合肥工业大学本科毕业设计说明书
第一章 绪 论
汽轮机是以蒸汽为工质的旋转式热能动力机械，与其他原动机相比，它具有单机功率大、效率较高、运转平稳和使用寿命长等优点?1?。
1.1汽轮机概述
1.1.1汽轮机的分类
1．按工作原理分
喷嘴叶栅(或静叶栅)和与其相配的动叶栅组成汽轮机中基本的工作单“级”，不同的级顺序串联构成多级汽轮机。蒸汽在级中以不同方式进行能量转换，便形成不同工作原理的汽轮机，即冲动式汽轮机和反动式汽轮机：
1)冲动式汽轮机：主要由冲动级组成，在级中蒸汽基本上在喷嘴叶栅(或静叶栅)中膨胀，在动叶栅中只有少量膨胀。
2)反动式汽轮机：主要由反动级组成，蒸汽在汽轮机的静叶栅和动叶栅中都有相当程度的膨胀。 2．按热力特性分
1)凝汽式汽轮机：汽轮机的排汽在低于大气压力的真空状态下进入凝汽器凝结成水。若将蒸汽在汽轮机某级后引出再次加热，然后再返回汽轮机继续膨胀做功，这就是中间再热凝汽式汽轮机。
2)背压式汽轮机：汽轮机的排汽压力大于大气压力，排汽直接供热用户使用，而不进入凝汽器。当排汽作为其他中、低压汽轮机的工作蒸汽时，又称前置式汽轮机。
3)调整抽汽式汽轮机：从汽轮机中间某级后抽出—定的可以调整参数、流量的蒸汽对外供热，汽轮机的排汽进入凝汽器。可分为一次调整抽汽式汽轮机和两次调整抽汽式汽轮机。
4)抽汽背压式汽轮机：具有调整抽汽的背压式汽轮机，调整抽汽和排汽都分别供热用户。
5)多压式汽轮机：汽轮机的进汽不止一个参数，在汽轮机的某中间级前又引入其他来源的蒸汽，与原来的蒸汽混合共同膨胀做功。
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3.按主蒸汽压力分
1)低压汽轮机：主蒸汽压力为0.12～1.5MPa； 2)中压汽轮机：主蒸汽压力为2～4MPa； 3)高压汽轮机：主蒸汽压力为6～10MPa； 4)超高压汽轮机：主蒸汽压力为12～14MFa； 5)亚临界压力汽轮机：主蒸汽压力为16～18MFa； 6)超临界压力汽轮机：主蒸汽压力大于22.1MPa；
7)超超临界压力汽轮机(Ultra supercritical,简称USC)：主蒸汽压力大于31MPa或蒸汽温度超过566℃。
?3?1.1.2汽轮机的发展史及现状
1883年，瑞典工程师拉伐尔（Laval）研制出了第一台功率为3.7kW单级轴流式汽轮机。
1920年左右，汽轮机出现了给水回热系统，提高了汽轮机的相对内效率。 1925年，出现了第一台中间再热式汽轮机，进一步提高了汽轮机相对内效率和绝对效率。
21世纪40年代以后，尤其是最近30几年来，汽轮机发展特别迅速。现代汽轮机发展的基本方向是以增大单机功率为中心的
?4?。
自70年代以来，工业发达国家汽轮机的制造几乎普遍进入百万级。2006年11月28日，华能玉环电厂的第一台1000MW超超临界燃煤机组正式投入商业运行，正式标志着我国已进入了百万级时代。
当今世界上，汽轮机的主要制造企业有：美国的通用电气公司，美国的西屋电气公司，瑞士的勃朗·鲍维利公司，法国的阿尔斯通大西洋公司，苏联的列宁格勒金属工厂，日本的日立株式会社（简称日立)、东京芝浦电汽株式会社(简称东芝) 和三菱株式会社(简称三菱)。
我国自1955年制造第一台中压6MW汽轮机以来，在以后的30几年时间里，已经走完了从中压机组到亚临界600MW机组的全部过程，特别是近10几年内，发展较快。这预示着我国将制造出更大功率等级的汽轮机并逐步赶上世界先进水平。
我国生产汽轮机的主要工厂有哈尔滨汽轮机厂、上海汽轮机厂和东方汽轮机厂。除了这三个大型工厂以外，还有北京重型电机厂、青岛汽轮机厂和武汉汽轮机厂等
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中小型汽轮机厂，还有以生产工业汽轮机为主的杭州汽轮机厂和以生产燃汽轮机为主的南京汽轮机厂。
1.2汽轮机热力设计的发展
回顾汽轮机的发展，汽轮机热力设计的发展可以分为以下三个阶段?5?： 第1代：60年代之前，汽动热力设计依靠平均截面上的一维设计即速度三角形计算，代表特征是等截面直叶片或自由涡流型造型。
第2代：80年代前，S2流面上的设计计算开始引入，其代表特征是可控涡和可控反动度设计概念、新型扭叶片得到应用，汽动热力设计进入一维/二维阶段。
