目录
1. 设计基本参数选择.............................................................................................5
1.1 汽轮机类型 .............................................................................................5
1.2 基本参数 .................................................................................................5
1.3 相对内效率的估算 .................................................................................5
1.4 损失的估算 .............................................................................................5 2. 汽轮机热力过程线的拟定.................................................................................6 3. 汽轮机进汽量的估算.........................................................................................8 4. 抽汽回热系统热平衡初步计算.........................................................................8
4.1 给水温度的选取 .....................................................................................8
4.2 回热抽汽级数的选择 .............................................................................8
4.3 除氧器工作压力的选择 .........................................................................8
4.4 回热系统图的拟定 .................................................................................8
4.5 各加热器汽水参数计算 .........................................................................9
4.6 回系统平衡初步计算 .............................................................................12 5. 阀杆漏汽量与轴封漏汽量的估算.....................................................................16
5.1 主汽阀阀杆漏汽量的计算 .....................................................................16
5.2 调节汽阀阀杆漏汽量 ...........................................................................16
5.3 前轴封漏汽 ...........................................................................................17
5.4 后轴封漏汽 ...........................................................................................19
6.调节级的选择与计算.......................................................................................21
6.1 基本参数 ...............................................................................................21
6.2 调节级详细计算 ...................................................................................21
6.2.1 喷嘴部分的计算 ....................................................................................... 21
6.2.2 动叶部分计算 ........................................................................................... 22
6.2.3 级内其它损失的计算 ............................................................................... 24
6.2.4 级效率与内功率的计算 ........................................................................... 26 7. 压力级的级数确定和比焓降分配...................................................................27
7.1 第一压力级的流量 ...............................................................................27
7.2 第一压力级直径的确定 .......................................................................27
7.3 末级直径的确定 ...................................................................................27
7.4 非调节级级数的确定 ...........................................................................27
7.5 将各级比焓降画在 h-s 图上校核并修改 ...........................................30 7.6压力级计算结果 ....................................................................................31 8.参考文献...........................................................................................................33
《汽轮机原理》课程设计任务书
一、课程设计目的
（1） 通过课程设计，系统地总结、巩固并加深在《汽轮机原理》课程中已学知
识，进一步了解汽轮机的工作原理。在尽可能考虑制造、安装和运行的要求下，进行某一机组的变工况热力计算，掌握汽轮机热力计算的原理、方法和步骤。
（2） 在尽可能考虑制造、安装和运行的要求下，进行某一机组的变工况热力计
算，掌握汽轮机热力计算的原理、方法和步骤。
（3） 通过课程设计对电站汽轮机建立整体的、量化的概念，掌握查阅和使用各
种设计资料、标准、手册等参考文献的技巧。
（4） 培养综合应用书本知识、自主学习、独立工作的能力，以及与其他人相互
协作的工作作风。
二、课程设计内容及要求
以某种型号的汽轮机为对象，在已知结构参数和非设计工况新蒸汽参数和流量的条件下，进行通流部分热力校核计算，求出该工况下级的内功率、相对内功率等全部特征参数，并与设计工况作对比分析。主要计算工作如下：
（1） 设计工况下通流部分各级热力过程参数计算。对径高比小于6的级，
在最终计算结果中，用近似公式估算出叶根处的反动度。 （2） 轴端汽封漏汽量校核计算。
（3） 与设计工况的性能和特征参数作比较计算。
为了便于数据整理和分析，对课程设计说明书的内容提出以下基本要求： （1）列出设计任务书；
（2）画出本机组回热系统图，并作简要分析； （3）作出全机初步拟定的热力过程线，并加以说明；
（4）调节级详细计算及校核结果，（作出速度三角形、级的详细过程线），并作必要的计算说明；
（5）压力级（第1级）及低压缸最末级的计算数据的列表汇总，并分析参数选择及计算的正确性、合理性，说明计算过程中出现的问题及解决办法等；
（6）设计评价及小结； （8）提出改进意见； （9）列出参考文献。
基本参数
额定功率：25MW；
新蒸汽压力：8.38MPa；
新蒸汽温度：437℃；
冷却水温度：15℃；
机组转速：3000r/min；
汽轮机的相对内效率：ηri=80%；
机械效率 ： ηm=99%；
发电机效率： ηg=97%；
加热器效率： ηb=99%。
一、设计基本参数的选择 1.汽轮机类型
机组型号：N25-8.38/437。
机组形式：高压、单缸、单轴凝气式汽轮机。 2.基本参数
额定功率Pel=25MW； 新蒸汽压力P0=8.38MPa； 新蒸汽温度t0=437℃； 凝汽器压力Pc=5.0kPa； 汽轮机转速n=3000r/min。 3.其他参数
给水泵出口压力Pfp=13.59MPa； 凝结水泵出口压力Pcp=1.21MPa； 机械效率ηm=99%； 发电机效率ηg=97%； 加热器效率ηb=99%。 4.相对内效率的估计
根据已有同类机组运行数据选择汽轮机的相对内效率，ηri=80%。 5.损失估算
主汽阀和调节汽阀节流压力损失：∆p0=0.05p0=0.419MPa。 排汽阻力损失：∆pc=0.04pc=0.2kPa。
