采用噴嘴配汽

11、），確定設(shè)計工況，即確定經(jīng)濟功率Pe，然后進行下列計算。一汽輪機進汽量D0的初步估算和近似熱力過程線的初步計算1、根據(jù)已知的p0、t0和pc，確定蒸汽通過主汽門、配汽機構(gòu)及排汽管中的壓力損失。一般全開閥門進汽機構(gòu)的節(jié)流損失取：p0=(0.030.05)p0排汽管中的壓力損失取 pc=pc 或 pc=(0.020.06)pc其中：與排汽管的結(jié)構(gòu)和流速有關(guān)的阻力系數(shù)。一般=0.050.1Cex排汽管中汽流速度 通常凝汽式輪機Cex =(80100) （m/s） 背壓式汽輪機 Cex =(4060) （m/s）所以調(diào)節(jié)級前壓力 = p0-p0末級動葉后壓力 2、參考同類型、同容量的汽輪發(fā)電機組，選取

12、機組的相對內(nèi)效率、發(fā)電機效率g和機械效率ax。由于相對內(nèi)效率ri取決于汽輪機內(nèi)部各項損失，這些損失又與蒸汽流量及通流部分的幾何參數(shù)有關(guān)，因此只能初步估計（ri），待熱力計算后將計算的相對內(nèi)效率ri與估計值（ri）進行校核。若1%，為合格，否則重新計算直至滿意。此處 表2 汽輪發(fā)電機組的各種效率范圍額定功率（MW）0.756122550100125機械效率（%）0.9650.9850.9850.9900.9900.9950.995發(fā)電機效率（%）全負(fù)荷0.9300.9600.9650.9750.9800.9850.9850.990半負(fù)荷0.9100.9400.9450.9600.9650.980

13、0.9800.985相對內(nèi)效率（%）0.7600.8200.8200.8500.8500.8700.8703、近似熱力過程線的初步擬定：由p0、t0及pc在h-s圖上可查得整機的理想比焓降和有效比焓降=?？紤]了進汽機構(gòu)的節(jié)流損失后，可求得調(diào)節(jié)級前的蒸汽狀態(tài)點“1”。考慮了排汽管壓損和末級的余速損失后，可得末級動葉蒸汽狀態(tài)點“4”，末級余速損失可由下式近似的估計：凝汽式汽輪機熱力過程曲線的擬定方法為：用直線連接“1”、“4”兩點，求出中點“2”，并在“2”點沿等壓線向下移1215（kJ/kg）距離求得“2”點。通過“1”、“2”、“4”三點作光滑曲線，即為凝汽式汽輪機的近似熱力過程線。如圖1（a

14、）所示。一般汽輪機廠常采用圖1（b）的方法作近似熱力過程曲線。圖1 凝汽式汽輪熱力過程曲線的擬定4、蒸汽流量D0的初步估算：D0=3600Pem/（kg/h）式中：m考慮回?zé)岢槠M汽量增大的系數(shù)；它與回?zé)峒墧?shù)、給水溫度及機組參數(shù)和容量有關(guān)；通常m=1.151.25D考慮閥桿漏汽和前軸封漏汽及保證發(fā)出經(jīng)濟功率的蒸汽余量；通常D =(35)%D0 （kg/h）二、回?zé)嵯到y(tǒng)熱平衡初步估算1 給水回?zé)釁?shù)確定提高機組循環(huán)效率的重要措施是采用回?zé)嵫h(huán)，即在汽輪機中采用多級抽汽，逐級加熱給水，使凝結(jié)水在進入鍋爐以前先加熱到一定的溫度。在分析回?zé)嵯到y(tǒng)時，需要選擇確定給水溫度、抽汽級數(shù)以及加熱器端差和抽汽管道

