汽輪機是按照經濟功率設計的，即根據給定的設計要求如功率、蒸汽初引數、轉速以及汽輪機所承擔的任務等，確定機組的汽耗量、級數、通流部分的結構尺寸、蒸汽引數在各級的分布以及效率、功率等。汽輪機在設計條件下執行稱為設計工況。由於此工況下蒸汽在通流部分的流動與結構相適應，使汽輪機有最高的效率，所以設計工況亦稱為經濟工況。
由於要適應電網的調峰以及機組實際執行過程中執行引數的偏差等原因，汽輪機不可能始終保持在設計條件下，即負荷的變化不可避免的，蒸汽初終引數偏離設計值，通流部分的結垢、腐蝕甚至損壞，回熱加熱器停用等在實際執行中也時有發生等等。汽輪機在偏離設計條件下的工作，稱為汽輪機的變工況。在變工況下，蒸汽量、各級的汽溫汽壓、反動度、比焓降等可能發生變化，從而引起汽輪機功率、效率、軸向推力、零件強度、熱膨脹、熱應力等隨之改變。
通過本課程設計加深、鞏固《汽輪機原理》中所學的理論知識，了解汽輪機熱力設計的一般步驟，掌握每級焓降以及有關引數的選取，熟練各項損失和速度三角形的計算，通過課程設計以期達到對汽輪機的結構進一步了解，明確主要零部件的位置與作用。具體要求就是按照某機組存在的問題，根據實際情況，制定改造方案，通過理論與設計計算，解決該汽輪機本體存在的問題，達到汽輪機安全、經濟執行的目的[1-4]。
內容：某12mw背壓機組小流量工況下通流部分改造方案的制定
機組型式：b12-50∕10型背壓式汽輪機
配汽方式：噴嘴配汽
調節級選型：復速級
設計工況下的引數：附錄
該機組是武漢汽輪機廠早期生產的b12-50∕10型背壓式汽輪機。調節級為復速級，3個壓力級，級的型別為衝動級。
(1)機組額定引數
主蒸汽壓力：4.9mpa
主蒸汽溫度：435℃
總進汽流量：150t/h
排汽壓力：0.98mpa
額定功率：12mw
額定轉速：3000rpm
(2)原機組改造技術引數與要求
由於實際供熱負荷的改變，曾對該機組進行過通流部分改造，改造原則為減小汽輪機的通流面積，以適應新的蒸汽流量，避免產生鼓風工況。由於受到現場施工難度限制，採取了保持噴嘴高度和動葉高度不變，封堵部分噴嘴的改造方案，該機組改造前為次高壓背壓機組，改造後為抽背機組，原機組改造方案與技術引數要均依據汽輪機廠家說明書引數確定。
主蒸汽壓力：4.9mpa
主蒸汽溫度：435℃
總進汽流量：55t/h
復速級後壓力2.2mpa
復速級後溫度355℃
抽汽流量：10—12t/h
排汽壓力0.98mpa
排汽溫度 300℃
額定功率3000kw
額定汽耗16.87kg/kw·h
汽輪機內效率63.6%
以上資料為機組改造時的技術引數要求。但實際執行時抽汽並沒有投用。改造後機組初引數未能達到要求的引數，新蒸汽壓力為4.
2mpa~4.3mpa，終引數（背壓）在設計值高限執行（0.95~1.