二、汽轮机热力过程线的拟定
（1）在h-s图上，根据新蒸汽压力P0=8.38MPa和新蒸汽温度t0=437℃，可确定汽轮机进汽状态点0（主汽阀前）并查的该点的比焓值h0=3234.768kj/kg，比熵S0=6.485kj/（kg·℃），比体积v0=0.03531m3/kg。
（2）在h-s图上，根据初压p0=8.38MPa和主汽阀和调节汽阀节流压力损失（做到这里）然∆p0=0.419MPa可确定调节级级前压力p'0=p0-∆p0=7.961MPa，后根据p'0与h0的交点可以确定调节级级前状态点1，并查的该点的温度，比体积v'0=0.04392m3/kg。 t'0=533.18℃，比熵S'0=6.828kJ/（kg·℃）
（3）在h-s图上，根据凝汽器压力Pc=0.005MPa和排汽阻力损失
∆Pc=0.0002MPakJ/（kg·℃）可以确定排气压力P'c=Pc+∆Pc=0.0052MPa。 （4）在h-s图上，根据P'c=0.0052MPa和S0=6.805kj/可以确定汽缸理（kg ℃）想出口状态点2t，并查的该点的比焓值hct=2079.10kj/kg，温度tct=33.60℃，比体积vct=21.74421m3/kg，干度xct=0.8。由此可以得到汽轮机理想比焓降
∆Htmac=h0-hct=1400.07kJ/kg，进而可以确定汽轮机实际比焓降
∆Himac=∆Htmac⨯ηri=1120.056kJ/kg,再根据h0、∆Himac和P'c可以确定实际出口状态点2，并查得该点的比焓值hct=2359.114kJ/kg，温度tc2=33.60℃，比体积
vc2=24.88509m3/kg，干度xc2=0.916。
（5）考虑末级余速损失，则由第四章中∆hc2的计算方法得到
δhc2=0.0⨯∆18HmtacP'c下移25.2kj/kg得3点，并查=25.，然后沿压力线2kj/kg
得该点比焓值hc3=2333.914kj/kg，温度tc3=33.60℃，比体积vc3=24.60242m3/kg，干度xc3=0.905。用直线连接1、3两点，在中间4’点处沿压力线下移（12~15）kj/kg得4点，光滑连接1、4、3点，则由点0、1、4、3、2连接的线即为该机组在在设计工况下的近似热力过程线。
热力过程线如图所示。
三、汽轮机进汽量估算
设m=1.15，∆D0=3%D0，设计功率Pe=47500kw，则得 D0=
3.6⨯47500
⨯1.15+0.03D0=188.48t/h
1120.056⨯0.99⨯0.97
四、抽汽回热系统热平衡初步计算 1.给水温度的选取
根据初压p0=8.43MPa，可以求得P0对应的饱和水温ts0=299℃，则给水温度
tfw=ts0⨯0.72=215℃。 2.回热抽汽级数的选择
选择7段回热抽汽，采用“两高、四低、一除氧”的形式，高压加热器采用内置式蒸汽冷却器；高压加热器疏水收集方式为逐级自流到除氧器，4、5、6号低压加热器疏水收集方式为逐级自流，7号低压加热器采用疏水泵，其加热器（包括除氧器）的编号从高压到低压依次排列，为1、2„„、7号。 3.除氧器工作压力的选择
除氧器滑压运行，在设计工况下工作压力选为=0.588MPa。 4.回热系统图的拟定
一台汽轮机抽汽回热系统的拟定主要取决于该机组的给水温度、抽汽回热级数及除氧器工作压力等。根据50MW汽轮机这几方面数值确定，画出如图所示的回热系统。
N50-8.43/535型汽轮机回热系统图 5.各加热器汽水参数计算 已知：
高压加热器上端差θ1=5℃，θ2=5℃；下端差ϑj=10℃（j=1,2,）； 低压加热器上端差θj=5℃（j=4,5,6,7）； 各段抽汽压损∆pj=8%pj（j=1,2，4，5，6，7）； 由于除氧器定压运行，为了使其工作稳定，压损取40%； 给水温度tfw=215℃；
凝汽器压力pc对应的饱和水温，即凝结水温度tc=32.9℃；
除氧器工作压力pd对应的饱和水温，即除氧器水箱出口水温td=158℃。 由等温升法可得高压加热器水侧温升为∆t1=(tfw-td)/2=28.5℃。 由等温升法可得低压加热器水侧温升为∆t2=(td-tc)/5=25.02℃。 则
tw1=tfw=215℃,tw2=186.5℃，tw3=td=158℃，tw4=133℃，tw5=108℃，tw6=83℃，tw7=58℃。（1）1号高压加热器。
根据给水温度，可得到1号高压加器出口水温tw1=tfw=215℃；
由给水泵出口压力pfp和tw1得1号高压加热器出口比水焓hw1=924.56 kJ/kg；
1号加热器凝结段的饱和水温度tb1=tw1+θ1=220℃；hb1=943.67kJ/kg； 1号加热器汽侧工作压力p'1=2.32MPa；1段抽汽压力p1=2.5217MPa； 1号高压加热器疏水温度ts1=tw1-∆t1+ϑ1=196.5℃；1号高压加热器疏水比焓
hs1=836.617kj/kg。 （2）2号高压加热器。
2号高压加器出口水温tw2=tw1-28.5=186.5℃；
由给水泵出口压力pfp和tw2得2号高压加热器出口比水焓hw2=798.12 kJ/kg； 2号加热器凝结段的饱和水温度tb2=tw2+θ2=191.5℃；hb2=814.22kJ/kg； 2号加热器汽侧工作压力p'2=1.297MPa；2段抽汽压力p2=1.41MPa； 2号高压加热器疏水温度ts2=tw2-∆t1+ϑ2=168℃；2号高压加热器疏水比焓
hs2=710.77kj/kg。 （3）除氧器。
除氧器工作压力p'3=pd=0.588MPa；3段抽汽压力p3=0.976MPa； 水温td=158℃；出口水比焓hd=667.08kj/kg；
由给水泵出口压力pfp和tw3得到给水泵出口水比焓值hw3=674.77kj/kg。 （4）4号低压加热器。
4号低压加热器出口水温tw4=133 ℃；4号低压加热器出口水比焓hw4= 559.9kJ / kg 4号低压加热器疏水温度ts4=tw4+θ4=138℃；hs4=580.62kj/kg；
4号低压加热器汽侧工作压力p'4=0.3415MPa；4段抽汽压力p4=0.3712MPa。 （5）5号低压加热器。
5号低压加热器出口水温tw5=108℃；5号低压加热器出口水比焓hw5= 453.77kJ / kg 5号低压加热器疏水温度ts5=tw5+θ5=113℃；hs5=474.07kj/kg；
5号低压加热器汽侧工作压力p'5=0.1584MPa；5段抽汽压力p5=0.1722MPa。
（6）6号低压加热器。
6号低压加热器出口水温tw6=83℃；6号低压加热器出口水比焓hw6= 348.55kJ / kg 6号低压加热器疏水温度ts6=tw6+θ6=88℃；hs6=368.56kj/kg；
6号低压加热器汽侧工作压力p'6=0.06502MPa；6段抽汽压p6=0.07067MPa。 （7）7号低压加热器。
7号低压加热器出口水温tw7=58℃；7号低压加热器出口水比焓hw7=243.90kJ / kg 7号低压加热器疏水温度ts7=tw7+θ7=63℃；hs7=263.71kj/kg；
7号低压加热器汽侧工作压力p'7=0.22884MPa；7段抽汽压p7=0.024874MPa。 各加热器汽侧和水侧的基本参数如下表所示。 50MW凝汽式汽轮机加热器汽水参数表
6.回热系统平衡初步计算 （1）1号高压加热器
1号高压加热器热平衡如图，根据表面式加热器热平衡原理可列出方程
α1=
=
αfw(hw1-hw2)/ηh
h1-hs1
1⨯（924.56-798.12）/0.99
=0.054408322
2347.38
（2）2号高压加热器。
2号高压加热器热平衡如图，根据表面式加热器热平衡原理可列出方程
∂2=
=
∂fw(hw2-hw3)/ηh-∂1(hs1-hs2)
h2-hs2
1⨯（798.12-674.77）/0.99-0.054408322⨯（836.617-710.77）
2341.23
=0.050303966
（3
除氧器热平衡图
α3=
=
αfw(hwd-hw4)/ηh-(α1+α2
)(hs2+hw4)
h3-hw4
1⨯（667.08-559.9）/0.99-0.104712288⨯（710.77-559.9）
2985-559.9
=0.038128194
（4）4号低压加热器。
4号低压加热器热平衡图如上的热平衡图所示。根据表面式加热器热平衡原理可列出方程
α4=
=
αc3(hw4-hw5)/ηh
h4-hs4
0.857159518⨯106.13/0.99
2229.38
=0.041217393
（5）5号低压加热器。
5
根据表面式加热器热平衡原理可列出方程
α5=
=
αc3(hw5-hw6)/ηh-α4(hs4-hs5)
h5-hs5
0.857159518⨯105.22/0.99-0.041217393⨯106.55
2213.93
=0.039165477
（6）6号低压加热器和7号低压加热器。
6号低压加热器和7号低压加热器的热平衡图如图所示，因7号低压加热器疏水采用了疏水泵的方式，将疏水送到了7号低压加热器出口（6号低压加热器入口）
的主凝结水管道中，在7号低压加热器出口（6号低压加热器入口）处形成了一个混合点，将混合点看成一个混合式加热器，根据混合式加热器热平衡原理，及6号低压加热器（表面式加热器）热平衡原理，可列出方程
6、7号低压加热器热平衡图
α6(h6-hs6+hs7-hw7)+(α4+α5)(hs5-hs6+hs7-hw7)+α7(hs7-hw7)=αc3(hw6-hw7)/ηh
则
α（+0.08038287⨯（474.07-368.56+263.71-243.9）62565-368.56+263.71-243.9）
+α（=0.857159518⨯（348.55-243.9）/0.99 7263.71-243.9）根据7号低压加热器（表面式加热器）热平衡原理，可列出方程
α7(h7-hs7+hw7-h'c)+(α4+α5)(hs6-hs7+hw7-h'c)+α6(hs6-hs7+hw7-h'c)=αc3(hw7-h'c)/ηh
则α （+0.08038277⨯（368.56-263.71+243.9-131.6）72440-263.71+243.9-131.6）
+α（+0.857159518⨯（243.9-131.6）/0.99 6368.56-263.71+243.9-131.6）
α6=0.036316784联立求解上述方程，得到α7=0.031465378
αc=0.704132689
五．阀杆漏气量与轴封漏气量估算