第3代：从90年代开始，其代表性特征是采用弯扭叶片等复杂全三维造型。该阶段采用了当代计算流体力学的最新成就，即全三维NS方程数值解来分析级内全三维流场，汽动热力设计进入一维/二维(准三维)/全三维阶段。通流部分汽动热力设计概念的进步使汽轮机热效率有了显著提高。
综合国外文献报道，每一代新技术使汽轮机热耗下降1.5％～2.0％，故第3代汽轮机热耗比第1代下降幅度为3％～4％。设计概念的进步集中体现于设计方法的更新。设计方法的进步从功能上是由一维计算到三维计算的完善过程，其实质则是由主要依靠实验和经验的设计方法向主要依靠设计软件体系即计算流体力学设计方法的转变。这一转变的科学基础是近30年来计算流体力学和计算机技术的巨大发展和进步。
1.3热力设计的内容和主要目的
汽轮机热力设计的任务是，按给定的设计条件，确定通流部分的几何尺寸，力求获得高的相对内效率。汽轮机的通流部分即汽轮机本体中汽流的通道，包括调节阀、级的通流部分和排汽部分。就汽轮机热力设计而言，其任务通常是指各级几何尺寸的确定及级效率和内功率的计算。
1.汽轮机热力设计的主要内容与设计程序大致包括：
1) 根据所给设计参数，分析并选择配汽机构形式、通流部分形状及有关参数； 2)拟定汽轮机近似热力过程曲线和原则性回热系统，进行汽耗量及热经济性的初步计算；
3)根据汽轮机运行特性、经济要求及结构强度等因素，比较和确定调节级的型式、比焓降、叶型及尺寸等；
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4)根据通流部分形状和回热抽汽点要求，确定压力级即非调节级的级数和排汽口数，并进行各级比焓降分配；
5)对各级进行详细的热力计算，求出各级通流部分的几何尺寸、相对内效率和内功率，确定汽轮机实际的热力过程曲线；
6)根据各级热力计算的结果，修正各回热抽汽点压力以符合实际热力过程曲线的要求，并修正回热系统的热平衡计算；
7)根据需要修正汽轮机热力计算结果；
8)初步确定轴封系统，计算轴封漏汽量和阀杆漏汽量； 9）对200MW调整抽汽式汽轮机进行热经济性分析； 10)绘制通流部分方案图及汽轮机的纵剖面方案图。 2.汽轮机热力设计的目的：
1)对200MW调整抽汽式汽轮机结构有一个整体认识，并对其内部具体结构有所了解；
2)掌握200MW调整抽汽式汽轮机热力设计的具体步骤，加深对汽轮机工作原理的理解；
3)通过对200MW调整抽汽式汽轮机的热力设计，对电站汽轮机有一个更加全面的系统的认识，为今后从事电站汽轮机的运行打下坚实的理论基础。
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第二章 回热系统设计
采用回热加热给水可以减小排汽在凝汽器中被冷却水带走的热损失，提高装置循环的热效率。本设计的初参数见表2-1。
表2-1 初参数表
汽轮机额定功率 汽轮机设计功率 汽轮机初压 汽轮机初温 汽轮机转速 汽轮机总进汽量 再热压力 抽汽供热式 设计功率 回热级数 Pe Pe p0 t0 MW MW 200 200 12.7 535 3000 603.85 汽轮机背压 凝结水量 凝汽器出口水温 冷却水温度 汽轮机给水温度 抽汽供热式 冷却水温度 抽汽供热式 给水温度 抽汽供热式背压 pc MPa 0.0055 th 490.65 ???Dcw tc tcf tfw tcf MPa ?C C C 35 20 246 20 535 245.1 C n D0 rmin th ?C C C pz Pe MPa 2.231 再热温度 145 8 tz tfw ?MPa ? pc MPa 0.003 2.1回热系统的选择
图2-1 原则性回热系统
N—凝汽器；JD1、JD1、JD1、JD1—一至四号低压加热器；CF1—汽封加热器；
CY—除氧器；JG1、JG1、JG1—高压加热器；ZL—蒸汽冷却器；CF2—汽封冷却器
200MW汽轮机的回热系统中，包括三台高压加热器，一台除氧器，四台低压加热器（如图2-1所示）。为获得良好的加热效果，给水在各加热器中的热量分配基本上是按等焓升的原则确定的。
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