《汽輪機原理》課程設計指導書

PAGEPAGE33東南大學能源與環(huán)境學院《汽輪機原理》課程設計指導書

目錄TOC\o"1-3"\h\z1.汽輪機課程設計方法 21.1概述 21.1.1逐級熱力核算方法 21.1.2整機熱力核算 31.2已知初參數(shù)進行級的熱力核算（順算法） 31.2.1順算法的使用條件 31.2.2順算法的計算步驟 41.2.3計算示例 61.3已知終參數(shù)進行級的熱力核算（逆算法） 81.3.1逆算法的使用條件 81.3.2逆算法的計算步驟 91.4調節(jié)級的熱力核算 141.4.1利用特性曲線進行調節(jié)級計算 151.4.2近似計算方法 171.4.3兩股汽流計算方法 192.汽輪機課程設計輔助軟件 202.1輔助軟件工具欄界面 202.2工具欄計算器的使用 202.2.1水蒸汽性質計算器 202.2.2通用計算器 212.3使用說明和注意事項 223.汽輪機課程設計任務 243.1課程設計目的 243.2課程設計內容 243.3整機計算步驟 243.4要求與考核 253.4.1要求 253.4.2考核辦法 263.5參考文獻 264.汽輪機課程設計參考數(shù)據(jù) 274.1N200-12.7/535/535汽輪機設計參數(shù) 274.2N300-16.7/537/537汽輪機設計參數(shù) 31

1.汽輪機課程設計方法1.1概述汽輪機在設計參數(shù)下運行稱為汽輪機的設計工況。由于汽輪機的主要尺寸基本上是按設計工況要求確定的，而汽輪機功率在運行時將根據(jù)外界的需要而變化，汽機參數(shù)均有可能變化，從而引起蒸汽流量、各級參數(shù)和效率的變化，稱為汽輪機的變工況。為了估計汽輪機在新工況下運行的經(jīng)濟性，可靠性與安全性，有必要對新工況進行熱力核算。核算項目有：噴嘴、動葉前后參數(shù)、級效率、級功率、反動度、速度比、漏汽量、軸向推力等。1.1.1逐級熱力核算方法 汽機變工況下的核算方法很多，當新工況偏離設計工況不遠時，可采用近似估計方法。當汽輪機的新工況偏離設計工況較遠時，或者在特殊工況下，就需要進行逐級核算求取級的各項參數(shù)。 汽輪機逐級熱力核算一般使用兩種方法：一、從已知新汽參數(shù)開始，逐級向低壓段進行核算，稱為順算法；二、從估計的終參數(shù)開始，逐級向高壓段進行核算，稱為逆算法。兩種方法的實質都是先假定參數(shù)，然后用流量連續(xù)性方程進行校核。就具體級而言，兩種方法可概述如下：（1）由級前向級后核算由已知的級前初參數(shù)開始，根據(jù)流量比求得壓力比，然后求出噴嘴后壓力，求出相應的噴嘴理想比焓降，計算出噴嘴出口汽流理想速度。然后進行動葉核算，方法與上述類同，求出新工況下動葉后壓力，求出動葉理想比焓降，計算出動葉出口汽流速度。上述方法適用于在噴嘴和動葉中全是亞臨界流動的情況。當噴嘴中或動葉中出現(xiàn)超臨界流動時，可以假定噴嘴后或動葉后的壓力，繼續(xù)使用該方法進行計算，但需要根據(jù)已知條件進行假定壓力的校核。一般來說，順算法在超臨界流動中很少使用。（2）由級后向級前推算從已知的級后壓力開始，假設新工況下排汽比焓、級后各項損失，求出動葉后參數(shù)，并對前面假設的余速損失進行校核及修正；繼而假定動葉進口相對速度，求出動葉前參數(shù)、噴嘴后參數(shù)，再對動葉進口相對速度進行校核并修正；最后確定噴嘴前蒸汽狀態(tài)點，并對最初估計的各項損失進行校核及修正；待各項假設都校核通過，即可求出新工況下級的反動度、級效率和內功率。判斷動葉和噴嘴內是否出現(xiàn)超音速流動，當級內出現(xiàn)超音速流動時，還需確定臨界狀態(tài)點，并計算出口汽流偏轉角。1.1.2整機熱力核算多級汽輪機整機的熱力核算可以從已知的新汽參數(shù)開始，使用順算法，由高壓級逐級向低壓級進行核算；也可同時使用逆算法，由已知的或假定的排汽點逐級向初參數(shù)靠攏。當計算的初比焓值（對噴嘴調節(jié)級汽輪機，一般為第一壓力級前比焓值）與已知的初比焓值不符時，需對末級排汽比焓進行修正；當計算的初比焓高于已知初比焓時，說明假設的末級排汽比焓值過高，反之，說明末級排汽比焓假設得過低；在初比焓相差不大時，可采用平移熱力過程曲線的方法使比焓值重合，若計算出的初比焓與已知的相差較大，則需重新假設末級終比焓進行計算，直至滿足精度要求。在具體問題中究竟采用那種方式核算，要根據(jù)所給定的新工況的條件及要求的精確程度來決定。當新工況與設計工況下各級均未出現(xiàn)超音速流動時，采用流量比與壓力比關系式，先確定各級噴嘴前后壓力，再根據(jù)各級反動度與比焓降的變化規(guī)律確定各級噴嘴后壓力，進行核算。當工況變動不大時，僅調節(jié)級與末一、二級的熱力過程曲線有較大變化，可僅對末級和調節(jié)級進行詳細核算，中間級通過流量與壓力關系式確定級前壓力，然后逐級平移熱力過程曲線即可。這就是近似估計算法。當工況變動很大或級由亞音速流動轉變?yōu)槌羲倭鲃樱仨氝M行逐級核算。1.2已知初參數(shù)進行級的熱力核算（順算法）1.2.1順算法的使用條件使用順算法的前提是已知級前蒸汽參數(shù)和級的流量，求取其它參數(shù)。順算法的關鍵是確定噴嘴后壓力，當工況變動前后級內均為亞音速流動時，采用流量比確定噴嘴后壓力十分簡便。順算法的優(yōu)點是簡便，無須進行迭代。缺點之一是不能對臨界工況進行核算，因為臨界工況下，彭臺門系數(shù)（流量比）恒等于1，凡小于臨界背壓的任意壓力值都可作為噴嘴的背壓，因而噴嘴背壓無法確定。順算法的另一個缺陷是調節(jié)級有部分開啟調節(jié)汽門時不能使用，因為部分開啟調節(jié)汽門后的噴嘴前壓力不知道，但對全開調節(jié)汽門后的噴嘴與動葉可以進行計算。