汽轮机原理习题及答案.pdf

汽轮机原理 目 录 第一章 汽轮机级的工作原理 第二章 多级汽轮机 第三章 汽轮机在变动工况下的工作 第四章 汽轮机的凝汽设备 第五章 汽轮机零件强度与振动 第六章 汽轮机调节 模拟试题一 模拟试题二 参考答案 第一章 汽轮机级的工作原理 一 单项选择题 1 汽轮机的级是由 组成的 c a 隔板 喷嘴 b 汽缸 转子 c 喷嘴 动叶 d 主轴 叶轮 2 当喷嘴的压力比 n大于临界压力比 cr时 则喷嘴的出口蒸汽流速 c1 a a c1ccr d c1 ccr 3 当渐缩喷嘴出口压力 p1小于临界压力 pcr时 蒸汽在喷嘴斜切部分发生膨胀 下列哪个说法是正确的 b a 只要降低 p1 即可获得更大的超音速汽流 b 可以获得超音速汽流 但蒸汽在喷嘴中的膨胀是有限的 c 蒸汽在渐缩喷嘴出口的汽流流速等于临界速度 ccr d 蒸汽在渐缩喷嘴出口的汽流流速小于临界速度 ccr 4 汽轮机的轴向位置是依靠 确定的 d a 靠背轮 b 轴封 c 支持轴承 d 推力轴承 5 蒸汽流动过程中 能够推动叶轮旋转对外做功的有效力是 c a 轴向力 b 径向力 c 周向力 d 蒸汽压差 6 在其他条件不变的情况下 余速利用系数增加 级的轮周效率 u a a 增大 b 降低 c 不变 d 无法确定 7 工作在湿蒸汽区的汽轮机的级 受水珠冲刷腐蚀最严重的部位是 a a 动叶顶部背弧处 b 动叶顶部内弧处 c 动叶根部背弧处 d 喷嘴背弧处 8 降低部分进汽损失 可以采取下列哪个措施 d a 加隔板汽封 b 减小轴向间隙 c 选择合适的反动度 d 在非工作段的动叶两侧加装护罩装置 9 火力发电厂汽轮机的主要任务是 b a 将热能转化成电能 b 将热能转化成机械能 c 将电能转化成机械能 d 将机械能转化成电能 10 在纯冲动式汽轮机级中 如果不考虑损失 蒸汽在动叶通道中 c a 相对速度增加 b 相对速度降低 c 相对速度只改变方向 而大小不变 d 相对速度大小和方向都不变 11 已知蒸汽在汽轮机某级的滞止理想焓降为 40 kj kg 该级的反动度为 0 187 则喷嘴出口的理想汽流速度为 d a 8 m s b 122 m s c 161 m s d 255 m s 12 下列哪个说法是正确的 c a 喷嘴流量总是随喷嘴出口速度的增大而增大 b 喷嘴流量不随喷嘴出口速度的增大而增大 c 喷嘴流量可能随喷嘴出口速度的增大而增大 也可能保持不变 d 以上说法都不对 13 冲动级动叶入口压力为 p1 出口压力为 p2 则 p1和 p2有 关系 b a p1 p2 b p1 p2 c p1 p2 d p1 0 5p2 14 工作段弧长为 1037mm 平均直径 1100 mm 该级的部分进汽度 a a 0 3 b 0 5 c 0 66 d 1 15 汽机中反动度为 0 5 的级被称为 d a 纯冲动级 b 带反动度的冲动级 c 复速级 d 反动级 16 蒸汽在某反动级喷嘴中的滞止理想焓降为 30 kj kg 则蒸汽在动叶通道中的 理想焓降为 c a 0 kj kg b 15 kj kg c 30 kj kg d 45 kj kg 17 在反动式汽轮机级中 如果不考虑损失 则 b a 蒸汽在动叶通道中的绝对速度增大 b 蒸汽在动叶通道中绝对速度降低 c 蒸汽在动叶通道中相对速度只改变方向 而大小不变 d 以上说法都不对 18 假设喷嘴前的蒸汽滞止焓为 3350 kj kg 喷嘴出口蒸汽理想比焓值为 3304 4 kj kg 则喷嘴实际出口速度为 a a 9 5 m s b 81 3 m s c 81 9 m s d 320 m s 19 关于喷嘴临界流量 在喷嘴出口面积一定的情况下 请判断下列说法哪个正 确 c a 喷嘴临界流量只与喷嘴初参数有关 b 