《汽輪機(jī)原理》課程設(shè)計學(xué)號姓名指導(dǎo)教師設(shè)計時間一、課程設(shè)計目的（1）通過課程設(shè)計，系統(tǒng)地總結(jié)、鞏固、加深在《汽輪機(jī)原理》課程中已學(xué)知識，進(jìn)一步了解汽輪機(jī)的工作原理。（2）在盡可能考慮制造、安裝和運(yùn)行的要求下，進(jìn)行某一機(jī)組的變工況熱力計算，掌握汽輪機(jī)熱力計算的原理、方法和步驟。（3）通過課程設(shè)計對電站汽輪機(jī)建立整體的、量化的概念，掌握查閱和使用各種設(shè)計資料、標(biāo)準(zhǔn)、手冊等參考文獻(xiàn)的技巧。（4）培養(yǎng)綜合應(yīng)用書本知識、自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立工作的能力，培養(yǎng)與其他人相互協(xié)作的工作作風(fēng)。二、課程設(shè)計內(nèi)容以N300型號的汽輪機(jī)為對象，在已知結(jié)構(gòu)參數(shù)和非設(shè)計工況新蒸汽參數(shù)和流量的條件下，進(jìn)行通流部分熱力校核計算，求出該工況下級的內(nèi)功率、相對內(nèi)效率等全部特征參數(shù)，并與設(shè)計工況作對比分析。主要工作如下：（1）設(shè)計工況及非設(shè)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(shè)計工況的性能和特征參數(shù)作比較分析。三、整機(jī)計算步驟本次課程設(shè)計計算方法是將該型汽輪機(jī)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(xué)生組成一個計算小組，一人采用順?biāo)惴ㄓ嬎愀摺⒅袎焊?，另一人采用逆算法計算低壓缸?人協(xié)同工作，共同商定計算方案和迭代策略。本人進(jìn)行的是低壓缸部分計算，計算工況為103%。為便于計算，作出如下約定：（1）各級回?zé)岢槠空壤谥髌髁?；?）門桿漏汽和調(diào)門開啟重疊度不計；（3）余速利用系數(shù)的參考值為：調(diào)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；（4）對徑高比小于6的級，在最終計算結(jié)果中，用近似公式估算出葉根處的反動度；（5）第一次計算，用弗留格爾公式確定調(diào)節(jié)級后壓力；（6）假定汽機(jī)排汽壓力為設(shè)計工況下的值，用平移設(shè)計工況熱力過程線方法初步確定排汽點(diǎn)。四、汽輪機(jī)簡介本機(jī)組是按照美國西屋公司的技術(shù)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(jī)，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(jìn)一步提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，對原引進(jìn)技術(shù)作了改進(jìn)設(shè)計，而且低壓缸末級葉片采用905mm的長葉片。機(jī)組型號為N300-16.7/537/537，工廠產(chǎn)品號為D156。主要技術(shù)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(zhuǎn)速3000rpm；額定背壓5.39kPa；回?zé)峒墧?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(jī)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(zhuǎn)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(diào)節(jié)閥，每閥控制21個噴嘴，調(diào)節(jié)閥全開時部分進(jìn)汽度為0.9545。汽輪機(jī)在額定參數(shù)下5閥全開時可以帶額定負(fù)荷。汽輪機(jī)在6個調(diào)節(jié)閥全開、新汽參數(shù)16.7MPa、537℃（超壓5%）時運(yùn)行，這一工況定義為最大負(fù)荷工況。主汽門、調(diào)節(jié)閥、進(jìn)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(cè)低壓缸的第3、5級前，因此低壓缸為不對稱抽汽。但為了計算方便，在本計算中近似為對稱。通流部分結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。最大工況和額定工況下的熱力參數(shù)如表2所示。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。圖1N300-16.7/537/537汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)

