汽轮机原理思考题1

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1．汽轮机有那些用途，我国的汽轮机是如何进行分类的，其型号和型式如何表示？

汽轮机的用途：把蒸汽的热能转化为机械能用于发电；除此之外，还用于大型舰船的动力装备，并广泛作为工业动力源，用于驱动鼓风机、泵、压缩机等设备。汽轮机的分类：A、按做功原理分类：冲动式汽轮机、反动式汽轮机。

B、按热力过程特性分类：凝汽式汽轮机、背压式汽轮机、调整抽汽式

汽轮机、中间再热式汽轮机。

C、按蒸汽压力分类：低压汽轮机，新汽压力1.2～2MPa中压汽轮机，新汽压力2.1～4.0MPa高压汽轮机，新汽压力8.1～12.5MPa超高压汽轮机，新汽压力12.6～15.0MPa亚临界压力汽轮机，新汽压力15.1～22.5MPa超临界压力汽轮机，新汽压力大于22.1MPa

超超临界压力汽轮机，新汽压力27MPa以上或蒸

汽温度超过600/620℃

汽轮机的型号表示：我国制造的汽轮机的型号有三部分。第一部分：由汉语拼音表示汽

轮机的形式（如表一），由数字表示汽轮机的容量（MW）；其次部分：用几组由斜线分隔的数字分别表示新蒸汽参数、再热蒸汽参数、供热蒸汽

参数等；第三部分：厂家设计序号。

表一：型式N凝汽式B背压式

2．汽轮机课程研究的主要内容有那些，如何从科学研究及工程应用的不同角度学习该课程？

研究内容：（1）绪论：本课程的主要内容及在生产实践中的应用；国内外汽轮机的展及

应用；汽轮机的型式、分类及型号；汽轮机装置及现代大型单元制机组的概念；本课程的学习要求及学习方法。

（2）汽轮机级的工作原理：一元滚动的几个主要方程及应用；蒸汽在喷嘴及动叶中的滚动、速度三角形及计算；级的轮周功率和轮周效率；级内损失和级的相对内效率；级的热力设计原理。

(3）多级汽轮机：多级汽轮机的工作过程及其特点；进、排汽机构的滚动阻力损失；汽轮机及其装置的经济性评价指标；轴封及其系统；轴向推力及平衡；汽轮机的极限功率及其影响因素。

(4）汽轮机变工况特性：喷嘴变工况时流量与压力的关系；级与级组的变工况特性；配汽方式对汽轮机变工况运行经济性和安全性的影响；滑压运行经济性和安全性；变工况下汽轮机的热力核算；初终参数变化对汽轮机工作的影响；汽轮机的工况图及热电联产。

(5）汽轮机的凝汽设备：凝汽设备的工作原理及任务；凝汽器的真空与传热；凝汽器的结构布置；抽气器；凝汽器变工况。

C一次调整抽汽式CC二次调整抽汽式CBHY移动式抽汽背压式船用

(6）汽轮机零件的强度、振动及安全校核：汽轮机叶片静强度和动强度的基本概念；叶片弯应力和拉应力计算；叶片振动、调频及安全评价；汽轮发电机组的振动及转子动平衡；汽轮机的热应力及寿命管理。

(7）汽轮机调理保护：汽轮机调理保护的任务；机械液压式调理保护系统的组成及工作过程；调理系统的静态特性和动态特性；中间再热汽轮机的调理特点；汽轮机的电液调理；调理系统的试验和调整。

(8)核电汽轮机、联合循环汽轮机及热电联产汽轮机简介。

学习方法：科学研究：理解对汽轮机的轮周效率、内效率、整机效率等性能的影响因素，

并通过各种方法和科学计算减少汽轮机中的各种损耗，已达到提高汽轮机总效率的目的。

工程应用：了解汽轮机中各种损耗和蒸汽压力、速度等的计算方法，通过调

节蒸汽的各种参数已达到蒸汽热能的最高利用。

3．研究汽轮机原理要用到那些基本假设与基本方程，要用到那些经验及试验修正？

基本假设：滚动是稳定的；滚动是绝热的；工质是理想气体；滚动是一元流。基本方程：连续性方程；动量方程；能量方程。

修正系数：喷管的速度系数?；流量系数μ；动叶速度系数?；余速利用系数μ和μ1等。

4．简述汽轮机级的组成及工作过程。

汽轮机级的组成：是由一列环排的静叶栅（喷嘴）和一列环排的动叶栅（动叶）组成。级的工作过程：纯冲动级：蒸汽通过级时，首先在喷嘴叶栅中将部分热能转化为动能，

然后在动叶栅中将部分动能转化为机械能使叶轮和轴转动。

冲动级：蒸汽通过级时，首先在喷嘴叶栅中将部分热能转化为动能，

然后在动叶栅中将部分动能转化为机械能，并且蒸汽在动叶中继续膨胀将少于总焓降一半的焓降转化为动能和机械能，使叶轮和轴转动。

反动级：蒸汽通过级时，首先在喷嘴叶栅中将部分热能转化为动能，

然后在动叶栅中将部分动能转化为机械能，并且蒸汽在动叶中继续膨胀将级内等于总焓降一半的焓降转化为动能和机械能，使叶轮和轴转动。

5．汽轮机的喷嘴和动叶流道是何形状，如何判别喷嘴及动叶的流态，如何选用叶型？喷管和动叶的形状：渐缩斜切（亚音速，近音速），缩放斜切（超音速）。喷管和动叶流态的判别：ε＜εcr超音速ε=εcr音速ε＞εcr亚音速