15、壓損。通常用較高的給水溫度，增多抽汽級數(shù)，降低加熱器的端差及抽汽管道的壓損，都能提高循環(huán)效率，但也增大了投資費用。因此，必須通過技術(shù)經(jīng)濟比較，合理確定這些參數(shù)?，F(xiàn)將根據(jù)實踐經(jīng)驗及一些分析的結(jié)論簡述如下：（a）溫度tfw：在其它條件不變時，回?zé)峒墧?shù)越多，給水溫度越高，循環(huán)效率也將越高。但同時使鍋爐排煙溫度相應(yīng)升高而降低了鍋爐效率。因此給水溫度的選取要將循環(huán)熱效率、鍋爐效率及投資聯(lián)系起來綜合考慮確定。通常給水溫度選為初蒸汽壓力下飽和溫度的（0.650.75）倍。（b）回?zé)岢槠墧?shù)Zfw回?zé)岢槠墧?shù)主要與蒸汽參數(shù)、給水溫度及機組容量有關(guān)。見表3。表3 回?zé)峒墧?shù)和給水溫度初壓（MPa）初溫（）/再熱溫

16、度（）回?zé)峒墧?shù)Zfw給水溫度tfw（）2.35390131051503.43435351451708.825356721023012.7313.24535/5357822025016.18535/5357824525023.5565/56589270300在選擇回?zé)崞墧?shù)時，同時確定各級之間的給水比焓升分配。在結(jié)構(gòu)可能的條件下，對于非再熱機組，通常采用接近于等比焓升（等溫升）的分配原則。所以每級加熱器中給水的比焓升hfw為hfw=(hfw-)/Zfw 或tfw=(tfw - )/Zfw =25±5（）其中hfw、tfw為給水比焓值與溫度和為凝汽器中凝結(jié)水的飽和溫度和比焓值。（c）表面

17、式加熱器端差：回?zé)岢槠Y(jié)水溫度與加熱器出口的給水溫度之差稱為加熱器端差。減小可以提高熱經(jīng)濟性，但加熱器的面積增大，使投資增加，因此要由技術(shù)經(jīng)濟比較確定。一般小功率機組=68()，中壓、中等功率機組=36()，高參數(shù)、大功率機組=-13()。（d）抽汽管道壓損pepe與管道內(nèi)蒸汽流速（通常在4560（m/s）范圍內(nèi)）、管道長度及形狀等因素有關(guān)。通常取 pe=(58)%pe （pe為抽汽壓力）根據(jù)給水溫度tfw，傳熱端差和回?zé)岢槠墧?shù)Zfw，以及抽汽管道的壓力損失pe，回?zé)岢槠墧?shù)基本上可分為兩段確定，除氧器前的低壓加熱器數(shù)和除氧器后的高壓加熱器數(shù)。級數(shù)確定之后，則每級加熱器中給水比焓升或溫升也

18、就確定了，則各加熱器的出口給水溫度tw2也就確定了。根據(jù)傳熱端差可確定各加熱器內(nèi)抽汽凝結(jié)水的溫度=tw2+，繼而可查得對應(yīng)下飽和蒸汽壓力，即各加熱表4 某25MW凝汽式機加熱器汽水參數(shù)加熱器號抽汽壓力pe(MPa)抽汽比焓he(kJ/kg)抽汽管壓損pe/pe(%)加熱器工作壓力(MPa)飽和水溫度()飽和水比焓（kJ/kg）出口端差t()給水出口水溫tw2()給水出口比焓hw2(kJ/kg)H10.7452996.780.686164.17693.65159.17675.2H20.3162832.480.290132.42556.65127.42539.3HD0.1422703.4170.1

19、18104.25437.00104.25437.0H30.0862629.680.07993.15390.2390.45378.4H40.0292482.880.02766.37277.8363.37266.1器內(nèi)抽汽壓力，以及汽輪機各抽汽室的壓力pe（pe=+Pe）。在h-s圖上近似熱力過程線中，分別找到各抽汽點的焓值he，并將其列于下表中2. 繪制原則性熱力系統(tǒng)圖圖2 25MW凝汽式汽輪機回?zé)嵯到y(tǒng)示意圖2 回?zé)嵯到y(tǒng)熱平衡估算：回?zé)嵯到y(tǒng)的熱平衡估算，即計算各級抽汽量。一般從高壓加熱器向低壓加熱器逐級進行。1）H11號高壓加熱器的平衡方程式為：或式中：第一段抽汽量 （kg/h）Dfw被加熱的給