因此，可以采用順算法對剛好有一個、兩個或三個······調節(jié)汽門全開而沒有部分開啟調節(jié)汽門的調節(jié)級工況（稱為“閥點”）進行核算。由于順算法的使用需要符合級的蒸汽通道內均為亞音速流動的條件，因而應用局限在一定范圍內。在實際的變工況熱力核算中，汽輪機在設計工況下的運行參數(shù)是已知的，而新工況下的運行參數(shù)是未知的，這就使得判斷該算法的適用條件比較困難。在工程實際中對順算法適用條件的判斷往往依賴于經(jīng)驗，或不將順算法作為主要熱力核算的手段，而是與其它熱力核算方法配合進行輔助熱力核算。1.2.2順算法的計算步驟在確定滿足使用順算法的條件以后，可以根據(jù)下列計算步驟進行熱力核算：（1）求取噴嘴新工況的壓力比εn，流量比βn及臨界流量Dnr：臨界流量（其中a過熱蒸汽取0.6473，飽和蒸汽取0.6483）流量比壓力比（2）求取新工況下噴嘴中的各項參數(shù)：噴嘴后壓力根據(jù)水蒸汽性質求出噴嘴理想出口比焓，理想比焓降噴嘴理想出口速度噴嘴損失(其中取0.90~0.97)噴嘴實際比焓降求出噴嘴出口焓，溫度噴嘴實際出口速度輪周速度(為級的平均直徑)動葉進口相對速度與速度對應的焓動葉進汽角沖角(為額定工況下的動葉進汽角)撞擊損失動葉進口滯止焓，根據(jù)水蒸汽性質求得動葉進口滯止參數(shù)。（3）求取動葉的壓力比，流量比，及臨界流量：臨界流量（其中a過熱蒸汽取0.6473，飽和蒸汽取0.6483）流量比壓力比動葉后壓力（4）求新工況下動葉中的各項參數(shù)：根據(jù)水蒸汽熱力性質求得動葉理想比焓降動葉出口理想速度反動度由Ω和可以求出速度系數(shù)Ψ動葉損失動葉出口焓根據(jù)水蒸汽性質求動葉出口溫度動葉實際比焓降動葉出口相對速度動葉出口絕對速度畫出速度三角形，求出速度三角形中各項參數(shù)。（5）求級的其它各項損失、內效率、內功率：葉高損失(為輪周比焓降)扇型損失濕汽損失(為扣除濕汽損失的級有效焓降，xm為級平均蒸汽干度)隔板漏汽損失(為不包括漏汽損失的級有效比焓降)余速損失級有效焓降理想可用能量(μ為下一級對本級的余速利用系數(shù))相對內效率級的內功率本級計算完成。1.2.3計算示例以國產(chǎn)引進型300MW汽輪機為例，選取高壓缸第一壓力級，選取額定工況參數(shù)，采用順算法進行熱力校核計算，計算過程和結果列入下表。汽輪機的結構參數(shù)見表4-5，計算結果中的內功率與表4-6中的標準數(shù)據(jù)基本吻合。序號項目符號單位結果備注1級前壓力p0MPa11.6已知2級前溫度t0℃483.8已知3級前焓h0kJ/kg3311.268已知4級流量Dkg/s247.22已知5臨界流量Dcrkg/s613.0526流量比β/0.40337壓力比ε/0.96148噴嘴后壓力p2MPa11.1529噴嘴理想焓降kJ/kg12.2810噴嘴速度系數(shù)φ/0.9711噴嘴理想出口速度c1tm/s156.7412噴嘴損失ΔhnkJ/kg0.72613噴嘴出口焓h1kJ/kg3299.9714噴嘴出口溫度t1℃477.3815噴嘴出口熵s1kJ/(kgK)6.45516圓周速度um/s134.1117噴嘴出口汽流方向角α1°14.56618噴嘴出口實際速度c1m/s150.3219動葉進口相對速度w1m/s39.4820撞擊損失ΔhβkJ/kg021動葉進口滯止焓h*kJ/kg3300.7522動葉進口滯止壓力p*MPa11.1823臨界流量Dcrkg/s597.9924流量比β/0.413425壓力比ε/0.959426動葉后壓力p2MPa10.7327動葉理想焓降Δh*bkJ/kg12.7128反動度Ω/0.5129動葉出口理想速度w2tm/s159.4430動葉速度系數(shù)ψ/0.9531動葉損失ΔhbkJ/kg1.2432動葉出口焓h2kJ/kg328933葉高損失ΔhlkJ/kg0.434扇型損失ΔhθkJ/kg0.135動葉出口溫度t2℃47136動葉出口相對速度w2m/s149.7537相對速度出口角β2°14.418338動葉出口絕對速度c2m/s38.85539動葉出口汽流角α2°73.6740余速損失kJ/kg0.75541級有效焓降kJ/kg21.7242相對內效率η%87.143內功率PkW53721.3已知終參數(shù)進行級的熱力核算（逆算法）1.3.1逆算法的使用條件當已知級后參數(shù)和流量，要對級進行熱力核算時，可以使用逆算法。由于逆算法適用于任意流動形態(tài)，即亞臨界流動、超臨界流動，必須熟練掌握。已知終參數(shù)由級后向級前進行倒推熱力核算的方法，是汽輪機課程設計教學中的重點，也是一個難點。因為在已知終參數(shù)進行級的逆序熱力核算的過程中，對單個壓力級熱力核算而言，至少要進行余速損失、動葉速度比、級后損失三層嵌套迭代試算與校核，對整機熱力核算而言有時需要進行五層逐層嵌套迭代試算，需要反復假定與校核。在進行熱力核算時外層數(shù)值與內層數(shù)值互相影響和制約，當內層迭代物理量已滿足迭代要求后，對外層物理量進行迭代計算時，原來已滿足迭代要求的內層物理量有可能需要重新做迭代計算；在熱力核算的過程中必須對噴嘴與動葉的流動狀態(tài)是否超臨界進行多次判斷，根據(jù)是否超臨界采取不同的處理計算方法；對于末級還要根據(jù)凝汽器運行特性確定級后參數(shù)。圖1-1逆算法用圖1.3.2逆算法的計算步驟（1）末級終點參數(shù)確定1)末級流量的初步估算式中，分別代表設計工況與新工況下汽機總進汽量。，分別代表設計工況與新工況下汽機排汽量。