汽轮机课程设计指导书

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

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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： P r =25MW ，

额定转速： n=3000r/min ，

设计功率：P e =20MW, 新蒸汽压力：p 0=3.5 MPa, 新蒸汽温度：t 0=435℃,

排汽压力：c

p '=0.005MPa ， 给水温度： t fw =160~170℃， 冷却水温度：t w 1=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 l =1000 kg/h ， 第二高压加热器中回收的轴封漏汽量

△1D '=700kg/h 。

3．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d n （b ）、叶片高度l n （b ）、通流面积A n （b ）、叶片数Z n （b ）、叶宽B n （b ）、节距t n （b ）、静叶片安装角y α、动叶片安装角y β、及出汽角（1α）、（2β）等；

（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

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x a=u/c a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30o。

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。

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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）Ωm 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Ωm 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0~5%。

（b ）各级速度比x a 的合理选取。

为使整机的效率高，必须使各级的速度比x a 接近最佳值。通常选取范围如下： 复速级的速度比范围： x a =0.20~0.28 单列调节级的速度比范围：

x a =0.40~0.45 高、中压非调节级的速度比范围： x a =0.46~0.50 扭叶片低压级的速度比范围：

x a =0.48~0.6

速度比x a 与反动度Ωm 、部分进汽度e 有密切的关系。对应一定的Ωm 、e ，有一x a 与之对应。一般说来，最佳的x a 值随反动度Ωm 、部分进汽度e 的增加而增大，随Ωm 、e 的减小而减小。

另外，喷嘴与叶片出口截面积之比f =A b /A n 主要取决于反动度Ωm 和速度比x a ，Ωm 越小，x a 越小，f 就越大。Ωm 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：

叶顶径向间隙，r δ=(0.5~1.5)(mm)；s δ—围带厚度，s δ=2.0~ 4.0（mm ）；

4 / 31 2δ—喷嘴闭式间隙，3δ—动叶闭式间隙，t ?—顶部盖度，r ?—根部盖度，以及叶片高度可查表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195~300（KJ/kg ）之间；

单列级一般在80~130（KJ/kg ）之间。

（c ） 调节级平均直径的选择

中压机组（套装叶轮） d m =(1000~1200mm)

高压机组（整锻转子）d m=(900~1100mm)

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α1(α1=11o~14o)，以提高叶高l n，来提高效率。当l n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变化的需要，叶高和平均直径同时放大。当径高比d/l≤8~10时选用扭叶片级。根部反动度Ωr 可选用(0~5)%。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Ωm应逐级增大。末级Ωm可达0.3~0.55。

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P r，蒸汽初参数p0、t0，排汽压力p c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P e，然后进行下列计算。

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、t0和p c，确定蒸汽通过主汽门、配汽机构及排汽管中的压力损失。

一般全开阀门进汽机构的节流损失取：△p0=(0.03～0.05)p0

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