该机组有一个主汽阀和4个调节汽阀，阀杆漏汽大部分漏到除氧器中，另外一少部分通过真空管道被射汽抽汽器吸入轴封冷却器。 1.主汽阀阀杆漏汽量的计算
主汽阀阀杆包括3段、2个腔室，第1腔室蒸汽回收到除氧器，第2腔室蒸汽及漏入的空气回收到轴封冷却器。主汽阀阀杆和调节汽阀阀杆的结构数据如下表所示。
50MW汽轮机主汽阀和调节汽阀阀杆数据
主汽阀杆间隙面积Av=πdvδv=0.214cm2； 第1段阀杆漏汽系数μv1=0.29；
第1段阀杆前蒸汽参数为p01=8.43MPa，ν01=0.04712m3/kg。 则主汽阀杆漏汽量∆Dv1=0.24μv1A第2段阀杆漏汽系数μv2=0.5；
第2段阀杆前蒸汽参数为p02=0.588MPa，ν02=0.6016592m3/kg。 则流经第2段阀杆漏汽量∆Dv2=0.24μv2Av
=0.2117t/h。
p02
ν02
=0.02539t/h。
2.调节汽阀阀杆漏气
阀杆包括3段、2个腔室，第1腔室蒸汽回收到除氧器，第2腔室蒸汽及漏入的空气回收到轴封冷却器。
主汽阀杆间隙面积Av=πdvδv=0.227cm2； 第1段阀杆漏汽系数μv1=0.329；
第1段阀杆前蒸汽参数为p01=8.43MPa，ν01=0.04172m3/kg。
则调节汽阀杆漏汽量∆Dv1=4⨯0.24μv1A第2段阀杆漏汽系数μv2=0.6；
第2段阀杆前蒸汽参数为p02=0.588MPa，ν02=0.6016592m3/kg。 则流经第2段阀杆漏汽量∆Dv2=4⨯0.24μv2Av
=1.019t/h。
p02
ν02
=0.1293t/h。
根据主汽阀杆和调节汽阀阀杆的漏汽计算，可得阀杆总漏汽量∆DV=1.2307t/h； 轴封冷却器回收阀杆漏汽∆Dsg51=0.02539+0.1293=0.15469t/h 其余除氧器回收∆Dsg2=1.07601t/h。
3.前轴封漏气
包括6段、5个腔室，第1腔室蒸汽回收到2号高压加热器，第2腔室蒸汽回收到5号低压加热器，第3腔蒸汽回收到7号低压加热器，第4腔室为均压箱供汽，第6腔室蒸汽及漏入的空气回收到轴封冷却器。轴封结构数据如下表。
轴封1、2、3段间隙面积A11=πd11δ11=9.7cm2；
第1段轴封前蒸汽参数为p01=5.9083MPa，ν01=0.0606m3/kg（调节级喷嘴后参数）。
第1段轴封后蒸汽参数为pz1=1.41MPa。 判别系数K=
p1.41
=0.092
p016.2141=3.791t/h；
则前轴封漏汽量∆D1=0.36μ1A
第2段轴封前蒸汽参数为p02=1.41MPa，ν02=0.26201m3/kg。 第2段轴封后蒸汽参数为pz2=0.1722MPa。
判别系数K=
p0.1722
=0.1344>z2==0.1221
p021.41则前轴封漏汽量∆D12=0.36μ1A
1.32t/h；
第3段轴封前蒸汽参数为p03=0.1722MPa，ν03=1.9316939m3/kg。
MPa。 第3段轴封后蒸汽参数为pz3=0.02487
判别系数K=
p0.820.02487
=0.2445>z3==0.1444
p030.1722.25+10
则前轴封漏汽量∆D13=0.36μ1A11
p03
=0.3108t/h；
(z+1.25)ν03
轴封4、5、6段间隙面积：A12=πd12δ12=6.95cm2；
第4段轴封前蒸汽参数为p04=0.101MPa，ν04=1.8249872m3/kg。 第4段轴封后蒸汽参数为pz4=0.02487MPa。 判别系数K=
0.82p0.02487
=0.2445
p040.101.25+10
2
p04-pz24
=0.1804t/h；
zp04ν04
第4段轴封流经蒸汽量∆D14=0.36μ1A12
m3/kg。 第5段轴封前蒸汽参数为p05=0.101MPa，ν05=1.8249872第5段轴封后蒸汽参数为pz5=0.095MPa。 判别系数K=
p0.820.095
=0.2445
p0.101.25+1005
第5段轴封流经蒸汽量∆D15=0.36μ1A12
2p05-pz25
=0.0632t/h。
zp05ν05
4.后轴封漏气
包括3段、2个腔室，第1腔室为均压箱供汽，第2腔室蒸汽及漏入的空气回收到轴封冷却器。
轴封1、2段间隙面积A11=πd11δ11=8.6865cm2；
第1段轴封前蒸汽参数为p01=0.101MPa，ν01=1.82m3/kg。
MPa。 第1段轴封后蒸汽参数为pz3=0.02487
判别系数K=
0.82p0.0055
=0.225>z1==0.05446
p010.101.25+12
第1段轴封流经蒸汽量∆D11=0.36μ1A11
p01
=0.2024t/h；
(z+1.25)ν01
第2段轴封前蒸汽参数为p02=0.101MPa，ν02=1.82m3/kg。 第2段轴封后蒸汽参数为pz2=0.095MPa。 判别系数K=
0.82p0.095
=0.2561
p020.101.25+9
2
p02-pz22
=0.08337t/h。
zp02ν02
第2段轴封流经蒸汽量∆D12=0.36μ1A11由上面计算可得：
阀杆漏汽量∆D1v=1.2307t/h;α1v=0.00691 除氧器回收∆Dsg2=1.07601t/h;αsg2=0.0061 前轴封漏汽量∆Dsg=3.791t/h;αsg=0.0223
流到2号高压加热器的蒸汽量∆Dsg1=2.757t/h;αsg1=0.0148 流到5号低压加热器的蒸汽量∆Dsg3=1.1192t/h;αsg2=0.0060 流到7号低压加热器的蒸汽量∆Dsg4=0.4912t/h;αsg3=0.0026
t/h; 均压箱向前轴封供汽量∆Djy1=0.2436
均压箱向后轴封供汽量∆Djy2=0.28577t/h; 均压箱总供汽量∆Djy=0.527t/h
轴封冷却器回收前轴封漏汽量∆Dsg52=0.0632t/h 轴封冷却器回收后轴封漏汽量∆Dsg53=0.08337t/h
轴封冷却器总回收∆Dsg5=∆Dsg51+∆Dsg52+∆Dsg53=0.30126t/h
六、调节级的选择与计算 （一）基本参数 （ 1）调节级的形式为单列调节级。 （2）调节级比焓降为 114.7KJ/kg。
（3）调节级的速xa=0.362 （4）调节级平均直径：
60⨯0.362 dm===1081mm,取1100mm。
3.14⨯3000（5）调节级反动度Ωm=0.075。 （6）部分进汽度。由ln=
An
确定调节级的叶高和部分进汽度，须使δhl与
eπdmsinα1
δhe之和最小。求得e=0.3328.
（7）汽流出口角α1和β2。设计中选用亚音速喷嘴叶栅，其型号为 TC-1A， 有关参数为：相对节距tn=0.74 0.90，进汽角α0=70o 100o，出汽角α1=10o 14o。
TP-2A，有关参数为：进汽角 β1 = 25︒ ~ 40︒，出口角 β2 =19︒ ~ 22︒，相对节距 tb= 0.58~0.65。
设计选取喷嘴汽流出汽角α1=12.9o，动叶汽流出汽角β2=19.7o。 （二）调节级详细计算 1.喷嘴部分的计算
（1）调节级进口参数及调节级的滞止理想比焓降ht0 。调节级进口参数即 为高压缸进口参数，由于进入调节级的汽流速度很小,可以近似认为滞止参数与进口参数相等。由拟定热力过程线的步骤可得: 000pT=p'0=8.0085MPa,tT=t'=533.18℃,hT=h0=3479.17kj/kg,
00sT=s'0=6.828kj/(kg ℃),vT=v'0=0.04392m3/kg,由前面选取其理想比焓降为
∆ht0=∆ht=110kj/kg。 （2）调节级进汽量
GT=G0-∆GV=188.48-1.2307=187.25t/h=52.01kg/s 则调节级喷嘴流量
Gn=GT=52.01kg/s （3）平均反动度Ωm的确定。 由前面可知Ωm=0.075。
（4）喷嘴的滞止理想比焓降∆hn
0 ∆hn=(1-Ωm)∆ht0=(1-0.075)⨯110=101.75kj/kg （5）喷嘴出口汽流速度c1t与c1
==451.1m/s c1t= c1=ϕc1t=0.97⨯451.1=437.6m/s
其中ϕ---喷嘴速度系数，取ϕ=0.97。
（6）喷嘴出口等比熵出口参数h1t、v1t、p1 。由 hT0 和 ∆hn0 求出喷嘴出口理想比 焓值 h1t
h1t = hT0 - ∆hn0 = 3479.17-101.75=3377.42kJ/kg
该过程为等比熵膨胀过程，由h1t=3377.42kj/kg、sT=6.828kj/(kg ℃)查水蒸气h-s图得出比体积v1t=0.05553m3/kg，喷嘴出口压力p1=5.933MPa。 （7）喷嘴压比εn
εn=
p15.933==0.741>εnc=0.5460pT8.0085
α=12.9o、由此可知，喷嘴中为亚音速气流，采用渐缩喷嘴，选喷嘴型号为 TC-1A、
sinα1=0.2236。
（8）喷嘴出口面积An。因为喷嘴中是亚音速流动，故An为
Gn⨯v1t52.01⨯0.05553⨯104
An===66.0cm2
μn⨯c1t0.97⨯451.1
式中μn----喷嘴流量系数。
（9）级的假想速度ca ca===469m/s（10）级的圆周速度u
u=caxa=469⨯0.362=169.8m/s （11）喷嘴高度ln
An66.0⨯100
ln===25.7mmo
eπdmsinα10.3328⨯π⨯
1100⨯sin12.9
为了方便制造，选取ln=26mm （12）喷嘴损失δhn
2
δhn=(1-ϕ2∆)hn0=(1-0.9⨯7)10=1.75kj6.kg0 13（13）喷嘴出口比焓值h1
h1=h1t+δhn=3377.42+6.013=3383.433kj/kg 由h1、p1查得s1=6.836kj/(kg k),v1=0.05576m3/kg （14）求动叶进口汽流相对速度和进汽角β1 w1=
==274.71m/s
c1sinα1437.6⨯sin12.9o
β1=arcsin=arcsin=20.9o
w1274.71
w12274.712 δhw1===37.7kj/kg20002000
2.动叶部分计算
（1）动叶出口相对速度w2t和w
2
w2t===303.3m/s
/
w2=ψw2t=0.925×303.3=280.6m/s
式中 ψ---动叶速度系数，由ψ与Ωm、w2t的关系曲线查得ψ=0.925. （2）动叶等比熵出口参数h2t与v2t
h2t=h1-Ωm∆ht0=3383.433-0.075⨯110=3375.183kJ/kg
由h2t，s1=6.836kJ/（kg·K),查得v2t=0.05686m3/kg，动叶出口压力p2=5.786MPa.
