..《汽輪機原理》目錄第一章汽輪機級的工作原理第二章多級汽輪機第三章汽輪機在變動工況下的工作第四章汽輪機的凝汽設備第五章汽輪機零件強度與振動第六章汽輪機調節模擬試題一模擬試題二參考答案第一章汽輪機級的工作原理一、單項選擇題1.汽輪機的級是由______組成的。[C]A.隔板+噴嘴B.汽缸+轉子C.噴嘴+動葉 D.主軸+葉輪2.當噴嘴的壓力比εn大于臨界壓力比εcr時,則噴嘴的出口蒸汽流速C1[A]A.C1<Ccr B.C1=CcrC.C1>Ccr D.C1≤Ccr3.當漸縮噴嘴出口壓力p1小于臨界壓力pcr時,蒸汽在噴嘴斜切部分發生膨脹,下列哪個說法是正確的？[B]A.只要降低p1,即可獲得更大的超音速汽流B.可以獲得超音速汽流,但蒸汽在噴嘴中的膨脹是有限的C.蒸汽在漸縮噴嘴出口的汽流流速等于臨界速度CcrD.蒸汽在漸縮噴嘴出口的汽流流速小于臨界速度Ccr4.汽輪機的軸向位置是依靠______確定的？[D]A.靠背輪 B.軸封C.支持軸承 D.推力軸承5.蒸汽流動過程中,能夠推動葉輪旋轉對外做功的有效力是______。[C]A.軸向力 B.徑向力C.周向力 D.蒸汽壓差6.在其他條件不變的情況下,余速利用系數增加,級的輪周效率ηu[A]A.增大B.降低C.不變D.無法確定7.工作在濕蒸汽區的汽輪機的級,受水珠沖刷腐蝕最嚴重的部位是：[A]A.動葉頂部背弧處 B.動葉頂部內弧處C.動葉根部背弧處 D.噴嘴背弧處8.降低部分進汽損失,可以采取下列哪個措施？[D]A.加隔板汽封 B.減小軸向間隙C.選擇合適的反動度 D.在非工作段的動葉兩側加裝護罩裝置9.火力發電廠汽輪機的主要任務是： [B]A.將熱能轉化成電能 B.將熱能轉化成機械能C.將電能轉化成機械能 D.將機械能轉化成電能10.在純沖動式汽輪機級中,如果不考慮損失,蒸汽在動葉通道中[C]A.相對速度增加B.相對速度降低；C.相對速度只改變方向,而大小不變 D.相對速度大小和方向都不變11.已知蒸汽在汽輪機某級的滯止理想焓降為40kJ/kg,該級的反動度為0.187,則噴嘴出口的理想汽流速度為 [D]A.8m/s B.122C.161m/s D.25512.下列哪個說法是正確的[C]A.噴嘴流量總是隨噴嘴出口速度的增大而增大；B.噴嘴流量不隨噴嘴出口速度的增大而增大；C.噴嘴流量可能隨噴嘴出口速度的增大而增大,也可能保持不變；D.以上說法都不對13.沖動級動葉入口壓力為P1,出口壓力為P2,則P1和P2有______關系。[B]A.P1＜P2 B.P1＞P2C.P1＝P2D.P1=0.5P214.工作段弧長為1037mm,平均直徑1100mm,該級的部分進汽度:[AA.0.3 B.C.0.66 D.115.汽機中反動度為0.5的級被稱為：[D]A.純沖動級 B.帶反動度的沖動級C.復速級 D.反動級16.蒸汽在某反動級噴嘴中的滯止理想焓降為30kJ/kg,則蒸汽在動葉通道中的理想焓降為：[C]A.0kJ/kg B.15kJ/kgC.30kJ/kg D.45kJ/kg17.在反動式汽輪機級中,如果不考慮損失,則：[B]A．蒸汽在動葉通道中的絕對速度增大B．蒸汽在動葉通道中絕對速度降低C．蒸汽在動葉通道中相對速度只改變方向,而大小不變D．以上說法都不對18.假設噴嘴前的蒸汽滯止焓為3350kJ/kg,噴嘴出口蒸汽理想比焓值為3304.4kJ/kg,則噴嘴實際出口速度為[A]A.9.5m/s B.C.81.9m/s D.32019.關于噴嘴臨界流量,在噴嘴出口面積一定的情況下,請判斷下列說法哪個正確：[C]A．噴嘴臨界流量只與噴嘴初參數有關B．噴嘴臨界流量只與噴嘴終參數有關C．噴嘴臨界流量與噴嘴壓力比有關D.噴嘴臨界流量既與噴嘴初參數有關,也與噴嘴終參數有關20.反動級中,若噴嘴出口汽流角=15°,當速比取下列哪個值時,該級的輪周效率最高。[D]A.0.24 B.0.C.0.6 D.0.96621.在噴嘴出口方向角和圓周速度相等時,純沖動級和反動級在最佳速比下所能承擔的焓降之比為[B]A.1：2B.2：1C.1：1D.1：422.汽輪機級采用部分進汽的原因是[B]A.葉片太長B.葉片太短C.存在鼓風損失D.存在斥汽損失23.下列哪幾項損失不屬于葉柵損失。[C]A.噴嘴損失B.動葉損失C.余速損失D.葉高損失24.在圓周速度相同的情況下,作功能力最大的級為[C]A.純沖動級B.帶反動度的沖動級C.復速級D.反動級25.在各自最佳速比下,輪周效率最高的級是[D]A.純沖動級B.帶反動度的沖動級C.復速級D.反動級26.蒸汽在噴嘴斜切部分膨脹的條件是[A]A.噴嘴后壓力小于臨界壓力B.噴嘴后壓力等于臨界壓力C.噴嘴后壓力大于臨界壓力D.噴嘴后壓力大于噴嘴前壓力27.在反動級中,下列哪種說法正確[C]A.蒸汽在噴嘴中理想焓降為零B.蒸汽在動葉中理想焓降為零C.蒸汽在噴嘴與動葉中的理想焓降相等D.蒸汽在噴嘴的理想焓降小于動葉的理想焓降28.下列哪個措施可以減小葉高損失[A]A.加長葉片B.縮短葉片C.加厚葉片D.減薄葉片29.下列哪種措施可以減小級的扇形損失 [C]A.采用部分進汽B.采用去濕槽C.采用扭葉片D.采用復速級30.在汽輪機工作過程中,下列哪些部件是靜止不動的？[C]A葉輪B葉片C隔板D軸31.哪些措施可以減小斥汽損失？[B]A.采用扭葉片 B.減少噴嘴組數C.在葉輪上開孔 D.在動葉非工作弧段加裝護罩32.純沖動級內能量轉換的特點是[B]A.蒸汽只在動葉柵中進行膨脹B.蒸汽僅對噴嘴施加沖動力C.噴嘴進出口蒸汽壓力相等D.噴嘴理想焓降等于動葉理想焓降33.汽在葉片斜切部分膨脹的特點包括[B]A.蒸汽汽流方向不變B.其葉片前后的壓力比ε＜εcrC.其葉片前后的壓力比ε＞εcrD.葉片出口只能得到音速汽流34.大型氣輪機低壓末級的反動度一般為[D]A0B0.3C0.5D〉0.5二、填空題1.汽輪機級內漏汽主要發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。三、簡答題1．速度比和最佳速比答：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,輪周效率最大時的速度比稱為最佳速度比。2．假想速比答：圓周速度u與假想全級滯止理想比焓降都在噴嘴中等比熵膨脹的假想出口速度的比值。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換成機械能的基本工作單元。4．級的輪周效率答：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。5．滯止參數答：具有一定流動速度的蒸汽,如果假想蒸汽等熵地滯止到速度為零時的狀態,該狀態為滯止狀態,其對應的參數稱為滯止參數。6．臨界壓比答：汽流達到音速時的壓力與滯止壓力之比。7．