喷嘴临界流量只与喷嘴终参数有关 c 喷嘴临界流量与喷嘴压力比有关 d 喷嘴临界流量既与喷嘴初参数有关 也与喷嘴终参数有关 20 反动级中 若喷嘴出口汽流角 1 15 当速比取下列哪个值时 该级的轮 周效率最高 d a 0 24 b 0 48 c 0 6 d 0 966 21 在喷嘴出口方向角 1 和圆周速度u相等时 纯冲动级和反动级在最佳速比下 所能承担的焓降之比为 b a 1 2 b 2 1 c 1 1 d 1 4 22 汽轮机级采用部分进汽的原因是 b a 叶片太长 b 叶片太短 c 存在鼓风损失 d 存在斥汽损失 23 下列哪几项损失不属于叶栅损失 c a 喷嘴损失 b 动叶损失 c 余速损失 d 叶高损失 24 在圆周速度相同的情况下 作功能力最大的级为 c a 纯冲动级 b 带反动度的冲动级 c 复速级 d 反动级 25 在各自最佳速比下 轮周效率最高的级是 d a 纯冲动级 b 带反动度的冲动级 c 复速级 d 反动级 26 蒸汽在喷嘴斜切部分膨胀的条件是 a a 喷嘴后压力小于临界压力 b 喷嘴后压力等于临界压力 c 喷嘴后压力大于临界压力 d 喷嘴后压力大于喷嘴前压力 27 在反动级中 下列哪种说法正确 c a 蒸汽在喷嘴中理想焓降为零 b 蒸汽在动叶中理想焓降为零 c 蒸汽在喷嘴与动叶中的理想焓降相等 d 蒸汽在喷嘴的理想焓降小于动叶的理想焓降 28 下列哪个措施可以减小叶高损失 a a 加长叶片 b 缩短叶片 c 加厚叶片 d 减薄叶片 29 下列哪种措施可以减小级的扇形损失 c a 采用部分进汽 b 采用去湿槽 c 采用扭叶片 d 采用复速级 30 在汽轮机工作过程中 下列哪些部件是静止不动的 c a 叶轮 b 叶片 c 隔板 d 轴 31 哪些措施可以减小斥汽损失 b a 采用扭叶片 b 减少喷嘴组数 c 在叶轮上开孔 d 在动叶非工作弧段加装护罩 32 纯冲动级内能量转换的特点是 b a 蒸汽只在动叶栅中进行膨胀 b 蒸汽仅对喷嘴施加冲动力 c 喷嘴进出口蒸汽压力相等 d 喷嘴理想焓降等于动叶理想焓降 33 汽在叶片斜切部分膨胀的特点包括 b a 蒸汽汽流方向不变 b 其叶片前后的压力比 cr c 其叶片前后的压力比 cr d 叶片出口只能得到音速汽流 34 大型气轮机低压末级的反动度一般为 d a 0 b 0 3 c 0 5 d 0 5 二 填空题 1 汽轮机级内漏汽主要发生在 隔板 和 动叶顶部 2 叶轮上开平衡孔可以起到 减小轴向推力 的作用 3 部分进汽损失包括 鼓风 损失和 斥汽 损失 4 汽轮机的外部损失主要有 机械损失 和 轴封损失 5 湿气损失主要存在于汽轮机的 末级和次末级 6 在反动级 冲动级和速度级三种方式中 要使单级汽轮机的焓降大 损失较少 应采用 反动级 7 轮周损失包括 喷嘴损失 动叶损失 余速损失 三 简答题 1 速度比和最佳速比 答 将 级动叶的 圆周速度u与喷嘴出口 蒸汽的 速度c1的比值定义为速 度比 轮周效率最大时的速度比称为最佳速度比 2 假想速比 答 圆周速度 u 与假想全级滞止理想比焓降都在喷嘴中等比熵膨胀的假想出口速 度的比值 3 汽轮机的级 答 汽轮机的级是汽轮机中由一列静叶栅和一列动叶栅组成的将蒸汽热能转换成 机械能的基本工作单元 4 级的轮周效率 答 1kg 蒸汽在轮周上所作的轮周功与整个级所消耗的蒸汽理想能量之比 5 滞止参数 答 具有一定流动速度的蒸汽 如果假想蒸汽等熵地滞止到速度为零时的状态 该状态为滞止状态 其对应的参数称为滞止参数 6 临界压比 答 汽流达到音速时的压力与滞止压力之比 7 级的相对内效率 答 级的相对内效率是指级的有效焓降和级的理想能量之比 8 喷嘴的极限膨胀压力 答 随着背压降低 参加膨胀的斜切部分扩大 斜切部分达到极限膨胀时喷嘴出 口所对应的压力 9 级的反动度 答 