（3）动叶出口面积Ab为
Gbv2t48.219⨯0.05686⨯104
Ab===93.77cm2
μbw2t0.964⨯303.3其中 Gb=Gn-∆Gsg 其中μb----动叶流量系数； Gb----调节级动叶流量； ∆Gsg----前轴封漏气量
（4）动叶高度lb。由v1t=0.05553m/3kg、v2t=0.05686m3/kg可知，进出口比体积相差不大，故lb=lb'，根据喷嘴高度ln有 lb=ln+∆t+∆r=26+1+1=28mm 式中∆t----叶顶盖度，取∆t=1mm； ∆r----叶根盖度，取∆r=1mm。
(5)作动叶出口速度三角形。由w2、β2、u确定速度三角形
222
w+u-2wucos2222
=133.6m/s
α2=arcsin（6）动叶损失δhb
w2sinβ2280.6⨯0.3374
=arcsin=45.1︒ c2133.6
22w303.3
δhb=(1-ψ2)∆hb0=(1-ψ2)2t=(1-0.9252)⨯=6.6kj/kg
22000
（7）动叶出口比焓值h2
h2=h2t+δhb=3375.183+6.6=3381.8kj/kg
由h2、p2查得s2=6.845kj/(kg⋅K)，v2=0.05712m3/kg （8）余速损失δhc2
2
c2133.62
=8.92kJ/kg δhc2==
22000
（9）轮周损失δhu
δhu=δhn+δhb+δhc2=6.013+6.6+8.92=21.5kJ/kg （10）轮周有效比焓降∆hu
Δh=Δh0-δh=110-21.5=88.5kJ/kg
utu（11）轮周效率
ηu。调节级后余速不可利用，系数为μ1=0
∆hu∆h88.5
=0u==80.45% E0∆ht-μ1δhc2110
ηu=
（12）校核轮周效率ηu
Pu1=u(c1cosα1+c2cosα2)
（437.6⨯cos12.9o+133.6⨯cos45.8o） =169.8⨯
=88.24kj/kg
'
= ηu
Pu1P88.24
=0u1==80.22% E0∆ht-μ1δhc2110
ηu'-ηu80.22-80.45
δηu===0.29%
,ηu80.45
3.级内其他损失计算
（1）叶高损失错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=错误！未找到
引用源。×88.5=4.085kJ/kg 式中a----经验系数，单列级a=1.2。 (2）扇形损失
错误！未找到引用源。=0.7错误！未找到引用源。=0.7×(错误！未找到引用源。)2
×(110-8.92)=0.046kJ/kg
（3）叶轮摩擦损失错误！未找到引用源。 由前面，v1=0.05576m3/kg，v2=0.05712m3/kg
V=错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。=0.05644错误！未找到引用源。
³/kg
错误！未找到引用源。=
错误！未找到引用源。
169.83（1100⨯10-3）
（）⨯=125.95kw =1.2⨯
1000.05644
错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=
125.95
=2.422kj/kg错误！未找到引用源。kJ/kg 52.01
式中K1----经验系数，一般取K1=1.0~1.3. （4）部分进汽损失δhe
鼓风损失 错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。(1-e-错误！未找到引用源。)错误！未找到引用源。=0.15*错误！未找到引用源。*(1-0.3328)*0.3623=0.0213 斥汽损失
=0.012⨯
错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。
14⨯0.362
⨯=0.0475 0.33281100⨯10-3
式中sn----喷嘴组数，取sn=4；
Be----与级类型有关的系数，单列级Be=0.1~0.2，一般取0.15； ec----装有护罩弧段长度与整个圆周长度之比；
ce----与级类型有关的系数，单列级ce=0.01~0.015，一般取0.012； 故有 错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。+错误！未找到引用源。=0.0213+0.0475=0.0688
所以 δhe=ςeE0错误！未找到引用源。=110×0.0688=7.568kJ/kg
（5）级内各项损失之和Σδh
∑δh=δhl+δhθ+δhf+δhe=4.085+0.046+2.422+7.568=14.121kJ/kg （6）下一级入口参数
错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。+Σ
δh=3381.8+8.92+14.121=3404.841kJ/kg
由错误！未找到引用源。，P2查得s2=6.875kJ/（kg·k），v2=0.05802m/kg，t2
ˊ
ˊ
ˊ
3
=491.55℃
4.级效率与内功率的计算
（1） 级的有效比焓降错误！未找到引用源。
∆hi=∆hu-∑δh=88.5-14.121=74.379kJ/kg
（2） 级效率ηi ηi=
∆hi74.379
==0.6762 E0110
（3） 级的内功率错误！未找到引用源。
Pi=G∆hi=52.01⨯74.379=3868.45179kW
动叶栅进出口速度矢量三角形
β1=20.9o，u=169.8m/s，w1=274.71m/s，β2=19.7o，w2=280.6m/s
七、压力级的级数确定和比焓降分配 1.第一压力级的流量
G1=GT-∆Gsg=188.48-1.2307-3.791=183.4583t/h=50.96kg/s 2.第一压力级直径的确定
d1=
60G1xav1t
2
eπnlnμn-
Ωmsinα1
=845mm
式中 G—— 通过第一压力级的蒸汽流量，Kg/s e—— 第一压力级部分进汽度，取1 d1—— 第一压力级喷嘴平均直径，m ln——估计的第一压力级的喷嘴出口高度，m μn——喷嘴流量系。在过热区的通常取0.97 α1——第一压力级喷嘴出口理想速度，m/s Ωm——第一压力级假想速度系数 xa ——第一压力级假想速比 n ——汽轮机转速，3000r/min 3.末级直径的确定
Gz=32.63kg/s
dz=
= =2007mm
4.非调节级级数的确定
（1）直径和速比变化规律确定、汽轮机百调节级级数的确定，可以采用图
解法。如下图所示，具体的做法就是在坐标纸上，画出横坐标 AB 表示第一 压力级之间的中心距离，AB 的长度可以任意选择，纵坐标以 AC 表示第一压力 级的平均直径，AE 表示第一压力级的速比，BD 表示最后一级平均直径，BF
表 示最后一级的速度比；用一条上升的光滑曲线把 C、D 两点连接起来，妄言曲线 就表示各级平均直径的变化规律；同样，用一条逐渐上升的光滑曲线 EF 表示各 级速比的变化规律。先预分 11 级，即将 AB 等分 10 段，在等分点做垂直线与 CD、EF 相交，根据比例计算垂线的长度，即为各分段的长度，即为各分段的平均直径和速比的值。详细数据如下表所示。
分级的辅助作图
拟定的各段平均直径、速比值
（2）求各等分点的理想比焓降 ht'
2caπ2n2di2di2u2
∆h====12.3245⨯() 222
20002000⨯xai2000⨯60⨯xaixai
't
计算得到的各段理想比焓降值如下表所示。
（3）求各等分点的平均理想比焓降 ∆ht
∆ = 66.8 kJ / kg
t
11
（4）计算压力级的级数
p
z ∆H (1+ a) = （3404.841- 2060.10)(1+ 0.06) ≈ 21
66.8
z -1
α ' = K a (1 -ηri' ) ∆H t
z
20
（2242.02080.05）⨯ =3.9⨯10-4⨯
21
a'-a0.0602-0.06
|=||
∆ht
（5）校核重热系数 a
=0.0602 ∆=|
（6）级数确定
前面得到非调节级的级数为 21，将 AB 线等 分为 20 等分，在原假定的平 均直径和速比变化线 CD、EF 上，读出每组的平均直径及速比，具体数据如下表所示。
（7）各级比焓降分配
∆hti=12.3245⨯(
di2
) xai
计算得到的各级理想比焓降值如下表所示。
在h-s 图中拟定的热力过程线上逐级做出各级比焓降，参数如下表所示。
6. 压力级计算结果
八、参考文献
[1]肖增弘.汽轮机课程设计.北京：中国电力出版社，2012. [2]谢诞梅.汽轮机原理.北京：中国电力出版社，2012 [3]王运民.汽轮机原理课程设计基础.北京电力出版社，2013. [4]冯慧雯.汽轮机课程设计参考资料.北京电力出版社，1991. [5]黄树红.汽轮机原理.北京电力出版社.2008. [6]赵素芬.汽轮机设备.北京；中国电力出版社.2002
[7]李维特.黄保海.汽轮机变工况热力计算.北京；中国电力出版社.2001
目录
1. 设计基本参数选择.............................................................................................5
1.1 汽轮机类型 .............................................................................................5
1.2 基本参数 .................................................................................................5
1.3 相对内效率的估算 .................................................................................5