2)凝汽器內壓力的確定凝汽器的冷卻水量和冷卻面積不變：其中，，，分別代表設計工況和新工況下凝汽器內凝結水飽和溫度和冷卻水進口溫度。給定冷卻水進口溫度和冷卻倍率m1其中，——新工況下凝結水冷卻水量kg/s——新工況下冷卻水溫升℃——新工況下凝汽器銅管傳熱端差℃——凝汽器冷卻面積，m2n——系數(shù)，一般n=5~73)末級后壓力確定4)末級排汽比焓的確定當新工況下末級比焓未知時，需假設新工況下汽輪機的相對效率，計算出新工況下整機的有效比焓降，然后根據(jù)排汽壓力及有效比焓降在h-s圖上確定出新工況下的排汽狀態(tài)點2及相應的排汽焓，排汽狀態(tài)點2是否正確，待通流部分核算完畢后，根據(jù)求出的相對內效率進行校核。末級排汽比焓估算：——凝汽器內凝結水比焓kJ/kg（2）動葉熱力核算部分1)動葉出口狀態(tài)點的確定首先，進行各項損失的估算，可用以下的公式進行估算葉輪摩擦損失：漏汽損失濕汽損失葉高損失余速損失式中，新工況的理想比焓降可由公式估算出級前的壓力后由水蒸汽性質求得。在-圖上，由2點沿等壓線向下移距離得2’點，再向下移距離的動葉后狀態(tài)點2’’。2)動葉出口速度w21的計算動葉出口速度可根據(jù)連續(xù)方程求得： Ab——動葉出口通道面積，m2動葉出口理想速度動葉損失在h-s圖上得到理想狀態(tài)點，該點音速ws為若w2t1<=ws，說明汽流在動葉內為亞音速流動，則計算的動葉出口速度w21成立，可進行余速損失校核，否則需確定動葉內的臨界狀態(tài)點。3)超音速時動葉出口速度計算求臨界壓力有兩種方法，一種為作圖法，另一種用公式計算，現(xiàn)對公式法作簡單介紹。根據(jù)動葉內出現(xiàn)超音速流動時動葉喉部截面的馬赫數(shù)為1，以及等比熵過程方程，可得臨界壓力與出口壓力的關系式為：根據(jù)所求出的臨界壓力，在h-s圖上可查得相應的臨界比容，可計算出臨界速度，動葉臨界比焓降在h-s圖上查得臨界點到2t點的理想比焓降，則動葉內滯止理想比焓降為根據(jù)下列公式計算出動葉理想出口速度及實際速度，汽流在動葉出口產(chǎn)生偏轉，偏轉后的出口汽角為4)余速損失校核根據(jù)動葉出口速度，動葉出汽角（）及圓周速度u，可求出排汽速度及余速損失，與估計值相比較，若兩者差距較小，只需在h-s圖上沿等壓線移動,,2t點，其它數(shù)據(jù)無須計算；若相差較大，則需重新計算，直至校核通過。5）動葉前狀態(tài)點的確定動葉內理想比焓降由以下方程估算初次計算時可取設計值。根據(jù)校正后的2t值，查得動葉前壓力，比焓。（3）噴嘴熱力核算部分1)確定噴嘴出口狀態(tài)點在h-s圖上由點沿等壓線向下估算撞擊損失，得噴嘴出口汽流實際狀態(tài)點1。撞擊損失沖角2)噴嘴出口汽流速度核算在h-s圖上查得噴嘴出口汽流比容，根據(jù)連續(xù)方程計算出噴嘴出口汽流速度、。與計算動葉出口參數(shù)相同，對噴嘴出口速度進行音速判斷。若為亞音速流動，則根據(jù)連續(xù)方程計算汽流速度成立，否則先確定噴嘴的臨界狀態(tài)點，汽流偏轉后的出汽角（），然后計算出汽流速度、。3)w11/w2t1的校核 將計算出的w11/w2t1與原估計值進行比較，若兩者相符，則核算通過，否則重新計算理想比焓降直至通過為止。4)噴嘴進口滯止狀態(tài)點的確定求出噴嘴損失，在h-s圖上由1點沿等壓線截取，得到理想狀態(tài)點1t，求得噴嘴中滯止理想比焓降，由1t點向上等熵線截取得到滯止狀態(tài)點及其參數(shù)。（4）級效率與內功率計算1)級后損失校核與計算先求出新工況下各級級后損失，并與原估計值相比較，若偏差較大，則需重新計算，若偏差較小，則只需平移熱力過程曲線。2)反動度、級效率與內功率的計算反動度級效率級內功率其中，3)級前參數(shù)確定當本級利用上級余速時，根據(jù)初動能求出噴嘴進口狀態(tài)點及其參數(shù)，待前一級余速損失校核通過以后再修正級前狀態(tài)點及其參數(shù)。1.4調節(jié)級的熱力核算汽輪機配有多個高壓調節(jié)閥，每個調節(jié)閥控制一組調節(jié)級噴嘴的蒸汽流量。當汽輪機負荷變化時，需要開啟或者關閉某些調節(jié)閥，而每個調節(jié)閥的開度不一定相同，使得調節(jié)級的蒸汽通道面積可能隨負荷的變化而變化。對于全開的調節(jié)閥，該閥所控制的噴嘴組前的壓強等于新蒸汽壓強扣除一定的節(jié)流損失，而比焓等于新汽比焓。對于部分開啟的調節(jié)閥，閥后壓強有不同程度的降低，而比焓仍為新汽比焓。兩股蒸汽流作功后，在級后混合，流向第一個壓力級。調節(jié)級的熱力過程曲線如圖1-2所示，圖中上標Ⅰ、Ⅱ分別表示蒸汽流過全開調節(jié)閥與半開調節(jié)閥所控制級的熱力參數(shù)。圖1-2調節(jié)級的熱力過程線調節(jié)級的終點2及比焓取決于流過兩種開度調節(jié)閥的蒸汽流量及其級效率，調節(jié)級的級效率調節(jié)級的變工況熱力核算，可以采取多種方法。第一種方法是：如果已有調節(jié)級特性曲線，就利用調節(jié)級特性曲線進行變工況熱力核算，如果沒有，則要先計算出調節(jié)級特性曲線；第二種方法是不擬合調節(jié)級特性曲線而直接進行近似熱力核算。第三種方法是分為兩股汽流分別計算。下面對這三種方法作簡要介紹。1.4.1利用特性曲線進行調節(jié)級計算計算調節(jié)級特性曲線過程：（1）首先假設調節(jié)閥全開，結合新汽參數(shù)考慮節(jié)流損失后得出調節(jié)閥后壓力式中，代表節(jié)流損失系數(shù)。