动叶的理想比焓降与级的理想比焓降的比值 表示蒸汽在动叶通道内膨胀程 度大小的指标 10 余速损失 答 汽流离开动叶通道时具有一定的速度 且这个速度对应的动能在该级内不能 转换为机械功 这种损失为余速损失 11 临界流量 答 喷嘴通过的最大流量 12 漏气损失 答 汽轮机在工作中由于漏气而产生的损失 13 部分进汽损失 答 由于部分进汽而带来的能量损失 14 湿气损失 答 饱和蒸汽汽轮机的各级和普通凝汽式汽轮机的最后几级都工作与湿蒸汽区 从而对干蒸汽的工作造成一种能量损失称为湿气损失 15 盖度 答 指动叶进口高度超过喷嘴出口高度的那部分叶高 16 级的部分进汽度 答 装有喷嘴的弧段长度与整个圆周长度的比值 17 冲动级和反动级的做功原理有何不同 在相等直径和转速的情况下 比较二 者的做功能力的大小并说明原因 答 冲动级做功原理的特点是 蒸汽只在喷嘴中膨胀 在动叶汽道中不膨胀加速 只改变流动方向 动叶中只有动能向机械能的转化 反动级做功原理的特点是 蒸汽在动叶汽道中不仅改变流动方向 而且还进 行膨胀加速 动叶中既有动能向机械能的转化同时有部分热能转化成动能 在同等直径和转速的情况下 纯冲动级和反动级的最佳速比比值 op x 1 op x 1 1 c u im 1 c u re 1 cos 2 1 1 cos re t h 2 1 im t h re t h im t h 1 2 上式说明反动级的理想焓降比冲动级的小一倍 18 分别说明高压级内和低压级内主要包括哪几项损失 答 高压级内 叶高损失 喷嘴损失 动叶损失 余速损失 扇形损失 漏气损 失 叶轮摩擦损失等 低压级内 湿气损失 喷嘴损失 动叶损失 余速损失 扇形损失 漏气损 失 叶轮摩擦损失很小 19 简述蒸汽在汽轮机的工作过程 答 具有一定压力和温度的蒸汽流经喷嘴 并在其中膨胀 蒸汽的压力 温度不 断降低 速度不断升高 使蒸汽的热能转化为动能 喷嘴出口的高速汽流以一定 的方向进入装在叶轮上的通道中 汽流给动叶片一作用力 推动叶轮旋转 即蒸 汽在汽轮机中将热能转化为了机械功 20 汽轮机级内有哪些损失 造成这些损失的原因是什么 答 汽轮机级内的损失有 喷嘴损失 动叶损失 余速损失 叶高损失 叶轮摩擦损失 部分进汽损失 漏汽损失 扇形损失 湿气损失 9 种 造成这些损失的原因 1 喷嘴损失 蒸汽在喷嘴叶栅内流动时 汽流与流道壁面之间 汽流各 部分之间存在碰撞和摩擦 产生的损失 2 动叶损失 因蒸汽在动叶流道内流动时 因摩擦而产生损失 3 余速损失 当蒸汽离开动叶栅时 仍具有一定的绝对速度 动叶栅的 排汽带走一部分动能 称为余速损失 4 叶高损失 由于叶栅流道存在上下两个端面 当蒸汽流动时 在端面 附面层内产生摩擦损失 使其中流速降低 其次在端面附面层内 凹弧和背弧之 间的压差大于弯曲流道造成的离心力 产生由凹弧向背弧的二次流动 其流动方 向与主流垂直 进一步加大附面层内的摩擦损失 5 扇形损失 汽轮机的叶栅安装在叶轮外圆周上 为环形叶栅 当叶片 为直叶片时 其通道截面沿叶高变化 叶片越高 变化越大 另外 由于喷嘴出 口汽流切向分速的离心作用 将汽流向叶栅顶部挤压 使喷嘴出口蒸汽压力沿叶 高逐渐升高 而按一元流动理论进行设计时 所有参数的选取 只能保证平均直 径截面处为最佳值 而沿叶片高度其它截面的参数 由于偏离最佳值将引起附加 损失 统称为扇形损失 6 叶轮摩擦损失 叶轮在高速旋转时 轮面与其两侧的蒸汽发生摩擦 为了克服摩擦阻力将损耗一部分轮周功 又由于蒸汽具有粘性 紧贴着叶轮的蒸 汽将随叶轮一起转动 并受离心力的作用产生向外的径向流动 而周围的蒸汽将 流过来填补产生的空隙 从而在叶轮的两侧形成涡流运动 为克服摩擦阻力和涡 流所消耗的能量称为叶轮摩擦损失 7 部分进汽损失 它由鼓风损失和斥汽损失两部分组成 