N25-3.5435汽轮机通流部分热力设计汽轮机课程设计说明书毕业设计汽轮机课程设计说明书设计题目：N25-3.5/435汽轮机通流部分热力设计学生姓名:学号:专业: 热能与动力工程班级:完成日期: 2011-11-08目录第一部分：课程设计的任务与要求 (1)第二部分：汽轮机热力计算 (2)一、汽轮机进汽量D0的初步估算和近似热力过程曲线的初步计算 (2)二、调节级详细计算 (3)三、回热系统平衡初步估算 (12)四、压力级焓降分配和级数确定 (16)五、非调节级详细计算 (19)六、回热系统校核修正 (24)七、整机效率、整机功率的核算 (24)八、结果分析总结 (25)附表一:压力级详细计算结果列表 (26)表二：回热系统校核修正后结果列表 (24)附图一：整机详细热力过程曲线附图二：调节级详细热力过程曲线附图三：一般性压力级热力过程曲线附图四：压力级平均直径变化规律及速度比和比焓降分配示意图附图五：各级速度三角形附图六：通流部分子午面流道图附图七：回热系统示意图汽轮机课程设计说明书第一部分：课程设计的任务与要求：一．设计题目：N25-3.5/435汽轮机通流部分热力设计二．已知参数：额定功率：p r＝25MW，额定转速：n e＝3000r/min，设计功率：p e＝20MW，新蒸汽压力：p0＝3.5MPa，新蒸汽温度：t0＝435℃，排汽压力：p c＝0.005MPa，给水温度：t fw＝160～170℃，冷却水温度：t w1＝20℃，给水泵压头：p fp＝6.3MPa，凝结水泵压头:p cp=1.2MPa，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：△D1＝1000kg/h，第二高压加热器中回收的轴封漏汽量：△D1′＝700kg/h。
三．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、叶片高度、通流面积、叶片数、叶宽、节距、静叶片安装角、动叶片安装角、及出汽角等；（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）编写计算机运行程序；（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）。
第二部分：汽轮机热力计算一、汽轮机进汽量D0的初步估算和近似热力过程曲线的初步计算1．根据已知的p 0、t 0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。
进汽机构节流损失：∆==⨯=004%004 3.50.14P P MPa排汽管中压力损失： 0.040.0050.0002c c P P MPa ∆=⨯⨯= 调节级前的压力为：000 3.50.14 3.36P P P MPa'=-∆=-=末级动叶后压力为：='=+∆=+=0.0050.00020.0052z c c c P P P P MPa2．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 ＝25MW所以取汽轮机相对内效率ηri ＝0.82，发电机效率ηg ＝0.970(全负荷)，机械效率ηax ＝0.9883．热力过程曲线的初步拟定由p 0＝3.5MPa ，t 0＝435℃确定初始状态点“0”：0h ＝3304.07735 kJ/kg ， 0s = 6.9597 kJ/(kg ⋅K)由==103304.07735h h kJ/kg ，0 3.36P MPa '=从而确定“1”点：1s = 6.9778kJ/(kg ⋅K)， 1t = 434.118℃过“1”点做定熵线与Pc=0.005MPa 的定压线交于“3'”点，查得：3'h = 2122.1146kJ/kg ， 3't = 32.91℃整机理想焓降为：03'3304.077352122.11461181.963macth h h ∆=-=-=kJ/kg整机有效焓降为：macih ∆＝ri ηmact h ∆＝1181.963⨯0.82≈ 969.2095kJ/kg从而确定“3”点的比焓为：3h =0h -mac i h ∆=3304.07735-969.2095=2334.86785kJ/kg又因为余速损失为：∆=≈∆=⨯≈2222%0.021181.96323.63932000mac c t c h h kJ/kg所以“4”点的比焓为：∴=-∆=-=4322334.8678523.63932311.2286kJ/kgc h h h再由'=0.0052MPa c P 可以确定“4”点，并查得： 4s =7.56144kJ/(kg ⋅K)然后用直线连接“1”、“4”两点，求出中点“2′”， 2'h =2807.653 kJ/kg ， 2's =7.26962 J/(kg ⋅K) 并在“2′”点沿等压线向下移14kJ/kg 得“2”点， 2h =2793.653 kJ/kg ， 2s =7.237437 J/(kg ⋅K)过“1”、“2”、“3”点作光滑曲线即为汽轮机的近似热力过程曲线。
