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汽轮机课程设计说明书
汽轮机原理课程设计说明书
课程设计说明书
题目：
12MW凝汽式汽轮机热力设计
2014年6月28日
汽轮机原理课程设计说明书
一、题目
12MW凝汽式汽轮机热力设计
二、目的与意义
汽轮机原理课程设计是培养学生综合运用所学的汽轮机知识，训练学生的实际应用能力、理论和实践相结合能力的一个重要环节。
通过该课程设计的训练，学生应该能够全面掌握汽轮机的热力设计方法、汽轮机基本结构和零部件组成，系统地总结、巩固并应用《汽轮机原理》课程中已学过的理论知识，达到理论和实际相结合的目的。
重点掌握汽轮机热力设计的方法、步骤。
三、要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等）
主要技术参数：
额定功率：
12MW
；设计功率：
10.5MW
；
新汽压力：
3.43MPa
；新汽温度：
435℃
；
排汽压力：
0.0060MPa
；冷却水温：
20℃
；
给水温度：
160℃
；机组转速：
3000r/min
；
主要内容：
1、确定汽轮机型式及配汽方式
2、拟定热力过程及原则性热力系统，进行汽耗量与热经济性的初步计算
3、确定调节级形式、比焓降、叶型及尺寸等
4、确定压力级级数，进行比焓降分配
5、各级详细热力计算，确定各级通流部分的几何尺寸、相对内效率、内功率与整机实
际热力过程曲线
6、整机校核，汇总计算表格
要求：
1、严格遵守作息时间，在规定地点认真完成设计；设计共计二周。
2、按照统一格式要求，完成设计说明书一份，要求过程完整，数据准确。
3、完成通流部分纵剖面图一张（一号图）
4、计算结果以表格汇总
汽轮机原理课程设计说明书
四、工作内容、进度安排
1、通流部分热力设计计算（9天）
（1）熟悉主要参数及设计内容、过程等
（2）熟悉机组型式，选择配汽方式
（3）蒸汽流量的估算
（4）原则性热力系统、整机热力过程拟定及热经济性的初步计算
（5）调节级选型及详细热力计算
（6）压力级级数的确定及焓降分配
（7）压力级的详细热力计算
（8）整机的效率、功率校核
2、结构设计（1天）
进行通流部分和进出口结构的设计
3、绘制汽轮机通流部分纵剖面图一张（一号图）（2天）
4、编写课程设计说明书（2天）
五、主要参考文献
《汽轮机课程设计参考资料》.冯慧雯.水利电力出版社.1992
《汽轮机原理》（第一版）.康松、杨建明编.中国电力出版社.2000.9
《汽轮机原理》（第一版）.康松、申士一、庞立云、庄贺庆合编.水利电力出版社.1992.6
《300MW火力发电机组丛书——汽轮机设备及系统》（第一版）.吴季兰主编.中国电力
出版社.1998.8
指导教师下达时间2014年6月15日
指导教师签字：
_______________
审核意见
系（教研室）主任（签字）
汽轮机原理课程设计说明书
前言
《汽轮机原理》是一门涉及基础理论面较广，而专业实践性较强的课程。
该课程的教
学必须有相应的实践教学环节相配合，而课程设计就是让学生全面运用所学的汽轮机原理
知识设计一台汽轮机，因此，它是《汽轮机原理》课程理论联系实际的重要教学环节。
它
对加强学生的能力培养起着重要的作用。
本设计说明书详细地记录了汽轮机通流的结构特征及工作过程。
内容包括汽轮机通流
部分的机构尺寸、各级的设计与热力计算及校核。
由于知识掌握程度有限以及二周的设计时间对于我们难免有些仓促，此次设计一定存
在一些错误和遗漏，希望指导老师给予指正。
编者
2014年6月28日
汽轮机原理课程设计说明书
第一章12MW凝汽式汽轮机设计任务书.....................................
1
1.1
设计题目：
10.5MW凝汽式汽轮机热力设计............................
1
1.2
设计任务及内容....................................................
1
1.3
设计原始资料......................................................
1
1.4
设计要求..........................................................
1
第二章多级汽轮机热力计算...............................................
2
2.1
近似热力过程曲线的拟定............................................
2
2.2
汽轮机总进汽量的初步估算
..........................................
4
2.3
回热系统的热平衡初步计算
..........................................
