军工路男子职业技术学院课程设计报告书课程名称：透平机械原理课程设计院（系、部、中心）：能源与动力工程学院专业：能源与动力工程班级：2013级姓名：JackT学号：131141xxxx起止日期：2016.12.19---2017.1.6 指导教师：万福哥我校研究的透平机械主要是是以水蒸汽为工质的旋转式动力机械，即汽轮机，常用于火力发电。
汽轮机通常与锅炉、凝汽器、水泵等一些列的设备、装置配合使用，将燃煤热能通过转化为高品质电能。
与其它原动机相比，汽轮机机具有单机功率大、效率高、运转平稳和使用寿命长等优点，但电站汽轮机在体积方面较为庞大。
汽轮机的主要用途是作为发动机的原动机。
与常规活塞式内燃机相比，其具有输出功率稳定、功率大等特点。
在使用化石燃料的现代常规火力发电厂、核电站及地热发电站中，都采用以汽轮机为原动机的汽轮发电机组，这种汽轮机具有转速一定的特点。
汽轮机在一定条件下还可变转速运行，例如驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等，我国第一艘航母“辽宁号”就是以汽轮为原动机。
汽轮机的排汽或中间抽气还可以用来满足工业生产（卷烟厂、纺织厂）和生活（北方冬季供暖、宾馆供应热水）上的供热需要。
在生产过程中有余能、余热的工厂企业中，还可以用各种类型的工业汽轮机（包括发电、热电联供、驱动动力用），使用不同品位的热能，使热能得以合理且有效地利用。
汽轮机与锅炉（或其他蒸汽发生装置，比如核岛）、发电机（或其他被驱动机械，比如泵、螺旋桨等）、凝汽器、加热器、泵等机械设备组成成套装置，协同工作。
具有一定温度和压力的蒸汽可来自锅炉或其他汽源，经主汽阀和调节汽阀进入汽轮机内，依次流过一系列环形安装的喷嘴栅（或静叶栅）和动叶栅而膨胀做功，将其热能转换成推动汽轮机转子旋转的机械功，通过联轴器驱动其他机械，如发电机。
膨胀做功后的蒸汽由汽轮机的排汽部分排出。
在火电厂中，其排气通常被引入凝汽器，向冷却水或空气放热而凝结，凝结水再经泵输送至加热器中加热后作为锅炉给水，循环工作。
前言 (2)目录 (3)一、课程设计任务书 (5)1.1 设计题目 (5)1.2 已知参数 (5)1.3 任务与要求 (5)二、汽轮机近似热力过程线的拟定及汽轮发电机组经济指标的初算 (7)2.1 汽轮机近似热力过程线的拟定 (7)2.1.1 进汽压力损失的初步估计 (7)2.1.2 选取机组的相对内效率、发电效率和机械效率 (7)2.1.3 近似热力过程曲线的初步拟定 (7)2.2 汽轮机总蒸汽量D0的估算 (8)2.3 汽轮发电机组汽耗率与热耗率的初算 (8)2.4 整机相对内效率 (9)三、焓降分配与级数确定 (10)3.1 第一级平均直径的估计 (10)四、级的热力设计 (11)4.1 调节级选型 (11)4.2 调节级热力参数的选择 (11)4.3 调节级详细热力计算 (12)4.4其它压力级的详细计算 (16)五、整机热力性能校核 (19)5.1 功率校核 (19)5.2 相对内效率校核 (19)六、转子临界转速强度校核 (21)6.1 转子临界转速计算 (21)6.2 叶片强度校核 (22)6.3 叶根强度校核 (24)6.4 轮缘强度计算 (26)七、轴封漏气量计算 (28)7.1 高压端轴封漏汽 (29)7.2 低压端轴封漏汽 (29)八、整机热力过程线和压力级速度三角形汇总 (32)8.1整机热力过程线 (32)8.2压力级速度三角形汇总 (33)九、热力计算数据汇总表 (35)十、各级叶片型号及参数汇总 (36)参考文献 (37)一、课程设计任务书1.1 设计题目冲动式机轮机通流部分热力设计1.2 已知参数额定功率：P e=350kw额定转速：n=10000r/min进汽压力：P0=2.45MPa进气温度：t0=3900c排汽压力：P c=0.50MPa1.3 任务与要求１．汽轮机近似热力过程线的拟定及汽轮发电机组经济指标的初算１．