在没有布置喷 嘴叶栅的弧段处 蒸汽对动叶栅不产生推动力 而需动叶栅带动蒸汽旋转 从而 损耗一部分能量 另外动叶两侧面也与弧段内的呆滞蒸汽产生摩擦损失 这些损 失称为鼓风损失 当不进汽的动叶流道进入布置喷嘴叶栅的弧段时 由喷嘴叶栅 喷出的高速汽流要推动残存在动叶流道内的呆滞汽体 将损耗一部分动能 此外 由于叶轮高速旋转和压力差的作用 在喷嘴组出口末端的轴向间隙会产生漏汽 而在喷嘴组出口起始端将出现吸汽现象 使间隙中的低速蒸汽进入动叶流道 扰 乱主流 形成损失 这些损失称为斥汽损失 8 漏汽损失 汽轮机的级由静止部分和转动部分组成 动静部分之间必 须留有间隙 而在间隙的前后存在有一定的压差时 会产生漏汽 使参加作功的 蒸汽量减少 造成损失 这部分能量损失称为漏汽损失 9 湿汽损失 在湿蒸汽区工作的级 将产生湿汽损失 其原因是 湿蒸 汽中的小水滴 因其质量比蒸汽的质量大 所获得的速度比蒸汽的速度小 故当 蒸汽带动水滴运动时 造成两者之间的碰撞和摩擦 损耗一部分蒸汽动能 在湿 蒸汽进入动叶栅时 由于水滴的运动速度较小 在相同的圆周速度下 水滴进入 动叶的方向角与动叶栅进口几何角相差很大 使水滴撞击在动叶片的背弧上 对 动叶栅产生制动作用 阻止叶轮的旋转 为克服水滴的制动作用力 将损耗一部 分轮周功 当水滴撞击在动叶片的背弧上时 水滴就四处飞溅 扰乱主流 进一 步加大水滴与蒸汽之间的摩擦 又损耗一部分蒸汽动能 以上这些损失称为湿汽 损失 21 指出汽轮机中喷嘴和动叶的作用 答 蒸汽通过喷嘴实现了由热能向动能的转换 通过动叶将动能转化为机械功 22 据喷嘴斜切部分截面积变化图 请说明 1 当喷嘴出口截面上的压力比 p1 p0大于或等于临界压比时 蒸汽的膨胀 特点 2 当喷嘴出口截面上的压力比 p1 p0小于临界压比时 蒸汽的膨胀特点 答 1 p1 p0大于或等于临界压比时 喷嘴出口截面 ac 上的气流速度和方向与 喉部界面 ab 相同 斜切部分不发生膨胀 只起导向作用 2 当喷嘴出口截面上的压力比 p1 p0小于临界压比时 气流膨胀至 ab 时 压力等于临界压力 速度为临界速度 且蒸汽在斜切部分 abc 的稍前面部分继续 膨胀 压力降低 速度增加 超过临界速度 且气流的方向偏转一个角度 23 什么是速度比 什么是级的轮周效率 试分析纯冲动级余速不利用时 速度 比对轮周效率的影响 答 将 级动叶的 圆周速度u与喷嘴出口 蒸汽的 速度c1的比值定义为速 度比 1kg 蒸汽在轮周上所作的轮周功与整个级所消耗的蒸汽理想能量之比称为轮 周效率 在纯冲动级中 反动度 m 0 则其轮周效率可表示为 u 2 1 2 111 2 cos cos 1cos 叶型选定后 1 1数值基本确定 由公式来看 随速比变化 轮周效率存在一个最大值 同时 速比增大时 喷嘴损失不变 动叶损失减小 余速损失变化最大 当余速损失取最小时 轮周效率最大 24 什么是汽轮机的最佳速比 并应用最佳速度比公式分析 为什么在圆周速度 相同的情况下 反动级能承担的焓降或做功能力比纯冲动级小 答 轮周效率最大时的速度比称为最佳速度比 对于纯冲动级 2 cos 1 1 反动级 11 cos 在圆周速度相同的 情况下 纯冲动级 ht 2 2 a c 2 1 2 cos 2 1 2 1 2 1 uu a 反动级 ht 2 2 a c 2 1 2 1 2 cos2 1 2 2 1 2 2 1 u c uu a 由上式可比较得到 反动级能承担的焓降或做功能力比纯冲动级小 25 简述蒸汽在轴流式汽轮机的冲动级 反动级和复速级内的能量转换特点 并 比较它们的效率及作工能力 答 冲动级介于纯冲动级和反动级之间 蒸汽的膨胀大部分发生在喷嘴中 只有 少部分发生在动叶中 反动级蒸汽在喷嘴和动叶中理想比焓降相等 复速级喷嘴 出口流速很高 