20、水量，可取Dfw=D0（kg/h）he1抽汽比焓，根據(jù)抽汽壓力pe1在hs圖中近似熱力過程線中查得（kJ/kg）相對壓力下的蒸汽凝結(jié)水焓（kJ/kg）hw2、hw1加熱器出口和進口水焓（kJ/kg）he1一公斤蒸汽所放熱量，he1 =he1-（kJ/kg）2）H22號加熱器熱平衡方程為De2=Dfw(hw2hw1)/(he2h)D'e1D"l式中：e2、Dfw、hw2、hw1、he2、h意義同上。D'e1為第一級抽汽的凝結(jié)水回流到H2加熱器中，使抽汽量減少的相當(dāng)量即 D"l為前軸封漏汽量中一部分Dl引至H2中，使抽汽量減少的相當(dāng)量D"l=(hlh&

21、#39;e2)D'l /he2 式中：hl軸封抽汽比焓值，可根據(jù)節(jié)流特點取為調(diào)節(jié)級汽室的比焓值。3）Hg除氧器可列出下列質(zhì)量平衡方程其熱平衡方程式為：式中：=hw2除氧器抽汽凝結(jié)水比焓，也即除氧器出口水比焓（kJ/kg）Dcw進入除氧器凝凝結(jié)水量，即給水量（kg/h）除氧器抽汽量（kg/h）其余參數(shù)與前同。將上兩平衡方程聯(lián)立解，可得除氧器抽汽量。H3、H4低壓加熱器可列出與H1相類似的熱平衡方程，解得各段抽汽量，此處從略。4）射汽抽汽器一般中、低壓汽輪機組，射汽抽汽器的工作蒸汽引自新蒸汽。射汽抽氣器的出口水溫。其中 tc對應(yīng)凝汽器壓力下的飽和蒸汽溫度tej抽氣冷卻器凝結(jié)水加熱溫升，一般

22、tej=（38）（）5）將計算結(jié)果列于下表。項 目符 號單 位加熱器號H1H2HgH3H4抽汽壓力peMPa加熱器壓力MPa抽汽比焓hekJ/kg壓力下飽和溫度te壓力下飽和水比焓kJ/kg每公斤蒸汽放熱量hekJ/kg被加熱的給水量Dfwkg/h給水進口溫度tw1給水進口水比焓hw1kJ/kg加熱器端差t給水出口溫度tw2給水出口比焓hw2（kJ/kg）給水比焓升（kJ/kg）抽汽量kg/h三、調(diào)節(jié)級詳細(xì)計算1、 根據(jù)調(diào)節(jié)級的選擇原則，選擇調(diào)節(jié)級的型式、平均直徑dm和速度比xa，確定級的理想比焓降。（假定選用復(fù)速級作調(diào)節(jié)級）。2、 選擇反動度m和葉片型線。選擇反動度m與xa及部分進汽度有關(guān)。

23、目前在生產(chǎn)中廣泛采用，并具有較高效率的復(fù)速級型組合有以下幾種：（1）ht=（210280）kJ/kg dm=1150（mm）葉柵葉型安裝角葉高（mm）噴嘴30.2Tc-20.2539°20第一列動葉38Tp-10.31281°24導(dǎo)葉32Tp-3A0.42080°28第二列動葉38Tp-5A0.57379°32噴嘴第 一列動葉導(dǎo)葉第二列動葉型線32Tc-1A45Tp-0A45Tp-2A45Tp-4A表5 蘇字（MEN）雙列調(diào)節(jié)級葉型基本數(shù)據(jù)項 目型 線出口角范圍進口角范圍相對節(jié)距相對面積比噴 嘴TC-1A11°14°70°1