級的相對內效率答：級的相對內效率是指級的有效焓降和級的理想能量之比。8．噴嘴的極限膨脹壓力答：隨著背壓降低,參加膨脹的斜切部分擴大,斜切部分達到極限膨脹時噴嘴出口所對應的壓力。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不能轉換為機械功,這種損失為余速損失。11．臨界流量答：噴嘴通過的最大流量。12．漏氣損失答：汽輪機在工作中由于漏氣而產生的損失。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,從而對干蒸汽的工作造成一種能量損失稱為濕氣損失。15．蓋度答：指動葉進口高度超過噴嘴出口高度的那部分葉高。16．級的部分進汽度答：裝有噴嘴的弧段長度與整個圓周長度的比值。17．沖動級和反動級的做功原理有何不同？在相等直徑和轉速的情況下,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,只改變流動方向,動葉中只有動能向機械能的轉化。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化同時有部分熱能轉化成動能。在同等直徑和轉速的情況下,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．分別說明高壓級內和低壓級內主要包括哪幾項損失？答：高壓級內：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：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：具有一定壓力和溫度的蒸汽流經噴嘴,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,即蒸汽在汽輪機中將熱能轉化為了機械功。20．汽輪機級內有哪些損失？造成這些損失的原因是什么？答：汽輪機級內的損失有：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,產生的損失。〔2動葉損失：因蒸汽在動葉流道內流動時,因摩擦而產生損失?！?余速損失：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?！?葉高損失：由于葉柵流道存在上下兩個端面,當蒸汽流動時,在端面附面層內產生摩擦損失,使其中流速降低。其次在端面附面層內,凹弧和背弧之間的壓差大于彎曲流道造成的離心力,產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,所有參數的選取,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,由于偏離最佳值將引起附加損失,統稱為扇形損失。〔6葉輪摩擦損失：葉輪在高速旋轉時,輪面與其兩側的蒸汽發生摩擦,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動,并受離心力的作用產生向外的徑向流動,而周圍的蒸汽將流過來填補產生的空隙,從而在葉輪的兩側形成渦流運動。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,蒸汽對動葉柵不產生推動力,而需動葉柵帶動蒸汽旋轉,從而損耗一部分能量；另外動葉兩側面也與弧段內的呆滯蒸汽產生摩擦損失,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的呆滯汽體,將損耗一部分動能。此外,由于葉輪高速旋轉和壓力差的作用,在噴嘴組出口末端的軸向間隙會產生漏汽,而在噴嘴組出口起始端將出現吸汽現象,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?！?漏汽損失：汽輪機的級由靜止部分和轉動部分組成,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?！?濕汽損失：在濕蒸汽區工作的級,將產生濕汽損失。其原因是：濕蒸汽中的小水滴,因其質量比蒸汽的質量大,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,對動葉柵產生制動作用,阻止葉輪的旋轉,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：蒸汽通過噴嘴實現了由熱能向動能的轉換,通過動葉將動能轉化為機械功。22．據噴嘴斜切部分截面積變化圖,請說明：〔1當噴嘴出口截面上的壓力比p1/p0大于或等于臨界壓比時,蒸汽的膨脹特點；〔2當噴嘴出口截面上的壓力比p1/p0小于臨界壓比時,蒸汽的膨脹特點。答：〔1p1/p0大于或等于臨界壓比時,噴嘴出口截面AC上的氣流速度和方向與喉部界面AB相同,斜切部分不發生膨脹,只起導向作用。〔2當噴嘴出口截面上的壓力比p1/p0小于臨界壓比時,氣流膨脹至AB時,壓力等于臨界壓力,速度為臨界速度。且蒸汽在斜切部分ABC的稍前面部分繼續膨脹,壓力降低,速度增加,超過臨界速度,且氣流的方向偏轉一個角度。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Ωm=0,則其輪周效率可表示為：ηu=2葉型選定后,φ、ψ、α1、β1數值基本確定,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。24．什么是汽輪機的最佳速比？并應用最佳速度比公式分析,為什么在圓周速度相同的情況下,反動級能承擔的焓降或做功能力比純沖動級?。看穑狠喼苄首畲髸r的速度比稱為最佳速度比。對于純沖動級,；反動級；在圓周速度相同的情況下,純沖動級△ht==反動級△ht==由上式可比較得到,反動級能承擔的焓降或做功能力比純沖動級小。25．簡述蒸汽在軸流式汽輪機的沖動級、反動級和復速級內的能量轉換特點,并比較它們的效率及作工能力。答：沖動級介于純沖動級和反動級之間,蒸汽的膨脹大部分發生在噴嘴中,只有少部分發生在動葉中；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。26．分別繪出純沖動級和反動級的壓力p、速度c變化的示意圖。答：純沖動級：CC2P2P0C0C11P1反動級：C1C1P0C0P1C2P227．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。28．什么是動葉的速度三角形？答：由于動葉以圓周速度旋轉,蒸汽進入動葉的速度相對于不同的坐標系有絕對速度和相對速度之分,表示動葉進出口圓周速度、絕對速度和相對速度的相互關系的三角形叫做動葉的速度三角形。