高速气流流经第一列动叶作功后其具有余速的汽流流进导向叶 柵 其方向与第二列动叶进汽方向一致后 再流经第二列动叶作功 作功能力 复速级最大 冲动级次之 反动级最小 效率 反动级最大 冲动级次之 复速级最小 26 分别绘出纯冲动级和反动级的压力 p 速度 c 变化的示意图 答 纯冲动级 反动级 27 减小汽轮机中漏气损失的措施 答 为了减小漏气损失 应尽量减小径向间隙 但在汽轮机启动等情况下采用径 向和轴向轴封 对于较长的扭叶片将动叶顶部削薄 缩短动叶顶部和气缸的间隙 还有减小叶顶反动度 可使动叶顶部前后压差不致过大 28 什么是动叶的速度三角形 答 由于动叶以圆周速度旋转 蒸汽进入动叶的速度相对于不同的坐标系有绝对 速度和相对速度之分 表示动叶进出口圆周速度 绝对速度和相对速度的相互关 系的三角形叫做动叶的速度三角形 29 简述轴向推力的平衡方法 答 平衡活塞法 对置布置法 叶轮上开平衡孔 采用推力轴承 p0 c0 p c2 p c2 p2 p0 c0 c1 p1 c1 30 简述汽封的工作原理 答 每一道汽封圈上有若干高低相间的汽封片 齿 这些汽封片是环形的 蒸 汽从高压端泄入汽封 当经过第一个汽封片的狭缝时 由于汽封片的节流作用 蒸汽膨胀降压加速 进入汽封片后的腔室后形成涡流变成热量 使蒸汽的焓值上 升 然后蒸汽又进入下一腔室 这样蒸汽压力便逐齿降低 因此在给定的压差下 如果汽封片片数越多 则每一个汽封片两侧压差就越小 漏汽量也就越小 31 汽轮机的调节级为什么要采用部分进汽 如何选择合适的部分进汽度 答 在汽轮机的调节级中 蒸汽比容很小 如果喷嘴整圈布置 则喷嘴高度过小 而喷嘴高度太小会造成很大的流动损失 即叶高损失 所以喷嘴高度不能过小 一般大于 15mm 而喷嘴平均直径也不宜过小 否则级的焓降将减少 所以采用 部分进汽可以提高喷嘴高度 减少损失 由于部分进汽也会带来部分进汽损失 所以 合理选择部分进汽度的原则 应该是使部分进汽损失和叶高损失之和最小 32 汽轮机的级可分为哪几类 各有何特点 答 根据蒸汽在汽轮机内能量转换的特点 可将汽轮机的级分为纯冲动级 反动 级 带反动度的冲动级和复速级等几种 各类级的特点 1 纯冲动级 蒸汽只在喷嘴叶栅中进行膨胀 而在动叶栅中蒸汽不膨胀 它仅利用冲击力来作功 在这种级中 p1 p2 hb 0 m 0 2 反动级 蒸汽的膨胀一半在喷嘴中进行 一半在动叶中进行 它的动 叶栅中不仅存在冲击力 蒸汽在动叶中进行膨胀还产生较大的反击力作功 反动 级的流动效率高于纯冲动级 但作功能力较小 在这种级中 p1 p2 hn hb 0 5 ht m 0 5 3 带反动度的冲动级 蒸汽的膨胀大部分在喷嘴叶栅中进行 只有一小 部分在动叶栅中进行 这种级兼有冲动级和反动级的特征 它的流动效率高于纯 冲动级 作功能力高于反动级 在这种级中 p1 p2 hn hb 0 m 0 05 0 35 4 复速级 复速级有两列动叶 现代的复速级都带有一定的反动度 即 蒸汽除了在喷嘴中进行膨胀外 在两列动叶和导叶中也进行适当的膨胀 由于复 速级采用了两列动叶栅 其作功能力要比单列冲动级大 33 什么是冲击原理和反击原理 在什么情况下 动叶栅受反击力作用 答 冲击原理 指当运动的流体受到物体阻碍时 对物体产生的冲击力 推动物 体运动的作功原理 流体质量越大 受阻前后的速度矢量变化越大 则冲击力越 大 所作的机械功愈大 反击原理 指当原来静止的或运动速度较小的气体 在膨胀加速时所产生的 一个与流动方向相反的作用力 称为反击力 推动物体运动的作功原理 流道前 后压差越大 膨胀加速越明显 则反击力越大 它所作的机械功愈大 当动叶流道为渐缩形 且动叶流道前后存在一定的压差时 动叶栅受反击力 作用 34 说明冲击式汽轮机级的工作原理和级内能量转换过程及特点 答 蒸汽在汽轮机级内的能量转换过程 