《汽輪機原理》習題及答案1

1、1.汽輪機級內(nèi)漏汽主要發(fā)生在 隔板 和 動葉頂部 。2.葉輪上開平衡孔可以起到 減小軸向推力 的作用。3.部分進汽損失包括 鼓風 損失和 斥汽 損失。4.汽輪機的外部損失主要有 機械損失 和 軸封損失 。5.濕氣損失主要存在于汽輪機的 末級和次末級 。6.在反動級、沖動級和速度級三種方式中，要使單級汽輪機的焓降大，損失較少，應采用 反動級 。7.輪周損失包括： 噴嘴損失 、 動葉損失 、 余速損失 。3汽輪機的級答：汽輪機的級是汽輪機中由一列靜葉柵和一列動葉柵組成的將蒸汽熱能轉(zhuǎn)換成機械能的基本工作單元。6臨界壓比答：汽流達到音速時的壓力與滯止壓力之比。7級的相對內(nèi)效率答：級的相對內(nèi)效率是指級的

2、有效焓降和級的理想能量之比。9級的反動度答：動葉的理想比焓降與級的理想比焓降的比值。表示蒸汽在動葉通道內(nèi)膨脹程度大小的指標。10余速損失答：汽流離開動葉通道時具有一定的速度，且這個速度對應的動能在該級內(nèi)不能轉(zhuǎn)換為機械功，這種損失為余速損失。13部分進汽損失 答：由于部分進汽而帶來的能量損失。14濕氣損失 答：飽和蒸汽汽輪機的各級和普通凝汽式汽輪機的最后幾級都工作與濕蒸汽區(qū)，從而對干蒸汽的工作造成一種能量損失稱為濕氣損失。17沖動級和反動級的做功原理有何不同？在相等直徑和轉(zhuǎn)速的情況下，比較二者的做功能力的大小并說明原因。 答：沖動級做功原理的特點是：蒸汽只在噴嘴中膨脹，在動葉汽道中不膨脹加速，只

3、改變流動方向，動葉中只有動能向機械能的轉(zhuǎn)化。 反動級做功原理的特點是：蒸汽在動葉汽道中不僅改變流動方向，而且還進行膨脹加速。動葉中既有動能向機械能的轉(zhuǎn)化同時有部分熱能轉(zhuǎn)化成動能。在同等直徑和轉(zhuǎn)速的情況下，純沖動級和反動級的最佳速比比值：/ =（）im/（）re=（）/=/=1/2上式說明反動級的理想焓降比沖動級的小一倍18分別說明高壓級內(nèi)和低壓級內(nèi)主要包括哪幾項損失？ 答：高壓級內(nèi)：葉高損失、噴嘴損失、動葉損失、余速損失、扇形損失、漏氣損失、葉輪摩擦損失等；低壓級內(nèi)：濕氣損失、噴嘴損失、動葉損失、余速損失，扇形損失、漏氣損失、葉輪摩擦損失很小。19簡述蒸汽在汽輪機的工作過程。答：具有一定壓力和

4、溫度的蒸汽流經(jīng)噴嘴，并在其中膨脹，蒸汽的壓力、溫度不斷降低，速度不斷升高，使蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為動能，噴嘴出口的高速汽流以一定的方向進入裝在葉輪上的通道中，汽流給動葉片一作用力，推動葉輪旋轉(zhuǎn)，即蒸汽在汽輪機中將熱能轉(zhuǎn)化為了機械功。20汽輪機級內(nèi)有哪些損失？造成這些損失的原因是什么？答：汽輪機級內(nèi)的損失有：噴嘴損失、動葉損失、余速損失、葉高損失、葉輪摩擦損失、部分進汽損失、漏汽損失、扇形損失、濕氣損失9種。造成這些損失的原因： （1）噴嘴損失：蒸汽在噴嘴葉柵內(nèi)流動時，汽流與流道壁面之間、汽流各部分之間存在碰撞和摩擦，產(chǎn)生的損失。（2）動葉損失：因蒸汽在動葉流道內(nèi)流動時，因摩擦而產(chǎn)生損失。 （3）余速

5、損失：當蒸汽離開動葉柵時，仍具有一定的絕對速度，動葉柵的排汽帶走一部分動能，稱為余速損失。（4）葉高損失：由于葉柵流道存在上下兩個端面，當蒸汽流動時，在端面附面層內(nèi)產(chǎn)生摩擦損失，使其中流速降低。其次在端面附面層內(nèi)，凹弧和背弧之間的壓差大于彎曲流道造成的離心力，產(chǎn)生由凹弧向背弧的二次流動，其流動方向與主流垂直，進一步加大附面層內(nèi)的摩擦損失。（5）扇形損失：汽輪機的葉柵安裝在葉輪外圓周上，為環(huán)形葉柵。當葉片為直葉片時，其通道截面沿葉高變化，葉片越高，變化越大。另外，由于噴嘴出口汽流切向分速的離心作用，將汽流向葉柵頂部擠壓，使噴嘴出口蒸汽壓力沿葉高逐漸升高。而按一元流動理論進行設計時，所有參數(shù)的選取

6、，只能保證平均直徑截面處為最佳值，而沿葉片高度其它截面的參數(shù)，由于偏離最佳值將引起附加損失，統(tǒng)稱為扇形損失。 （6）葉輪摩擦損失：葉輪在高速旋轉(zhuǎn)時，輪面與其兩側(cè)的蒸汽發(fā)生摩擦，為了克服摩擦阻力將損耗一部分輪周功。又由于蒸汽具有粘性，緊貼著葉輪的蒸汽將隨葉輪一起轉(zhuǎn)動，并受離心力的作用產(chǎn)生向外的徑向流動，而周圍的蒸汽將流過來填補產(chǎn)生的空隙，從而在葉輪的兩側(cè)形成渦流運動。為克服摩擦阻力和渦流所消耗的能量稱為葉輪摩擦損失。 （7）部分進汽損失：它由鼓風損失和斥汽損失兩部分組成。在沒有布置噴嘴葉柵的弧段處，蒸汽對動葉柵不產(chǎn)生推動力，而需動葉柵帶動蒸汽旋轉(zhuǎn)，從而損耗一部分能量；另外動葉兩側(cè)面也與弧段內(nèi)的呆