0mpa表），機組各種損失較大，相對內效率很低。復速級後經常超溫，有時級後可高達395℃（原廠家要求最高不超過350℃），機組排汽溫度達到350℃（原機組額定流量下為300℃），由於該機組轉子為套裝轉子，復速級超溫對機組安全執行帶來嚴重的隱患，且機組出力不足2000kw。
該機組由於實際供熱負荷的大幅增加，汽輪機偏離原有設計工況，主蒸汽流量由150t/h降低至55t/h(工況1)和40t/h(工況2)。汽輪機在極端變工況下執行時，汽輪機各級焓降分配、熱力引數均發生改變，在極低負荷情況下還會發生鼓風現象。從執行安全經濟性出發，需要對該機組再次進行改造，以解決復速級後超溫問題，同時提高機組的效率。
本次設計的任務：
（1）能對原機組額定工況進行核算
（2）能對機組03年改造工況進行核算和分析
（3）通過對機組03年改造工況的核算分析，提出有效解決措施，同時保證機組安全執行。
（4）能夠使機組在該改造工況下優化執行，不僅解決復速級後超溫問題，同時能夠提高機組的效率。
本次設計的要求：
（1）改造後機組形式：背壓機組，執行方式仍採用以熱定電方式執行。
（2）機組引數要求：
工況1：主蒸汽溫度435℃ ，主蒸汽壓力4.2mpa，排汽壓力0.95mpa，主蒸汽流量 55t/h；
工況2：主蒸汽溫度435℃ ，主蒸汽壓力4.3mpa，排汽壓力0.85mpa，主蒸汽流量 40t/h。
（3）設計限制條件
①通流尺寸
通流面積的改變方法為封堵壓力級部分噴嘴，噴嘴封堵數目為整數，限制噴嘴出口面積取值；蒸汽在汽輪機內的膨脹是按照葉柵面積比膨脹的，動葉計算通流面積取值需要由噴嘴出口面積求得；
②調節級後蒸汽溫度
調節級後蒸汽溫度<350℃，調節級後蒸汽溫度超限的原因為調節級焓降過小，增加調節級整級理想焓降可以降低調節級的級後溫度；
③壓力級級數
壓力級級數可減少，至少保留1級，不可增加；
④調節級噴嘴前壓力
全開調節汽門時，調節汽門及管道壓降取0.15mpa，工況1設計結果調節級噴嘴前壓力<4.05mpa，工況2設計結果調節級噴嘴前壓力<4.15mpa。
⑤機組排汽壓力
機組排汽壓力滿足要求：工況一，排汽壓力0.95mpa
工況二，排汽壓力0.85mpa
（計算時可不考慮衝角損失和極限膨脹損失；軸封系統及門杆漏汽按5t/h考慮）
汽輪機熱力設計的任務是，按給定的設計條件，確定通流部分的幾何尺寸，力求獲得高的相對內效率。汽輪機的通流部分即汽輪機本體中汽流的通道，包括調節閥、級的通流部分和排汽部分。就汽輪機課程設計而言，其任務通常是指各級幾何尺寸的確定及級效率和內功率的計算。
汽輪機整機的熱力計算是建立在單級計算的基礎上的，因此研究單級的熱力核算對於保證順利完成整機核算任務有重要的意義。
目前，在變工況計算中，根據不同的給定原始條件，單級的詳細熱力計算可分為：順序計算和倒序計算兩種基本演算法，此外還有將倒序和順序結合起來的混合演算法。對調節級的熱力核算還有特性曲線演算法。
順序演算法以給定的級前狀態為起點，由前向後計算；順序演算法的優點是計算簡單，缺點之一是不能計算臨界工況，因為臨界工況下，小於臨界壓力的任一壓力值均可作為噴嘴背壓，背壓不易確定。順序演算法的另一缺點是調節級有部分開啟調節汽門時不能計算，因為部分開啟時噴嘴前的壓力無法求得，但對全開調門後的噴嘴與動葉可以計算。
倒序演算法則以級後狀態為起點，由後向前計算。倒序演算法的優點是可以計算級的臨界工況，也可以計算調節級部分開啟調節汽門後的噴嘴與動葉。它的缺點是計算繁瑣。
混合演算法中，每級都包括先是倒序後是順序的若干次混合計算。只有當倒序和順序計算結果相符合時，級的核算才可以結束，然後逐級向前推進。這三種方法都建立在噴嘴和動葉出口截面連續方程和單級工作原理的基礎上，並且計算時，級的流量和幾何尺寸是已知的。
