基于b100--8.831.27多级背压式汽轮机设计--学位论文.doc

课 程 设 计 说 明 书

题目： B100-8.83/1.27多级背压式汽轮机设计

院（系）： 基层教学单位：
学 号

学生姓名

专业（班级）

设计题目
B100-8.83/1.27多级背压式汽轮机设计
设
计
技
术
参
数
机组类型：多级背压式汽轮机
新汽压力：P0=8.83MPa；新汽温度：t0=535℃
排气压力：Pc=1.27MPa；额定功率：Pel=100MW
转速：n=3000rpm
设
计
要
求
1、编写课程设计说明书，写出详细的计算步骤，列出计算汇总列表；
2、将各级动叶出口速度三角形，按照一定的比例画在同一张图上；
3、画出调节级和第一压力级的详细热力过程线，并标出各个参数；
4、画出整机热力过程线，画出通流部分图。
工
作
量
1、撰写课程设计说明书一份；
2、计算汇总表一份；
2、各级动叶出口速度三角形、调节级和第一压力级的详细热力过程线、整机热力过程线、通流部分图。
工
作
计
划
1、分析并确定汽轮机热力设计的基本参数：1～2天；
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，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：3～4天；
3、确定压力级的级数，进行各级比焓降分配；对各级进行详细的热力计算，确定汽轮机的实际热力过程线：4～5天；
4、修正热力计算结果，撰写说明书，绘图，计算结果汇总：4～5天；
5、答辩：1天。
参
考
资
料
1、《电厂汽轮机原理及系统》，靳智平，中国电力出版社，2006；
2、《汽轮机课程设计参考资料》，冯慧雯，水利电力出版社，1992。
指导教师签字

基层教学单位主任签字

说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。

2015年12月21日

目 录

一、课程设计的目的与要求 1
二、课程设计题目 2
三、课程设计内容 2
四、计算汇总列表 24
五、汽轮机通流图 26
六、课程设计总结 27
七、参考文献 27

燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 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。

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(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：B100-8.83/1.27
机组型式：多级冲动式背压汽轮机
新汽压力：
新汽温度：
排汽压力：
额定功率：
转速：
三、课程设计内容
（一）设计工况下的总机初步参数选择
1．机组配汽方式 采用喷嘴配汽
2．调节级选型 采用单列级
3．主要参数的确定
（1）已知参数
、℃、、、
（2）选取设计参数
①设计功率 一般凝汽式机组有一系列标准，而背压式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汽轮机的相对内效率 选取，待各级详细计算后与所得进行比较，直到符合要求为止。
③机械效率：取
④发电机效率：取
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 回热加热系统
4．近似热力过程线的拟定
⑴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,比体积。
⑵在h-s图上，根据初压及主汽阀和调节汽阀节流压力损失可以确定调节级前压力，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,比体积。
⑶在h-s图上，根据凝汽器压力和排汽阻力损失，可以确定排气压力。
⑷在h-s图上，根据凝汽器压力和比熵可以确定汽缸理想出口状态点2t,并查得此点比焓值，温度，比体积，干度。由此可以得到汽轮机理想比焓降，进而可以确确定汽轮机实际比焓降，再根据，和可以确定实际出口状态点2，并计算此点比焓值，查的温度，比体积，干度。
⑸考虑末级余速损失，,然后沿压力线下移得3点,并查得比体积该点比焓值,温度,用直线连接1和3点两点,在中间4’点沿压力线下移12~15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设计工况下的近似热力过程线。
5．汽轮机总进汽量的初步估算

—— 汽轮机的设计功率，kW
—— 汽轮机通流部分的理想比焓降，3476.64kJ/kg
—— 汽轮机通流部分相对内效率之初估值；
—— 机组的发电机效率；
—— 机组的机械效率；
—— 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；
是考虑门杆漏汽及前轴封漏汽的蒸汽余量，（t/h）
给定前轴封漏汽，门杆漏汽；
是汽轮机总进汽量。

图2 初拟定热力过程线
（二）调节级计算
1.喷嘴部分的计算
(1)调节级进口参数及调节级的滞止理想比焓降。调节级进口参数即为高压缸进口参数，由于进入调节级的气流速度很小，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：
，，，,。
(2)调节级进汽量