表1：N300-16.7/537/537汽輪機(jī)通流部分的結(jié)構(gòu)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0.27671261061.322.9201.69.3490801064.327.94311.201.251572844.268.4456.24.249092854.268.82459.852.251692864.269.2472.69.253392874.269.56483.923.251994884.270.0489.81.253594894.470.52502.304.256194904.470.9515.90.253996915.071.96525.225.256696926.073.4547.92.254598937.174.86560.916.257198948.076.2583.47.2551100959.177.66596.957.2578100970.879.6625.86.2488106983.482.66635.398.2544104991.481.0641.80.24891081002.482.42646.029.2550106101484.5686.41.24671121026.787.50696.2510.2526110103990.3744.54.24481161051.793.36755.1511.2536112106495.7810.94.24591181077.099.36826.71中壓缸1.35141001078.9101.41207.7.35461021089.7103.81259.52.3566981100.5106.11308.3.35731021111.3108.51353.23.3589981122.0110.91402.4.3607761134.8113.21456.74.3672941145.6115.61527.3.3672741159.8119.31595.85.3676961173.0124.11680.8.3601801190.7131.31768.66.34691161204.9137.11800.0.3482901220.2142.01895.47.34741181233.4146.81976.1.3485921251.1154.02109.78.34871201265.3159.92245.7.3517921283.0167.12368.29.3522901302.1176.12567.2.3487781327.4188.62742.5低壓缸1.22301961915.286.361158.7.25352021921.090.681380.12.25252061929.099.061511.2.28251421937.4107.11827.43.29242261953.0122.72187.8.29701961971.9141.62578.44.29942201993.9163.63051.8.32201262018.9188.63800.95.31931382051.2220.94465.3.33101242096.3265.85656.56.2450802250.7421.97119.5.33301202299.8474.6114197.3203662604.0845.821128.4839962642.9905.536380

表2：N300-16.7/537/537汽輪機(jī)最大工況和設(shè)計工況下的熱力參數(shù)缸別級號最大工況額定工況級前壓力MPa級前溫度℃內(nèi)功率kW級流量t/h級前壓力MPa級前溫度℃內(nèi)功率kW高壓缸016.853716930905.116.03534.318555113.1492.76087885.611.6483.85365212.1479.76365885.610.7471.15608311.1466.26805885.69.87457.95992410.1451.87191885.69.01443.8632559.18436.67456885.68.17428.9655168.28420.97815885.67.83413.5685577.41404.58219885.66.61397.6719486.59387.57163823.85.89381.0634595.88371.57521823.85.26365.26653105.21354.77849823.84.66348.86930114.58337.38180823.84.10331.87203中壓缸13.47533.68723754.33.12533.6781823.10515.38987754.32.78515.3805232.75496.39514754.32