7、滯蒸汽產(chǎn)生摩擦損失，這些損失稱為鼓風損失。當不進汽的動葉流道進入布置噴嘴葉柵的弧段時，由噴嘴葉柵噴出的高速汽流要推動殘存在動葉流道內(nèi)的呆滯汽體，將損耗一部分動能。此外，由于葉輪高速旋轉(zhuǎn)和壓力差的作用，在噴嘴組出口末端的軸向間隙會產(chǎn)生漏汽，而在噴嘴組出口起始端將出現(xiàn)吸汽現(xiàn)象，使間隙中的低速蒸汽進入動葉流道，擾亂主流，形成損失，這些損失稱為斥汽損失。 （8）漏汽損失：汽輪機的級由靜止部分和轉(zhuǎn)動部分組成，動靜部分之間必須留有間隙，而在間隙的前后存在有一定的壓差時，會產(chǎn)生漏汽，使參加作功的蒸汽量減少，造成損失，這部分能量損失稱為漏汽損失。（9）濕汽損失：在濕蒸汽區(qū)工作的級，將產(chǎn)生濕汽損失。其原因是：濕

8、蒸汽中的小水滴，因其質(zhì)量比蒸汽的質(zhì)量大，所獲得的速度比蒸汽的速度小，故當蒸汽帶動水滴運動時，造成兩者之間的碰撞和摩擦，損耗一部分蒸汽動能；在濕蒸汽進入動葉柵時，由于水滴的運動速度較小，在相同的圓周速度下，水滴進入動葉的方向角與動葉柵進口幾何角相差很大，使水滴撞擊在動葉片的背弧上，對動葉柵產(chǎn)生制動作用，阻止葉輪的旋轉(zhuǎn)，為克服水滴的制動作用力，將損耗一部分輪周功；當水滴撞擊在動葉片的背弧上時，水滴就四處飛濺，擾亂主流，進一步加大水滴與蒸汽之間的摩擦，又損耗一部分蒸汽動能。以上這些損失稱為濕汽損失。21指出汽輪機中噴嘴和動葉的作用。答：蒸汽通過噴嘴實現(xiàn)了由熱能向動能的轉(zhuǎn)換，通過動葉將動能轉(zhuǎn)化為機械功

9、。23什么是速度比？什么是級的輪周效率？試分析純沖動級余速不利用時，速度比對輪周效率的影響。答：將（級動葉的）圓周速度u與噴嘴出口（蒸汽的）速度c1的比值定義為速度比。1kg蒸汽在輪周上所作的輪周功與整個級所消耗的蒸汽理想能量之比稱為輪周效率。在純沖動級中，反動度m=0，則其輪周效率可表示為：u=2葉型選定后，、1、1數(shù)值基本確定，由公式來看，隨速比變化，輪周效率存在一個最大值。同時，速比增大時，噴嘴損失不變，動葉損失減小，余速損失變化最大，當余速損失取最小時，輪周效率最大。25簡述蒸汽在軸流式汽輪機的沖動級、反動級和復速級內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換特點，并比較它們的效率及作工能力。答：沖動級介于純沖動級和

10、反動級之間，蒸汽的膨脹大部分發(fā)生在噴嘴中，只有少部分發(fā)生在動葉中；反動級蒸汽在噴嘴和動葉中理想比焓降相等；復速級噴嘴出口流速很高，高速氣流流經(jīng)第一列動葉作功后其具有余速的汽流流進導向葉柵，其方向與第二列動葉進汽方向一致后，再流經(jīng)第二列動葉作功。 作功能力：復速級最大，沖動級次之，反動級最小； 效率：反動級最大，沖動級次之，復速級最小。27減小汽輪機中漏氣損失的措施。答：為了減小漏氣損失，應盡量減小徑向間隙，但在汽輪機啟動等情況下采用徑向和軸向軸封；對于較長的扭葉片將動葉頂部削薄，縮短動葉頂部和氣缸的間隙；還有減小葉頂反動度，可使動葉頂部前后壓差不致過大。29簡述軸向推力的平衡方法。答：平衡活塞

11、法；對置布置法，葉輪上開平衡孔；采用推力軸承。30簡述汽封的工作原理？答：每一道汽封圈上有若干高低相間的汽封片（齒），這些汽封片是環(huán)形的。蒸汽從高壓端泄入汽封，當經(jīng)過第一個汽封片的狹縫時，由于汽封片的節(jié)流作用，蒸汽膨脹降壓加速，進入汽封片后的腔室后形成渦流變成熱量，使蒸汽的焓值上升，然后蒸汽又進入下一腔室，這樣蒸汽壓力便逐齒降低，因此在給定的壓差下，如果汽封片片數(shù)越多，則每一個汽封片兩側(cè)壓差就越小，漏汽量也就越小。32汽輪機的級可分為哪幾類？各有何特點？答：根據(jù)蒸汽在汽輪機內(nèi)能量轉(zhuǎn)換的特點，可將汽輪機的級分為純沖動級、反動級、帶反動度的沖動級和復速級等幾種。各類級的特點：（1）純沖動級：蒸汽只

12、在噴嘴葉柵中進行膨脹，而在動葉柵中蒸汽不膨脹。它僅利用沖擊力來作功。在這種級中：p1 = p2；Dhb =0；m=0。（2）反動級：蒸汽的膨脹一半在噴嘴中進行，一半在動葉中進行。它的動葉柵中不僅存在沖擊力，蒸汽在動葉中進行膨脹還產(chǎn)生較大的反擊力作功。反動級的流動效率高于純沖動級，但作功能力較小。在這種級中：p1 > p2；DhnDhb0.5Dht；m=0.5。（3）帶反動度的沖動級：蒸汽的膨脹大部分在噴嘴葉柵中進行，只有一小部分在動葉柵中進行。這種級兼有沖動級和反動級的特征，它的流動效率高于純沖動級，作功能力高于反動級。在這種級中：p1 > p2；Dhn >Dhb >0