24、00°0.700.751.00第一列動葉TP-0A14°16°20°30°0.670.721.481.55導(dǎo) 葉TP-2A19°22°25°40°0.590.642.452.60第二列動葉TP-4A29°31°45°60°0.500.563.503.80噴 嘴TC-214°17°70°100°0.700.751.00第一列動葉TP-117°20°20°28°0.600.651.451.5

25、0導(dǎo) 葉TP-3A23°25°30°45°0.560.632.352.45第二列動葉TP-5A31°34°45°60°0.500.563.103.80表6 雙列級各列葉柵面積比范圍理想比焓降h1(kJ/kg)壓力比第一列動葉出口面積比Ab/An導(dǎo)葉出口面積比Ag/An第二列動葉出口面積比Ab/An2100.551.501.552.352.503.403.802102990.550.351.531.592.402.603.453.80單列調(diào)節(jié)級型線組合有葉柵型線葉高mm型線型線噴嘴Tc-1A12º5522.

26、9Tc-1A10°13°Tc-2A14°16°動葉Tp-2A19º4324.7Tp-1A16°17°TP-2A18°21°3、調(diào)節(jié)級詳細(xì)計算按速度三角形法計算。1）噴嘴理想比焓降：hn=(1-m)ht（kJ/kg）。由、h0、hn在h-s圖上查得噴嘴后壓力p1和比容VIt，對雙列級m=b+g+b'。2）根據(jù)壓力比n=p1/判別蒸汽在噴嘴出口屬亞音速流動還是超音速流動，選擇噴嘴型線和出汽角。3）噴嘴出口汽流速度：clt=44.72(m/s)圖3 噴嘴和動葉的流量系數(shù)圖 c1=c1t (m/s)1）

27、噴嘴出口面積An=×104 (cm2) 式中 n噴嘴流量系數(shù)，由圖3查得。當(dāng)0.4nc r時，汽流在斜切部分發(fā)生膨脹，產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，則 （An）min= (2) 式中：p0（Mpa），V0（m3/kg），G（kg/s）。偏轉(zhuǎn)角可由下式近似計算式中：ccr臨界速度，ccr=44.72 (m/s)hcr可根據(jù)臨界壓力pc r=c rp0，在h-s圖上查得臨界比焓值hcr，hc r=h0-hc r（kJ/kg）Vcr臨界比容，可根據(jù)pc r與等熵線交點查得，（m3/kg）。5）噴嘴出口高度ln和部分進汽度e當(dāng)nc r時，lne=當(dāng)0.4nc r時，ln e=要求: ln1216mm，e0.15

28、0.3。對于一定級，ln、e為一常數(shù)，且有一最佳值，即使葉高損失hl和部分進汽損失之和為最小值時所對應(yīng)的ln、e。設(shè)計時應(yīng)取ln、e為最佳值。6）噴嘴損失圖4 與m和W2t 的關(guān)系曲線hn=(1-2)h*n （kJkg）在hs圖上可作出噴嘴的熱力過程線，確定進入動葉的蒸汽狀態(tài)點。7）動葉進口汽流角和相對速度（當(dāng)p1pcr時，1=0）作出動葉進口速度三角形hw1= （kJ/kg）在h-s圖上查得8）第一列動葉理想比焓降：hb=bht（kJ/kg）滯止理想焓降 hb*=hb+hw1 （kJ/kg）9）動葉出口汽流相對速度w2t=44.72（m/S）w2=W2t （m/S）式中：根據(jù)b和W2t在圖4