是先将蒸汽的热能在其喷嘴叶栅中转换 为蒸汽所具有的动能 然后再将蒸汽的动能在动叶栅中转换为轴所输出的机械 功 具有一定温度和压力的蒸汽先在固定不动的喷嘴流道中进行膨胀加速 蒸汽 的压力 温度降低 速度增加 将蒸汽所携带的部分热能转变为蒸汽的动能 从 喷嘴叶栅喷出的高速汽流 以一定的方向进入装在叶轮上的动叶栅 在动叶流道 中继续膨胀 改变汽流速度的方向和大小 对动叶栅产生作用力 推动叶轮旋转 作功 通过汽轮机轴对外输出机械功 完成动能到机械功的转换 由上述可知 汽轮机中的能量转换经历了两个阶段 第一阶段是在喷嘴叶栅 和动叶栅中将蒸汽所携带的热能转变为蒸汽所具有的动能 第二阶段是在动叶栅 中将蒸汽的动能转变为推动叶轮旋转机械功 通过汽轮机轴对外输出 35 汽轮机的能量损失有哪几类 各有何特点 答 汽轮机内的能量损失可分为两类 一类是汽轮机的内部损失 一类是汽轮机 的外部损失 汽轮机的内部损失主要是蒸汽在其通流部分流动和进行能量转换时 产生的 能量损失 可以在焓熵图中表示出来 汽轮机的外部损失是由于机械摩擦及对外漏汽而形成的能量损失 无法在焓 熵图中表示 36 什么是汽轮机的相对内效率 什么是级的轮周效率 影响级的轮周效率的因 素有哪些 答 蒸汽在汽轮机内的有效焓降与其在汽轮机内的理想焓降的比值称为汽轮机的 相对内效率 一公斤蒸汽在级内转换的轮周功和其参与能量转换的理想能量之比称为轮 周效率 影响轮周效率的主要因素是速度系数 和 以及余速损失系数 其中余速 损失系数的变化范围最大 余速损失的大小取决于动叶出口绝对速度 余速损失 和余速损失系数最小时 级具有最高的轮周效率 四 计算题 1 已知汽轮机某纯冲动级喷嘴进口蒸汽的焓值为 3369 3 kj kg 初速度 c0 50 m s 喷嘴出口蒸汽的实际速度为 c1 470 21 m s 速度系数 0 97 本级的 余速未被下一级利用 该级内功率为 pi 1227 2 kw 流量 d1 47 t h 求 1 喷嘴损失为多少 2 喷嘴出口蒸汽的实际焓 3 该级的相对内效率 解 1 sm c c t 75 484 97 0 21 470 1 1 喷嘴损失 kgkjch tn 94 6 97 01 1000 75 484 2 1 1 2 1 2 2 22 1 2 kgkjkgj c hc 25 1 1250 2 2 0 0 kgkjhhh c 55 337025 1 3 3369 00 0 kgkjchh tt 3253 1000 75 484 2 1 55 3370 2 1 2 2 1 01 喷嘴出口蒸汽的实际焓 kgkjhhh nt 326094 63253 11 3 kgkjhhh ttt 55 117325355 3370 1 kgkj d p h i i 94 100047 2 122736003600 1 级的相对内效率 80 0 55 117 94 t i ri h h 2 某冲动级级前压力 p0 0 35mpa 级前温度 t0 169 c 喷嘴后压力 p1 0 25mpa 级后压力 p2 0 56mpa 喷嘴理想焓降 h n 47 4kj kg 喷嘴损失 h n t 3 21kj kg 动叶理想焓降 h b 13 4kj kg 动叶损失 h b t 1 34kj kg 级 的理想焓降 h t 60 8kj kg 初始动能 hc0 0 余速动能 h c 2 2 09kj kg 其 他各种损失 h 2 05 kj kg 计算 1 计算级的反动度 m 2 若本级余速动能被下一级利用的系数 1 0 97 计算级的相对内效率 r i 解 级的反动度 m hb ht 13 4 60 8 0 22 级的相对内效率 ri ht hn hb hc2 h ht 1 hc2 0 92 3 某反动级理想焓降 ht 62 