1 汽轮机热力过程线的拟定；１．2 汽轮机总蒸汽量D0的估算；１．3 汽轮发电机组汽耗率与热耗率的初算２．调节级的热力设计；２．1调节级选型；２．2调节级热力参数的选择；２．3调节级详细热力计算;3 ．整机热力性能校核4 ．整机热力过程线和压力级速度三角形汇总5 ．热力计算数据汇总表6 ．设计小结二、汽轮机近似热力过程线的拟定及汽轮发电机组经济指标的初算2.1 汽轮机近似热力过程线的拟定2.1.1 进汽压力损失的初步估计进汽节流损失：ΔP=0.05*P0=0.1225MPa进汽前压力：P1=P0-ΔP=2.3275MPa2.1.2 选取机组的相对内效率、发电效率和机械效率由于汽轮发电机组的额定功率：P r=350kw ,所以取汽轮机相对内效率: ηri=0.73，发电机效率ηg=0.970 (全负荷)，机械效率ηm=0.9872.1.3 近似热力过程曲线的初步拟定由P0=2.45MPa，t0=3900c，确定初始状态点“0”，查表知h0=3216.88kJ/kg, s0=6.7kJ/(kg.K)节流后h1=h0=3216.88kJ/kg, P1=2.3275MPa确定点“1”。
过“0”点做定熵线与P c=0.50MPa的定压线交于“z”点，查表知h zt =2827.37kJ/kg, t zt =187.2470c整机理想焓降Δh t *=h 0-h zt =389.51kJ/kg整机有效焓降Δh i *=ηri Δh t *=280.45kJ/kg从而确定“z ’”点的比焓为H z ’*=h 0-Δh i *=2936.43kJ/kg然后过“z ’”作等焓线交过“z ”的等压线于点2，过“1”、“2”点作光滑曲线即为汽轮机的近似热力过程线2.2 汽轮机总蒸汽量D 0的估算由额定功率P e 、有效焓降Δh i *、机械效率ηm 、发电机效率ηg ，得总蒸汽量D 0为D 0=gm i *Δh 6.3ηηe P =4.69t/h 2.3 汽轮发电机组汽耗率与热耗率的初算发电机组汽耗率d 0为d 0=eP 01000D =13.4kg/(kW.h) 发电机组热耗率q 0为q 0=d 0×Δh i *=3758.03kJ/(kW.h)2.4 整机相对内效率整机相对内效率ηri 为ηri =*Δh *Δh t i =0.73三、焓降分配与级数确定3.1 第一级平均直径的估计假设第一级理想等熵焓降为Δh 1*=250kJ/kg ，α1=14.50假想速度C a =s h 2∆•=707.11m/s取假想速比X a =0.242由u=X a ×C a =πd m 1n/60得节圆直径d m 1=0.327m ，根据式G=πd m 1l 1eC a sin α1/ν1得叶高l 1=0.019m根据同样的方法，假设末级等熵焓降Δh z *=74.51kJ/kg,假设末级α1=11.20 计算出末级参数dmz=0.380m ,l z =0.036m假设汽轮机分为3 级，具体形式为一列双列复数级和两列压力级，双列复速级部分进汽度e=0.23，各级理想焓降分别为：Δh1*=250kJ/kg、Δh2*=65kJ/kg、Δh3*=74.51kJ/kg各节圆直径分别为：d m1=0.327m、d m2=0.353m、d m3=0.380m各级理想焓降与各节圆直径沿级数方向变化趋势见图2-1、2-2：图2-1 各级理想焓降沿级数方向变化趋势图2-2 各节圆直径沿级数方向变化趋势四、级的热力设计4.1 调节级选型由于整机绝热焓降较大，整机级的设计选择调节级加压力级的形式。
由于双列复速级具有可以承担较大焓降这一优点，故调节级确定为双列复速级。