29、中查得10）動葉損失 hb=(1-2)h*b （kJ/kg） 根據(jù)hb和hb在h-s圖中作出動葉熱力過程曲線，查得第一列動葉后的蒸汽狀態(tài)點，參數(shù)p2和V2。11）動葉出口面積Ab=×104 （cm2）一般動葉由于反動度較小，動葉內(nèi)汽流膨脹不大，故動葉出口汽流均小于音速。但對凝汽式汽輪機末級，由于m接近0.5或者更大，故動葉出口汽流速度可能達到超音速，則同樣要進行臨界判別，其方法同噴嘴。12）動葉出口高度lb和汽流出口角2動葉進口邊高度一般取，其中，（和見表1），對于短葉片級，一般，對長葉片級，要求15º20º，見圖5。圖5 級的通流部分2=sin-113）動葉出口

30、汽流速度c2和出汽角22=tan-1c2=（m/s）作出動葉出口速度三角形。14）導(dǎo)葉的理想比焓降 hg=ght=ght+在h-s圖上查得導(dǎo)葉出口汽流理想狀態(tài)點，得。15）導(dǎo)葉出口理想速度 =44.72(m/s)實際速度 =g(m/s)其中g(shù)根據(jù)和g查圖4得。16)導(dǎo)葉內(nèi)損失 hg=(1-g2) （kJ/kg）在h-s圖上作出導(dǎo)葉熱力過程曲線，得導(dǎo)葉出口汽流狀態(tài)點、壓力和比容。17）導(dǎo)葉出口截面積 Ag=×104 （cm2）導(dǎo)葉進口高度 18）導(dǎo)葉出汽角 =sin-119）第二列動葉進口相對速度和方向=tan-1= （m/s）作出第二列動葉進口速度三角形。20）第二列動葉理想比焓降=

31、ht （kJ/kg）ht+（kJ/kg）21）動葉出口理想相對速度 =44.72(m/s)動葉出口實際相對速度 (m/s) ( '查法同前)22）第二列動葉損失 （kJ/kg）由和。在h-s圖上查得第二列動葉出口汽流壓力和比容，作出第二列動葉的熱力過程線，并得到第二列動葉的出口蒸汽狀態(tài)點。23）第二列動葉出口截面積 （cm2）動葉進口高度動葉出口高度24）動葉出口汽流角 25）動葉出口汽流絕對速度方向 其大小 26）余速損失 （kJ/kg）27）輪周有效焓降（不計葉高損失）（kJ/kg）28）輪周效率及校核（調(diào)節(jié)級），若則合格若，則說明計算有錯。必須予以改正。29）葉高損失 （kJ/k

32、g）復(fù)速級系數(shù)a=2，葉片高度 l=單列級系數(shù)a=1.6 (包括扇形損失)，或a=1.2 (不包括扇形損失)；。30）輪周有效比焓降 (kJ/kg)輪周功率 （kw）31）部分進汽損失和葉輪摩擦損失摩擦葉輪損失雙列級為上式兩倍。式中：db平均直徑，（m）。部分進汽損失式中：Ke經(jīng)驗系數(shù)，單列級Ke=0.15；雙列級Ke=0.55；經(jīng)驗系數(shù)，單列級=0.012；雙列級=0.016；Zm噴嘴組數(shù)，即調(diào)節(jié)閥數(shù)，當(dāng)e=1時，Zm=0。32）級有效比焓降 （kJ/kg）內(nèi)功率 （kw）33）級效率 4、葉柵幾何參數(shù)的選擇葉片寬度Bn、Bb、應(yīng)按強度計算結(jié)果決定，也可參考同類型機組選取，一般Bn=3070

33、（mm），Bb=2530（mm）。在選取動靜葉出口角、及動靜葉寬度同時，還須選取相對節(jié)矩，對一定的葉型，具有最佳的變動范圍，應(yīng)在此范圍內(nèi)選擇。式中bn、bb為葉柵的弦長，可根據(jù)相似變換計算得。葉片型線決定后，以上各參數(shù)均為已知，則可確定噴嘴數(shù)與動葉片數(shù)：；然后取整。一般從強度考慮葉片數(shù)取為偶數(shù)。計算出準(zhǔn)確節(jié)距tn、tb，并校核、是否在最佳范圍。5、繪制出調(diào)節(jié)級詳細(xì)熱力過程曲線。四、壓力級焓降分配和級數(shù)確定在計算壓力級時，主要應(yīng)保證通流部分平滑，而通流部分的變化，主要取決于第一級和最末一級的幾何尺寸。因此，設(shè)計應(yīng)從這兩級平均直徑的預(yù)先估算開始。由這兩級的直徑擬出全機通流部分的變化規(guī)律，估計全機級