4
2.4
流经汽轮机各级机组的蒸汽两级及其内功率计算........................
8
2.5
计算汽轮机装置的热经济性
..........................................
9
第三章
通流部分选型及热力计算
........................................
10
3.1
通流部分选型.....................................................
10
第四章
压力级的计算........
..........................................
12
4.1
各级平均直径的确定：
..............................................
12
4.2
级数的确定及比焓降的分配：
........................................
13
4.3
各级的热力计算...................................................
14
4.4
第一压力级的热力计算.....................................................
24
第五章整机校核及计算结果的汇总.......................................
30
5.1
整机校核.........................................................
30
5.2
级内功率校核：
....................................................
30
5.3
压力级计算结果汇总...............................................
21
参考文献
..................................................................
21
汽轮机原理课程设计说明书
第一章12MW凝汽式汽轮机设计任务书
1.1设计题目：
10.5MW凝汽式汽轮机热力设计
1.2设计任务及内容
根据给定条件完成汽轮机各级尺寸的确定及级效率和内功率的计算。
在保证运行安全的基础上，力求达到结构紧凑、系统简单、布置合理、使用经济性高。
汽轮机设计的主要内容：
1.确定汽轮机型式及配汽方式；
2.拟定热力过程及原则性热力系统，进行汽耗量于热经济性的初步计算；
3.确定调节级型式、比焓降、叶型及尺寸等；
4.确定压力级级数，进行比焓降分配；
5.各级详细热力计算，确定各级通流部分的几何尺寸、相对内效率、内功率与整机实际热力过程曲线；
6.整机校核，汇总计算表格。
1.3设计原始资料
额定功率：
12MW
设计功率：
10.5MW
新汽压力：
3.43MPa
新汽温度：
435℃
排汽压力：
0.0060MPa
冷却水温：
20℃
给水温度：
160℃
回热抽汽级数：
4
机组转速：
3000r/min
1.4设计要求
1.严格遵守作息时间，在规定地点认真完成设计，设计共计两周；
2.完成设计说明书一份，要求过程完整，数据准确；
3.完成通流部分纵剖面图一张（A1图）
1
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4.计算结果以表格汇总。
第二章多级汽轮机热力计算
2.1近似热力过程曲线的拟定
一、进排汽机构及连接管道的各项损失
蒸汽流过各阀门及连接管道时，会产生节流损失和压力损失。
表2-1列出了这些损失通常选取范围。
表2-1汽轮机各阀门及连接管道中节流损失和压力估取范围
损失名称符号估算范围
主汽管和调节阀节流损
p0
△P=（0.03～0.05）p0
失
排汽管中压力损失
pc
△P=（0.02～0.06）pc
回热抽汽管中压力损失pe△P=（0.04～0.08）pe
P0
＇
P0
0
P0
t0
0＇
（
Pc＇
him
ht
m
ac
Pc
ac
ht
m
h
Pc
s
2
汽轮机原理课程设计说明书
图2-1进排汽机构损失的热力过程曲线
二、汽轮机近似热力过程曲线的拟定
根据经验，对一般非中间再热凝汽式汽轮机可近似地按图2-2所示方法拟定近似热力过程曲线。
由已知的新汽参数p0、t0，可得汽轮机进汽状态点0，并查得初比焓h0=3310KJ/kg。
由
前所得，设进汽机构的节流损失
P0=0.04P0，得到调节级前压力
＇
=P0-
P0=3.3MPa，
P0
并确定调节级前蒸汽状态点1。
过1点作等比熵线向下交于Px线于2点，查得h2t=2145KJ/kg，
'
整机的理想比焓降htmac=3310–2145=1165KJ/kg。
由上估计进汽量后得到的相对内效
率η
=84%，有效比焓降
mac
h
mac＇
=978.6KJ/kg，排汽比焓h=h–
mac
ri
h=（
）η
h=
t
t
ri
z0
t
3310-978.6=2331.4KJ/kg
，在h-s图上得排汽点
Z。
用直线连接1、Z两点，在中间3'
点处沿等压线下移25KJ/kg得3点，用光滑连接1、3、Z点，得该机设计工况下的近似热
力过程曲线，如图2-2所示
3.43M
3.3Mpa
435℃h0=3310kJ/kg
g
k
/
J
k
5
6
1
1
1
3＇
g
k
/
J
k
5
g
2
k
3
/
J
k
6
.