1kj kg 初始动能 hc0 1 8 kj kg 蒸汽流量 g 4 8kg s 若喷嘴损失 hn 5 6kj kg 动叶损失 hb 3 4kj kg 余速损失 hc2 3 5kj kg 余速利用系数 1 0 5 计算该级的轮周功率和轮周效率 解 级的轮周有效焓降 hu ht hn hb hc2 62 1 1 8 5 6 3 4 3 5 51 4kj kg 轮周功率 pu g hu 4 8 51 4 246 7kw 轮周效率 u hu e 0 hu h t 1 h c2 51 4 62 1 1 8 0 5 0 35 82 7 4 某级蒸汽的理想焓降为 ht 76 kj kg 蒸汽进入喷嘴的初速度为 c0 70 m s 喷嘴出口方向角 1 18 反动度为 m 0 2 动叶出汽角 2 1 6 动 叶的平均直径为 dm 1080 mm 转速 n 3000 r min 喷嘴的速度系数 0 95 动叶的速度系数 0 94 求 1 动叶出口汽流的绝对速度 c2 2 动叶出口汽流的方向角 2 3 绘出动叶进出口蒸汽的速度三角形 解 2 2 0 c hh tt 76 0 5 70 2 1000 76 2 45 78 45 kj kg 100045 78 2 01 295 0 1 2 11tmt hcc 336 57 m s 60 300008 114 3 60 nd u m 169 56 m s 022 11 22 11 18cos56 16957 336256 16957 336cos2 ucucw 182 97 m s 0 0 1 11 1 64 34 97 182 18sin57 336 arcsin sin arcsin w c 664 3460 12 28 64 o tmb hh 0 2 78 45 15 69 kj kg 22 12 97 182100069 15294 02 whw b 239 39 m s 022 22 22 22 64 28cos56 16939 239256 16939 239cos2 uwuwc 121 69 m s 69 121 64 28sin39 239 arcsin sin arcsin 2 22 2 c w 70 54 动叶进出口蒸汽的速度三角形 5 已知汽轮机某级的理想焓降为 84 3 kj kg 初始动能 1 8 kj kg 反动度 0 04 喷嘴速度系数 0 96 动叶速度系数 0 96 圆周速度为 171 8 m s 喷嘴 出口角 1 15 动叶出口角 2 1 3 蒸汽流量 g 4 8 kg s 求 1 喷嘴出口相对速度 2 动叶出口相对速度 3 轮周功率 解 1 3 84 t h kj kg 8 1 0 c h kj kg 04 0 m u 171 8 m s 1 868 13 84 0 ctt hhh kj kg 5 390 1 2 1 tm hc m s 喷嘴出口相对速度 9 228cos2 11 22 11 ucucw m s 0 1 11 1 2 26 sin arcsin w c 2 动叶出口相对速度 2 2432 2 1 2 whw tm m s 3 00 12 2 233 轮周功率 kw66 3391000 2 23cos7 2242 26cos9 2288 1718 4 coscos 00 2211 wwugpu 6 已知喷嘴进口蒸汽焓值 h0 3336kj kg 蒸汽初速度 c0 70m s 喷嘴后理想焓 w1 w2 c2 c1 u u 2 1 2 1 值 h1t 3256 kj kg 喷嘴速度系数 0 97 试计算 1 喷嘴前蒸汽滞止焓 2 喷嘴出口实际速度 解 1 喷嘴进口动能 hc0 c0 2 2 702 2 2450 j kg 2 45 kj kg 喷嘴前蒸汽滞止焓 h0 h0 hc0 