34、數(shù)，初步定出各級比焓降，然后再進行各級詳細(xì)計算。1、第一非調(diào)節(jié)級平均直徑的估計第一非調(diào)節(jié)級的直徑，可以根據(jù)末級和調(diào)節(jié)級直徑適當(dāng)?shù)毓廊　Ｓ捎谡{(diào)節(jié)級的部分進汽度在工況變動時是變化的，而且與第一非調(diào)節(jié)級的部分進汽度不同，因此兩級直徑不能相同。一般兩級直徑差不小于（50100）（mm）。另外，對單缸汽輪機來說，首末兩非調(diào)節(jié)級的直徑之比不應(yīng)小于（0.460.6）。第一非調(diào)節(jié)級的平均直徑也可由下式估算。或上式是根據(jù)速度比關(guān)系所得。其中第一級理想比焓降，可假設(shè)=50 （kJ/kg）2、凝汽式汽輪機末級平均直徑的估取末級平均直徑可選用通用級平均直徑或根據(jù)首末兩壓力級平均直徑比d1:dz0.460.6確定，25

35、MW機組末級直徑(dm=1.72m)3、凝汽式汽輪機級數(shù)及焓降的確定級數(shù)的確定可以采用圖解法，一般步驟如下：1） 確定非調(diào)節(jié)級通流部分平均直徑的變化規(guī)律。在橫坐標(biāo)上任取線段BD表示第一非調(diào)節(jié)級末級之間的動葉中心距。在BD兩端的縱坐標(biāo)上按比例繪出第一非調(diào)節(jié)級和末級的平均直徑，如圖6中AB和CD。用一條逐漸上升的光滑曲線把A、C兩點連起來，此曲線即表示非調(diào)節(jié)級各級平均直徑的變化規(guī)律。圖6 壓力級平均直徑變化規(guī)律2）級數(shù)的確定在圖上畫出速度比xa的變化曲線，速度比xa的數(shù)值應(yīng)與各級的最佳速度比相符合。然后求出平均理想比焓降。將BD分成m等分（m5），并在各等分線上找出相應(yīng)的各級直徑下的速度比，則各級

36、理想比焓降為 (kJ/kg).圖7 分配比焓降用的熱力過程曲線非調(diào)節(jié)級平均理想比焓降為并繪出變化曲線。非調(diào)節(jié)級的級數(shù) (取整)式中：由調(diào)節(jié)級終點比焓到末級動葉后壓力求得的理想比焓降。見圖7。重?zé)嵯禂?shù)。重?zé)嵯禂?shù)值先假設(shè)（凝汽式汽輪機=0.030.08），待級數(shù)確定后再校核，效核公式為式中：K系數(shù)。過熱蒸汽區(qū)工作K=0.2；飽和蒸汽區(qū)工作K=0.12；部分在飽和區(qū)，部分在過熱區(qū)工作時K=0.140.18；壓力級組效率。3）比焓降的分配在圖6中，將BD分成（z-1）等分，可找出每一級的理想比焓降，速度比和平均直徑，將它們列于下表：級 號1 2 Z總 和平均直徑Dm速度比xa試算比焓降 最后確定的比焓