选用叶型：（1）单列级一般选用亚音速叶栅（Ma﹤0.8）；

（2）双列复数级可采用带斜切部分的亚音速叶栅；

（3）?n≦0.3~0.4或Ma﹥1.5时需采用跨音速(0.8≦Ma≦1.4)或超音速叶栅

(Ma﹥1.4)。6．流过喷嘴的流量与喷最前后压比之间的函数式可简化为什么公式，其图形有何特点？么是彭台门系数，有何作用？

喷管流量和压比的函数式：G?0.648?Anp???，??2k?12[?nk??nk]k?1。k?12k-1()k?1图形有和特点：

???ncr时，G?Gcr；

???ncr时，G??Gcr。

彭台门系数：通过喷管的流量与同一初始状态下的临界流量之比。

作用：计算喷管中的流量时，不用判定喷管中的滚动状态而直接计算喷管流量。7.动叶进出口速度三角形由那些速度及角度构成，如何确定和计算各速度及角度?速度及角度构成：喷管出口速度c1，动叶栅入口速度ω1，圆周速度u，动叶出口绝对

速度c2，动叶出口相对速度ω2。喷管蒸汽出口角?1，动叶进口汽流

方向角?1，出气方向角?2，动叶出口汽流方向角?2。

?计算：

c1??2?hn11，u??dmn602，

?1?2c21?u2?2c1ucos?1，

sin?csin??1?，sin1?2sin???c，

?2???3??5?

12

?2??2?hb，

?c2??22?u2?2?2ucos?

28.什么是反动度，如何对汽轮机级进行分类，级的轮周效率与速比间有何图形关系，不同

类型的级的热力特性有何不同？

反动度：汽轮机级的动叶的理想比焓降与级的滞止理想比焓降的比值。汽轮机级的分类：单列级：纯冲动级Ωm=0冲动级Ωm＜0.5反动级Ωm=0.5双列级：只能是冲动级图形关系：是抛物线关系，当

当

x1（＜

x）op时，轮周效率随速比x111的增加而增大；

（x）op时，轮周效率随速比x的增加而降低。x＞

11不同级的热力特性的区别：主要区别在蒸汽在动叶栅中是否发生膨胀和膨胀的大小。9.什么是速比和最正确速比？写出纯冲动单列级，纯冲动双列级，反动级及带一定反动度的

冲动级的最正确速比表达式；在圆周速度一致的条件下，比较前三种级的作功能力大小。

速比：列速度比：圆周速度u与喷嘴出口速度

c的比值，即1x1?uc

1

级速度比：圆周速度u与当量喷嘴出口理想速度

c的比值，即axa?uc

a最正确速比：汽轮机的级获得最高轮周效率时所对应的速度比。

（表达式：纯冲动单列级：

x）op?1cos?12cos?141

（纯冲动双列级：（反动级：

x1）op?

x）op?cos?1

（带一定反动度的冲动级：

x）op?（21?1cos?1?m）

作功能力比较：反动级＜纯冲动单列级＜纯冲动双列级。

10.什么是速度系数，其与那些因素有关，如何确定喷嘴及动叶的速度系数？

速度系数：实际速度和理想速度的比值，用来衡量理想速度和实际速度的区别。

影响因素：喷嘴和动叶片的高度，表面粗糙度，叶片型线，前后压力比，冲角，汽流

速度等。如何确定：喷管的速度系数：一般取??0.97

动叶的速度系数：可以先求出喷管出口的理想相对速度

?2t，再根据动叶速

度系数?和反动度?m的关系图查出动叶的速度系数。

11.什么是临界状态和临界参数，临界参数只与那些因素有关？

临界状态：当汽流速度与当地声速相等的时候，汽流所处的状态。临界参数：临界压力

度

pcr，临界温度

Tcr，临界密度

?cr，临界压力比

?cr，临界速

ccr。

因素：临界参数只与蒸汽的等熵指数k有关。

12.什么是余速利用系数，余速利用与不利用对轮周效率和最正确速比有何影响？

余速利用系数：余速动能被利用的程度。影响：（1）余速利用可以提高级的轮周效率。

（2）余速利用使速度比xa在较大范围对轮周效率的影响显著减弱。（3）余速利用使最正确速度比增大。

13.蒸汽在喷嘴和动叶栅斜切部的膨胀滚动有何特点，什么是极限压力？

特点：当喷嘴和动叶栅的出口截面上的压力

此处的点A的汽流压力将从

p1＜

p1cr时，汽流流到喷管喉部处时，

pcr突然降到

p，因而产生汽流的扰动成为扰动

中心。斜切部分形成以A点为中心的膨胀波区。汽流的压力降低，速度增加，同时汽流方向有一定程度的偏转。

极限压力：汽流在喷管和动叶栅的斜切部分膨胀所能达到的最低压力。

14.喷嘴和动叶流道的通流面积如何计算，喷嘴和动叶高度如何计算，影响叶高的因素有那些；什么是部分进汽度，为何要采用部分进汽？

通流面积：喷嘴：亚临界滚动（εn＞εcr）：

GA???cnnn1t?e?dmlnsin?1

1t超临界滚动（0.3＜εn＜εcr）：(An)cr?G0.648p?n?on??o?o缩放喷嘴（εn＜0.3）：(An)cr?G0.648p?o

动叶：

Ab????n2tGb?e?dblbsin?

22t高度：喷嘴：亚临界滚动（εn＞εcr）：

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1m超临界滚动（0.3＜εn＜εcr）：(n)cr?le?dmnsi

(An)cr?

1缩放喷嘴（εn＜0.3）：(n)cr?l(An)crzann