（2）假設噴嘴后壓力p1或噴嘴壓力比（注：可將噴嘴壓力比從0.30到0.95，每隔一個固定間隔取一個點，取點的個數(shù)可根據(jù)計算機的性能選擇），計算出單位時間噴嘴所通過的蒸汽量，計算公式為：（3）進行噴嘴的熱力核算；（4）假設動葉中理想比焓降，進行動葉熱力核算；（5）校核動靜葉面積比；當噴嘴出口汽流速度小于音速時當噴嘴內出現(xiàn)超音速流動時如果計算的面積比和原來的面積比誤差大，則重新假設動葉內的理想比焓降，回到第4步。如果計算的面積比和原來的面積比誤差很小，則回到第2步；（6）計算輪周效率、壓力比、壓力反動度、λ、μ；（7）用Excel軟件進行曲線擬合。利用特性曲線進行計算過程：（1）根據(jù)新工況下的蒸汽流量，求得調節(jié)級后的壓力：（初次核算時可不考慮溫度變化）（2）求全開調節(jié)閥控制級的蒸汽流量。根據(jù)該級壓力比，查流量特性曲線曲線，得到全開調節(jié)閥噴嘴組的值，可計算出通過全開調節(jié)閥單個噴嘴的流量其中（或）式中，——單個噴嘴的噴嘴組常數(shù)，當調節(jié)級各噴嘴的結構相同時為一定值；——單個噴嘴的通道面積，；，主汽閥前蒸汽壓力與比容，單位分別為MPa與；通過全開調節(jié)閥的蒸汽流量式中，全開調節(jié)閥所控制的噴嘴數(shù)。（3）計算通過部分開啟調節(jié)閥的蒸汽流量：，其單個噴嘴所通過的蒸汽流量(為部分開啟調節(jié)閥所控制的噴嘴數(shù))。（4）先計算部分開啟調節(jié)閥所控制級的值：，然后在特性曲線上可查出相應的壓力比，則部分開啟調節(jié)閥后的壓力為。（5）求噴嘴后壓力，可用三條曲線求取 用比焓反動度曲線，由及分別在比焓降反動度曲線上查出兩種開度調節(jié)閥控制的級的反動度、，可分別求出各自的噴嘴理想比焓降與動葉理想比焓降，在-圖上求出各自對應的噴嘴后壓力與。用壓力反動度—曲線，同樣根據(jù)各自的壓力比及，分別查出對應的壓力反動度、，根據(jù)壓力反動度定義=，可分別求出各自相應的噴嘴后壓力與。用—輔助曲線，由及分別查出相應的及值。根據(jù)定義（），求出各自的噴嘴流量比，繼而求出相應的噴嘴壓力比及，可得各自對應的噴嘴后壓力=與。也可用下式直接求噴嘴壓力比：式中，。（6）根據(jù)一般的熱力核算方法進行級的熱力核算，分別求出兩種開度調節(jié)閥后級的有效比焓降和、級效率和。根據(jù)公式計算出兩股汽流在調節(jié)汽汽室中混合后的比焓及調節(jié)級效率，求出內功率：（7）對級后壓力進行修正。由于初次核算時調節(jié)級級后溫度變化未予考慮，此時需求出2點的溫度求出新的重新核算。1.4.2近似計算方法通過一個例子來描述：已知汽輪機有4個調節(jié)閥，各閥控制的噴嘴數(shù)分別為17、10、12、21，各噴嘴結構相同。單個噴嘴的出口面積An1=3.24cm2。設計工況下通過三個全開調節(jié)閥的流量為D0=355.4t/h，調節(jié)級前壓力p'0=8.38MPa，比容v'0=0.0421m3/kg，調節(jié)級后壓力p2=6.32MPa，理想焓降Δht=97kJ/kg，反動度Ωm＝0.103，初參數(shù)為p0=8.83MPa，t0=535?C。當流量為D01=390t/h，求通過各調節(jié)閥的蒸汽流量和閥后壓力。解：（1）求新工況下調節(jié)級后壓力（暫不考慮溫度影響）MPa（2）求設計工況下噴嘴后壓力噴嘴臨界流量kg/s流量比壓力比噴嘴后壓力MPa（3）求新工況下全開調節(jié)閥的噴嘴后壓力由蒸汽性質求得理想焓降ΔhIt1=68kJ/kg速度比變化反動度噴嘴理想焓降kJ/kg噴嘴后壓力pI11=7.15MPa（4）求新工況下全開閥的流量壓力比流量比蒸汽流量t/h（5）通過部分開啟調節(jié)閥的流量t/h（6）求部分開啟調節(jié)閥噴嘴后壓力假定該組噴嘴前壓力p''0=7.85MPa，由蒸汽性質得理想焓降kJ/kg，速度比變化反動度噴嘴理想焓降kJ/kg噴嘴后壓力MPa（7）校核流量DII級前蒸汽比容v''0=0.0449m3/kg臨界流量為t/h壓力比流量比通過部分開啟調節(jié)閥的流量為DII=124.6t/h>83.5t/h，需要重新假定p''0。假定p''0=7.45MPa，重復（6）、（7），最后得到的流量基本吻合。解畢。1.4.3兩股汽流計算方法將通過全開和半開調節(jié)閥的兩股氣流分別計算，也就是把一個調節(jié)級當作兩個并列的級來計算。這種方法過程簡單，需要迭代的次數(shù)有限，計算量不大，可滿足精度要求。當調節(jié)閥有三個以上不同的開度時，必須借助調節(jié)閥的特性曲線分別對多股汽流予以計算。已知：調節(jié)級的總流量（調節(jié)閥采取順序閥控制方式，不考慮重疊度），新蒸汽參數(shù)和調節(jié)級后壓力。求通過全開、半開調節(jié)閥流量，級功率，級效率和級前后參數(shù)。下面給出算法。其中，參數(shù)下標0，噴嘴前；1，噴嘴后；2：動葉后；n，噴嘴；b，動葉。參數(shù)上標'，通過半開調節(jié)閥后的汽流。一、通過全開調節(jié)閥的汽流（1）求噴嘴前的壓力p0，估計全開調節(jié)閥數(shù)，求噴嘴面積；（2）假定噴嘴后壓力p1，求壓力比εn；（3）求噴嘴流量比βn和流量Gn，如果流量大于總流量則減少假定的全開調節(jié)閥數(shù)；（4）求噴嘴后參數(shù)h1、c1、w1，如超音速，重新計算汽流角；（5）求動葉壓力比εb、流量比βb、流量Gb；（6）如Gb與Gn誤差大，則回到（2）；（7）求動葉后參數(shù)h2、w2、c2和各項損失；（8）求功率N和效率η；（9）求半開調節(jié)閥后流量G'。二、通過半開調節(jié)閥的汽流（1）假定噴嘴前壓力p'0；（2）求噴嘴流量比β'n，壓力比ε'n；（3）求噴嘴后壓力p'1，如出現(xiàn)超臨界則假定；（4）求噴嘴后參數(shù)h'1、c'1、w'1，如超音速，重新計算汽流角；（5）求動葉壓力比ε'b、流量比β'b、流量G'b；（6）在Gb與Gn誤差大的情況下：如噴嘴超臨界，回到（3），數(shù)次迭代無法滿足精度要求則回到（1）；如噴嘴亞臨界，回到（1）；（7）求動葉后參數(shù)h'2、w'2、c'2和各項損失；（8）求功率N'和效率η'；三、整級計算（1）求兩股汽流在調節(jié)級汽室混合后的參數(shù)，級的總功率和級效率；（2）根據(jù)弗留格爾公式校核調節(jié)級后壓力p2，視誤差情況決定是否重新計算調節(jié)級。