13、；m=0.050.35。（4）復速級：復速級有兩列動葉，現(xiàn)代的復速級都帶有一定的反動度，即蒸汽除了在噴嘴中進行膨脹外，在兩列動葉和導葉中也進行適當?shù)呐蛎?。由于復速級采用了兩列動葉柵，其作功能力要比單列沖動級大。34說明沖擊式汽輪機級的工作原理和級內(nèi)能量轉(zhuǎn)換過程及特點。答：蒸汽在汽輪機級內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換過程，是先將蒸汽的熱能在其噴嘴葉柵中轉(zhuǎn)換為蒸汽所具有的動能，然后再將蒸汽的動能在動葉柵中轉(zhuǎn)換為軸所輸出的機械功。具有一定溫度和壓力的蒸汽先在固定不動的噴嘴流道中進行膨脹加速，蒸汽的壓力、溫度降低，速度增加，將蒸汽所攜帶的部分熱能轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝膭幽堋膰娮烊~柵噴出的高速汽流，以一定的方向進入裝在葉輪上的動

14、葉柵，在動葉流道中繼續(xù)膨脹，改變汽流速度的方向和大小，對動葉柵產(chǎn)生作用力，推動葉輪旋轉(zhuǎn)作功，通過汽輪機軸對外輸出機械功，完成動能到機械功的轉(zhuǎn)換。由上述可知，汽輪機中的能量轉(zhuǎn)換經(jīng)歷了兩個階段：第一階段是在噴嘴葉柵和動葉柵中將蒸汽所攜帶的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝哂械膭幽埽诙A段是在動葉柵中將蒸汽的動能轉(zhuǎn)變?yōu)橥苿尤~輪旋轉(zhuǎn)機械功，通過汽輪機軸對外輸出。35汽輪機的能量損失有哪幾類？各有何特點？答：汽輪機內(nèi)的能量損失可分為兩類，一類是汽輪機的內(nèi)部損失，一類是汽輪機的外部損失。汽輪機的內(nèi)部損失主要是蒸汽在其通流部分流動和進行能量轉(zhuǎn)換時，產(chǎn)生的能量損失，可以在焓熵圖中表示出來。汽輪機的外部損失是由于機械摩擦及對

15、外漏汽而形成的能量損失，無法在焓熵圖中表示。四、計算題1已知汽輪機某純沖動級噴嘴進口蒸汽的焓值為3369.3 kJ/kg，初速度c0 = 50 m/s，噴嘴出口蒸汽的實際速度為c1 = 470.21 m/s，速度系數(shù)= 0.97，本級的余速未被下一級利用，該級內(nèi)功率為Pi = 1227.2 kW，流量D1 = 47 T/h，求：（1）噴嘴損失為多少? （2）噴嘴出口蒸汽的實際焓？（3）該級的相對內(nèi)效率？解：(1) 噴嘴損失：(2) 噴嘴出口蒸汽的實際焓：(3) 級的相對內(nèi)效率：2某沖動級級前壓力p0=0.35MPa，級前溫度t0=169°C, 噴嘴后壓力p1=0.25MPa, 級后壓

16、力p2=0.56MPa, 噴嘴理想焓降h n =47.4kJ/kg, 噴嘴損失h n t=3.21kJ/kg, 動葉理想焓降h b =13.4kJ/kg, 動葉損失h b t =1.34kJ/kg, 級的理想焓降h t=60.8kJ/kg，初始動能hc0=0，余速動能h c 2=2.09kJ/kg, 其他各種損失h=2.05 kJ/kg。計算：（1）計算級的反動度m（2）若本級余速動能被下一級利用的系數(shù)1=0.97，計算級的相對內(nèi)效率r i。解：級的反動度m=hb/ht=13.4/60.8=0.22 級的相對內(nèi)效率ri=(ht-hn-hb-hc2-h)/(ht-1×hc2)=0.92

17、 3某反動級理想焓降ht=62.1kJ/kg，初始動能hc0=1.8 kJ/kg, 蒸汽流量G=4.8kg/s，若噴嘴損失hn=5.6kJ/kg, 動葉損失hb=3.4kJ/kg，余速損失hc2=3.5kJ/kg，余速利用系數(shù)1=0.5，計算該級的輪周功率和輪周效率。解：級的輪周有效焓降 hu=ht*-hn-hb-hc2 =62.1+1.85.63.43.5 =51.4kJ/kg輪周功率Pu=G×hu=4.8×51.4=246.7kW輪周效率u=hu/E 0=hu/(h t*1×h c2)=51.4/（62.1+1.80.5×0.35）= 82.7%4某

18、級蒸汽的理想焓降為ht = 76 kJ/kg，蒸汽進入噴嘴的初速度為 c0 = 70 m/s，噴嘴出口方向角1 =18°，反動度為m = 0.2，動葉出汽角2 = 16°，動葉的平均直徑為dm = 1080 mm，轉(zhuǎn)速n = 3000 r/min，噴嘴的速度系數(shù) = 0.95，動葉的速度系數(shù) = 0.94，求：(1) 動葉出口汽流的絕對速度c2 (2) 動葉出口汽流的方向角2 (3) 繪出動葉進出口蒸汽的速度三角形。解：=76 + 0.5×702/1000 = 76 + 2.45 = 78.45 kJ/kg336.57 m/s169.56 m/s182.97 m/

19、s=28.64o 0.2×78.45=15.69 kJ/kg=239.39 m/s121.69 m/sw1w2c2c1uub2b1a2a170.54° 動葉進出口蒸汽的速度三角形5已知汽輪機某級的理想焓降為84.3 kJ/kg，初始動能1.8 kJ/kg，反動度0.04，噴嘴速度系數(shù)= 0.96，動葉速度系數(shù)= 0.96，圓周速度為171.8 m/s，噴嘴出口角1 = 15°，動葉出口角2 =13°，蒸汽流量G = 4.8 kg/s。求：（1）噴嘴出口相對速度？ （2）動葉出口相對速度？（3）輪周功率？解：(1) kJ/kg， kJ/kg，u = 171