1.4 损失的估算 .............................................................................................5 2. 汽轮机热力过程线的拟定.................................................................................6 3. 汽轮机进汽量的估算.........................................................................................8 4. 抽汽回热系统热平衡初步计算.........................................................................8
4.1 给水温度的选取 .....................................................................................8
4.2 回热抽汽级数的选择 .............................................................................8
4.3 除氧器工作压力的选择 .........................................................................8
4.4 回热系统图的拟定 .................................................................................8
4.5 各加热器汽水参数计算 .........................................................................9
4.6 回系统平衡初步计算 .............................................................................12 5. 阀杆漏汽量与轴封漏汽量的估算.....................................................................16
5.1 主汽阀阀杆漏汽量的计算 .....................................................................16
5.2 调节汽阀阀杆漏汽量 ...........................................................................16
5.3 前轴封漏汽 ...........................................................................................17
5.4 后轴封漏汽 ...........................................................................................19
6.调节级的选择与计算.......................................................................................21
6.1 基本参数 ...............................................................................................21
6.2 调节级详细计算 ...................................................................................21
6.2.1 喷嘴部分的计算 ....................................................................................... 21
6.2.2 动叶部分计算 ........................................................................................... 22
6.2.3 级内其它损失的计算 ............................................................................... 24
6.2.4 级效率与内功率的计算 ........................................................................... 26 7. 压力级的级数确定和比焓降分配...................................................................27
7.1 第一压力级的流量 ...............................................................................27
7.2 第一压力级直径的确定 .......................................................................27
7.3 末级直径的确定 ...................................................................................27
7.4 非调节级级数的确定 ...........................................................................27
7.5 将各级比焓降画在 h-s 图上校核并修改 ...........................................30 7.6压力级计算结果 ....................................................................................31 8.参考文献...........................................................................................................33
《汽轮机原理》课程设计任务书
一、课程设计目的
（1） 通过课程设计，系统地总结、巩固并加深在《汽轮机原理》课程中已学知
识，进一步了解汽轮机的工作原理。在尽可能考虑制造、安装和运行的要求下，进行某一机组的变工况热力计算，掌握汽轮机热力计算的原理、方法和步骤。
（2） 在尽可能考虑制造、安装和运行的要求下，进行某一机组的变工况热力计
算，掌握汽轮机热力计算的原理、方法和步骤。
（3） 通过课程设计对电站汽轮机建立整体的、量化的概念，掌握查阅和使用各
种设计资料、标准、手册等参考文献的技巧。
（4） 培养综合应用书本知识、自主学习、独立工作的能力，以及与其他人相互
协作的工作作风。
二、课程设计内容及要求
以某种型号的汽轮机为对象，在已知结构参数和非设计工况新蒸汽参数和流量的条件下，进行通流部分热力校核计算，求出该工况下级的内功率、相对内功率等全部特征参数，并与设计工况作对比分析。主要计算工作如下：
（1） 设计工况下通流部分各级热力过程参数计算。对径高比小于6的级，
在最终计算结果中，用近似公式估算出叶根处的反动度。 （2） 轴端汽封漏汽量校核计算。
（3） 与设计工况的性能和特征参数作比较计算。
为了便于数据整理和分析，对课程设计说明书的内容提出以下基本要求： （1）列出设计任务书；
（2）画出本机组回热系统图，并作简要分析； （3）作出全机初步拟定的热力过程线，并加以说明；
（4）调节级详细计算及校核结果，（作出速度三角形、级的详细过程线），并作必要的计算说明；
（5）压力级（第1级）及低压缸最末级的计算数据的列表汇总，并分析参数选择及计算的正确性、合理性，说明计算过程中出现的问题及解决办法等；
（6）设计评价及小结； （8）提出改进意见； （9）列出参考文献。
基本参数
额定功率：25MW；
新蒸汽压力：8.38MPa；
新蒸汽温度：437℃；
冷却水温度：15℃；
机组转速：3000r/min；
汽轮机的相对内效率：ηri=80%；
机械效率 ： ηm=99%；
发电机效率： ηg=97%；
加热器效率： ηb=99%。
一、设计基本参数的选择 1.汽轮机类型
机组型号：N25-8.38/437。
机组形式：高压、单缸、单轴凝气式汽轮机。 2.基本参数
额定功率Pel=25MW； 新蒸汽压力P0=8.38MPa； 新蒸汽温度t0=437℃； 凝汽器压力Pc=5.0kPa； 汽轮机转速n=3000r/min。 3.其他参数
给水泵出口压力Pfp=13.59MPa； 凝结水泵出口压力Pcp=1.21MPa； 机械效率ηm=99%； 发电机效率ηg=97%； 加热器效率ηb=99%。 4.相对内效率的估计
根据已有同类机组运行数据选择汽轮机的相对内效率，ηri=80%。 5.损失估算
主汽阀和调节汽阀节流压力损失：∆p0=0.05p0=0.419MPa。 排汽阻力损失：∆pc=0.04pc=0.2kPa。
二、汽轮机热力过程线的拟定
（1）在h-s图上，根据新蒸汽压力P0=8.38MPa和新蒸汽温度t0=437℃，可确定汽轮机进汽状态点0（主汽阀前）并查的该点的比焓值h0=3234.768kj/kg，比熵S0=6.485kj/（kg·℃），比体积v0=0.03531m3/kg。
（2）在h-s图上，根据初压p0=8.38MPa和主汽阀和调节汽阀节流压力损失（做到这里）然∆p0=0.419MPa可确定调节级级前压力p'0=p0-∆p0=7.961MPa，后根据p'0与h0的交点可以确定调节级级前状态点1，并查的该点的温度，比体积v'0=0.04392m3/kg。 t'0=533.18℃，比熵S'0=6.828kJ/（kg·℃）