本設計題目中，配汽方式對計算結果的影響進行簡化處理。改造後配汽方式採用關閉部分閥門，其餘閥門節流配汽方式。進行熱力設計時，所選取的工況均認為是節流配汽時閥門全開工況，可以採用順序演算法。
本題目中背壓汽輪機各級壓比較大，復速級及各壓力級中流動為臨界狀態的可能性較小，可以採用順序演算法，如計算中出現臨界狀態，可嘗試調整級的焓降改變汽流速度。
調節級後蒸汽熱力狀態對其後面的流通部分的熱力過程影響很大，故而調節級變工況計算對於整個汽輪機熱力工況計算非常重要。以下給出雙列調節級熱力計算演算法。為簡單起見，僅研究噴嘴調節的配汽方式，並忽略調節中重疊度的影響。
單列級的熱力計算往往採用由級後到級前的逆序計算，然後再進行順序校核計算的迭代演算法。對於雙列級，如果仍然整級採用這種逆、順序演算法，則在初次逆序計算時假設引數較多，如各項有關損失、動葉入口速度和導葉入口速度等，將它們放在同一層迭代，由於彼此之間相互耦合，使得迭代次數較多，影響了計算速度。為此，本設計可以採用將雙列級從結構上分為兩組的演算法：
第一組由轉嚮導葉和第二列動葉構成，第二組由噴嘴和第一列動葉構成；首先對單個組進行熱力計算，然後對級整體做進一步計算，這樣，將多個假設量分割開而分別進行迭代計算，使迭代次數降低，從而提高了計算速度。同時，僅須已知該級的有關幾何特性及級前蒸汽引數和級後壓力便可進行熱力計算。
單組的熱力計算採取迭代法，每輪計算分逆序計算和順序計算兩步。倒序計算目的是在已知蒸汽流量、通流部分結構和組後蒸汽狀態的前提下，噴嘴(導葉)和動葉出口截面連續流動方程為基礎確定組的各處蒸汽狀態，具體思路與方法提供如下參考：
3.3.1 級的變工況熱力核算方法——倒序演算法
圖1 級的熱力過程線
圖2 倒序計算程式圖
下面給出單級的倒序計算過程，其餘各級方法相同，其計算步驟如下：
1. 排汽壓力，排汽溫度已知，則由蒸汽焓值計算軟體可查出3點比焓值
2. 根據 、、、估計這四部分損失
3. 計算
4. 已知
5. 已知、可查出
6. 估計噴嘴個數
7. 動葉出口面積
8. 動葉流量
9. 計算動葉出口相對速度
10. 計算馬赫數是否滿足亞臨界工況
11. 計算圓周速度
12. 動葉出口相對速度角已知可求得
13. 計算動葉出口絕對速度根據餘弦定理可求得
14. 計算動葉出口汽流角
15. 計算餘速損失與之前估計值相比，計算相對誤差並在範圍內，若不在調整估計值，重新計算
16. 動葉速度係數根據0.85~0.95進行取值，取0.92
17. 計算動葉滯止比焓降
18. 計算動葉損失
19. 估計動葉進口有效相對速度
20. 計算動葉理想比焓降
汽輪機課程設計指導書排版
汽輪機熱力特性計算與改造方案設計 實驗班試用教材 汽輪機課程設計 姓名學號 班級學校 九 編後語 一 課程設計的目的與要求 1,4 通過本課程設計加深 鞏固 汽輪機原理 中所學的理論知識，了解汽輪機熱力設計的一般步驟，掌握每級焓降以及有關引數的選取，熟練各項損失和速度三角形的計算，通過課程設計以期達...
汽輪機課程設計設計任務書指導書2019
電氣工程學院 課程設計任務書 課題名稱 汽輪機變工況執行的經濟性和安全性核算 專業 班級 熱能與動力工程101班 指導教師錢進 2014年7月14日至2014年7月25日共2周 指導教師簽名 教研室主任簽名 分管院長簽名 一 設計題目 汽輪機變工況執行下的經濟性和安全性核算 設計物件為1臺50mw純...
600MW汽輪機課程設計
1 引言 1.1汽輪機簡介 汽輪機是以蒸汽為的旋轉式熱能動力機械，與其他原動機相比，它具有單機功率大 效率 執行平穩和使用壽命長等優點。汽輪機的主要用途是作為發電用的原動機。在使用化石燃料的現代常規火力發電廠 核電站及地熱發電站中，都採用汽輪機為動力的汽輪發電機組。汽輪機的排汽或中間抽汽還可用來滿足...