20、.8 m/s kJ/kg m/s噴嘴出口相對速度: m/s(2) 動葉出口相對速度: m/s(3) 輪周功率:6已知噴嘴進口蒸汽焓值h0=3336kJ/kg，蒸汽初速度c0=70m/s；噴嘴后理想焓值h1t=3256 kJ/kg，噴嘴速度系數(shù)=0.97。試計算(1) 噴嘴前蒸汽滯止焓2噴嘴出口實際速度解：（1）噴嘴進口動能：hc0 = c02/2 = 702/2 = 2450（J/kg）= 2.45 kJ/kg噴嘴前蒸汽滯止焓：h0*=h0+hc0 =3336+2.45=3338.5(kJ/kg)(2) 噴嘴出口實際速度：7某沖動級級前壓力p0=0.35MPa，級前溫度t0=169°

21、C, 噴嘴后壓力p1=0.25MPa, 級后壓力p2=0.56MPa, 噴嘴理想焓降hn =47.4kJ/kg, 噴嘴損失hnt=3.21kJ/kg, 動葉理想焓降hb =13.4kJ/kg, 動葉損失hbt =1.34kJ/kg, 級的理想焓降ht=60.8kJ/kg，初始動能hc0=0，余速動能hc2=2.09kJ/kg, 其他各種損失h=2.05 kJ/kg。計算：（1） 計算級的反動度m（2） 若本級余速動能被下一級利用的系數(shù)1=0.97，計算級的相對內(nèi)效率ri。解：級的反動度m=hb/ht=13.4/60.8=0.22 級的相對內(nèi)效率ri=(ht-hn-hb-hc2-h)/(ht-1

22、×hc2)=0.92 8凝汽式汽輪機的蒸汽初參數(shù)：P0=8.83 MPa，溫度t 0=530，汽輪機排汽壓力Pc=0.0034 MPa，全機理想焓降H t = 1450 kJ/kg，其中調(diào)節(jié)級理想焓降h tI = 209.3 kJ/kg，調(diào)節(jié)級相對內(nèi)效率Iri=0.5，其余各級平均相對內(nèi)效率IIri=0.85。假定發(fā)電機效率g=0.98，機械效率m=0.99。試求：(1) 該級組的相對內(nèi)效率。(2) 該機組的汽耗率。 (3) 在hs(焓熵)圖上繪出該機組的熱力過程線。解：（1）因為調(diào)節(jié)級效率Iri=0.5=h iIh tI 所以調(diào)節(jié)級有效焓降：h iI=0.5×h tI=1

23、04.65 kJ/kg 其余各級的有效焓降：HiII=IIri×HtII 其中：H tII=H th tI=1450209.3=1240.7 kJ/kg HiII=IIri×HtII =0.85×1240.7=1054.6 kJ/kghsh tIHtIIt 0=530P0=8.83 MPaPc=0.0034 MPa故整機的相對內(nèi)效率： ri=（hiI +HiII）H t= 1159.251450 = 79.9 %（2）機組的汽耗率：d = 3600(H t·ri·g·m) = 3600（1124.7）= 3.2 kgkW.（3）熱力過

24、程線 見右圖。9已知某級級前蒸汽入口速度C0=0.0 m/s，級的理想焓降h t=78.0kJ/kg，級的反動度=0.3，1=12°，2=18°，圓周速度u=178m/s, 噴嘴速度系數(shù)=0.97，動葉速度系數(shù)=0.9，余速利用系數(shù)0=1.0。（1） 計算動葉進出口汽流絕對速度及相對速度。（2） 畫出動葉進出口速度三角形。（3） 畫出該級熱力過程線并標注各符號。解: (1) =（1-0.3）×78=54.6 kJ/kg m/s m/s =149.4m/s =194.7 m/s =55.1m/s(2) 動葉進出口速度三角形：W2C1uuC2W1 P0 (3) 該級熱

25、力過程sh P1P210已知某級G=30Kg/s，c0=0.0，w1=158m/s，c1=293m/s，w2=157m/s，c2=62.5m/s，軸向排汽(2=900),噴嘴和動葉速度系數(shù)分別為=0.95，=0.88，汽輪機轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分。 （1）計算該級的平均反動度。（2）計算輪周損失、輪周力、輪周功率和輪周效率（0=0，1=0.9）。（3）作出該級的熱力過程線并標出各量。解：47.56 KJ/Kg KJ/Kg （1） （2）=144 m/s =160 噴嘴損失為：=4.64 KJ/Kg 動葉損失為： KJ/Kg 余速損失為：1.95 KJ/Kg 輪周損失為：4.64+3.59+1.9

26、5=10.18 KJ/Kg 輪周力為： Fu=851N（3）熱力過程線為：sP1P2h11已知汽輪機某級噴嘴出口速度c1=275m/s，動也進、出口速度分別為w1=124m/s、w2=205m/s，噴嘴、動葉的速度系數(shù)分別為=0.97, =0.94，試計算該級的反動度。 解： =40.187 KJ/Kg =23.78 KJ/Kg =16.1 KJ/Kg第二章 多級汽輪機1.壓力反動度是指 噴嘴后與級后蒸汽壓力之差 和 級前與級后壓力之差 之比。2.某機組在最大工況下通過的蒸汽流量G=130.2 T/h，得到作用在動葉上的軸向推力Fz1=104339 N，作用在葉輪上的軸向推力Fz2=56859

27、 N, 作用在各凸肩上的軸向推力Fz3=-93901 N，則機組總的軸向推力為 67297N 3.在多級汽輪機中，全機理想比焓降為1200 kJ/kg，各級的理想焓降之和為1230 kJ/kg ，則重熱系數(shù)為 2.5% 。4.減小汽輪機進汽阻力損失的主要方法是： 改善蒸汽在汽門中的流動特性 。5.汽輪機損失包括級內(nèi)損失和 進汽阻力損失， 排氣損失， 軸端漏氣損失，機械摩擦損失。6.汽輪發(fā)電機組中，以全機理想比焓降為基礎來衡量設備完善程度的效率為 相對效率 以整個循環(huán)中加給1kg蒸汽的熱量為基準來衡量的效率為 絕對效率 。7.汽輪機機械效率的表達式為 m = pe/pi 8.若應用汽耗率和熱耗率