29．簡述軸向推力的平衡方法。答：平衡活塞法；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,這些汽封片是環形的。蒸汽從高壓端泄入汽封,當經過第一個汽封片的狹縫時,由于汽封片的節流作用,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,如果汽封片片數越多,則每一個汽封片兩側壓差就越小,漏汽量也就越小。31．汽輪機的調節級為什么要采用部分進汽？如何選擇合適的部分進汽度？答：在汽輪機的調節級中,蒸汽比容很小,如果噴嘴整圈布置,則噴嘴高度過小,而噴嘴高度太小會造成很大的流動損失,即葉高損失。所以噴嘴高度不能過小,一般大于15mm。而噴嘴平均直徑也不宜過小,否則級的焓降將減少,所以采用部分進汽可以提高噴嘴高度,減少損失。由于部分進汽也會帶來部分進汽損失,所以,合理選擇部分進汽度的原則,應該是使部分進汽損失和葉高損失之和最小。32．汽輪機的級可分為哪幾類？各有何特點？答：根據蒸汽在汽輪機內能量轉換的特點,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；hb=0；Ωm=0?！?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；hn≈hb≈0.5ht；Ωm=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；hn>hb>0；Ωm=0.05～0.35。〔4復速級：復速級有兩列動葉,現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的膨脹。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。33．什么是沖擊原理和反擊原理？在什么情況下,動葉柵受反擊力作用？答：沖擊原理：指當運動的流體受到物體阻礙時,對物體產生的沖擊力,推動物體運動的作功原理。流體質量越大、受阻前后的速度矢量變化越大,則沖擊力越大,所作的機械功愈大。反擊原理：指當原來靜止的或運動速度較小的氣體,在膨脹加速時所產生的一個與流動方向相反的作用力,稱為反擊力,推動物體運動的作功原理。流道前后壓差越大,膨脹加速越明顯,則反擊力越大,它所作的機械功愈大。當動葉流道為漸縮形,且動葉流道前后存在一定的壓差時,動葉柵受反擊力作用。34．說明沖擊式汽輪機級的工作原理和級內能量轉換過程及特點。答：蒸汽在汽輪機級內的能量轉換過程,是先將蒸汽的熱能在其噴嘴葉柵中轉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變為蒸汽的動能。從噴嘴葉柵噴出的高速汽流,以一定的方向進入裝在葉輪上的動葉柵,在動葉流道中繼續膨脹,改變汽流速度的方向和大小,對動葉柵產生作用力,推動葉輪旋轉作功,通過汽輪機軸對外輸出機械功,完成動能到機械功的轉換。由上述可知,汽輪機中的能量轉換經歷了兩個階段：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變為蒸汽所具有的動能,第二階段是在動葉柵中將蒸汽的動能轉變為推動葉輪旋轉機械功,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：汽輪機內的能量損失可分為兩類,一類是汽輪機的內部損失,一類是汽輪機的外部損失。汽輪機的內部損失主要是蒸汽在其通流部分流動和進行能量轉換時,產生的能量損失,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外漏汽而形成的能量損失,無法在焓熵圖中表示。36．什么是汽輪機的相對內效率？什么是級的輪周效率？影響級的輪周效率的因素有哪些？答：蒸汽在汽輪機內的有效焓降與其在汽輪機內的理想焓降的比值稱為汽輪機的相對內效率。一公斤蒸汽在級內轉換的輪周功和其參與能量轉換的理想能量之比稱為輪周效率。影響輪周效率的主要因素是速度系數和,以及余速損失系數,其中余速損失系數的變化范圍最大。余速損失的大小取決于動葉出口絕對速度。余速損失和余速損失系數最小時,級具有最高的輪周效率。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3369.3kJ/kg,初速度c0=50m/s,噴嘴出口蒸汽的實際速度為c1=470.21m/s,速度系數=0.97,本級的余速未被下一級利用,該級內功率為Pi=1227.2kW,流量D1=47T/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,級后壓力p2=0.56MPa,噴嘴理想焓降Δhn=47.4kJ/kg,噴嘴損失Δhnt=3.21kJ/kg,動葉理想焓降Δhb=13.4kJ/kg,動葉損失Δhbt=1.34kJ/kg,級的理想焓降Δht=60.8kJ/kg,初始動能Δhc0=0,余速動能Δhc2=2.09kJ/kg,其他各種損失ΣΔh=2.05kJ/kg。計算：〔1計算級的反動度Ωm〔2若本級余速動能被下一級利用的系數1=0.97,計算級的相對內效率ηri。解：級的反動度Ωm=Δhb/Δht=13.4/60.8=0.22級的相對內效率ηri=<Δht-Δhnζ-Δhbζ-Δhc2-ΣΔh>/<Δht-μ1×Δhc2>=0.923．某反動級理想焓降Δht=62.1kJ/kg,初始動能Δhc0=1.8kJ/kg,蒸汽流量G=4.8kg/s,若噴嘴損失Δhnζ=5.6kJ/kg,動葉損失Δhbζ=3.4kJ/kg,余速損失Δhc2=3.5kJ/kg,余速利用系數μ1=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Δhu=Δht*-δhn-δhb-δhc2=62.1+1.8－5.6－3.4－3.5=51.4kJ/kg輪周功率Pu=G×Δhu=4.8×51.4=246.7kW輪周效率ηu=Δhu/E0=Δhu/<Δht*－μ1×δhc2>=51.4/〔62.1+1.8－0.5×0.35=82.7%4．某級蒸汽的理想焓降為Δht=76kJ/kg,蒸汽進入噴嘴的初速度為c0=70m/s,噴嘴出口方向角α1=18°,反動度為Ωm=0.2,動葉出汽角β2=β1－6°,動葉的平均直徑為dm=1080mm,轉速n=3000r/min,噴嘴的速度系數=0.95,動葉的速度系數=0.94,求：動葉出口汽流的絕對速度c2動葉出口汽流的方向角α2繪出動葉進出口蒸汽的速度三角形。