2.汽輪機課程設計輔助軟件2.1輔助軟件工具欄界面圖2-1汽輪機課程設計工具欄汽輪機課程設計的所有計算工作都可以借助于“汽輪機課程設計工具欄”這一輔助軟件來進行。用戶在進行熱力核算時，可以先利用Excel或Word建立一個表格，將計算項目按先后順序寫出，打開輔助軟件，則出現(xiàn)一個如圖2-1所示的浮動工具欄，并且始終保持在當前窗口的前面。用戶在使用過程中可以用鼠標將工具欄隨意地移動到合適的位置。計算結果以Excel或Word文件形式保存并打印?！捌啓C課程設計工具欄”提供了兩種計算工具：上面一行是水蒸汽性質計算器，下面一行是課程設計中常用公式計算器。每一個工具按鈕上有相應的字符或符號，分別代表一個計算器。當鼠標被移動到某個工具按鈕上時，按鈕會突起，同時下方出現(xiàn)一個文字框，持續(xù)5秒時間，顯示的文字簡要說明該計算器的功能。例如鼠標移動到水蒸汽過熱區(qū)焓的按鈕上時，鼠標下就會顯示出“h(p,t)過熱區(qū)”。這樣用戶就可以非常方便地找到自己需要的計算器。點擊某一按鈕，則出現(xiàn)相應的計算器窗體，可以輸入數(shù)據(jù)并計算。當用戶需要退出時，點擊“關閉”按鈕或窗體右上角的“×”按鈕即可。該輔助軟件的使用方法特別簡單，也容易掌握。輔助軟件力求實現(xiàn)所有的計算由計算機完成而不需手工計算。由于輔助軟件僅僅提供了計算器功能，課程設計的計算方法需要用戶自己掌握，先制定計算步驟，選擇恰當?shù)墓?，再根?jù)已知條件，利用輔助軟件進行計算，計算結果記錄在表格中。結果分析要靠自己來完成，輔助軟件無法代勞。這實際上也反映了汽輪機課程設計的教學要求，即注重基本概念、計算方法的掌握，同時最大程度地減輕繁瑣的計算工作量。2.2工具欄計算器的使用2.2.1水蒸汽性質計算器水蒸汽性質的計算在熱力計算中是必不可少的。在手工計算時代，學生只能通過查h-s圖或水蒸汽性質表得到，極其費時，且不精確，造成每一個人的計算結果都有出入，教師評閱起來也比較困難。將水蒸汽性質軟件化就解決了這一困難。該輔助軟件提供了分區(qū)計算的功能，而沒有提供自動查找分區(qū)功能，目的是要求學生掌握不同區(qū)域水蒸汽的基本性質。水蒸汽性質計算器的實現(xiàn)采用了最新的水和蒸汽的熱力學性質的工業(yè)公式：IAPWS—IF97標準。在汽輪機課程設計計算過程中要用到的熱力學參數(shù)有：壓強p、溫度t、比焓h、比熵s、比容v、音速a和干度x。如圖2-2所示，所有的計算器都采用統(tǒng)一格式，每個計算器由編輯框和“計算”，“關閉“兩個按鈕組成，當你輸入數(shù)據(jù)以后，點擊“計算”便會得到所求結果，點擊“關閉”時，計算器窗口便會退出。水蒸汽工具欄分為三個部分，分別為過熱區(qū)，濕汽區(qū)和飽和區(qū)，每個區(qū)域計算器之間用分隔符隔開，現(xiàn)將三個區(qū)域的計算器作一簡要介紹：圖2-2水蒸汽性質計算器示例過熱區(qū)提供了6個計算器：h(p,t)；s(p,t)；v(p,t)；a(p,t)；h(p,s)；t(p,h)；濕汽區(qū)提供了6個計算器：h(p,x)；s(p,x)；v(p,x)；a(p,x)；x(p,s)；h(p,s)；飽和區(qū)提供了2個計算器：t(p)；p(t)；利用上述14個計算器，可以實現(xiàn)汽輪機熱力核算中需要的水蒸汽性質計算。判斷狀態(tài)點位于過熱區(qū)還是濕汽區(qū)，可以借助飽和區(qū)的兩個計算器：如果已知正確的壓強，當溫度等于飽和溫度時，則位于濕汽區(qū)，當溫度較高時位于過熱區(qū)；如果已知正確的溫度，當壓強等于飽和壓強時，則位于濕汽區(qū)，當壓強較小時位于過熱區(qū)。已知的熵和焓計算滯止壓力時，可以假設不同的壓力用h(p,s)計算器進行試算，少數(shù)幾次即可滿足精度要求。2.2.2通用計算器窗體的第二行是通用公式工具欄。通用公式工具欄分為兩部分，第一部分有：常用科學計算器、壓力比ε、流量比β、臨界流量Gcr、速度系數(shù)Ψ、偏轉角δ、隔板漏汽量Gp、速度三角形的計算和繪圖；第二部分為汽輪機各項損失計算器，包括：噴嘴損失、動葉損失、余速損失、撞擊損失、葉高損失、扇型損失、濕汽損失、鼓風損失、隔板漏汽損失。在汽機課程設計中常用的公式大部分都做成了計算器的形式，其余的輔助計算任務可以點擊常用科學計算器按鈕來進行，這也就是Windows操作系統(tǒng)自帶的計算器。圖2-3顯示了一個噴嘴損失計算器，輸入框和輸出框位于第一行，公式和公式的說明位于第二行和第三行。在第一、二個框中填寫已知數(shù)據(jù)，點擊“計算”，就會在第三個框中出現(xiàn)計算結果。圖2-4顯示了速度三角形計算器，它有計算和繪圖兩個功能，可以計算動葉進口相對速度和出口絕對速度。輸入所有必須的數(shù)據(jù)后，點擊“開始繪圖”，就會自動計算出動葉進口和動葉出口的速度三角形，角度值顯示于圖片區(qū)最底下一行，邊長即速度大小，標注于速度三角形的邊上。圖2-3噴嘴損失計算器圖2-4速度三角形計算器2.3使用說明和注意事項汽輪機課程設計工具軟件可在Windows2000/XP操作系統(tǒng)上運行，向用戶提供了簡潔明了的可視化設計環(huán)境。