(3)确定速比 和理想比焓降
取， 取调节级平均直径dm=1100mm ，计算时取dm=dn=db

(4)平均反动度的确定
取
(5)喷嘴的滞止理想比焓降

(6)喷嘴出口汽流速度与

,取ф=0.97，故c1=458.5m/s。
(7)计算喷嘴前后压比
喷嘴出口等比熵出口参数，，。由和求出喷嘴出口理想比焓降
该过程为等熵膨胀过程，由、查水蒸气h-s图得出口比体积，喷嘴出口压力。

由此可知，喷嘴中为亚声速流动，采用渐缩喷嘴，选喷嘴型号TC-1A、、。
（8）计算喷嘴损失

（9）喷嘴出口面积。因为喷嘴中为亚声速流动，故为

Gn——喷嘴流量，kg/s
v1t——喷嘴出口理想比容，m3/kg
μn——喷嘴流量系数，取μn=0.97
（10）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 和喷嘴高度 的最佳组合，使叶高损失和部分进汽损失之和为最小。
由An=e*π*dm*ln*sin(α1)
得ln=An/ (e*π*dm *sin(α1))
而δhl=ξlEo=al/ln*Xa2*Eo，取al=9.9
δhe=ξeEo=(ξw+ξs)*Eo
鼓风损失系数ξw=Be*1/e*(l-e-ec/2)*Xa3,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=1100mm
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。取。
（11）确定喷嘴高度

为了方便制造，选取
（12）喷嘴出口比焓值

由、查得，
2．动叶部分的计算
（1）求动叶进口汽流相对速度和进汽角

⑵动叶等比熵出口参数与

由，,查得，动叶出口压力
(3) 确定动叶理想比焓降和动叶滞止理想比焓降

(4) 计算动叶出口汽流相对速度

取
（5）计算动叶损失

（6）确定动叶出口面积

(7)计算动叶高度
由，可知，进出口比体积相差不大，故可取，根据喷组高度有

式中 ―叶顶高度，取；
―叶根盖度，取。
（8）作动叶出口速度三角形。由、、确定速度三角形

(9) 动叶出口比焓值

由、查得,
(10)余速损失

(11) 轮周损失

(12) 轮周有效比焓降

（13）轮周效率。调节级后余速不可利用，系数为

(14) 校核轮周效率

，在误差允许范围内。
u=172.79

u=172.79
（15）做调节级速度三角形

图3 调节级进出口速度三角形
3．级内其他损失的计算
(1)叶高损失

取系数。
(2)扇形损失

(3)叶轮摩擦损失：由前面，，

式中 ―经验系数，一般取
（4）部分进气损失
鼓风损失
斥汽损失 kJ/kg
式中 ―喷嘴组数，取；
―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
所以
(5) 级内各项损失之和

(6)下一级入口参数

由、查得，，
4.级效率与内功率的计算
（1）级的有效比焓降

（2）级效率

（3）级的内功率

5.调节级热力过程线

图4 调节级热力过程线
（三）压力级的计算
1.压力级比焓降分配和级数确定
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的确定
给定
选取，，，

查焓熵图求出
第一压力级喷嘴流量为调节级流量减去前轴封漏气量，即

喷嘴出口气流速度

由连续性方程，其中流量系数
而，其中取
求得，符合要求。
（2）末级平均直径的确定
给定
（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。在纵坐标上任取长度为a 的线段BD（一般a=25cm），用以表示第一压力级至末级动叶中心之轴向距离。在BD 两端分别按比例画出第一压力级与末级的平均直径值。根据选择的通道形状，用光滑曲线将A、C 两点连接起来。AC 曲线即为压力级各级直径的变化规律。
（4）压力级的平均直径（平均）
将BD 线等分为m 等分，取1、2、3……m-1 点。为了减小误差，建议>6。从图中量出割断长度，求出平均直径。

式中的k 为比例尺。

图5 压力级平均直径变化曲线图
（5）压力级的平均比焓降
选取平均速比，则

（6）压力级级数的确定Z

式中--压力级的理想比焓降 ，为重热系数，本机，将Z取整。取整。
(7)各级平均直径的求取
求取压力级级数后，再将图-5中的BD线段重新分为7等份，在原拟定的平均直径变化曲线上求出各级平均直径。得表-1各级平均直径数据。

图6 压力级的各级平均直径修正图
（8）各级比焓降分配
根据求出的各级平均直径，选取相应的速比，求出各级的理想比焓降。

为了便于比较和修正，一般以表格的方式列出。
表1 各级比焓降值
级序号
1
2
3
4
5
6
7
8
比焓降
23.04
24.73
27.11
30.26
34.30
37.84
43.88
47.40
（9）各级比焓降的修正
在拟定的热力过程线上逐级作出各级理想比焓降，计算。