解：=76+0.5×702/1000=76+2.45=78.45kJ/kg336.57m/s169.56m/s182.97m/s=28.64o0.2×78.45=15.69kJ/kg=239.39m/s121.69m/sw1w2w1w2c2c1uu2121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84.3kJ/kg,初始動能1.8kJ/kg,反動度0.04,噴嘴速度系數=0.96,動葉速度系數=0.96,圓周速度為171.8m/s,噴嘴出口角1=15°,動葉出口角2=1－3°,蒸汽流量G=4.8kg/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=171.8m/skJ/kgm/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=3256kJ/kg,,噴嘴速度系數=0.97。試計算噴嘴前蒸汽滯止焓噴嘴出口實際速度解：〔1噴嘴進口動能：⊿hc0=c02/2=702/2=2450〔J/kg=2.45kJ/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°C,噴嘴后壓力p1=0.25MPa,級后壓力p2=0.56MPa,噴嘴理想焓降Δhn=47.4kJ/kg,噴嘴損失Δhnt=3.21kJ/kg,動葉理想焓降Δhb=13.4kJ/kg,動葉損失Δhbt=1.34kJ/kg,級的理想焓降Δht=60.8kJ/kg,初始動能Δhc0=0,余速動能Δhc2=2.09kJ/kg,其他各種損失ΣΔ計算級的反動度Ωm若本級余速動能被下一級利用的系數μ1=0.97,計算級的相對內效率ηri。解：級的反動度Ωm=Δhb/Δht=13.4/60.8=0.22級的相對內效率ηri=<Δht-Δhnζ-Δhbζ-Δhc2-ΣΔh>/<Δht-μ1×Δhc2>=0.928．凝汽式汽輪機的蒸汽初參數：P0=8.83MPa,溫度t0=530℃,汽輪機排汽壓力Pc=0.0034MPa,全機理想焓降ΔHt=1450kJ/kg,其中調節級理想焓降ΔhtI=209.3kJ/kg,調節級相對內效率ηIri=0.5其余各級平均相對內效率ηIIri=0.85。假定發電機效率ηg=0.98,機械效率ηm=0.99。試求：<1>該級組的相對內效率。<2>該機組的汽耗率。<3>在h~s<焓~熵>圖上繪出該機組的熱力過程線。解：〔1因為調節級效率ηIri=0.5=ΔhiI／ΔhtI所以調節級有效焓降：ΔhiI=0.5×ΔhtI=104.65kJ/kg其余各級的有效焓降：ΔHiII=ηIIri×ΔHtII其中：ΔHtII=ΔHt－ΔhtI=1450－209.3=1240.7kJ/kg∴ΔHiII=ηIIri×ΔHtII=0.85×1240.7=1054.6kJ/kghshsΔhtIΔHtIIt0=530℃P0=8.83MPaPc=0.0034MPaηri=〔ΔhiI+ΔHiII／ΔHt=1159.25／1450=79.9% 〔2機組的汽耗率：d=3600／<ΔHt·ηri·ηg·ηm>=3600／〔1124.7=3.2kg／kW. 〔3熱力過程線見右圖。9．已知某級級前蒸汽入口速度C0=0.0m/s,級的理想焓降△ht=78.0kJ/kg,級的反動度Ω=0.3,1=12°,2=18°,圓周速度u=178m/s,噴嘴速度系數=0.97,動葉速度系數=0.9,余速利用系數0=1.0。計算動葉進出口汽流絕對速度及相對速度。畫出動葉進出口速度三角形。畫出該級熱力過程線并標注各符號。解:<1>=〔1-0.3×78=54.6kJ/kgm/sm/s=149.4m/s=194.7m/s=55.1m/s<2>動葉進出口速度三角形：W2C1uuCW2C1uuC2W1P0P0shPshP1P210．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<α2=900>,噴嘴和動葉速度系數分別為=0.95,=0.88,汽輪機轉速為3000轉/分。 〔1計算該級的平均反動度?！?計算輪周損失、輪周力、輪周功率和輪周效率〔μ0=0,μ1=0.9?！?作出該級的熱力過程線并標出各量。解：47.56KJ/KgKJ/Kg〔1〔2=144m/s=160噴嘴損失為：=4.64KJ/Kg動葉損失為：KJ/Kg余速損失為：1.95KJ/Kg輪周損失為：4.64+3.59+1.95=10.18KJ/Kg輪周力為：Fu==851N〔3熱力過程線為：ssP1P2h11．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、動葉的速度系數分別為=0.97,=0.94,試計算該級的反動度。解：=40.187KJ/Kg=23.78KJ/Kg=16.1KJ/Kg第二章多級汽輪機一、單項選擇題1.汽輪機的軸向位置是依靠______確定的？[D]A.靠背輪 B.軸封C.支持軸承 D.推力軸承2.為減小排汽壓力損失提高機組經濟性,汽輪機的排汽室通常設計成：[D]A.等截面型 B.漸縮型C.縮放型 D.漸擴型3.目前,我國火力發電廠先進機組的絕對電效率可達[B]A.30%左右 B.40%左右C.50%左右 D.80%左右4.下列說法正確的是[A]A.增加軸封齒數可以減少軸封漏汽B.減少軸封齒數可以減少軸封漏汽C.加大軸封直徑可以減少軸封漏汽D.以上途徑都不可以5.在多級汽輪機中,全機理想比焓降為1200kJ/kg,各級的理想比焓降之和為1242kJ/kg,則重熱系數為[D]A.0.5%B.1C.2.5%D.3.5%6.汽輪機的進汽節流損失使得蒸汽入口焓[C]A.增大B.減小C.保持不變D.以上變化都有可能7.現代汽輪機相對內效率大約為[C]A.30%~40% B.50%~60%C.90%左右 D.98%~99%8.評價汽輪機熱功轉換效率的指標為[C]A.循環熱效率B.汽耗率C.汽輪機相對內效率D.汽輪機絕對內效率9.在多級汽輪機中重熱系數越大,說明[A]A.各級的損失越大B.機械損失越大C.軸封漏汽損失越大D.排汽阻力損失越大10.關于多級汽輪機的重熱現象,下列哪些說法是不正確的？[A]A.設法增大重熱系數,可以提高多級汽輪機的內效率B.重熱現象是從前面各級損失中回收的一小部分熱能C.重熱現象使得多級汽輪機的理想焓降有所增加D.重熱現象使機組的相對內效率大于各級的平均相對內效率11.哪些指標可以用來評價不同類型汽輪發電機組的經濟性？[A]A.熱耗率 B.汽耗率C.發電機效率 D.機械效率二、填空題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=130.2T/h,得到作用在動葉上的軸向推力ΣFz1=104339N,作用在葉輪上的軸向推力ΣFz2=56859N,作用在各凸肩上的軸向推力ΣFz3=-93901N,則機組總的軸向推力為67297N3.