使用汽輪機課程設計工具軟件的用戶必須學過《汽輪機原理》、《工程熱力學》和《工程流體力學》等課程，具備汽輪機變工況運行的基本知識。在使用課程設計工具軟件之前，用戶必須先對汽輪機課程設計的計算流程十分清楚。本軟件的作用就是減輕課程設計中大量繁瑣的計算量，而不是對計算流程的編程簡化，否則這也有孛于汽機課程設計的初衷。本軟件的正確使用關鍵在于對相關計算器的選用，如果用戶在選用計算器時出現(xiàn)失誤，必將影響整個設計的正確性，因此在每個計算器的版面上也做了簡要說明。當用戶輸入的數(shù)據(jù)不符合常理時，如求濕汽區(qū)參數(shù)卻選用了過熱區(qū)計算器時，你會發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)明顯錯誤或提示你數(shù)據(jù)錯誤信息。如果程序長時間不響應，那么用戶只能關閉程序或者用任務管理器強行退出。本軟件風格采用Windows風格，圖形界面友好，用戶對屏幕提供的交互界面很容易理解和接受，每點擊所選圖標時，均會彈出相應的計算器，用戶在人機交互被要求輸入數(shù)據(jù)時，可以依次單擊相應的編輯框，看見閃爍的光標后輸入數(shù)據(jù)即可。在使用計算器時，當你點擊多個計算器時，浮在屏幕前面的計算器只有一個，這時別的計算器仍然在運行，只需用鼠標將計算器互相錯開，就能在多個計算器上進行切換。本軟件的操作非常簡單，只要根據(jù)你在課程設計中所要求取的數(shù)據(jù)選用合適的計算器，計算器的圖標是熱力學參數(shù)符號，因此不存在使用障礙。該軟件最好與MicroSoftOffice中的Excel結合起來使用，將每一步數(shù)據(jù)在表格中羅列出來，可以對所求的數(shù)據(jù)進行記錄和簡單計算，也可以利用Excel中的繪圖功能繪制汽機的熱力過程線。

3.汽輪機課程設計任務3.1課程設計目的（1）通過課程設計，系統(tǒng)地總結、鞏固、加深在《汽輪機原理》課程中已學知識，進一步了解汽輪機的工作原理。（2）在盡可能考慮制造、安裝和運行的要求下，進行某一機組的變工況熱力計算，掌握汽輪機熱力計算的原理、方法和步驟。（3）通過課程設計對電站汽輪機建立整體的、量化的概念，掌握查閱和使用各種設計資料、標準、手冊等參考文獻的技巧。（4）培養(yǎng)綜合應用書本知識、自主學習、獨立工作的能力，培養(yǎng)與其他人相互協(xié)作的工作作風。3.2課程設計內容以某種型號的汽輪機為對象，在已知結構參數(shù)和非設計工況新蒸汽參數(shù)和流量的條件下，進行通流部分熱力校核計算，求出該工況下級的內功率、相對內效率等全部特征參數(shù)，并與設計工況作對比分析。主要工作如下：（1）非設計工況下通流部分各級熱力過程參數(shù)計算。（2）軸端汽封漏汽量校核計算。（3）與設計工況的性能和特征參數(shù)作比較分析。3.3整機計算步驟一種方案是：將該型汽輪機的通流部分劃分為高、中壓缸和低壓缸2個計算模塊，由2個學生組成一個計算小組，一人采用順算法計算高、中壓缸，另一人采用逆算法計算低壓缸。2人協(xié)同工作，共同商定計算方案和迭代策略。另一種方案是：將該型汽輪機的通流部分劃分為高壓缸、中壓缸和低壓缸3個計算模塊，由3個學生組成一個計算小組，一人用順算法計算高壓缸，一人用順算法計算中壓缸，另一人用逆算法計算低壓缸。計算中壓缸的人需要計算中壓缸的軸端汽封漏汽量。分組計算的流量由指導教師給出。為便于計算，作出如下約定：（1）各級回熱抽汽量正比例于主汽流量；（2）門桿漏汽和調門開啟重疊度不計；（3）壓力損失的參考值：高、中壓主汽門和調門的壓損為初壓的5%，再熱器的壓損為高壓缸排汽壓力的12%，中、低壓連通管的壓損為中壓缸排汽壓力的2%。準確的數(shù)據(jù)可參考具體型號機組的資料。（4）余速利用系數(shù)的參考值為：調節(jié)級后的第一壓力級、前面有抽汽口的壓力級利用上一級余速的系數(shù)為0.4，其它壓力級為0.8。（5）對徑高比小于6的級，在最終計算結果中，用近似公式估算出葉根處的反動度；（6）第一次計算，用弗留格爾公式確定調節(jié)級后壓力；（7）假定汽機排汽壓力為設計工況下的值，用平移設計工況熱力過程線方法初步確定排汽點。（8）待通流部分計算結束后，校核計算軸端汽封的漏汽量，軸端汽封的漏汽量正比例于汽封前的壓力。3.4要求與考核3.4.1要求在課程設計過程中，應認真踏實，熟練掌握計算流程，正確選擇設計數(shù)據(jù)，保證計算結果準確，計算結果用表格給出，要條理清楚，書寫整潔。鼓勵有條件的學生自行編制相關程序進行設計計算。按時按量完成課程設計任務，上交《汽輪機課程設計報告》?！镀啓C課程設計報告》要求包含下列內容：一、目的與任務概述課程設計目的、任務、主要算法，和要求取得的主要計算結果。簡述設計用汽輪機本體和系統(tǒng)基本組成、主要結構參數(shù)和設計工況下的熱力參數(shù)。二、單級計算過程綜述選取某一級，詳細描述已知條件、計算步驟、計算公式、計算數(shù)據(jù)。要求用文字、公式和中間數(shù)據(jù)結合起來敘述，標注序號。三、分析和結論完成多個級的熱力計算后，針對計算結果，進行分析。比較設計工況、變工況下主要熱力參數(shù)，給出理論解釋或分析。全面總結課程設計工作。該部分內容不得少于1000字。四、附件多個級的熱力計算數(shù)據(jù)表格；汽輪機熱平衡圖；多級汽輪機熱力過程線圖。3.4.2考核辦法課程設計成績評定辦法為：平時上機考勤：10%；面試或答辯：30%；《汽輪機課程設計報告》：60%。3.5參考文獻（1）馮慧雯．《汽輪機課程設計參考資料》．北京：水利電力出版社，1992（2）王乃寧、張志剛．《汽輪機熱力設計》．北京：水利電力出版社，1987（3）康松、楊建明、胥建群．《汽輪機原理》．北京：中國電力出版社，1999（4）曹祖慶．汽輪機變工況特性．北京：水利電力出版社，1991