汽轮机近似热力过程曲线图见附图-1.4．整机进汽量估计D ri g axDηηη+∆∆emac t 3600pm＝h（kg/h ）取回热抽汽进汽量增大系数m=1.20，漏汽蒸汽余量0ΔD=4%D ，汽轮机相对内效率η=0.82ri，机械效率η=0.988ax ，发电机效率0.970gη=3600 1.20D ⨯20⨯=0.96⨯1181.963⨯0.82⨯0.970⨯0.98896.8938t/h ≈二、调节级详细计算1．根据调节级的选择原则，选取调节级的型式及相关参数如下： a ）调节级型式：双列复速级 b ）理想焓降： 250kJ/kg t h ∆= c ）平均直径： 1150mm m d =d ）反动度： 'Ω=Ω+Ω+Ω=16%,m b g b'Ω=Ω=Ω=11%,2%,3%b g be ）速度比： a x注：/0.255a x u ≤=2．喷嘴理想比焓降：(1)(116%)250210∆=-Ω∆=-⨯=n m t h h kJ/kg3．计算喷嘴出口汽流状态并选择喷嘴型线： 取喷嘴的速度系数0.97ϕ=则喷嘴损失：22(1)(10.97)21012.4110ξϕ∆=-∆=-⨯=n n h h kJ/kg 103304.0773521012.41103106.488n n h h h h ξ∴=-∆+∆=-+= kJ/kg在h-s 图上近似做出热力过程线，取动叶进口参数为：1P ＝1.63MPa ，1v =0.1677m 3/kg因为10/ 1.63/3.360.4850.545n cr P P εε*==≈<=,故在喷嘴中汽流为超声速流动，故选择TC-2Б型线，出汽角为1α=15°。
4．喷嘴出口汽流速度：1648.054tc==≈ m/s 110.97648.054628.613t c c ϕ==⨯≈ m/s5．计算喷嘴出口面积：查得喷嘴流量系数n μ＝0.9733010/360096.893810/360026.9149G D =⨯=⨯≈ kg/sμ⨯=⨯=⨯≈⨯4421126.91490.1677101070.09040.97648.054t n n t Gv A cm c6．计算喷嘴最小截面积及斜切部分偏转角因为0.4εε<<ncr ,所以汽流在斜切部分发生膨胀，产生偏转:min ()69.2705n A ==≈ cm 2111sin()sin(15)sin sin15αα+δ=︒+δ==0.2617≈解得：10.171δ≈︒7．计算喷嘴出口高度n l 和部分进汽度e因为0.4εε<<n cr所以3min 1()69.2705100100.00741187.4118sin 3.141150sin15n n m A l e m mm d πα-⨯==⨯≈=⨯⨯︒取16n l mm =，则求得：0.46324e ≈，满足要求。
8. 计算第一列动叶进口汽流角和相对速度3.14 1.153000180.55/6060π⨯⨯===m D n u m s111111111sin()628.613sin(150.171)tan tan 21.11cos()628.613cos(150.171)180.55c c u αδβαδ--+︒+︒==≈︒+-︒+︒-11111sin()628.613sin(150.171)456.77/sin sin 21.11c w m sαδβ+︒+︒==≈︒2211/2000456.77/2000104.3194∆==≈w h w kJ/kg由上可查h-s 图得第一列动叶进口的滞止压力*1p =2.36108MP9. 计算第一列动叶出口汽流相对速度第一列动叶理想焓降：0.1125027.5∆=Ω∆=⨯=b b t h h kJ/kg 第一列动叶滞止理想焓降：*127.5104.3194131.8194∆=∆+∆=+=b b w h h h kJ/kg第一列动叶出口汽流相对速度244.72513.44==≈twm/s在图4中查得：0.913ψ=220.913513.32468.773t w w ψ∴==⨯≈ m/s10．第一列动叶损失为：2*2(1)(10.913)131.819421.938b b h h ξψ∆=-∆=-⨯≈kJ/kg根据∆b h 和ξ∆b h 在h-s 图中做出动叶热力过程曲线，查得第一列动叶后蒸汽状态点：P 2＝1.47282MPa ，V 2＝0.1825397m 3/kg11．第一列动叶出口面积：⨯==⨯≈422226.91490.182539710104.80633468.773b Gv A cm w 由于21/ 1.47282/2.361080.62580.545n cr P P εε*==≈>=，故汽流在第一列动叶中为亚声速流动。