在多級汽輪機中,全機理想比焓降為1200kJ/kg,各級的理想焓降之和為1230kJ/kg,則重熱系數為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ηm=pe/pi8.若應用汽耗率和熱耗率來評價汽輪機經濟性,對于不同初參數的機組,一般采用熱耗率評價機組經濟性。9.考慮整個機組的經濟性,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。三、簡答題1.汽輪發電機組的循環熱效率答：每千克蒸汽在汽輪機中的理想焓降與每千克蒸汽在鍋爐中所吸收的熱量之比稱為汽輪發電機組的循環熱效率。2.熱耗率答：每生產1kW.h電能所消耗的熱量。3.汽輪發電機組的汽耗率答：汽輪發電機組每發1KW·h電所需要的蒸汽量。4.汽輪機的極限功率答：在一定的初終參數和轉速下,單排氣口凝汽式汽輪機所能發出的最大功率。5.汽輪機的相對內效率答：蒸汽實際比焓降與理想比焓降之比。6.汽輪機的絕對內效率答：蒸汽實際比焓降與整個熱力循環中加給1千克蒸汽的熱量之比。7.汽輪發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化成電能的效率稱為汽輪發電機組的相對電效率。1千克蒸汽理想比焓降中轉換成電能的部分與整個熱力循環中加給1千克蒸汽的熱量之比稱為絕對電效率。8.軸封系統答：端軸封和與它相連的管道與附屬設備。9.葉輪反動度答：各版和輪盤間汽室壓力與級后蒸汽壓力之差和級前蒸汽壓力與級后壓力之差的比值。10.進汽機構的阻力損失答：由于蒸汽在汽輪機進汽機構中節流,從而造成蒸汽在汽輪機中的理想焓降減小,稱為進汽機構的阻力損失。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力〔2蒸汽作用在葉輪輪面上的軸向力〔3蒸汽作用在轉子凸肩上的軸向力〔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：平衡活塞法；對置布置法；葉輪上開平衡孔；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：多級汽輪機的循環熱效率大大高于單機汽輪機；多級汽輪機的相對內效率相對較高；多級汽輪機單位功率的投資大大減小?！?如下圖：332154P3T2T1P2P113.何為汽輪機的進汽機構節流損失和排汽阻力損失？在熱力過程線〔焓~熵圖上表示出來。答：由于蒸汽在汽輪機進汽機構中節流從而造成蒸汽在汽輪機中的理想焓降減小,稱為進汽機構的節流損失。汽輪機的乏汽從最后一級動葉排出后,由于排汽要在引至凝汽器的過程中克服摩擦、渦流等阻力造成的壓力降低,該壓力損失使汽輪機的理想焓降減少,該焓降損失稱為排汽通道的阻力損失。hhs節流損失t0P’0P’cPcP0排汽阻力損失第一級存在損失,使第二級進口溫度由升高到,故5-4的焓降大于2-3的焓降。也就是在前一級有損失的情況下,本級進口溫度升高,級的理想比焓降稍有增大,這就是重熱現象。14.軸封系統的作用是什么？答：<1>利用軸封漏汽加熱給水或到低壓處作功。<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象和重熱系數？答：所謂多級汽輪機的重熱現象,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象。因重熱現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。16.說明汽輪機軸封間隙過大或過小對汽輪機分別產生什么影響？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生摩擦,造成局部發熱和變形。17．什么叫余速利用？余速在什么情況下可被全部利用？答：蒸汽從上一級動葉柵流出所攜帶的動能,進入下一級參加能量轉換,稱為余速利用。如果相鄰兩級的直徑相近,均為全周進汽,級間無回熱抽汽,且在下一級進口又無撞擊損失,則上一級的余速就可全部被下一級利用,否則只能部分被利用。當上一級的余速被利用的份額較小時,視為余速不能被利用。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為多少？解：根據重熱系數的定義：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。試計算各級效率、汽輪機內功率。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G=34T/h根據題意知排汽為干飽和蒸汽,則由MPa的等壓線與飽和線相交點得實際排汽狀態點C,該點的焓kJ/kg故汽輪機有效焓降：<kJ/kg>汽輪機相對內效率：由于各級焓降相同、效率相同,所以各級效率與整機相對內效率存在如下關系：則各級效率：汽輪機內功率：3．凝汽式汽輪機的蒸汽初參數為：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,其余各壓力級內效率〔包括末級余速損失在內。設進汽節流損失,假定發電機效率,機械效率。試求：〔1該機組的相對內效率,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因進汽節流損失為5%,節流后的壓力MPa,節流過程中焓值不變,∴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〔kg/kW.h4．試求蒸汽初參數為MPa,初溫,終參數MPa,的背壓式汽輪機的相對內效率和各壓力級的相對內效率。已知：第一級級后壓力MPa,內效率,其余四個壓力級具有相同的焓降和內效率,進汽機構和排汽管中的損失可忽略不計?！仓責嵯禂到猓河珊?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,,可查得kJ/kg整機有效焓降〔kJ/kghs整機理想焓降〔kJ/kg圖4級的熱力過程線整機相對內效率：由于已知整機的重熱系數,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：所以,各壓力級的相對內效率為：5．凝汽式汽輪機的蒸汽初參數為：蒸汽初壓MPa,初溫,汽輪機排汽壓力MPa,進汽節流損失,試問進汽節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因節流損失,所以節流后的初壓：MPa,又由于節流過程焓值不變,圖2進汽節流過程示意圖所以節流后的焓值kJ/kg,對應的理想排汽焓：kJ/kg此時的汽輪機理想焓降：<kJ/kg>所以節流造成的理想焓降減少為：<kJ/kg6．