4.汽輪機課程設計參考數(shù)據(jù)4.1N200-12.7/535/535汽輪機設計參數(shù)該型汽輪機是超高壓、一次中間再熱、三缸二排汽、沖動凝汽式電站全速汽輪機。主汽門前新汽參數(shù)：12.75MPa（絕對壓力），535℃。中壓缸進汽溫度535℃，末級葉片高度800mm。機組采用噴嘴調節(jié)，共有4個高壓調門，控制14、14、13、14共4組55個噴嘴，1、2號調門同時開啟，3、4號調門順序開啟。通流部分由1個調節(jié)級和26個壓力級組成，高壓缸1-12級，中壓缸13-22級，低壓缸23-27級。設有8級非調整回熱抽汽，分別位于第9、12、15、18、20、22、23、25級后。前3級抽汽至高壓加熱器，第4級抽汽至除氧器，后4級至低壓加熱器。汽輪機在額定參數(shù)下前3個高壓調節(jié)閥全開時可以帶額定負荷。通流部分結構參數(shù)如表4-2所示。設計工況熱力參數(shù)如表4-3所示。汽封系統(tǒng)如圖4-1所示。圖中數(shù)據(jù)匯總為表4-1：表4-1N200-12.7/535/535型汽輪機軸封系統(tǒng)數(shù)據(jù)高壓缸1234567891011齒數(shù)4016888904016888直徑mm460424中壓缸123456789齒數(shù)40168889040168直徑mm745520低壓缸123456齒數(shù)8直徑mm450間隙均為0.65mm隔板和軸端汽封均為高低齒曲徑式汽封。高壓隔板汽封的直徑為456mm，間隙為0.75mm，齒數(shù)為9；中壓第一級（第13級）隔板汽封直徑745mm，間隙0.75mm，齒數(shù)11；第14-19級汽封直徑516mm，間隙0.75mm，齒數(shù)11；第20-22級直徑676mm，間隙0.75mm，齒數(shù)11；第23-25級隔板汽封直徑745mm，間隙0.75mm，齒數(shù)6；第26級直徑696mm，間隙0.80mm，齒數(shù)6；末級直徑741mm，間隙0.85mm，齒數(shù)6。

表4-2：N200-12.7/535/535三缸二排汽汽輪機通流部分的結構參數(shù)缸別級號噴嘴動葉sinα噴嘴數(shù)目平均直徑出口高度出口面積sinβ葉片數(shù)目平均直徑出口高度出口面積//mmmmcm2//mmmmcm2高壓缸1.270655100031.5218.3910961000343402.19587686048254.2.315613686151435.43.195976863.551.5273.8.3160136864.554.5467.74.197076867.555.5298.3170136868.558.5505.95.199470871.559.5324.8.3173136872.562.5543.66.203668876.564.5361.6.3190136877.567.5593.57.21056688371414.6.320013688474657.58.21226689078462.8.321713689181729.69.21396689785512.4.323013689888801.710.21303690189536.6.3145112902.592.5824.811.21393691199606.3130112912.5102.5919.712.215236921.5109.5682.2.30951129231131014中壓缸13.2590361162101.5959.40001341162105153314.2610361173112.51082.40191341173116171815.2630361188127.51251.40351341188131197316.27403611951361399.40801161196141216217.2770801217157.51667.40501161218162.5251718.28008012381791949.40001161239184286519.28308612662072330.39471161267212333120.26514213052462674.3410961306251351221.27004213552963402.3330961356301427022.27704214143554368.32719614153605235低壓缸23.25046615431792173.38751501543183343824.27566415882243080.37951501604244466625.31565816612974866.40991101687327710326.33005218314277895.42099018834831202627.395856217072519643.499596225080028246注：低壓缸對稱布置，表中流量、功率、出口面積為單側值。