（3）在h-s图上，根据凝汽器压力Pc=0.005MPa和排汽阻力损失
∆Pc=0.0002MPakJ/（kg·℃）可以确定排气压力P'c=Pc+∆Pc=0.0052MPa。 （4）在h-s图上，根据P'c=0.0052MPa和S0=6.805kj/可以确定汽缸理（kg ℃）想出口状态点2t，并查的该点的比焓值hct=2079.10kj/kg，温度tct=33.60℃，比体积vct=21.74421m3/kg，干度xct=0.8。由此可以得到汽轮机理想比焓降
∆Htmac=h0-hct=1400.07kJ/kg，进而可以确定汽轮机实际比焓降
∆Himac=∆Htmac⨯ηri=1120.056kJ/kg,再根据h0、∆Himac和P'c可以确定实际出口状态点2，并查得该点的比焓值hct=2359.114kJ/kg，温度tc2=33.60℃，比体积
vc2=24.88509m3/kg，干度xc2=0.916。
（5）考虑末级余速损失，则由第四章中∆hc2的计算方法得到
δhc2=0.0⨯∆18HmtacP'c下移25.2kj/kg得3点，并查=25.，然后沿压力线2kj/kg
得该点比焓值hc3=2333.914kj/kg，温度tc3=33.60℃，比体积vc3=24.60242m3/kg，干度xc3=0.905。用直线连接1、3两点，在中间4’点处沿压力线下移（12~15）kj/kg得4点，光滑连接1、4、3点，则由点0、1、4、3、2连接的线即为该机组在在设计工况下的近似热力过程线。
热力过程线如图所示。
三、汽轮机进汽量估算
设m=1.15，∆D0=3%D0，设计功率Pe=47500kw，则得 D0=
3.6⨯47500
⨯1.15+0.03D0=188.48t/h
1120.056⨯0.99⨯0.97
四、抽汽回热系统热平衡初步计算 1.给水温度的选取
根据初压p0=8.43MPa，可以求得P0对应的饱和水温ts0=299℃，则给水温度
tfw=ts0⨯0.72=215℃。 2.回热抽汽级数的选择
选择7段回热抽汽，采用“两高、四低、一除氧”的形式，高压加热器采用内置式蒸汽冷却器；高压加热器疏水收集方式为逐级自流到除氧器，4、5、6号低压加热器疏水收集方式为逐级自流，7号低压加热器采用疏水泵，其加热器（包括除氧器）的编号从高压到低压依次排列，为1、2„„、7号。 3.除氧器工作压力的选择
除氧器滑压运行，在设计工况下工作压力选为=0.588MPa。 4.回热系统图的拟定
一台汽轮机抽汽回热系统的拟定主要取决于该机组的给水温度、抽汽回热级数及除氧器工作压力等。根据50MW汽轮机这几方面数值确定，画出如图所示的回热系统。
N50-8.43/535型汽轮机回热系统图 5.各加热器汽水参数计算 已知：
高压加热器上端差θ1=5℃，θ2=5℃；下端差ϑj=10℃（j=1,2,）； 低压加热器上端差θj=5℃（j=4,5,6,7）； 各段抽汽压损∆pj=8%pj（j=1,2，4，5，6，7）； 由于除氧器定压运行，为了使其工作稳定，压损取40%； 给水温度tfw=215℃；
凝汽器压力pc对应的饱和水温，即凝结水温度tc=32.9℃；
除氧器工作压力pd对应的饱和水温，即除氧器水箱出口水温td=158℃。 由等温升法可得高压加热器水侧温升为∆t1=(tfw-td)/2=28.5℃。 由等温升法可得低压加热器水侧温升为∆t2=(td-tc)/5=25.02℃。 则
tw1=tfw=215℃,tw2=186.5℃，tw3=td=158℃，tw4=133℃，tw5=108℃，tw6=83℃，tw7=58℃。（1）1号高压加热器。
根据给水温度，可得到1号高压加器出口水温tw1=tfw=215℃；
由给水泵出口压力pfp和tw1得1号高压加热器出口比水焓hw1=924.56 kJ/kg；
1号加热器凝结段的饱和水温度tb1=tw1+θ1=220℃；hb1=943.67kJ/kg； 1号加热器汽侧工作压力p'1=2.32MPa；1段抽汽压力p1=2.5217MPa； 1号高压加热器疏水温度ts1=tw1-∆t1+ϑ1=196.5℃；1号高压加热器疏水比焓
hs1=836.617kj/kg。 （2）2号高压加热器。
2号高压加器出口水温tw2=tw1-28.5=186.5℃；
由给水泵出口压力pfp和tw2得2号高压加热器出口比水焓hw2=798.12 kJ/kg； 2号加热器凝结段的饱和水温度tb2=tw2+θ2=191.5℃；hb2=814.22kJ/kg； 2号加热器汽侧工作压力p'2=1.297MPa；2段抽汽压力p2=1.41MPa； 2号高压加热器疏水温度ts2=tw2-∆t1+ϑ2=168℃；2号高压加热器疏水比焓
hs2=710.77kj/kg。 （3）除氧器。
除氧器工作压力p'3=pd=0.588MPa；3段抽汽压力p3=0.976MPa； 水温td=158℃；出口水比焓hd=667.08kj/kg；
由给水泵出口压力pfp和tw3得到给水泵出口水比焓值hw3=674.77kj/kg。 （4）4号低压加热器。
4号低压加热器出口水温tw4=133 ℃；4号低压加热器出口水比焓hw4= 559.9kJ / kg 4号低压加热器疏水温度ts4=tw4+θ4=138℃；hs4=580.62kj/kg；
4号低压加热器汽侧工作压力p'4=0.3415MPa；4段抽汽压力p4=0.3712MPa。 （5）5号低压加热器。
5号低压加热器出口水温tw5=108℃；5号低压加热器出口水比焓hw5= 453.77kJ / kg 5号低压加热器疏水温度ts5=tw5+θ5=113℃；hs5=474.07kj/kg；
5号低压加热器汽侧工作压力p'5=0.1584MPa；5段抽汽压力p5=0.1722MPa。
（6）6号低压加热器。
6号低压加热器出口水温tw6=83℃；6号低压加热器出口水比焓hw6= 348.55kJ / kg 6号低压加热器疏水温度ts6=tw6+θ6=88℃；hs6=368.56kj/kg；
6号低压加热器汽侧工作压力p'6=0.06502MPa；6段抽汽压p6=0.07067MPa。 （7）7号低压加热器。
7号低压加热器出口水温tw7=58℃；7号低压加热器出口水比焓hw7=243.90kJ / kg 7号低压加热器疏水温度ts7=tw7+θ7=63℃；hs7=263.71kj/kg；
7号低压加热器汽侧工作压力p'7=0.22884MPa；7段抽汽压p7=0.024874MPa。 各加热器汽侧和水侧的基本参数如下表所示。 50MW凝汽式汽轮机加热器汽水参数表
6.回热系统平衡初步计算 （1）1号高压加热器
1号高压加热器热平衡如图，根据表面式加热器热平衡原理可列出方程
α1=
=
αfw(hw1-hw2)/ηh
h1-hs1
1⨯（924.56-798.12）/0.99
=0.054408322
2347.38
（2）2号高压加热器。
2号高压加热器热平衡如图，根据表面式加热器热平衡原理可列出方程
∂2=
=
∂fw(hw2-hw3)/ηh-∂1(hs1-hs2)
h2-hs2
1⨯（798.12-674.77）/0.99-0.054408322⨯（836.617-710.77）
2341.23
=0.050303966
（3
除氧器热平衡图
α3=
=
αfw(hwd-hw4)/ηh-(α1+α2
)(hs2+hw4)
h3-hw4
1⨯（667.08-559.9）/0.99-0.104712288⨯（710.77-559.9）
2985-559.9
=0.038128194
（4）4号低压加热器。
4号低压加热器热平衡图如上的热平衡图所示。根据表面式加热器热平衡原理可列出方程
α4=
=
αc3(hw4-hw5)/ηh
h4-hs4
0.857159518⨯106.13/0.99
2229.38
=0.041217393
（5）5号低压加热器。
5
根据表面式加热器热平衡原理可列出方程
α5=
=
αc3(hw5-hw6)/ηh-α4(hs4-hs5)
h5-hs5
0.857159518⨯105.22/0.99-0.041217393⨯106.55
2213.93
=0.039165477
（6）6号低压加热器和7号低压加热器。
6号低压加热器和7号低压加热器的热平衡图如图所示，因7号低压加热器疏水采用了疏水泵的方式，将疏水送到了7号低压加热器出口（6号低压加热器入口）
的主凝结水管道中，在7号低压加热器出口（6号低压加热器入口）处形成了一个混合点，将混合点看成一个混合式加热器，根据混合式加热器热平衡原理，及6号低压加热器（表面式加热器）热平衡原理，可列出方程
6、7号低压加热器热平衡图
α6(h6-hs6+hs7-hw7)+(α4+α5)(hs5-hs6+hs7-hw7)+α7(hs7-hw7)=αc3(hw6-hw7)/ηh
则
α（+0.08038287⨯（474.07-368.56+263.71-243.9）62565-368.56+263.71-243.9）
+α（=0.857159518⨯（348.55-243.9）/0.99 7263.71-243.9）根据7号低压加热器（表面式加热器）热平衡原理，可列出方程
α7(h7-hs7+hw7-h'c)+(α4+α5)(hs6-hs7+hw7-h'c)+α6(hs6-hs7+hw7-h'c)=αc3(hw7-h'c)/ηh
则α （+0.08038277⨯（368.56-263.71+243.9-131.6）72440-263.71+243.9-131.6）
+α（+0.857159518⨯（243.9-131.6）/0.99 6368.56-263.71+243.9-131.6）
α6=0.036316784联立求解上述方程，得到α7=0.031465378
αc=0.704132689
五．阀杆漏气量与轴封漏气量估算
该机组有一个主汽阀和4个调节汽阀，阀杆漏汽大部分漏到除氧器中，另外一少部分通过真空管道被射汽抽汽器吸入轴封冷却器。 1.主汽阀阀杆漏汽量的计算
主汽阀阀杆包括3段、2个腔室，第1腔室蒸汽回收到除氧器，第2腔室蒸汽及漏入的空气回收到轴封冷却器。主汽阀阀杆和调节汽阀阀杆的结构数据如下表所示。
50MW汽轮机主汽阀和调节汽阀阀杆数据
主汽阀杆间隙面积Av=πdvδv=0.214cm2； 第1段阀杆漏汽系数μv1=0.29；