試求凝汽式汽輪機最末級的軸向推力。已知該級蒸汽流量kg/s,平均直徑m,動葉高度mm,葉輪輪轂直徑m,軸端軸封直徑m,噴嘴后的蒸汽壓力MPa,動葉后的蒸汽壓力MPa。根據級的計算,已知其速度三角形為：m/s,,,m/s,,m/s。解：〔1蒸汽作用在動葉上的軸向推力：==4074〔N〔2>作用在葉輪輪面上的作用力〔近似：==2173〔N〔3>蒸汽作用在軸封上的作用力：〔N故總的軸向推力為：〔N7．某機組在最大工況下通過的蒸汽流量T/h,此時計算得到作用在動葉上的軸向推力N,作用在葉輪上的軸向推力N,作用在各凸肩上的軸向推力N,機組軸向推力軸承共裝有10個瓦塊,每塊面積,軸承工作面能承受的最大壓力為,要求的安全系數為1.5~1.7。解：機組總的軸向推力：〔N推力軸承瓦塊上所承受的壓力為：由已知得,軸承工作面最大能承受的壓力。所以其軸承安全系數為：>1.5,故此推力瓦工作是安全的。8．一臺多缸凝汽式汽輪機如圖所示,推力軸承位于高、中壓缸之間,它共有10個瓦塊,每塊面積。最大工況下動葉軸向力為：高壓部分N,中低壓部分N；葉輪上的軸向力：高壓部分N,中低壓部分N；轉子凸肩與軸封凸肩上的總軸向推力：高壓缸側N,中低壓部分N。軸承工作面最大能承受的壓力N/cm2,中低壓部分N,試判斷推力瓦工作的安全性。〔要求的安全系數為1.5∽1.7。高壓缸高壓缸軸承中低壓缸低壓缸軸承軸承圖某汽輪機汽缸分布圖解：軸向推力以高壓側指向低壓側為正,則總的軸向推力為：=〔N推力軸承瓦塊上所承受的壓力為：由已知得,軸承工作面最大能承受的壓力。所以其軸承安全系數為：>1.5故此推力瓦工作是安全的。汽輪機在變動功況下的工作一、單項選擇題1.背壓式汽輪機和調整抽汽式汽輪機的共同點包括下列哪幾項？[C]A.排汽壓力大于1個大氣壓B.有冷源損失C.能供電和供熱D.沒有凝汽器二、填空題1.滑壓運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節方式相比,調節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。背壓式汽輪機非調節級,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流配汽相比,節流損失少,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,低負荷時宜采用節流配汽。6.節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1.凝汽器的極限真空答：凝汽器真空達到末級動葉膨脹極限壓力下的真空時,該真空稱為凝汽器的極限真空。2.滑壓運行答：汽輪機的進汽壓力隨外界的負荷增減而上下"滑動"。3.汽耗微增率答：每增加單位功率需多增加的汽耗量。4.汽輪機的工況圖答：汽輪機發電機組的功率與汽耗量間的關系曲線。5.級的臨界工況答：級內的噴嘴葉柵和動葉柵兩者之一的流速達到或超過臨界速度。6.級的亞臨界工況答：級內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：級組內至少有一列葉柵的出口流速達到或超過臨界速度。8.汽輪機的變工況答：汽輪機在偏離設計參數的條件下運行,稱為汽輪機的變工況。9.閥點答：閥門全開的狀態點,汽流節流損失最小,流動效率最高的工況點。10.節流配汽答：進入汽輪機的所有蒸汽都通過一個調節汽門,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門控制相應的調節級噴嘴來調節汽輪機的進汽量。這種配汽方式具有如下特點：部分進汽,e﹤1,滿負荷時,仍存在部分進汽,所以效率比節流配汽低；部分負荷時,只有那個部分開啟的調節汽門中蒸汽節流較大,而其余全開汽門中的蒸汽節流已減小到最小,故定壓運行時的噴嘴配汽與節流配汽相比,節流損失較少,效率較高,12.繪圖說明最簡單的發電廠生產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流〔調節級不能包括在級組內。14.何種工況為調節級的最危險工況,為什么？答：調節級最危險工況為：第一調節汽門全開,而其他調節汽門全關的情況。當只有在上述情況下,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節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,因此此時調節級受力最大,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濟性和安全性的影響在其他參數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、調節汽門、導管等承壓部件內部應力增大。若調節汽門開度不變,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,固定轉速汽輪機圓周速度不變,此時反動度隨級的比焓降變化?！踩鐖D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,減輕動葉柵汽道的阻塞。WW1uC1C11W11W11當比焓降增大時,則有,故由上可知反動度降低。17.用h-s圖上的熱力過程線分析說明噴嘴配汽定壓運行與滑壓運行哪一種運行方式對變負荷的適應性好。答：如圖：以高壓缸在設計工況和75%設計負荷的熱力過程線為例進行說明。曲線A1B1C1、A1B2C2是定壓運行機組100%設計工況和75%設計負荷的熱力過程線,曲線A1D1、A2DsshA1A2D1D2C2C1B1B2P0t=5400t=3200t=262018.某背壓式汽輪機才用噴嘴調節方式,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,請定性填寫下表〔只需填寫增、減、基本不變P2/p0⊿htxaΩmηi調節級中間級末幾級19.分別指出凝汽式汽輪機和背壓式汽輪機的軸向推力隨負荷的變化規律。答：對于凝汽式汽輪機,負荷即流量變化時,各中間級焓降基本不變,因而反動度不變,各級前后壓差與流量程正比,即汽輪機軸向推力與流量成正比；同時,末級不遵循此規律,調節級的軸向推力也是隨部分進汽度而改變的,且最大負荷時,軸向推力最大,但調節級和末級其軸向推力在總推力中所占比例較小,一般忽略,認為凝汽式汽輪機總軸向推力與流量成正比,且最大負荷時軸向推力最大。20．漸縮噴嘴和縮放噴嘴的變工況特性有何差別？答：縮放噴嘴與漸縮噴嘴的本質區別,是它的臨界截面與出口截面不同,且縮放噴嘴設計工況下背壓低于臨界壓力、出口汽流速度大于音速,而在最小截面處理想速度等于音速。