8
7
9
0.007Mpa
zhz=2331.47kJ/kg
2
h2t=2145kJ/
3
汽轮机原理课程设计说明书
图2-217MW凝汽式汽轮机近似热力过程曲线
2.2汽轮机总进汽量的初步估算
一般凝汽式汽轮机的总蒸汽流量D0可由下式估算：
D0
3.6Pe
mDt/h
htmac'
gm
式中Pe
———汽轮机的设计功率，
KW；
ht
mac'
——通流部分的理想比焓降，KJ/kg；
ri
———汽轮机通流部分相对内效率的初步估算值；
g
———机组的发电机效率
；
m
———机组的机械效率；
D———考虑阀杆漏气和前轴封漏汽及保证在处参数下降或背压升高时仍能
发出设计功率的蒸汽余量，通常取D/D0=3%左右，t/h
m————考虑回热抽汽引起进汽量增大的系数，它与回热级数、给水温度、汽
轮机容量及参数有关，通常取m=1.08～1.25，
设m=1.13D=0t/hm=0.99g=0.97则
D0=3.6×10500×1.13/（978.6×0.99×0.97）=45.5t/h
蒸汽量D包括前轴封漏汽量Dl=1.000t/h
调节抽汽式汽轮机通流部分设计式，要考虑到调节抽汽工况及纯凝汽工况。
般高压部分的进汽量及几何尺寸以调节抽汽工况作为设计工况进行计算，低压部分的进汽量及几何下以纯凝汽工况作为设计工况进行计算。
2.3回热系统的热平衡初步计算
汽轮机进汽量估算及汽轮机近似热力过程曲线拟定以后，就可进行回热系统的热平衡计算。
一、回热抽汽压力的确定
1.除氧器的工作压力
给水温度tfw和回热级数zfw确定之后，应根据机组的初参数和容量确定除氧器的工作
4
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压力。
除氧器的工作压力与除氧效果关系不大，一般根据技术经济比较和实用条件来确定。
通常在中低参数机组中采用大气式除氧器。
大气式除氧器的工作压力一般选择略高于大气
压力即0.118MP。
2.抽汽管中压力损失pe
在进行热力设计时，要求pe不超过抽汽压力的10%，通常取pe=（0.04～0.08）pe，级
间抽汽时取较大值，高中压排汽时取较小值。
3.表面式加热器出口传热端差t
由于金属表面的传热阻力，表面式加热器的给水出口水温tw2与回热抽汽在加热器中凝结的
饱和水温te'间存在温差t=te'-tw2称为加热器的出口端差，又称上端差，经济上合理的端
差需通过综合的技术比较确定。
一般无蒸汽冷却段的加热器取t=3～6℃
4.回热抽汽压力的确定
在确定了给水温度tfw、回热抽汽级数zfw、上端差t和抽汽管道压损pe等参数后，可以
根据除氧器的工作压力，确定除氧器前的低压加热器数和除氧器后的高压加热器数，同时
确定各级加热器的比焓升hw或温升tw。
这样，各级加热器的给水出口水温tw2也就确定
了。
根据上端差t可确定各级加热器内的疏水温度te'，即te'=tw2+t。
从水和水蒸气热力
性质图表中可查得te'所对应的饱和蒸汽压力-----个加热器的工作压力pe'。
考虑回热抽汽
管中的压力损失，可求出汽轮机得抽汽压力pe，即pe=pe'+pe。
在汽轮机近似热力过程
曲
线中分别找出个抽汽点得比焓值he，并将上述参数列成表格如下：
5
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表2-218MW凝汽式汽轮机即热汽水参数
加
抽
抽
抽
加
饱
饱
出
给
给
热
汽
汽
汽
热
和
和
口
水
水
器
压
比
管
器
水
水
端
出
出
号
力
焓
压
工
温
比
差t
口
口
pe
he
损
作
度
焓
℃
水
比
（MPa（KJ/kg
pe
pe压
te'
he'
温
焓
）
）
力
℃
（KJ/kg
tw2
hw2
（%）
pe'
）
℃
（KJ/kg）
（MPa）
Hl
0.761
2965.3
8
0.7003
165
697.38
5
160
675.6
H2
0.312
2865
8
0.2875
132.12
555.45
5
127.12
534.1
Hd
0.141
2695.1
17
0.1177
104.25
437.02
0
104.25
437.02
H3
0.089
2634.7
8
0.0819
93.15
394.5
3
90.15
377.6
6
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二、各级加热器回热抽汽量计算
1.H1高压加热器其给水量为
D=D-
D
D+