28、來評價汽輪機經(jīng)濟性，對于不同初參數(shù)的機組，一般采用 熱耗率 評價機組經(jīng)濟性。9.考慮整個機組的經(jīng)濟性，提高單機極限功率的主要途徑是 增大末級葉片軸向排氣面積 。 5.汽輪機的相對內(nèi)效率 答：蒸汽實際比焓降與理想比焓降之比。7.汽輪發(fā)電機組的相對電效率和絕對電效率 答：1千克蒸汽所具有的理想比焓降中最終被轉(zhuǎn)化成電能的效率稱為汽輪發(fā)電機組的相對電效率。1千克蒸汽理想比焓降中轉(zhuǎn)換成電能的部分與整個熱力循環(huán)中加給1千克蒸汽的熱量之比稱為絕對電效率。11.簡答多級汽輪機每一級的軸向推力是由哪幾部分組成的？平衡汽輪機的軸向推力可以采用哪些方法？ 答：多級汽輪機每一級的軸向推力由（1）蒸汽作用在動葉上的軸向

29、力（2）蒸汽作用在葉輪輪面上的軸向力（3）蒸汽作用在轉(zhuǎn)子凸肩上的軸向力（4）蒸汽作用隔板汽封和軸封套筒上的軸向推力組成。平衡汽輪機的軸向推力可以采用：（1） 平衡活塞法；（2） 對置布置法；（3） 葉輪上開平衡孔；（4） 采用推力軸承。12.大功率汽輪機為什么都設計成多級汽輪機？在h-s圖上說明什么是多級汽輪機的重熱現(xiàn)象？答：（1）大功率汽輪機多采用多級的原因為：多級汽輪機的循環(huán)熱效率大大高于單機汽輪機；多級汽輪機的相對內(nèi)效率相對較高；多級汽輪機單位功率的投資大大減小。（2）如下圖： 32154P3T2T1P2P114.軸封系統(tǒng)的作用是什么？ 答：(1) 利用軸封漏汽加熱給水或到低壓處作功。

30、(2) 防止蒸汽自汽封處漏入大氣； (3) 冷卻軸封，防止高壓端軸封處過多的熱量傳出至主軸承而造成軸承溫度過高，影響軸承安全；(4) 防止空氣漏入汽輪機真空部分。15.何為多級汽輪機的重熱現(xiàn)象和重熱系數(shù)？ 答：所謂多級汽輪機的重熱現(xiàn)象，也就是說在多級汽輪機中，前面各級所損失的 能量可以部分在以后各級中被利用的現(xiàn)象。因重熱現(xiàn)象而增加的理想焓降占汽輪機理想焓降的百分比，稱為多級汽輪機的重熱系數(shù)。16.說明汽輪機軸封間隙過大或過小對汽輪機分別產(chǎn)生什么影響？答：減小軸封漏氣間隙，可以減小漏氣，提高機組效率。但是，軸封間隙又不能太小，以免轉(zhuǎn)子和靜子受熱或振動引起徑向變形不一致時，汽封片與主軸之間發(fā)生摩擦

31、，造成局部發(fā)熱和變形。四、計算題1某50MW汽輪機全機理想比焓降為1428.6kJ/kg，各級的理想焓降之和為1514.57kJ/kg，求該汽輪機的重熱系數(shù)為多少？解：根據(jù)重熱系數(shù)的定義：各級的理想焓降之和/全機理想比焓降 所以該多級汽輪機的重熱系數(shù)為：2一反動式汽輪機，蒸汽流量T/h , 蒸汽初壓MPa，初溫，排汽壓力MPa，排汽恰好是飽和蒸汽。全機共有14級，每級效率相同，焓降相同，重熱系數(shù)。試計算各級效率、汽輪機內(nèi)功率。解：由和在h-s圖上可查得： 蒸汽初始焓：kJ/kg， 理想出口焓：kJ/kg 由此可得汽輪機理想焓降： (kJ/kg) 圖1 汽輪機熱力過程線 根據(jù)題意知排汽為干飽和蒸

32、汽，則由MPa 的等壓線與飽和線相交點得實際排汽狀態(tài)點C， 該點的焓kJ/kg故汽輪機有效焓降：(kJ/kg)汽輪機相對內(nèi)效率：由于各級焓降相同、效率相同，所以各級效率與整機相對內(nèi)效率存在如下關系： 則各級效率：汽輪機內(nèi)功率：3凝汽式汽輪機的蒸汽初參數(shù)為： 蒸汽初壓MPa，初溫；排汽壓力MPa，其第一級理想焓降kJ/kg，該級效率，其余各壓力級內(nèi)效率（包括末級余速損失在內(nèi)）。設進汽節(jié)流損失，假定發(fā)電機效率，機械效率。試求：（1）該機組的相對內(nèi)效率，并繪出在h-s上的熱力過程線。（2）該機組的汽耗率。解：由和在h-s圖上可查得蒸汽初始焓kJ/kg，理想排汽焓=2025kJ/kg 因進汽節(jié)流損失為

33、5%，節(jié)流后的壓力MPa， 節(jié)流過程中焓值不變， kJ/kg， 汽輪機第一級實際入口點為 已知第一級理想焓降，所以： 第一級出口壓力可確定 h 已知第一級效率，而 s 所以第一級實際出口焓： 圖3 級的熱力過程線 (kJ/kg)第一級實際出口點為2（，），此點即是壓力級的入口點。又因排汽壓力MPa，查h-s圖可得壓力級理想出口焓： kJ/kg已知所有壓力級的相對內(nèi)效率：所以壓力級的實際出口焓（即整機的實際出口焓）：（kJ/kg）故，整機有效焓降： (kJ/kg) 整機理想焓降：( kJ/kg)整機相對內(nèi)效率：由于汽輪機輸出電功率：所以汽輪機汽耗量： 汽耗率： =（kg/kW.s）=3.13（k