縮放噴嘴的變工況與漸縮噴嘴的差別是：當出口壓力大于設計工況下背壓時,在噴嘴出口截面或噴嘴漸擴部分將產生沖波,速度系數大大降低。另外,對應臨界流量的壓力比小于臨界壓力比。21．為什么可以利用研究噴嘴變工況特性的結果分析動葉柵變工況特性？答：動葉柵為漸縮流道,壓力比都用滯止壓力比,漸縮噴嘴蒸汽參數與流量的特性完全可適用于動葉柵,所不同的是研究動葉柵變工況時,應使用相對速度w。22．采用噴嘴調節的汽輪機進汽量減小時,各類級的理想焓降如何變化？反動度、速度比、級效率如何變化？答：當汽輪機的工況變化時,按各級在工況變化時的特點通常級分為調節級、中間級和末級組三類?！?中間級：在工況變化時,壓力比不變是中間級的特點。汽輪機級的理想焓降是級前溫度和級的壓力比的函數,在工況變化范圍不大時,中間級的級前蒸汽溫度基本不變。此時級內蒸汽的理想焓降不變,級的速度比和反動度也不變,故級效率不變。隨著工況變化范圍增大,壓力最低的中間級前蒸汽溫度開始變化,并逐漸向前推移。當流量減小,級前蒸汽溫度降低,中間級的理想焓降減小,其速度比和反動度相應增大。由于設計工況級的速度比為最佳值,級內效率最高,當速度比偏離最佳值時,級內效率降低。而且速度比偏離最佳值愈遠,級內效率愈低?！?末級組：其特點是級前蒸汽壓力與其流量的關系不能簡化為正比關系,且級組內級數較少。由于在工況變化流量下降時,汽輪機的排汽壓力變化不大,級前壓力減小較多。且變工況前級組前后的壓力差越大,級前壓力降低的多,級后壓力降低的少。此時級的壓力比增大,級內理想焓降減小,而且末級的壓力比和理想焓降變化最大。級的速度比和反動度隨理想焓降的減小而增大,速度比偏離最佳值,級效率相應降低?！?調節級：調節級前后壓力比隨流量的改變而改變,其理想焓降亦隨之變化。當汽輪機流量減小時,調節級的壓力比逐漸減小,調節級焓降逐漸增大。在第一調節閥全開而第二調節閥剛要開啟時,級的壓力比最小,故此時調節級理想焓降達到最大值。級的理想焓降增大,其速度比和反動度隨之減小,速度比偏離最佳值,級效率相應降低。23．主蒸汽壓力變化,對機組安全經濟運行有何影響？答：在初壓變化時,若保持調節閥開度不變,此時除少數低壓級之外,絕大多數級內蒸汽的理想焓降不變,故汽輪機的效率基本保持不變,但其進汽量將隨之改變。對于凝汽式機組或某一級葉柵為臨界狀態的機組,其進汽量與初壓的變化成正比,由于此時汽輪機內蒸汽的理想焓降隨初壓升高而增大,機組功率的相對變化大于機組進汽量的相對變化。對于不同背壓的級組,背壓越高,初壓改變對功率的影響越大。當主蒸汽溫度不變,主蒸汽壓力升高時,蒸汽的初焓減??；此時進汽流量增加,回熱抽汽壓力升高,給水溫度隨之升高,給水在鍋爐中的焓升減小,一公斤蒸汽在鍋爐內的吸熱量減少。此時進汽量雖增大,但由于進汽量的相對變化小于機組功率的相對變化,故熱耗率相應減小,經濟性提高,反之亦然。采用噴嘴調節的機組,初壓改變時保持功率不變。當初壓增加時,一個調節閥關小,其節流損失增大,故汽輪機的內效率略有降低。雖然初壓升高使循環效率增高,但經濟性不如調節閥開度不變的工況。采用節流調節的機組,若保持功率不變,初壓升高時,所有調節閥的開度相應減小,在相同條件下,進汽節流損失大于噴嘴調節。初壓升高使循環效率增大的經濟效益,幾乎全部被進汽節流損失相抵消。初壓升高時,所有承壓部件受力增大,尤其是主蒸汽管道、主汽門、調節閥、噴嘴室、汽缸等承壓部件,其內部應力將增大。初壓升高時若初溫保持不變,使在濕蒸汽區工作的級濕度增大,末級葉片的工作條件惡化,加劇其葉片的侵蝕,并使汽輪機的相對內效率降低。若初壓升高過多,而保持調節閥開度不變,由于此時流量增加,軸向推力增大,并使末級組蒸汽的理想焓降增大,會導致葉片過負荷。此時調節級汽室壓力升高,使汽缸、法蘭和螺栓受力過大,高壓級隔板前后壓差增大。因此對機組初壓和調節級汽室壓力的允許上限值有嚴格的限制。當初壓降低時,要保持汽輪機的功率不變,則要開大調節閥,增加進汽量。此時各壓力級蒸汽的流量和理想焓降都相應增大,則蒸汽對動葉片的作用力增加,會導致葉片過負荷,并使機組的軸向推力相應增大?，F代汽輪機在設計工況下,進汽調節閥的富余開度不大,保證在其全開時,動葉片的彎曲應力和軸向推力不超限。第四章汽輪機的凝汽設備一、單項選擇題1.凝汽器內設置空氣冷卻區的作用是：[C]A.冷卻被抽出的空氣B.避免凝汽器內的蒸汽被抽走C.再次冷卻凝結被抽出的蒸汽和空氣混合物D.降低空氣分壓力2.凝結水的過冷度增大,將引起凝結水含氧量：[A]A.增大 B.減小C.不變 D.無法確定3.在凝汽器的兩管板之間設中間隔板,是為了保證冷卻水管有足夠的：[B]A.熱膨脹 B.剛度C.撓度 D.強度4.實際運行中在其它條件不變的情況下,凝汽器傳熱端差冬季的比夏季大的可能原因是：[B]A.夏季冷卻水入口溫度t1升B.夏季冷卻水管容易結垢C.冬季冷卻水入口溫度t1低,凝汽器內真空高,漏氣量增大D.冬季冷卻水入口溫度t1低,冷卻水管收縮5.在其它條件不變的情況下,凝汽器中空氣分壓力的升高將使得傳熱端差[A]A.增大 B.減小C.不變 D.可能增大也可能減小6.某凝汽器的冷卻倍率為80,汽輪機排汽焓和凝結水比焓分別為2450kJ/kg和300kJ/kg,冷卻水的定壓比熱為4.1868kJ/kg,則其冷卻水溫升為[D]A.3.2℃C.5.4℃7.凝汽器采用回熱式凝汽器的目的是[C]A.提高真空 B.提高傳熱效果C.減小凝結水過冷度 D.提高循環水出口溫度8.某凝汽設備的循環水倍率為40,當凝汽量為500T/h時,所需的循環水量[D]A.12.5T/h B.500T/hC.1000T/h D.20000T/h9.下列哪個因素是決定凝汽設備循環水溫升的主要因素。[A]A.循環水量 B.凝汽器的水阻C.凝汽器的汽阻 D.冷卻水管的排列方式10.關于凝汽器的極限真空,下列說法哪個正確？[B]A.達到極限真空時,凝汽器真空再無法提高B.達到極限真空時,汽輪機功率再無法提高C.達到極限真空時,汽輪機綜合效益最好D.以上說法都不對11.凝汽器的冷卻倍率是指[A]A.進入凝汽器的冷卻水量與進入凝汽器的蒸汽量之比B.進入凝汽器的蒸汽量與進入凝汽器的冷卻水量之比C.冷卻水在凝汽器中的流程次數D.冷卻水吸熱量與蒸汽放熱量之比12.在其它條件不變的情況下,進入凝汽器的蒸汽量減少,則[B]A.凝汽器的真空度降低B.凝汽器的真空度提高C.凝汽器的真空度不變D.真空度變化不能確定13.在其它條件不變的情況下,冷卻水量越大,則[A]A.凝汽器的真空度越高B.凝汽器的真空度越低C.機組的效率越高D.機組的發電量越多14.凝結水過冷度增大的可能原因是[A]A.凝汽器水位過高B.冷卻水量減少C.冷卻水量增加D.冷卻水管結垢二、填空題1.抽汽器有射汽抽汽器、射水抽汽器和水環式真空泵三種型式。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.