第1段阀杆前蒸汽参数为p01=8.43MPa，ν01=0.04712m3/kg。 则主汽阀杆漏汽量∆Dv1=0.24μv1A第2段阀杆漏汽系数μv2=0.5；
第2段阀杆前蒸汽参数为p02=0.588MPa，ν02=0.6016592m3/kg。 则流经第2段阀杆漏汽量∆Dv2=0.24μv2Av
=0.2117t/h。
p02
ν02
=0.02539t/h。
2.调节汽阀阀杆漏气
阀杆包括3段、2个腔室，第1腔室蒸汽回收到除氧器，第2腔室蒸汽及漏入的空气回收到轴封冷却器。
主汽阀杆间隙面积Av=πdvδv=0.227cm2； 第1段阀杆漏汽系数μv1=0.329；
第1段阀杆前蒸汽参数为p01=8.43MPa，ν01=0.04172m3/kg。
则调节汽阀杆漏汽量∆Dv1=4⨯0.24μv1A第2段阀杆漏汽系数μv2=0.6；
第2段阀杆前蒸汽参数为p02=0.588MPa，ν02=0.6016592m3/kg。 则流经第2段阀杆漏汽量∆Dv2=4⨯0.24μv2Av
=1.019t/h。
p02
ν02
=0.1293t/h。
根据主汽阀杆和调节汽阀阀杆的漏汽计算，可得阀杆总漏汽量∆DV=1.2307t/h； 轴封冷却器回收阀杆漏汽∆Dsg51=0.02539+0.1293=0.15469t/h 其余除氧器回收∆Dsg2=1.07601t/h。
3.前轴封漏气
包括6段、5个腔室，第1腔室蒸汽回收到2号高压加热器，第2腔室蒸汽回收到5号低压加热器，第3腔蒸汽回收到7号低压加热器，第4腔室为均压箱供汽，第6腔室蒸汽及漏入的空气回收到轴封冷却器。轴封结构数据如下表。
轴封1、2、3段间隙面积A11=πd11δ11=9.7cm2；
第1段轴封前蒸汽参数为p01=5.9083MPa，ν01=0.0606m3/kg（调节级喷嘴后参数）。
第1段轴封后蒸汽参数为pz1=1.41MPa。 判别系数K=
p1.41
=0.092
p016.2141=3.791t/h；
则前轴封漏汽量∆D1=0.36μ1A
第2段轴封前蒸汽参数为p02=1.41MPa，ν02=0.26201m3/kg。 第2段轴封后蒸汽参数为pz2=0.1722MPa。
判别系数K=
p0.1722
=0.1344>z2==0.1221
p021.41则前轴封漏汽量∆D12=0.36μ1A
1.32t/h；
第3段轴封前蒸汽参数为p03=0.1722MPa，ν03=1.9316939m3/kg。
MPa。 第3段轴封后蒸汽参数为pz3=0.02487
判别系数K=
p0.820.02487
=0.2445>z3==0.1444
p030.1722.25+10
则前轴封漏汽量∆D13=0.36μ1A11
p03
=0.3108t/h；
(z+1.25)ν03
轴封4、5、6段间隙面积：A12=πd12δ12=6.95cm2；
第4段轴封前蒸汽参数为p04=0.101MPa，ν04=1.8249872m3/kg。 第4段轴封后蒸汽参数为pz4=0.02487MPa。 判别系数K=
0.82p0.02487
=0.2445
p040.101.25+10
2
p04-pz24
=0.1804t/h；
zp04ν04
第4段轴封流经蒸汽量∆D14=0.36μ1A12
m3/kg。 第5段轴封前蒸汽参数为p05=0.101MPa，ν05=1.8249872第5段轴封后蒸汽参数为pz5=0.095MPa。 判别系数K=
p0.820.095
=0.2445
p0.101.25+1005
第5段轴封流经蒸汽量∆D15=0.36μ1A12
2p05-pz25
=0.0632t/h。
zp05ν05
4.后轴封漏气
包括3段、2个腔室，第1腔室为均压箱供汽，第2腔室蒸汽及漏入的空气回收到轴封冷却器。
轴封1、2段间隙面积A11=πd11δ11=8.6865cm2；
第1段轴封前蒸汽参数为p01=0.101MPa，ν01=1.82m3/kg。
MPa。 第1段轴封后蒸汽参数为pz3=0.02487
判别系数K=
0.82p0.0055
=0.225>z1==0.05446
p010.101.25+12
第1段轴封流经蒸汽量∆D11=0.36μ1A11
p01
=0.2024t/h；
(z+1.25)ν01
第2段轴封前蒸汽参数为p02=0.101MPa，ν02=1.82m3/kg。 第2段轴封后蒸汽参数为pz2=0.095MPa。 判别系数K=
0.82p0.095
=0.2561
p020.101.25+9
2
p02-pz22
=0.08337t/h。
zp02ν02
第2段轴封流经蒸汽量∆D12=0.36μ1A11由上面计算可得：
阀杆漏汽量∆D1v=1.2307t/h;α1v=0.00691 除氧器回收∆Dsg2=1.07601t/h;αsg2=0.0061 前轴封漏汽量∆Dsg=3.791t/h;αsg=0.0223
流到2号高压加热器的蒸汽量∆Dsg1=2.757t/h;αsg1=0.0148 流到5号低压加热器的蒸汽量∆Dsg3=1.1192t/h;αsg2=0.0060 流到7号低压加热器的蒸汽量∆Dsg4=0.4912t/h;αsg3=0.0026
t/h; 均压箱向前轴封供汽量∆Djy1=0.2436
均压箱向后轴封供汽量∆Djy2=0.28577t/h; 均压箱总供汽量∆Djy=0.527t/h
轴封冷却器回收前轴封漏汽量∆Dsg52=0.0632t/h 轴封冷却器回收后轴封漏汽量∆Dsg53=0.08337t/h
轴封冷却器总回收∆Dsg5=∆Dsg51+∆Dsg52+∆Dsg53=0.30126t/h
六、调节级的选择与计算 （一）基本参数 （ 1）调节级的形式为单列调节级。 （2）调节级比焓降为 114.7KJ/kg。
（3）调节级的速xa=0.362 （4）调节级平均直径：
60⨯0.362 dm===1081mm,取1100mm。
3.14⨯3000（5）调节级反动度Ωm=0.075。 （6）部分进汽度。由ln=
An
确定调节级的叶高和部分进汽度，须使δhl与
eπdmsinα1
δhe之和最小。求得e=0.3328.
（7）汽流出口角α1和β2。设计中选用亚音速喷嘴叶栅，其型号为 TC-1A， 有关参数为：相对节距tn=0.74 0.90，进汽角α0=70o 100o，出汽角α1=10o 14o。
TP-2A，有关参数为：进汽角 β1 = 25︒ ~ 40︒，出口角 β2 =19︒ ~ 22︒，相对节距 tb= 0.58~0.65。
设计选取喷嘴汽流出汽角α1=12.9o，动叶汽流出汽角β2=19.7o。 （二）调节级详细计算 1.喷嘴部分的计算
（1）调节级进口参数及调节级的滞止理想比焓降ht0 。调节级进口参数即 为高压缸进口参数，由于进入调节级的汽流速度很小,可以近似认为滞止参数与进口参数相等。由拟定热力过程线的步骤可得: 000pT=p'0=8.0085MPa,tT=t'=533.18℃,hT=h0=3479.17kj/kg,
00sT=s'0=6.828kj/(kg ℃),vT=v'0=0.04392m3/kg,由前面选取其理想比焓降为
∆ht0=∆ht=110kj/kg。 （2）调节级进汽量
GT=G0-∆GV=188.48-1.2307=187.25t/h=52.01kg/s 则调节级喷嘴流量
Gn=GT=52.01kg/s （3）平均反动度Ωm的确定。 由前面可知Ωm=0.075。
（4）喷嘴的滞止理想比焓降∆hn
0 ∆hn=(1-Ωm)∆ht0=(1-0.075)⨯110=101.75kj/kg （5）喷嘴出口汽流速度c1t与c1
==451.1m/s c1t= c1=ϕc1t=0.97⨯451.1=437.6m/s
其中ϕ---喷嘴速度系数，取ϕ=0.97。
（6）喷嘴出口等比熵出口参数h1t、v1t、p1 。由 hT0 和 ∆hn0 求出喷嘴出口理想比 焓值 h1t
h1t = hT0 - ∆hn0 = 3479.17-101.75=3377.42kJ/kg
该过程为等比熵膨胀过程，由h1t=3377.42kj/kg、sT=6.828kj/(kg ℃)查水蒸气h-s图得出比体积v1t=0.05553m3/kg，喷嘴出口压力p1=5.933MPa。 （7）喷嘴压比εn
εn=
p15.933==0.741>εnc=0.5460pT8.0085
α=12.9o、由此可知，喷嘴中为亚音速气流，采用渐缩喷嘴，选喷嘴型号为 TC-1A、
sinα1=0.2236。
（8）喷嘴出口面积An。因为喷嘴中是亚音速流动，故An为
Gn⨯v1t52.01⨯0.05553⨯104
An===66.0cm2
μn⨯c1t0.97⨯451.1
式中μn----喷嘴流量系数。
（9）级的假想速度ca ca===469m/s（10）级的圆周速度u
u=caxa=469⨯0.362=169.8m/s （11）喷嘴高度ln
An66.0⨯100
ln===25.7mmo
eπdmsinα10.3328⨯π⨯
1100⨯sin12.9
为了方便制造，选取ln=26mm （12）喷嘴损失δhn
2
δhn=(1-ϕ2∆)hn0=(1-0.9⨯7)10=1.75kj6.kg0 13（13）喷嘴出口比焓值h1
h1=h1t+δhn=3377.42+6.013=3383.433kj/kg 由h1、p1查得s1=6.836kj/(kg k),v1=0.05576m3/kg （14）求动叶进口汽流相对速度和进汽角β1 w1=
==274.71m/s
c1sinα1437.6⨯sin12.9o
β1=arcsin=arcsin=20.9o
w1274.71
w12274.712 δhw1===37.7kj/kg20002000
2.动叶部分计算
（1）动叶出口相对速度w2t和w
2
w2t===303.3m/s
/
w2=ψw2t=0.925×303.3=280.6m/s
式中 ψ---动叶速度系数，由ψ与Ωm、w2t的关系曲线查得ψ=0.925. （2）动叶等比熵出口参数h2t与v2t
h2t=h1-Ωm∆ht0=3383.433-0.075⨯110=3375.183kJ/kg
由h2t，s1=6.836kJ/（kg·K),查得v2t=0.05686m3/kg，动叶出口压力p2=5.786MPa.