34、g/kW.h）4試求蒸汽初參數(shù)為MPa，初溫，終參數(shù)MPa，的背壓式汽輪機的相對內(nèi)效率和各壓力級的相對內(nèi)效率。已知：第一級級后壓力MPa，內(nèi)效率，其余四個壓力級具有相同的焓降和內(nèi)效率，進汽機構(gòu)和排汽管中的損失可忽略不計。（重熱系數(shù)）解： 由和，可在h-s圖上查得，蒸汽初始焓kJ/kg； 第一級理想出口焓kJ/kg； 汽輪機的理想出口焓kJ/kg 又已知汽輪機實際排汽參數(shù)，可查得 kJ/kg 整機有效焓降（kJ/kg） h s 整機理想焓降（kJ/kg） 圖4 級的熱力過程線 整機相對內(nèi)效率： 由于已知整機的重熱系數(shù)，且各壓力級焓降相等，所以有： 故： =各壓力級的理想焓降：各壓力級的有效焓降：

35、所以，各壓力級的相對內(nèi)效率為：5凝汽式汽輪機的蒸汽初參數(shù)為： 蒸汽初壓MPa，初溫，汽輪機排汽壓力MPa，進汽節(jié)流損失，試問進汽節(jié)流損失使理想焓降減少多少？解： 由和在h-s圖上可查得, 蒸汽初始焓kJ/kg，理想排汽焓kJ/kg 則汽輪機理想焓降：（kJ/kg） 因節(jié)流損失，所以節(jié)流后的初壓： MPa，又由于節(jié)流過程焓值不變， 圖2 進汽節(jié)流過程示意圖 所以節(jié)流后的焓值kJ/kg，對應的理想排汽焓： kJ/kg此時的汽輪機理想焓降：(kJ/kg)所以節(jié)流造成的理想焓降減少為：(kJ/kg所以其軸承安全系數(shù)為：>1.5, 故此推力瓦工作是安全的。第三章 汽輪機在變動功況下的工作1.滑壓運

36、行方式是指當機組復合變化時，主汽壓力 滑動 ，主汽溫度 基本不變 。2.負荷變化時，采用滑壓運行于采用定壓噴嘴調(diào)節(jié)方式相比，調(diào)節(jié)級后各級溫度變化 很小 ，因而熱應力 很小 。3.凝汽式汽輪機中間級，流量變化時級的理想比焓降 不變 ，反動度 不變 。背壓式汽輪機非調(diào)節(jié)級，流量增大，級的理想比焓降 增大 ，反動度 降低 。4.汽輪機定壓運行時噴嘴配汽與節(jié)流配汽相比，節(jié)流損失 少 ，效率 高 。5.兩種配汽方式，汽輪機帶高負荷時，宜采用 噴嘴配汽 ，低負荷時宜采用 節(jié)流配汽 。6.節(jié)流配汽凝汽式汽輪機，全機軸向推力與流量成 正比 。三、簡答題5.級的臨界工況 答：級內(nèi)的噴嘴葉柵和動葉柵兩者之一的流速

37、達到或超過臨界速度。6.級的亞臨界工況 答：級內(nèi)噴嘴和動葉出口氣流速度均小于臨界速度。7.級組的臨界工況 答：級組內(nèi)至少有一列葉柵的出口流速達到或超過臨界速度。9.閥點 答：閥門全開的狀態(tài)點，汽流節(jié)流損失最小，流動效率最高的工況點。10.節(jié)流配汽答：進入汽輪機的所有蒸汽都通過一個調(diào)節(jié)汽門，然后進入汽輪機的配汽方式。11.說明汽輪機噴嘴配汽方式的特點答：噴嘴配汽是依靠幾個調(diào)門控制相應的調(diào)節(jié)級噴嘴來調(diào)節(jié)汽輪機的進汽量。 這種配汽方式具有如下特點：部分進汽，e1,滿負荷時，仍存在部分進汽，所以效率比節(jié)流配汽低；部分負荷時，只有那個部分開啟的調(diào)節(jié)汽門中蒸汽節(jié)流較大，而其余全開汽門中的蒸汽節(jié)流已減小到最

38、小，故定壓運行時的噴嘴配汽與節(jié)流配汽相比，節(jié)流損失較少，效率較高，12.繪圖說明最簡單的發(fā)電廠生產(chǎn)過程示意圖并說明各主要設備的作用？ 答：1鍋爐；2汽輪機；3發(fā)電機；4凝汽器；5給水泵13.寫出分析汽輪機變工況運行的弗里格爾公式，并說明其使用的條件。答：弗留格爾公式為：。使用條件為：保持設計工況和變工況下通汽面積不變。若由于其他原因，使通汽面積發(fā)生改變時應進行修正；同一工況下，各級的流量相等或成相同的比例關系；流過各級的汽流為一股均質(zhì)流（調(diào)節(jié)級不能包括在級組內(nèi)）。14.何種工況為調(diào)節(jié)級的最危險工況，為什么？ 答：調(diào)節(jié)級最危險工況為：第一調(diào)節(jié)汽門全開，而其他調(diào)節(jié)汽門全關的情況。當只有在上述情況下

39、，不僅htI最大，而且，流過第一噴嘴組的流量是第一噴嘴前壓力等于調(diào)節(jié)汽門全開時第一級前壓力情況下的臨界流量，是第一噴嘴的最大流量，這段流量集中在第一噴嘴后的少數(shù)動葉上，使每片動葉分攤的蒸汽流量最大。動葉的蒸汽作用力正比于流量和比焓降之積，因此此時調(diào)節(jié)級受力最大，是最危險工況。15.簡述汽輪機初壓不變，初溫變化對汽輪機經(jīng)濟性和安全性的影響在其他參數(shù)不變的情況下并說明汽輪機初壓升高時，為什么說末級葉片危險性最大？答：初溫不變，初壓升高過多，將使主蒸汽管道、主汽門、調(diào)節(jié)汽門、導管等承壓部件內(nèi)部應力增大。若調(diào)節(jié)汽門開度不變，則除壓升高，致使新汽比容減小、蒸汽流量增大、功率增大、零件受力增大。各級葉片的