表4-3：N200-12.7/535/535三缸二排汽汽輪機設計工況下的熱力參數(shù)缸別級號蒸汽流量t/h級后壓力MPa級后溫度℃速比/反動度%內效率%內功率kW高壓缸1607.19.74502.4.412012.567.7382952601.78.73484.4.508414.882.8148983601.77.82467.3.510215.185.5550654601.76.96450.2.507915.485.9651835601.76.16432.2.502716.085.9953636601.75.44414.5.505717.786.4653687601.74.82397.3.520621.787.1451838601.74.26380.4.528022.087.5951429601.73.75363.3.530122.787.88519910574.73.28345.7.521823.788.11519011574.72.85327.9.529425.188.58518212574.72.46310.0.532426.988.825257中壓缸13533.81.746507.2.519520.083.96768414532.21.467481.2.528621.388.07790615532.21.225454.8.534622.488.57797516510.91.014428.1.535723.888.55772517510.90.838401.8.552326.689.31759618510.90.682374.1.552128.889.19785919503.40.553344.1.573232.089.89757520503.40.423313.5.533238.388.91919921486.10.326282.7.577743.090.32828622486.10.249252.3.611346.890.858108低壓缸23236.1.1497201.9.513625.884.30615124224.2.0876150.8.537932.688.71605925224.2.045595.545539.387.41642026211.5.017256.8/x=.972.538158.082.43731227211.5.005434.3/x=.932.622370.675.587156圖4-1N200-12.7/535/535型汽輪機軸封系統(tǒng)表4-4：N300-16.7/537/537汽輪機軸端汽封汽封高中壓間汽封高壓缸后汽封排列型式中壓側高缸排高壓側內除氧器均壓箱軸加外直徑mm11689251168483432406間隙mm0.750.750.750.500.500.75齒數(shù)840241688齒型高低齒高低齒汽封低壓缸前后汽封中壓缸后汽封排列型式外軸加均壓箱內外軸加均壓箱內直徑mm597610610406432483間隙mm0.750.500.500.750.500.50齒數(shù)88168816齒型平齒高低齒

4.2N300-16.7/537/537汽輪機設計參數(shù)本機組是按照美國西屋公司的技術制造的300MW亞臨界、中間再熱式、高中壓合缸、雙缸雙排汽、單軸凝汽式汽輪機，如圖4-2所示。它由高中壓積木塊BB0243與低壓缸積木塊BB074組合而成。為了進一步提高機組的經(jīng)濟性，對原引進技術作了改進設計，而且低壓缸末級葉片采用905mm的長葉片。機組型號為N300-16.7/537/537，工廠產(chǎn)品號為D156。主要技術參數(shù)：額定功率300MW；主汽門前額定參數(shù)16.7Mpa、537℃，再熱汽門前溫度537℃；工作轉速3000rpm；額定背壓5.39kPa；回熱級數(shù)3高、4低、1除氧；額定工況蒸汽流量910.2t/h、熱耗7937kJ/(kWh)。本機組通流部分共35級葉片，其中高壓缸1+11級，中壓缸9級，低壓缸2×7級。動葉片除低壓缸末三級為扭轉葉片外，其余均為等截面葉片。高、中、低壓缸隔板靜葉均為扭葉片。有6個高壓調節(jié)閥，每閥控制21個噴嘴，調節(jié)閥全開時部分進汽度為0.9545。汽輪機在額定參數(shù)下5閥全開時可以帶額定負荷。汽輪機在6個調節(jié)閥全開、新汽參數(shù)16.7MPa、537℃（超壓5%）時運行，這一工況定義為最大負荷工況。通流部分結構參數(shù)如表4-5所示。最大工況和額定工況下的熱力參數(shù)如表4-6所示。主汽門、調節(jié)閥、進汽管的壓損為4%，再熱器及管道為10%，中聯(lián)門及管道為2.5%，中低壓連通管為2%。2號高加抽汽來自高壓缸排汽，除氧器抽汽來自中壓缸排汽，第5、6級抽汽分別來自左、右側低壓缸的第3、5級前，因此低壓缸為不對稱抽汽。靜葉與動葉汽封：高壓靜葉3齒，1高2低，動葉3齒，平齒，中壓靜葉5齒，2高3低，動葉5齒，平齒，間隙都是0.75mm；低壓靜葉3齒，1高2低，動葉1齒，平齒，間隙都是1.1mm。汽缸軸端汽封的結構數(shù)據(jù)見表4-4。圖4-2N300-16.7/537/537汽輪機結構

表4-5：N300-16.7/537/537汽輪機通流部分的結構參數(shù)缸別級號噴嘴動葉sinα噴嘴數(shù)目平均直徑出口高度出口面積sinβ葉片數(shù)目平均直徑出口高度出口面積//mmmmcm2//mmmmcm2高壓缸0.27671261061.322.9201.69.3490801064.327.94311.201.251572844.268.4456.24.249092854.268.82459.852.251692864.269.2472.69.253392874.269.56483.923.251994884.270.0489.81.253594894.470.52502.304.256194904.470.9515.90.253996915.071.96525.225.256696926.073.4547.92.254598937.174.86560.916.257198948.076.2583.47.2551100959.177.66596.957.25781009