（3）动叶出口面积Ab为
Gbv2t48.219⨯0.05686⨯104
Ab===93.77cm2
μbw2t0.964⨯303.3其中 Gb=Gn-∆Gsg 其中μb----动叶流量系数； Gb----调节级动叶流量； ∆Gsg----前轴封漏气量
（4）动叶高度lb。由v1t=0.05553m/3kg、v2t=0.05686m3/kg可知，进出口比体积相差不大，故lb=lb'，根据喷嘴高度ln有 lb=ln+∆t+∆r=26+1+1=28mm 式中∆t----叶顶盖度，取∆t=1mm； ∆r----叶根盖度，取∆r=1mm。
(5)作动叶出口速度三角形。由w2、β2、u确定速度三角形
222
w+u-2wucos2222
=133.6m/s
α2=arcsin（6）动叶损失δhb
w2sinβ2280.6⨯0.3374
=arcsin=45.1︒ c2133.6
22w303.3
δhb=(1-ψ2)∆hb0=(1-ψ2)2t=(1-0.9252)⨯=6.6kj/kg
22000
（7）动叶出口比焓值h2
h2=h2t+δhb=3375.183+6.6=3381.8kj/kg
由h2、p2查得s2=6.845kj/(kg⋅K)，v2=0.05712m3/kg （8）余速损失δhc2
2
c2133.62
=8.92kJ/kg δhc2==
22000
（9）轮周损失δhu
δhu=δhn+δhb+δhc2=6.013+6.6+8.92=21.5kJ/kg （10）轮周有效比焓降∆hu
Δh=Δh0-δh=110-21.5=88.5kJ/kg
utu（11）轮周效率
ηu。调节级后余速不可利用，系数为μ1=0
∆hu∆h88.5
=0u==80.45% E0∆ht-μ1δhc2110
ηu=
（12）校核轮周效率ηu
Pu1=u(c1cosα1+c2cosα2)
（437.6⨯cos12.9o+133.6⨯cos45.8o） =169.8⨯
=88.24kj/kg
'
= ηu
Pu1P88.24
=0u1==80.22% E0∆ht-μ1δhc2110
ηu'-ηu80.22-80.45
δηu===0.29%
,ηu80.45
3.级内其他损失计算
（1）叶高损失错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=错误！未找到
引用源。×88.5=4.085kJ/kg 式中a----经验系数，单列级a=1.2。 (2）扇形损失
错误！未找到引用源。=0.7错误！未找到引用源。=0.7×(错误！未找到引用源。)2
×(110-8.92)=0.046kJ/kg
（3）叶轮摩擦损失错误！未找到引用源。 由前面，v1=0.05576m3/kg，v2=0.05712m3/kg
V=错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。=0.05644错误！未找到引用源。
³/kg
错误！未找到引用源。=
错误！未找到引用源。
169.83（1100⨯10-3）
（）⨯=125.95kw =1.2⨯
1000.05644
错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=
125.95
=2.422kj/kg错误！未找到引用源。kJ/kg 52.01
式中K1----经验系数，一般取K1=1.0~1.3. （4）部分进汽损失δhe
鼓风损失 错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。(1-e-错误！未找到引用源。)错误！未找到引用源。=0.15*错误！未找到引用源。*(1-0.3328)*0.3623=0.0213 斥汽损失
=0.012⨯
错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。
14⨯0.362
⨯=0.0475 0.33281100⨯10-3
式中sn----喷嘴组数，取sn=4；
Be----与级类型有关的系数，单列级Be=0.1~0.2，一般取0.15； ec----装有护罩弧段长度与整个圆周长度之比；
ce----与级类型有关的系数，单列级ce=0.01~0.015，一般取0.012； 故有 错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。+错误！未找到引用源。=0.0213+0.0475=0.0688
所以 δhe=ςeE0错误！未找到引用源。=110×0.0688=7.568kJ/kg
（5）级内各项损失之和Σδh
∑δh=δhl+δhθ+δhf+δhe=4.085+0.046+2.422+7.568=14.121kJ/kg （6）下一级入口参数
错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。+Σ
δh=3381.8+8.92+14.121=3404.841kJ/kg
由错误！未找到引用源。，P2查得s2=6.875kJ/（kg·k），v2=0.05802m/kg，t2
ˊ
ˊ
ˊ
3
=491.55℃
4.级效率与内功率的计算
（1） 级的有效比焓降错误！未找到引用源。
∆hi=∆hu-∑δh=88.5-14.121=74.379kJ/kg
（2） 级效率ηi ηi=
∆hi74.379
==0.6762 E0110
（3） 级的内功率错误！未找到引用源。
Pi=G∆hi=52.01⨯74.379=3868.45179kW
动叶栅进出口速度矢量三角形
β1=20.9o，u=169.8m/s，w1=274.71m/s，β2=19.7o，w2=280.6m/s
七、压力级的级数确定和比焓降分配 1.第一压力级的流量
G1=GT-∆Gsg=188.48-1.2307-3.791=183.4583t/h=50.96kg/s 2.第一压力级直径的确定
d1=
60G1xav1t
2
eπnlnμn-
Ωmsinα1
=845mm
式中 G—— 通过第一压力级的蒸汽流量，Kg/s e—— 第一压力级部分进汽度，取1 d1—— 第一压力级喷嘴平均直径，m ln——估计的第一压力级的喷嘴出口高度，m μn——喷嘴流量系。在过热区的通常取0.97 α1——第一压力级喷嘴出口理想速度，m/s Ωm——第一压力级假想速度系数 xa ——第一压力级假想速比 n ——汽轮机转速，3000r/min 3.末级直径的确定
Gz=32.63kg/s
dz=
= =2007mm
4.非调节级级数的确定
（1）直径和速比变化规律确定、汽轮机百调节级级数的确定，可以采用图
解法。如下图所示，具体的做法就是在坐标纸上，画出横坐标 AB 表示第一 压力级之间的中心距离，AB 的长度可以任意选择，纵坐标以 AC 表示第一压力 级的平均直径，AE 表示第一压力级的速比，BD 表示最后一级平均直径，BF
表 示最后一级的速度比；用一条上升的光滑曲线把 C、D 两点连接起来，妄言曲线 就表示各级平均直径的变化规律；同样，用一条逐渐上升的光滑曲线 EF 表示各 级速比的变化规律。先预分 11 级，即将 AB 等分 10 段，在等分点做垂直线与 CD、EF 相交，根据比例计算垂线的长度，即为各分段的长度，即为各分段的平均直径和速比的值。详细数据如下表所示。
分级的辅助作图
拟定的各段平均直径、速比值
（2）求各等分点的理想比焓降 ht'
2caπ2n2di2di2u2
∆h====12.3245⨯() 222
20002000⨯xai2000⨯60⨯xaixai
't
计算得到的各段理想比焓降值如下表所示。
（3）求各等分点的平均理想比焓降 ∆ht
∆ = 66.8 kJ / kg
t
11
（4）计算压力级的级数
p
z ∆H (1+ a) = （3404.841- 2060.10)(1+ 0.06) ≈ 21
66.8
z -1
α ' = K a (1 -ηri' ) ∆H t
z
20
（2242.02080.05）⨯ =3.9⨯10-4⨯
21
a'-a0.0602-0.06
|=||
∆ht
（5）校核重热系数 a
=0.0602 ∆=|
（6）级数确定
前面得到非调节级的级数为 21，将 AB 线等 分为 20 等分，在原假定的平 均直径和速比变化线 CD、EF 上，读出每组的平均直径及速比，具体数据如下表所示。
（7）各级比焓降分配
∆hti=12.3245⨯(
di2
) xai
计算得到的各级理想比焓降值如下表所示。
在h-s 图中拟定的热力过程线上逐级做出各级比焓降，参数如下表所示。
6. 压力级计算结果
八、参考文献
[1]肖增弘.汽轮机课程设计.北京：中国电力出版社，2012. [2]谢诞梅.汽轮机原理.北京：中国电力出版社，2012 [3]王运民.汽轮机原理课程设计基础.北京电力出版社，2013. [4]冯慧雯.汽轮机课程设计参考资料.北京电力出版社，1991. [5]黄树红.汽轮机原理.北京电力出版社.2008. [6]赵素芬.汽轮机设备.北京；中国电力出版社.2002
[7]李维特.黄保海.汽轮机变工况热力计算.北京；中国电力出版社.2001