.47496.4852042.41476.19869754.32.16476.4883152.10455.110245754.31.88455.5915861.81433.210093721.21.63433.7906271.55410.510758721.21.39411.1965181.30386.211469721.21.17386.91027691.08360.211927721.20.970361.110666低壓缸10.852330.39545329.30.769331.4861020.599286.210227329.30.541287.2919730.412242.79501311.80.372243.7858540.257193.610241311.80.232194.5926250.147140.09152301.90.133140.8829760.081794.614691285.50.073691.81322270.024365.612782273.50.022863.411308注：額定工況排汽比焓：2346kJ/kg；最大工況排汽比焓：2338.8kJ/kg；低壓缸抽汽實(shí)際為不對稱的，計算中可當(dāng)作是對稱的。

五、低壓缸逆算法計算步驟以變工況下第七級的計算為例：已知條件：變工況：流量為額定流量的103%，即第七級流量為78.2514kg/s；排汽壓力5.39kPa；額定排汽焓2341kJ/kg。圖2逆算法用圖計算步驟：1、估計變工況的排汽焓和各項損失變工況后排汽壓力為5.39kPa，排汽焓估為2341kJ/kg。根據(jù)公式估計級后各項損失如下所示。葉輪摩擦損失：因為反動式故為0；葉高損失：按公式估計為0.206；濕氣損失：估計為12；余速損失：估計為28.5；漏氣損失：由于低壓缸漏氣損失相對很小，這里估為0；扇型損失：由于低壓缸最后三級為扭葉片，它的扇型損失很小，如果按公式計算的話，扇型損失較大，與實(shí)際情況不符合。所以后三級的計算中估為0。2、根據(jù)估算的各項級后損失，確定動葉后的實(shí)際狀態(tài)點(diǎn)(1)動葉出口處的實(shí)際焓：=2341-0-0.206-12-28.5-0-0=2300.294kJ/kg。(2)根據(jù)動葉出口實(shí)際焓和排汽壓力查得動葉出口處的各項熱力參數(shù)：熵=7.5119kJ/(kg·K)，比容=23.4061m3/kg，干度=0.8914。(3)動葉出口處的實(shí)際速度：=78.2514×23.4061/3.638=503.4532m/s。3．確定動葉出口的理想狀態(tài)點(diǎn)（1）取動葉速度系數(shù)＝0.95，動葉出口理想相對速度=529.9508m/s。 （2）計算動葉損失：=13.6913kJ/kg。 （3）動葉出口的理想焓：=2300.294-13.6913=2286.6027kJ/kg。 （4）根據(jù)動葉出口的理想焓和排汽壓力查得動葉出口處的理想熱力參數(shù)：熵=7.4674kJ/(kg·K)，比容=23.2576m3/kg。 （5）動葉出口絕熱系數(shù)：濕蒸汽=1.1241。 （6）動葉出口理想狀態(tài)點(diǎn)的音速=375.3928m/s。4、判斷動葉是否超臨界 因為，所以是超臨界。重新假設(shè)動葉損失=11.1kJ/kg，按假定值重新計算。 （1）動葉出口處的理想焓：=2289.1940kJ/kg。 （2）根據(jù)動葉出口的理想焓和排汽壓力查得動葉出口處的理想熱力參數(shù)： 熵=7.4758kJ/(kg·K)，比容=23.2857m3/kg。5、確定動葉臨界點(diǎn) （1）確定臨界壓力：=0.0075MPa。 （2）據(jù)臨界壓力和動葉出口的理想熵查得臨界點(diǎn)的熱力參數(shù)：比容＝20.838m3/kg，焓值＝2343.19kJ/kg。 （3）臨界速度：＝381.9568m/s。6、校核動葉損失 （1）滯止點(diǎn)到臨界點(diǎn)焓降：=72.9455kJ/kg。 （2）動葉的滯止理想比焓降：=115.9308kJ/kg。 （3）動葉出口速度=481.5201m/s；=457.4441m/s。 （4）動葉損失：=11.3033m/s。 （5）汽流在動葉出口產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)后的出口汽角為：=0.5467rad。 （6）校核動葉損失：｜11.1-11.3033｜/11.1=1.8311%；校核通過。7、校核余速損失 （1）確定輪周速度：=415.1458m/s。 （2）根據(jù)余弦定理可以得到動葉排汽速度：=239.0596m/s。 （3）確定余速損失：=28.5748kJ/kg。 （4）校核余速損失：|28.5－28.5748|/28.5=0.2623%；校核通過。8、確定動葉前的狀態(tài)點(diǎn) （1）假定動葉的進(jìn)口相對速度：=132m/s。 （2）根據(jù)假定值確定動葉內(nèi)的理想比焓降：=107.2188kJ/kg。 （3）確定動葉前的焓值：=2396.4128kJ/kg。 （4）根據(jù)動葉入口處的焓和熵查得動葉入口處的熱力參數(shù)：=0.0122MPa；干度＝0.9183。9、確定噴嘴后的狀態(tài)點(diǎn) （1）因為碰撞損失很小，而又是103％的變流量工況，所以碰撞損失取為0。即噴嘴后的狀態(tài)點(diǎn)即為動葉入口處的狀態(tài)點(diǎn)。 （2）根據(jù)噴嘴后焓和壓力查得噴嘴出口點(diǎn)的比容=11.1450m3/kg。 （3）噴嘴出口實(shí)際汽流速度=412.7744m/s。 （4）選取噴嘴速度系數(shù)φ＝0.97；求得噴嘴出口理想汽流速度=425.5406m/s。10、確定噴嘴出口的理想狀態(tài)點(diǎn) （1）確定噴嘴損失：=5.3511kJ/kg。 （2）噴嘴出口理想焓=2391.0617kJ/kg。 （3）根據(jù)噴嘴出口理想焓和出口壓力查得理想比容=11.1177m3/kg。 （4）確定該點(diǎn)的音速：=391.4958m/s。11、判斷噴嘴是否超臨界 （1）因為，所以噴嘴超臨界，重新假設(shè)噴嘴損失=5kJ/kg。 （2）按假定值重新確定動葉出口處的理想焓=2391.4128kJ/kg。 （3）重新確定噴嘴出口的理想狀態(tài)點(diǎn)，根據(jù)噴嘴出口的理想焓和壓力，查得噴嘴出口處的理想熵=7.4603kJ/(kg·℃)。12、確定噴嘴臨界點(diǎn) （1）確定臨界壓力：=0.0129MPa； （2）根據(jù)臨界壓力和動葉出口的理想熵查得臨界點(diǎn)的熱力參數(shù)：比容=10.5870m3/kg；焓值=2398.8870kJ/kg。 （3）從而可求得臨界速度=392.6461m/s。13、校核噴嘴損失 （1）確定滯止點(diǎn)到臨界點(diǎn)焓降：=77.0855kJ/kg。 （2）從而可確定噴嘴的滯止理想比焓降=84.5597kJ/kg。 （3）重新計算噴嘴出口速度=411.2413m/s；=398.9041m/s。 （4）從而確定噴嘴損失：=4.9975kJ/kg； （5）汽流在噴嘴出口產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)后的出口汽角為：=0.3270。 （6）校核噴嘴損失：|5－4.9975|/5=0.0504；校核通過。14、校核動葉進(jìn)口相對速度 （1）根據(jù)余弦定理可計算動葉進(jìn)口相對速度：=131.8884m/s； （2）校核：|132-131.8884|/132=0.0846%，校核通過。15、確定噴嘴滯止點(diǎn) （1）確定噴嘴滯止點(diǎn)焓=2475.9725kJ/kg； （2）根據(jù)滯止點(diǎn)焓和熵查得滯止熱力參數(shù)：壓力=0.0223MPa；干度=0.9417。16、校核其余各項級后損失 （1）確定葉高損失=0.2085kJ/kg；校核葉高損失：|0.206-0.2085|/0.206=1.2274%。 （2）確定濕氣損失=12.1639kJ/kg；校核濕氣損失|12-12.1639|/12=1.3658%。17、計算級效率、內(nèi)功率、反動度 （1）計算反動度=0.5591。 （2）計算內(nèi)效率=0.7019。 （3）計算內(nèi)功率=10533.25kW。18、確定級前參數(shù) （1）假定上級余速損失=14.0000kJ/kg。 （2）根據(jù)本級利用上級余速的系數(shù)確定本級級前的焓值：=2470.3725kJ/kg。 （3）根據(jù)級前狀態(tài)點(diǎn)的焓和熵查得級前的熱力參數(shù)：壓力=0.0215MPa；溫度=61.6204℃。19、利用本級級前狀態(tài)點(diǎn)的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行上一級的校核計算注意校核本級中假設(shè)的上級余速損失。等到七級全部校核計算完畢，如果出現(xiàn)較大誤差，則需調(diào)整第七級所假設(shè)的排汽焓，再進(jìn)行迭代計算。六、分析1、額定工況與變流量工況的比較分析 理論上：對噴嘴配汽的機(jī)組來說，可以把整個凝汽式汽輪機(jī)分為三個級組:調(diào)節(jié)級、中間級和最末級。 （1）工況變化前后級組均為臨界工況，為中間級在負(fù)荷變化時，在各級通流面積不變的條件下，若變工況前后，末級的噴嘴或動葉均為臨界狀態(tài)時，可由下式確定末級前的壓力：（1）上式中，若忽略級前的溫度變化，并近似認(rèn)為排汽壓力不變，則式(1)中級前壓力與流量簡化成正比關(guān)系，即：所以級的壓力比不變，級的理想焓降亦近似不變： 相應(yīng)地,級的速度比、反動度也近似不變： ； 近似不變；與速度比有關(guān)的葉高損失、葉輪摩擦損失、鼓風(fēng)損失以及漏汽損失的相對值也幾乎不變，因此，級的內(nèi)效率也基本不變。 （2）工況變化前后級組均為亞臨界工況，為最末級 若變工況前后,末級均為亞臨界狀態(tài),則按下式確定末級前的壓力：（2）而式(2)中級前壓力與流量則成雙曲線關(guān)系。 本次計算中各項數(shù)據(jù)的比較如下： eq\o\ac(○,1)級焓降的比較：第一級第二級第三級第四級第五級第六級第七級額定工況86.6696.1084.6386.2098.01174.15166.58變工況86.1895.5384.0885.4497.70174.21170.08 從上圖可以看出：低壓缸的第1級到第6級為臨界工況，他們的級焓降幾乎不變，而第7級為最末級，它的級焓降有較大的變化。 eq\o\ac(○,2)反動度的比較分析第一級第二級第三級第四級第五級第六級第七級額定工況48.4249.3449.7547.6952.0155.7855.03變工況48.4149.3249.7247.6152.1655.7855.91 由上圖可以看到：低壓缸中，第1級到第6級為中間級，反動度的變化相對較小，而最末級第7級的變化相對較大，計算結(jié)果與理論分析一致。 （3）內(nèi)效率的比較分析：第一級第二級第三級第四級第五級第六級第七級額定工況（%）89.7388.1789.2587.0887.0283.4570.72變工況（%）86.5986.1486.0985.8787.1584.0371.83 在內(nèi)效率的數(shù)據(jù)的整理中，我發(fā)現(xiàn)我的計算結(jié)果和理論分析結(jié)果有較大的誤差。理論上由于級中的摩擦，鼓風(fēng)損失及漏氣損失的相對值也幾乎不變，所以中間級的及內(nèi)效率也基本不變。這在圖上也可反映：第1級到第6級的內(nèi)效率幾乎不變。 我們知道：在最末一級中，不論是否達(dá)到臨界，在不同的蒸汽流量下，級前后壓比并不為常數(shù)，而是隨流量變化而改變的，當(dāng)流量增大時，壓力比減小，級的比焓降增大；當(dāng)流量減小時，壓力比增大，級的比焓降就減小，因此級的最末級的反動度，級效率就不再保持常數(shù)。 但從上圖中，最末級的內(nèi)效率卻較為接近，還有一些上升的趨勢，這是與理論不相符的。我認(rèn)為可能在計算的時候我忽略了一些損失的計算：如碰撞損失，漏氣損失，扭葉片的扇型損失所致。理論上：采用噴嘴調(diào)節(jié)的凝汽式汽輪機(jī)，當(dāng)流量改變時，比焓降的變化主要發(fā)生在調(diào)節(jié)級和最末級，所有中間級在流量變化時，比焓降幾乎不變，但在低負(fù)荷時，中間級的比焓降也會變小。2、變流量工況中低壓缸各級各項損失的變化：表3各項損失統(tǒng)計名稱第一級第二級第三級第四級第五級第六級第七級總計占總損失

份額噴嘴損失額定2.873.212.793.023.105.045.0025.020.15變2.863.192.783.003.085.035.0024.930.15動葉損失額定4.675.474.954.976.0611.0110.9448.080.30變4.655.444.924.936.0611.0011.3048.300.30余速損失額定2.934.044.265.226.2313.9827.2463.900.40變2.934.024.255.226.2313.9828.5765.190.40葉高損失額定1.161.140.800.620.510.460.214.910.03變1.161.140.800.610.510.460.214.880.03扇形損失額定0.150.230.340.600.000.000.001.310.01變0.150.230.340.590.000.000.001.300.01濕氣損失額定0.000.000.000.000.456.0811.6918.220.11變0.000.000.000.000.516.4112.1619.080.12總損失額定11.7814.1013.1414.4216.3536.5755.08161.441.00變11.7314.0213.0814.3416.3936.8857.25163.701.00 eq\o\ac(○,1)葉高損失 葉高損失是葉片的端部損失，本質(zhì)上是噴嘴和動葉的流動損失。從下圖中可以看出，葉高損失隨著葉片高度的增加而減小。

eq\o\ac(○,2)扇型損失： 扇型損失是由于實(shí)際汽輪機(jī)的葉柵為環(huán)形葉柵所引起的損失，它隨著徑高比的增大而減小，從下圖中可以看出，第1到4級的扇型損失逐漸增大。但在扭葉片中，葉型沿葉高是變化的，雖然此時葉柵的節(jié)距也在變化，扇型損失仍然存在，但已經(jīng)很小了，可以忽略不計。這里取為0。（因此如果按書上的公式計算，就與實(shí)際情況不符合） eq\o\ac(○,3)濕氣損失： 汽輪機(jī)的最末幾級通常處于濕蒸汽區(qū)，濕氣損失較大，而在其他級，工作