37、降表中 也可不平均分配給每一級，對不能利用前一級余速的級可適當(dāng)多加一點。比焓降分配好后，可按分配的比焓降在h-s圖上得到相應(yīng)的各級壓力，再與回?zé)嵯到y(tǒng)要求的抽汽點壓力相比較，看是否重合或較接近。往往不能與原選的抽汽壓力完全重合，故必須進行適當(dāng)調(diào)整。調(diào)整時應(yīng)注意如下幾點：除氧器的抽汽壓力不可太低，否則負(fù)荷變小時不能保證除氧；除氧器前一級抽汽壓力不可過高，否則容易引起給水在除氧器中自沸騰；滿足給水溫度。調(diào)整抽汽參數(shù)后的回?zé)嵯到y(tǒng)需要重新計算，以便最后確定各級抽汽量五、非調(diào)節(jié)級詳細(xì)計算確定了各級比焓降之后，就可以從第一非調(diào)節(jié)級開始逐級進行詳細(xì)計算。計算方法與步驟與調(diào)節(jié)級相同，此處不再重復(fù)。計算時應(yīng)注意以

38、下幾點：1） 各級蒸汽量：由于存在前軸封漏汽和回?zé)岢槠虼送ㄟ^各級的流量不會都相等。2） 為使汽輪機制造方便，降低成本，盡量使大多數(shù)級的噴嘴和葉片型線相同，并盡量與已有產(chǎn)品通用。3） 余速利用系數(shù)：當(dāng)相鄰級的部分進汽度相同，平均直徑變化不大，軸向間隙也不大時，余速利用系數(shù)2可取0.81。當(dāng)相鄰級的部分進汽度不等，或平均直徑有突變時，則前級余速不能為下級所利用，2=0。4） 必須保證通流部分平滑。若需在高度上作少量改變，可以通過改變級的反動度和角度1或2來實現(xiàn)。如要作較大改變，則必須改變平均直徑。5） 額定功率的保證：在選定經(jīng)濟功率下調(diào)節(jié)級的進汽度時，應(yīng)考慮留有足夠余量，以備增加噴嘴數(shù)來保證通

39、過額定功率下所需的蒸汽流量。調(diào)節(jié)級的噴嘴通流面積要比額定功率時所需值大，以保證由于制造誤差，初參數(shù)降低或背壓升高時仍能發(fā)出額定功率。所以在正常參數(shù)下，機組出力可提高。對中、低壓機組可提高出力(2030)%，對于高壓機組可增大出力(1020)%。6） 隔板汽封直徑的初步確定對于整鍛轉(zhuǎn)子，汽封直徑即是轉(zhuǎn)子直徑。對于紅套葉輪的轉(zhuǎn)子，汽封直徑為葉輪輪鼓直徑，即主軸直徑D小于軸封直徑Dl，通常小(80100)（mm）。主軸直徑可根據(jù)轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速ncr來決定。也可根據(jù)已有選取。中壓凝汽式汽輪機，轉(zhuǎn)速n=3000r/min，ncr=（16002200）r/min。設(shè)計的經(jīng)驗數(shù)據(jù)見下表：機組容量（KW）軸承

40、距離L（m）轉(zhuǎn)子重W（kg）D（mm）Dl（mm）250003.24700011000320420400540120002.5340007000250320340440600022.525004000190240270360圖8 葉頂漏氣損失計算經(jīng)驗系數(shù)曲線7） 壓力級詳細(xì)計算中，需計算隔板漏汽損失、葉頂漏汽損失及濕汽損失，可用下式近似計算：a）隔板漏汽損失 式中：Ap汽封間隙面積m2級輪周有效比焓降 Zp汽封高低齒數(shù)，若為平齒需修正b）葉頂漏汽損失可用下面經(jīng)驗公式計算 （kJ/kg）式中、系數(shù)可由圖8中查得。c）濕汽損失 （kJ/kg）式中 級前后平均蒸汽干度六、整機校核當(dāng)整機各級熱力計算進