40、受力正比于流量而增大，流量增大時末級葉片的比焓降增大的更多，而葉片的受力正比于流量和比焓降之積，故此時末級運行安全性危險。同時，流量增大還將使軸向推力增大。16. 分析說明汽輪機某一中間級在理想焓降減小時其反動度的變化情況。答：級的反動度變化主要是速比變化引起的，固定轉(zhuǎn)速汽輪機圓周速度不變，此時反動度隨級的比焓降變化。 （如圖）當比焓降減小即速比增大時，,減為，動葉進口實際有效相對速度為,若反動度不變，則；在噴嘴出口面積和動葉出口面積不變的情況下，噴嘴葉柵中以流出的汽流，來不及以的速度流出動葉柵，在動葉汽道內(nèi)形成阻塞，造成動葉汽道與葉柵軸向間隙中壓力升高，使反動度增大，從而使減小，增大，減輕動

41、葉柵汽道的阻塞。 W1uC1C11W11W11當比焓降增大時，則有，故由上可知反動度降低。18. 某背壓式汽輪機才用噴嘴調(diào)節(jié)方式，其流量由設計工況增加，排汽壓力近似不變，變工況前后為亞臨界狀態(tài)，請定性填寫下表（只需填寫增、減、基本不變）P2/p0htxami調(diào)節(jié)級中間級末幾級第四章 汽輪機的凝汽設備1.抽汽器有 射汽抽汽器 、 射水抽汽器 和 水環(huán)式真空泵 三種型式。2.真空除氧過程中，機組滿負荷時除氧效果 較好 ，機組低負荷時除氧效果 較差 。3.相同條件下，冬季與夏季相比，凝汽器效果較好的是 冬季 。4.評價凝汽器優(yōu)劣的指標有 真空 ， 凝結(jié)水過冷度 ， 凝結(jié)水含氧量 ， 水阻 ， 空冷區(qū)

42、排出的汽氣混合物的過冷度 。5.短喉部射水抽汽器中，當外界壓力增大時，真空度 降低 。三、簡答題1.凝汽器的冷卻倍率答：進入凝汽器的冷卻水量與進入凝汽器的蒸汽量的比值稱為凝汽器的冷卻倍率。2.凝汽器的過冷度答：凝結(jié)水的溫度比凝汽器喉部壓力下的飽和溫度低的數(shù)值，稱為凝汽器的過冷度。3.凝汽器的汽阻 答：凝汽器入口壓力與空氣抽出口的壓力的差值是蒸汽空氣混和物的流動阻力。4.多壓凝汽器 答：有兩個以上排氣口的大容量機組的凝汽器科制成多壓凝汽器，汽側(cè)有密封的分隔板隔開。5.最佳真空答：在其它條件不變的情況下，如增加冷卻水量，則凝汽器的真空就會提高，汽輪發(fā)電機組輸出的功率就會增加，但同時循環(huán)水泵的耗功也

43、會增加，當汽輪發(fā)電機組輸出功率的增加量與循環(huán)水泵耗功的增加量之差達到最大時，即凝汽器達到了最佳真空。6.汽輪機在負荷不變的情況下運行，凝汽器真空逐漸下降，分析可能存在哪些原因？ 答：汽輪機在運行過程中引起凝汽器真空緩慢下降的原因有：（1） 冷卻水量緩慢減少（2） 冷卻水管結(jié)垢或臟污（3） 冷卻水溫緩慢升高（4） 凝汽器的真空系統(tǒng)漏入空氣（5） 抽氣器效率下降（6） 部分冷卻水管被堵7.畫圖并說明汽輪機凝汽設備的組成及其任務。答：汽輪機凝汽設備的組成圖如下所示：汽輪機排汽抽氣器工作介質(zhì)冷卻水汽氣混合物凝結(jié)水12341凝汽器；2抽氣器；3循環(huán)水泵；4凝結(jié)水泵任務：(1) 在汽輪機的排汽口建立并維持

44、規(guī)定的真空度，以提高循環(huán)效率； (2) 將汽輪機的排汽凝結(jié)成潔凈的凝結(jié)水，回收工質(zhì)8.試述凝汽器的最佳真空是如何確定的。答：在其它條件不變的情況下，如增加冷卻水量，則凝汽器的真空就會提高，汽輪發(fā)電機組輸出的功率就會增加，但同時循環(huán)水泵的耗功也會增加，當汽輪發(fā)電機組輸出功率的增加量與循環(huán)水泵耗功的增加量之差達到最大時，就說凝汽器達到了最佳真空。也就是說，凝汽器的最佳真空是由汽輪發(fā)電機組輸出功率的增加量與循環(huán)水泵耗功的增加量之差來確定的。9.在冷卻水量一點的前提下，當汽輪機負荷減小時，凝汽器真空將如何變化？為什么？答：凝汽器內(nèi)壓力Pc，近似認為等于蒸汽分壓力Ps，可由蒸汽凝結(jié)溫度ts確定。當冷卻水

45、量Dw一定時，t=Dc，則蒸汽負荷降低時，是常數(shù)，t正比于Dc降低；另外，由得，當Dw一定，是常數(shù)時，隨Dc的降低而減?。辉谒疁夭蛔兊那闆r下，可知ts=+t+tw1減小，則蒸汽分壓力降低，由總壓力Pc與Ps近似相等可知，此時凝汽器內(nèi)壓力降低，真空升高。10.凝汽器中空氣的主要來源有哪些？空氣的存在對凝汽器的工作有什么影響？答：空氣的來源有：新蒸汽帶入汽輪機的空氣；處于真空狀態(tài)下的低壓各級與相應的回熱系統(tǒng)、排汽缸、凝汽設備等不嚴密處漏入的?？諝獾奈：τ校嚎諝庾璧K蒸汽放熱，使傳熱系數(shù)降低，從而使升高，真空降低；空氣分壓力Pa使Pc升高，使真空降低；空氣使凝結(jié)水過冷度增大；凝結(jié)水中溶入氧量增大，使管