（10）检查各抽汽点压力值
误差小于2%，所以符合要求。
（11）最后按照各级的和求出相应的各级速比。
2．压力级详细热力计算
(1)本级的比焓降和本级滞止比焓降
由调节级的计算结果，已知本级的，，，，
由压力级比焓降分配，已知本级的，，，
由和查本级比焓降

本级滞止比焓降

(2)选取平均反动度
选取
(3)喷嘴的理想比焓降

(4)喷嘴的滞止理想比焓降

(5)喷嘴的出口汽流理想速度

(6)喷嘴出口汽流实际速度
，这里取。
(7)喷嘴损失

(8)圆周速度u

(9)级的假想速度

(10)假想速比

(11)确定喷嘴等比熵出参数，和

在焓熵图上查的，
(12)喷嘴前后压力比

(13)选取喷嘴型式和出汽角
选TC-1A喷嘴 ，出汽角
(14)喷嘴出口面积

(15)喷嘴高度

(16)喷嘴出口实际比焓降

(17)动叶进口汽流角和相对速度

(18)动叶理想比焓降

(19)动叶滞止理想比焓降

(20)动叶出口理想汽流速度

(21)动叶出口实际汽流速度

(22)动叶损失

（23）确定动叶后参数、
根据，，查焓商表得到，
（24）动叶出口面积

（25）动叶高度

这里为盖度，参照调节级中的给定。
（26）检验根部反动度

在0.03-0.05范围内，符合要求。
（27）计算动叶出汽角

（28）根据和在动叶叶型表中动叶型号
选择 TP-1A型
（29）确定动叶出口绝对速度和方向角

（30）余速损失

（31）轮周有效比焓降（无限长叶片）

（32）级消耗的理想能量

（33）轮周效率

（34）校核轮周效率
单位质量蒸汽对动叶所做的轮周功

（35）叶高损失
式中取，已包括扇形损失。
（36）轮周有效比焓降

（37）轮周效率

（38）叶轮摩擦损失
,其中，

（39）漏气损失
选取：隔板气封齿的平均直径，隔板汽封间隙，汽封齿数，则有隔板漏气损失

（40）计算级内各项损失之和

（41）计算级的有效比焓降

（42）计算级效率

（43）计算级内功率

（44）确定级后参数

查焓商表得，
下一级的7
（45）作出级的热力过程线

图7 压力级的热力过程线
（46）作出第一压力级的速度三角形

图8 第一压力级的速度三角形
四．计算汇总列表
表2 级的详细计算结果
项目
符号
单位
调节级
第一压力级
蒸汽流量
G

221.32
217.52
喷嘴平均直径

mm
1100
981
动叶平均直径

mm
1100
981
级前压力

MPa
8.83
6.14
级前温度

℃
535
487.52
级前速度

0
114.69
级前比焓降

3476.64
3391.48
假想速度

488.8
318.9
假想速比

0.3535
0.483
反动度

%
6.5
6.4
喷嘴滞止比焓降

111.7
48.1
喷嘴后理想比体积

0.051
0.0593
喷嘴高度

mm
91.3
69.5
部分进气度

0.3535
0.3535
动叶进口相对速度

292
153.6
相对于的比焓降

42.6
40.69
动叶滞止比焓降

50.37
14.4
动叶出口理想速度

268.89
178.5
动叶速度系数

0.9
0.931
动叶损失

7.68
0.35
动叶出口相对速度

242
166.2
动叶出口绝对速度

114.69
58.23
余速损失

10.47
1.7
动叶后压力

MPa
6.14
5.45
动叶后出口比体积

0.053
0.0594
级理想能量

119.463
49.15
轮周有效比焓降

94.7
45.96
轮周效率

79.3
93.5
叶高损失

1.24
3.5
叶轮摩擦损失

0.22
0.44
部分进气损失

6.74

扇形损失

0.61

漏气损失

1.05
级的有效比焓降

85.89
40.97
级效率

%
71.9
83.4
级的内功率

kW
19009.17
8911.794
作出整机的热力过程线：

图9 整机的热力过程线
五．汽轮机通流图

图10 汽轮机通流图
六．设计总结

七．参考文献
【1】沈士一，庄贺庆，康松，庞立云.汽轮机原理.水利电力出版社，1992
【2】冯慧雯主编，汽轮机课程设计参考资料.水利电力出版社，1992

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