4.2调节级热力参数的选择调节级承担绝热焓降Δh1s为Δh 1s =250kJ/kg 调节级进口参数h 1=3216.88kJ/kg ， P 1=2.3275MPa 查表可知s 1=7.023kJ/(kg.K)， ν1=0.12765m 3/kg其它已知参数：喷嘴速度系数φ=0.947，动叶一速度系数ψ=0.91，导叶速度系数φ'=0.94，动叶二速度系数ψ'=0.97第一列动叶反动度Ω1=0.02，导叶反动度Ω2=0.05，第二列动叶反动度Ω3=0.02，总反动度Ω=0.09.4.3 调节级详细热力计算（以下公式均来自与《汽轮机原理》-王新军P38与P40页）喷嘴理想焓降Δh ns =（1-Ω）×Δh 1s =227.5kJ/kg 喷嘴速度C 1s =ns h ∆⨯2=674.54m/s C 1=φ×C 1s =638.79m/s喷嘴能量损失Δh n ξ=（1-φ2）Δh ns =23.48kJ/kg 圆周速度u=πd m 1n/60=171.14m/s 相对汽流速度w1==475.36m/s静叶出汽角β1=actan=20.120动叶一理想比焓降5 kJ/kg 动叶出口气流相对速度动叶一损失动叶一出口绝对气流速度动叶一出口相对气流角导叶出口绝对气流速度导叶损失动叶二进口相对汽流速度动叶二进口相对汽流角动叶二理想比焓降动叶二出口汽流相对速度动叶二损失动叶二出口汽流绝对速度动叶二出汽角余速损失轮周有效焓降轮周效率叶高损失叶轮摩擦损失、漏气损失、湿汽损失忽略不计级有效比焓降级的相对内效率级的内功率4.4其它压力级的详细计算其他各压力级计算过程与第一级相同。
用EXCEL 软件计算。
过程不再书写，只将各级计算的结果列于表中。
级数第一级第二级余速利用系数0.950.95静叶速度系数φ0.9370.941动叶速度系数ψ0.9130.968级前汽流绝对速度c (m/s)102.4694.48利用上级余速动能（kJ/kg) 4.72 4.02级滞止比焓降h (kJ/kg)69.7278.53静叶实际焓降h (kJ/kg)58.3772.77静叶出口理想速度c (m/s)368.5372.28静叶出口实际汽流速度c (m/s)345.28350.31静叶损失Δh (kJ/kg) 4.287.94动叶相对汽流速度方向角β26.8533.58静叶相对汽流速度w (m/s)145.85131.68动叶理想滞止比焓降Δh (kJ/kg) 2.79 4.7动叶出口理想相对速度w (m/s)162.76161.82动叶出口汽流实际相对速度w (m/s)148.6156.64动叶损失Δh (kJ/kg) 2.20.82动叶相对速度出口角β23.8530.58动叶绝对速度出口角α125.48109.56动叶出口绝对汽流速度c (m/s)94.48126.4余速损失Δh (kJ/kg)0.520.45轮周有效焓降Δh (kJ/kg)51.1856.75轮周有效效率η0.8650.85轮周功率P (kW)93.0992.42各级出口实际焓值I(kJ/kg)2964.042895.92叶轮摩擦损失Δh (kJ/kg)0.690.78叶顶漏气损失Δh (kJ/kg) 1.37 1.37隔板漏气损失Δh (kJ/kg) 3.02 3.8级的有效焓降Δh (kJ/kg)49.8448.79级的相对内效率η0.7840.761轮周有效功率P (kW)51.745.38整机功率P (kW)358.07重热系数α0.01实际相对内效率η0.7492t n 1s 1n ζ11bn 2s 2b ζ222c u u f δp i oi u r oi **'表4-1 其他各压力级计算五、整机热力性能校核5.1 功率校核汽机额定功率P e=350kw由本说明书4.4节可知汽机实际运行功率P r=358.07偏差Δ=汽机运行功率满足要求5.2 相对内效率校核预估汽机相对内效率ηri=0.73由本说明书4.4节可知汽机实际运行时相对内效率ηrir=0.749偏差Δ=汽机相对内效率满足要求六、转子临界转速强度校核6.1 转子临界转速计算转子材料选用30Cr1Mo1V，于网上找到其物性参数，具体如下所示：转子密度ρ=7760kg/m3转子弹性模量E=192GPa惯性矩转子横截面积转子一阶临界转速转子转速低于材料允许的一阶临界转速，转子转速满足要求。