D=45.5-0.6+0.42+0.3=45.62t/h
fw
0
l+
l1
ej
式中
Dl
———高压端轴封漏汽量，
0.6t/h；
Dl1
———漏入H2高压加热器的轴封漏气量，0.42t/h
Dej
———射汽漏汽器耗汽量，
0.3t/h
该级回热抽汽量为：
Del
Dfw（hw2
hw1）==2.9t/h
（he1he'1）h
2.H2高压加热器
其热平衡图见
2-11先不考虑漏入H2高压加热器的那部分轴封
漏汽量
Dl1以及上级加热器的疏水量
Del，则该级加热器的计算抽汽量为
De2
'
Dfw（hw2
hw1）
=2.0t/h
'
（he1he1）h
考虑上级加热器疏水流入H2高压加热器并放热可使本级抽汽量减少的相当量为
De1e
D
（h
'
h
'
）
e1
e1
e2
=0.18t/h
（he2
he2'
）
h
考虑前轴封一部分漏汽量Dl1漏入本级加热器并放热可使本级回热抽汽量减少的相当量为
△Dt=0.47t/h
h1———轴封漏汽比焓值，相当于调节级后汽室中蒸汽比焓，h1=3098.1kj/kg。
本级高压加热器H2实际所需回热抽汽量为
△De2=1.9-0.18-0.47=1.35t/h
3.Hd（除氧器）除氧器为混合式加热器。
7
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分别列出除氧器的热平衡方程是与质量平衡式：
Dedhed
（Del
De2
Dl1）he'2
Dcwhw1Dfwhed'
Dcw
Dl1
Ded
Del
De2Dfw
代入数据解得：
抽汽量除氧器Ded=0.95t/h
凝结水量Dfw=40t/h
4.H3低压加热器
Pc’=Pz=0.006MPaPc=0.0058MPa
凝结水饱和温度Tc=35.6℃比焓值hc’=148.87
0.3*2302.7/38.862=17.8△tej=3℃
Tw1=35.6+3=38.6℃比焓值148.87
H3抽气量
△De3=40*（377.6-148.87）/（2634.7-394.5）*0.98=4.17h/h2.4流经汽轮机各级机组的蒸汽两级及其内功率计算
调节级:
D02445..3675t/h
Pi0=45.5*（3310-2098.1）/3.6=2678
第一级组：
D1=45.5-0.6=44.9t/h
Pi1=D1（hl-he1）/3.6=44.9×（3098.1－2965.3）/3.6=1656kw第二级组：
D2=D1-Del=44.9-2.9=42t/h
Pi2=D2（he1-he2）/3.6=42×（2965.3-2865）/3.6=1170kw第三级组：
D3=D2-De2=42-1.35=40.65t/h
Pi3=D3（he2-hed）/3.6=40.65×（2865-2695.1）/3.6=1918kw第四级组：
D4=D3-Ded=40.65-0.95=39.7t/h
Pi4=D4（hed-he3）/3.6=39.7×（2695.1-2634.7）/3.6=666kw
8
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第五级组：
D5=D4-De3=39.7-4.17=35.53t/h
P
i5
=D（h-h）/3.6=35.53×（2634.7-2331.4）/3.6=2993kw
5
e3
e4
整机内功率：
Pi=ΣPi=11081kw
2.5计算汽轮机装置的热经济性
机械损失
Pm=Pi（1-ηm）=11081×（1-0.99）=110.81kw
轴端功率
P
=P-
P=11081-110.81=10970.19kw
a
i
m
发电机功率Pe=Paηg=10970.19×0.97=10641kw
校核
（11081-10641）/11081×100%=1.3%
符合设计工况Pe=10500kw的要求，原估计的蒸汽量
D0正确。
汽耗率：
d
D0
103
94200
Pe
4.28kg/（kw.h）3.74
25192.47
不抽汽时估计汽耗率：
d
D0103
t/h
24367
3.733
[
D0（h0hz）
P]
m
[24.367
（33052312.8）
88.23]0.985
3.6
m
3.827
3.6
汽轮机装置汽耗率：
qd（h0hfw）=4.285×（3310-675.6）=11275KJ/（kw.h）
汽轮
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