46、道腐蝕加劇。11.畫出表面式凝汽器中蒸汽和冷卻水的溫度沿冷卻面的分布曲線，標注曲線上各特征端點的符號，并注釋符號的意義。答：溫度分布曲線為：蒸汽水ttw1tActstAtw2其中，ts表示蒸汽凝結(jié)溫度，且ts=t +tw1 +t ；tw1表示冷卻水進口處溫度，tw2表示冷卻水出口溫度，t = tw2- tw1，為冷卻水溫升; t為凝汽器端差；Ac表示凝汽器總傳熱面積。12.什么是凝結(jié)水的過冷度？過冷度太大對機組運行有何危害？在凝汽器設計和運行中如何減小過冷度？答：（1）凝結(jié)水的溫度比凝汽器喉部壓力下的飽和溫度低的數(shù)值，稱為凝汽器的過冷度。（2）當過冷度很大時，真空降低，凝結(jié)效果較差；同時，過冷

47、度增大還會使凝結(jié)水中含氧量增大，增加了對低壓管道的腐蝕。（3）為減小凝汽器的過冷度，設計凝汽器時力求冷卻水管束排列合理，加強凝汽器的密封性；機組運行時，選用合適的抽氣器并監(jiān)視確保正常工作，減少漏入空氣，避免氣阻增大，同時還要保證凝結(jié)水水位不至過高，使凝汽器處于較好的工作狀態(tài)13機組運行對凝汽器的要求有哪些？答：（1）從提高凝汽器的熱經(jīng)濟性角度提出的要求：傳熱效果好；過冷度??；汽阻小。（2）從保證機組長期安全運行角度提出的要求：凝汽器的密封性要好；冷卻水管應具有足夠的抗腐蝕性；減少凝結(jié)水中的含氧量。（3）從節(jié)省配套設備耗能的角度提出的要求：盡量減輕抽氣器的負荷；水阻要小。14從保證機組長期安全運

48、行角度對凝汽器提出了什么要求？答：（1）凝汽器的密封性要好； （2）冷卻水管應有足夠的抗腐蝕能力； （3）要減小凝結(jié)水中的含氧量。17凝汽設備中抽氣器的任務是什么?其主要類型有哪些？答：凝汽設備中抽氣器的任務是：（1）在機組啟動時使凝汽器內(nèi)建立真空；（2）在機組正常運行時不斷地抽出漏入凝汽器的空氣，以保證凝汽器的正常工作。抽汽器的主要類型有：射水式抽汽器、射汽式抽汽器和水環(huán)式真空泵。7二、填空題1.汽輪機的安全保護裝置包括 超速保護裝置 、 軸向位移保護裝置 、 低壓油保護裝置和安全防火保護 。 2.汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)速度變動率的表達式為。3.某臺機組帶額定負荷與電網(wǎng)并列運行，機組的額定轉(zhuǎn)速為30

49、00r/min，由于電網(wǎng)事故，該機組甩負荷至零，如果調(diào)節(jié)系統(tǒng)的速度變動率=5%，則該級組甩負荷后的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速應是 3150r/min 。三、簡答題1.二次調(diào)頻答：二次調(diào)頻就是在電網(wǎng)周波不符合要求時，操作電網(wǎng)中的某些機組的同步器，增加或減少他們的功率，使電網(wǎng)周波恢復正常。2.調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)過渡時間答：調(diào)節(jié)系統(tǒng)受到擾動后，從調(diào)節(jié)過程開始到被調(diào)量與新的穩(wěn)定值偏差小于允許值時的最短時間稱為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)過渡時間。3.一次調(diào)頻答：因電負荷改變而引起電網(wǎng)頻率變化時，電網(wǎng)中全部并列運行的機組均自動地按其靜態(tài)特性承擔一定的負荷變化，以減少電網(wǎng)頻率的改變，稱為一次調(diào)頻。4.調(diào)速系統(tǒng)的遲緩率答：在同一功率下，轉(zhuǎn)速上

50、升過程與轉(zhuǎn)速下降過程的特性曲線之間的轉(zhuǎn)速差和額定轉(zhuǎn)速之比的百分數(shù)，稱為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的遲緩率。5.影響調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性的主要因素有哪些并簡述其影響趨勢？ 答：影響調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性的主要因素包括：(1) 轉(zhuǎn)子飛升時間常數(shù)；(2) 中間容積時間常數(shù)；(3) 速度變動率；(4) 油動機時間常數(shù)；(5) 遲緩率。6.什么是調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性曲線？衡量調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性性能的指標有哪些？答：表達汽輪機速度變化與功率之間的單值對應關系的曲線叫靜態(tài)特性曲線。衡量調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性性能的指標有：（1）速度變動率；（2）遲緩率；（3）同步器工作范圍。7.常用評價調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性的指標及其定義是什么？答：穩(wěn)定性汽輪機甩全負

51、荷時，其轉(zhuǎn)速隨著時間的增長最終趨于由靜態(tài)特性曲線決定的空負荷轉(zhuǎn)速，這樣的過程稱為穩(wěn)定的過程。要求調(diào)節(jié)系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的。 超調(diào)量汽輪機甩全負荷時，其轉(zhuǎn)速在過渡過程中的最大轉(zhuǎn)速與最后的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速之差稱為轉(zhuǎn)速超調(diào)量。過渡過程時間調(diào)節(jié)系統(tǒng)受到擾動后，從調(diào)節(jié)過程開始到被調(diào)量與新的穩(wěn)定值偏差小于允許值時的最短時間，稱為過渡過程時間。8.畫圖說明調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線的合理形狀。 答：調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線的合理形狀為：兩端斜率大，中間斜率小，沒有突變，平滑而連續(xù)地向功率增加的方向傾斜。形狀如下圖所示： n Pec 9.試述同步器的主要作用。答：同步器的主要作用是通過平移調(diào)節(jié)系統(tǒng)特性而實現(xiàn)人為改變調(diào)節(jié)閥開度，做到（1）使孤立運行機組改變轉(zhuǎn)速，起到轉(zhuǎn)速給定作用；（2）使并網(wǎng)運行機組改變負荷，起到功率給定的作用。10.說明汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)速度變動率過大或過小對汽輪機工作的影響。答：若速度變動率過小，即曲線很平坦，則在不打得轉(zhuǎn)速變化范圍內(nèi)，機組負荷的變化很大，機組進汽量的變化也相應很大，機組內(nèi)部各部件的受力、溫