評價凝汽器優劣的指標有真空,凝結水過冷度,凝結水含氧量,水阻,空冷區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：凝結水的溫度比凝汽器喉部壓力下的飽和溫度低的數值,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,汽輪發電機組輸出的功率就會增加,但同時循環水泵的耗功也會增加,當汽輪發電機組輸出功率的增加量與循環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：冷卻水量緩慢減少冷卻水管結垢或臟污冷卻水溫緩慢升高凝汽器的真空系統漏入空氣抽氣器效率下降部分冷卻水管被堵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：汽輪機排汽汽輪機排汽抽氣器工作介質冷卻水汽氣混合物凝結水12341——凝汽器；2——抽氣器；3——循環水泵；4——凝結水泵任務：<1>在汽輪機的排汽口建立并維持規定的真空度,以提高循環效率；<2>將汽輪機的排汽凝結成潔凈的凝結水,回收工質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,汽輪發電機組輸出的功率就會增加,但同時循環水泵的耗功也會增加,當汽輪發電機組輸出功率的增加量與循環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電機組輸出功率的增加量與循環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：凝汽器內壓力Pc,近似認為等于蒸汽分壓力Ps,可由蒸汽凝結溫度ts確定。當冷卻水量Dw一定時,Δt=αDc,則蒸汽負荷降低時,α是常數,Δt正比于Dc降低；另外,由得,當Dw一定,α是常數時,隨Dc的降低而減?。辉谒疁夭蛔兊那闆r下,可知ts=+Δt+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；處于真空狀態下的低壓各級與相應的回熱系統、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；空氣使凝結水過冷度增大；凝結水中溶入氧量增大,使管道腐蝕加劇。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：蒸汽蒸汽水δttw1⊿tActstAtw2其中,ts表示蒸汽凝結溫度,且ts=⊿t+tw1+δt；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;δt為凝汽器端差；Ac表示凝汽器總傳熱面積。12.什么是凝結水的過冷度？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凝結水的溫度比凝汽器喉部壓力下的飽和溫度低的數值,稱為凝汽器的過冷度。〔2當過冷度很大時,真空降低,凝結效果較差；同時,過冷度增大還會使凝結水中含氧量增大,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,同時還要保證凝結水水位不至過高,使凝汽器處于較好的工作狀態。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濟性角度提出的要求：傳熱效果好；過冷度小；汽阻小?！?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；減少凝結水中的含氧量?！?從節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要減小凝結水中的含氧量。15．凝汽設備運行狀態的優劣集中表現在哪幾個方面？答：凝汽器內是否保持在最佳真空；凝結水的過冷度是否最??；凝結水的品質是否合格。16．凝汽器的熱力特性指什么？答：凝汽器壓力隨進入凝汽器的蒸汽量Dc、進入凝汽器的冷卻水量Dw和冷卻水進入凝汽器時的進口溫度的變化而變化的規律,稱為凝汽器的熱力特性。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式真空泵。第五章汽輪機零件強度與振動一、簡答題1.調頻葉片答：對于有些葉片要求其某個主振型頻率與某類激振力頻率避開才能安全運行,這個葉片對這一主振型稱為調頻葉片。2.不調頻葉片答：對有些葉片允許其某個主振型頻率與某類激振力頻率合拍而處于共振狀態下長期運行,不會導致葉片疲勞破損,這個葉片對這一主振型成為不調頻葉片。3.耐振強度答：表示材料在承受動應力時的一種機械性能。在某一溫度和某一靜壓力下試件在空氣環境中,作彎-彎試驗,循環107次不被破壞可承受的最大動應力。4.安全倍率答：表征葉片抵抗疲勞破壞的系數。5.葉片的動頻率答：考慮離心力影響后的葉片震動頻率。6.熱應力答：汽輪機主要零件不能按照溫度的變化規律進行自由脹縮,即熱變形受到約束,則在零件內部引起應力,這種由溫度引起的應力稱為熱應力。7.分析說明不調頻葉片的安全準則。答：不調頻葉片的動應力幅值應小于許用耐振強度,即：；我們一般認為葉片的激振力幅值正比于作用在該葉片的蒸汽彎曲應力,動應力是激振力引起的,因此葉片的動應力幅值也正比于蒸汽彎曲應力,即：；由兩式可得到：用比值作為評價動強度的指標,考慮其影響因素后,可對它們進行修正用表示,其比值定義為安全倍率,用Ab表示,即不調頻葉片的安全準則為：Ab≥[Ab]8.簡述轉子臨界轉速的概念與物理意義。答：概念：啟動或停機過程中出現振幅峰值的轉速,稱為臨界轉速。由高到低分別為第一、第二…第n階臨界轉速。物理意義：轉速為轉子橫向振動的自振頻率時,由于轉子彎曲力與彈性回復力平衡,而偏心引起的偏心力無力平衡使振幅增大。9.為保證調頻葉片的長期安全運行,應該使葉片滿足哪些條件？答：調頻葉片的安全準則是：〔1葉片的自振頻率要避開激振力頻率一定范圍；〔2還要求安全倍率大于某一許用值。10.指出葉片最危險的三種共振并畫出單個葉片最危險振型。答：葉片最危險的三種共振為：切向A0型振動的動頻率與低頻激振力頻率kn合拍時的共振；切向B0型振動的動頻率與高頻激振力頻率znn相等時的共振；切向A0型振動的動頻率與znn相等時的共振。單個葉片最危險振型為A0型:11.分析說明轉子找平衡的兩個線性條件是什么？答：轉子找平衡的兩個線性條件是：在轉子轉速一定,阻尼系數一定時,〔1轉子振動振幅與不平衡質量大小成正比；〔2偏心離心力超前振幅的相位角為一常數。12．何謂材料的屈服極限、持久極限、蠕變極限和疲勞極限。答：材料的屈服極限：金屬材料在受力較大時,可能產生塑性變形,稱為屈服現象。過大的塑性變形將改變零件