12. 第一列动叶出口高度b l 和汽流出口角2β由前面计算可知：16n l mm =所以查表1得： 1.5,0.5,t r mm mm ∆=∆=叶顶盖度叶跟盖度1.522t r mm ∆=∆+∆=+=16218i b n l l mm =+∆=+=，对于一短叶片，有：18ib b l l mm ==进而汽流出口角4112104.8063310sin sin 0.46324 3.14 1.150.018b m b A e d l βπ---⨯==≈︒⨯⨯⨯20.3713．第一列动叶出口汽流速度2c 和出汽角2α1122222w sin 468.773sin tan tan 32.22w cos 468.773cos 180.55u βαβ--︒==≈︒-︒-20.3720.372222sin 468.773sin c sin sin 32.22w βα︒=≈︒20.37=306.0386m/s14. 导叶的理想比焓降0.022505∆=Ω∆=⨯=g g t h h kJ/kg22*2h h 551.829820002000gg c ∆=∆+=+≈306.0386 kJ/kg15. 计算导叶出口速度理想速度：1321.9523/t c m s'==≈查图4可得：0.907g ψ=实际速度：110.907321.9523292.011/g t c c m s ψ'='=⨯≈16. 导叶内损失：2*2(1)(10.907)51.82989.19207g g h h ξψ∆=-∆=-⨯≈kJ/kg在h-s 图中做出导叶热力过程曲线，查得导叶后蒸汽状态点：P 1＇=1.4463058MPa, v 1＇=0.1865665m 3/kg17. 计算导叶出口截面积及进口高度导叶出口截面积：4421126.91490.18656651010171.96292.011g Gv A cm c '⨯=⨯=⨯≈' 导叶进口高度：18220ig b l l mm =+∆=+=18. 导叶出汽角4111171.9610sin sin 0.46324 3.14 1.150.020gm g A e d l απ---⨯'=≈︒⨯⨯⨯=30.9319. 第二列动叶进口相对速度,1w 和方向o 11111o 11sin 292.011sin tan tan 65.0165cos 292.011cos 180.55c c u αβα--'''==≈︒''--30.9330.93o111o1sin 292.011sin 165.5847/sin sin 65.0165c w m s αβ'''==≈'30.9320. 计算第二列动叶出口汽流相对速度第二列动叶理想比焓降：0.032507.5b b t h h ''∆=Ω∆=⨯= kJ/kg 滞止理想焓降：'''∆=∆+=+≈22*1165.58477.521.209220002000b b w hhkJ/kg21.动叶出口理想相对速度：2205.951/t w m s '==≈查图4可得： 0.926g ψ=动叶出口实际相对速度：220.926205.951190.71/t w w m s ψ'=''=⨯≈22. 第二列动叶损失为：2*2(1)(10.926)21.2092 3.0228b b h h ξψ''∆=-'∆=-⨯≈ kJ/kg根据∆'b h 和'ξ∆b h 在h-s 图中做出动叶热力过程曲线，查得第二列动叶后蒸汽状态点：P 2＇＝1.40725MPa ，V 2＇＝0.191034m 3/kg23. 计算第二列动叶相关参数第二列动叶出口截面积：''⨯==⨯≈'422226.91490.19103410269.61190.71b Gv A cm w第二列动叶进口高度：20222ib g l l mm '=+∆=+=第二列动叶出口高度：22ib b l l mm ''==24．第二列动叶出口汽流角：4112269.6110sin sin 0.46324 3.14 1.150.022b m b A e d l βπ---''⨯'==≈︒⨯⨯⨯47.10725．第二列动叶出口汽流绝对速度方向与大小o 11222o22w sin 190.71sin tan tan 109.961w cos 190.71cos 180.55u βαβ--'''==≈︒''--47.10747.107o222o2sin 190.71sin c 148.601/sin sin109.961w m s βα'''==≈'47.10726．余速损失为：2222148.601h 11.0412********c c '∆==≈ kJ/kg27．轮周有效焓降∆'u h （不计叶高损失）：2h ξξξξ'∆'=∆-∆-∆-∆-∆-∆u t n b g b c h h h h h h25012.411021.9389.19207 3.022811.0412=-----192.39493=kJ/kg28. 轮周效率的计算及校核0192.394930.76958250u u u t h h E h η∆'∆''===≈∆11221122[(cos cos )(cos cos )]1000ααααη++''+''''=∆⨯ut u c c c c h180.55[(628.613cos15cos32.22)(292.011cos 148.6012501000⨯︒+︒+︒+=⨯306.038630.93 0.76976=0.769760.76958100%100%0.0234%1%0.76958u u u u ηηηη''-'-∆=⨯=⨯≈<'所以它是合格的。