41、行完后，應(yīng)對整機的相對內(nèi)效率、內(nèi)功率及蒸汽流量進行校核。詳細(xì)計算結(jié)果所得內(nèi)功率和內(nèi)效率與原要求的內(nèi)功率和估計的內(nèi)效率的相對誤差應(yīng)分別1%。有時為了彌補計算中誤差，內(nèi)功率可考慮2%的保險值。經(jīng)校核后的流量相對誤差差也應(yīng)在一定范圍內(nèi)，當(dāng)相對誤差1%時，為合格；在1%與3%之間時，可根據(jù)計算所得流量與原先估計值按比例地修正噴嘴和動葉的高度，級效率和全機效率可不修正；若是相對誤差大于3%，則應(yīng)根據(jù)計算所得流量進行第二次計算。31附 錄附表1-8N50-8.82-535型汽輪機熱力序號項 目符號單位123456781蒸汽流量Dt/h170.09166166166166166156.1156.12噴嘴平均

42、直徑dnmm1100996.5998.5100110041008101010153動葉平均直徑dbmm1100997999100210051009101110154級前壓力p0MPa8.386.015.134.083.703.122.622.195級前溫度/干度t0/x0534492467.54474264053833616級前比焓值h0kJ/kg3479.63404.33366.63328.03288.13248.23207.43165.57圓周速度um/s173156.5156.9157.5158158.3159159.58級理想比焓降kJ/kg112.651.2551.7152.051.

43、7551.5852.4652.179級假想出口速度m/s475320321323321321323.5323.510速度比0.3640.4890.4890.4880.4920.4930.4920.49311平均反動度%7.57.357.947.59.1410.710.412.512噴嘴型線kJ/kg3.50303.50153.50153.50153.50023.50023.50173.501713動葉型線kJ/kg3.40613.40303.40303.40303.40303.40303.40303.403014利用上級的余速動能kJ/kg001.211.2981.341.341.341.42

44、15噴嘴理想比焓降m/s104.2547.4847.648.1147.0246.0547.0245.6416噴嘴滯止比焓降104.2547.4848.8149.4148.3647.3948.3647.0617噴嘴出口理想速度c1tm/s456.6308312.5314311308311306.518噴嘴速度系數(shù)0.970.970.970.970.970.970.970.9719噴嘴出口實際速度c1m/s443298.5303.5304.5302298.5302297.520噴嘴損失kJ/kg6.202.812.892.932.852.812.852.8121噴嘴后壓力p1MPa6.135.24

45、.433.753.182.682.231.8522噴嘴后溫度/干度t1/x1484468.5448427.5406.5385363341.523噴嘴出口比容v1tm3/kg0.05520.06250.07150.08220.09450.10880.12680.147324噴嘴出口面積Ancm258.8696.5108.5124144168.5182214.525噴嘴出汽角正弦sina10.22360.18650.1870.1870.1890.190.1910.192226噴嘴出汽角a112º5510º4510º4710º4710º5310

46、86;5711º111º527噴嘴節(jié)距tnmm44.253434.134.256.456.545.445.628噴嘴寬度Bnmm34.23030305050404029噴嘴數(shù)zn269292925656707030噴嘴高度lnmm22.916.518.5212428303531部分進汽度e0.3328111111132動葉進口相對速度w1m/s278.5147.5151.3152.7150145150144.233相應(yīng)于w1的比焓降kJ/kg38.7310.8811.4311.6411.2610.5111.2610.3834動葉理想比焓降kJ/kg8.463.774.103

47、.894.735.535.446.5335動葉滯止比焓降kJ/kg47.1914.6515.5315.5315.9916.0316.7116.936動葉出口理想速度w2tm/s306.8171176176178.8179182.5183.5計算數(shù)據(jù)匯總表（設(shè)計工況）序號9101112131415161718192021221156.1148148144.5144.5144.5139139133.5133.5127127121121210211025103310411052.510661091114412031273136114871677200431022102610341042.510541067.51092114512041274136214881678200041.811.491.210.9750.7720.6030.4640.3510.2560.1840.1160.06790.03570.01345338.53162932702452201951691400.9960.9760.95450.9320.90363123.13081.63036.12991.052944.82897.22847.82798.52745.22692