3336 2 45 3338 5 kj kg 2 2 4065 8220002 5 8232565 3338 1 1 0 smhc smhhh nt tn 喷嘴出口实际速度 0 3942 40697 0 11 smcc t 7 某冲动级级前压力 p0 0 35mpa 级前温度 t0 169 c 喷嘴后压力 p1 0 25mpa 级 后 压 力 p2 0 56mpa 喷 嘴 理 想 焓 降 hn 47 4kj kg 喷 嘴 损 失 hnt 3 21kj kg 动叶理想焓降 hb 13 4kj kg 动叶损失 hbt 1 34kj kg 级的理想焓降 ht 60 8kj kg 初始动能 hc0 0 余速动能 hc2 2 09kj kg 其他各种损失 h 2 05 kj kg 计算 1 计算级的反动度 m 2 若本级余速动能被下一级利用的系数 1 0 97 计算级的相对内效率 ri 解 级的反动度 m hb ht 13 4 60 8 0 22 级的相对内效率 ri ht hn hb hc2 h ht 1 hc2 0 92 8 凝汽式汽轮机的蒸汽初参数 p0 8 83 mpa 温度 t 0 530 汽轮机排汽压 力 pc 0 0034 mpa 全机理想焓降 h t 1450 kj kg 其中调节级理想焓降 h t i 209 3 kj kg 调节级相对内效率 i ri 0 5 其余各级平均相对内效率 ii ri 0 85 假定发电机效率 g 0 98 机械效率 m 0 99 试求 1 该级组的相对内效率 2 该机组的汽耗率 3 在 h s 焓 熵 图上绘出该机组的热力过程线 解 1 因为调节级效率 i ri 0 5 h i i h t i 所以调节级有效焓降 h i i 0 5 h t i 104 65 kj kg 其余各级的有效焓降 hi ii ii ri ht ii 其中 h t ii h t h t i 1450 209 3 1240 7 kj kg hi ii ii ri ht ii 0 85 1240 7 1054 6 kj kg 故整机的相对内效率 ri hi i h i ii h t 1159 25 1450 79 9 2 机组的汽耗率 d 3600 h t ri g m 3600 1124 7 3 2 kg kw 3 热力过程线 见右图 9 已知某级级前蒸汽入口速度 c0 0 0 m s 级的理想焓降 h t 78 0kj kg 级 的反动度 0 3 1 12 2 18 圆周速度u 178m s 喷嘴速度系数 0 97 动叶速度系数 0 9 余速利用系数 0 1 0 1 计算动叶进出口汽流绝对速度及相对速度 2 画出动叶进出口速度三角形 3 画出该级热力过程线并标注各符号 解 1 0 1 0 t mn hh 1 0 3 78 54 6 kj kg 5 3306 54102102 3 0 3 1 nt hcm s 5 32097 05 330 11 t cc m s 022 11 2 2 11 12cos1785 32021785 320cos2 ucucw 149 4m s 33 0 2 10783 029 0102 tm hw 194 7 m s 02 22 2 2 22 18cos1787 19421787 194cos2 2 uwuwc 55 1m s h s h t i ht ii t 0 530 p0 8 83 mpa pc 0 0034 mpa 2 动叶进出口速度三角形 3 该级热力过程线 10 已知某级 g 30kg s c0 0 0 w1 158m s c1 293m s w2 157m s c2 62 5m s 轴向排汽 2 900 喷嘴和动叶速度系数分别为 0 95 0 88 汽轮机转速 为 3000 转 分 1 计算该级的平均反动度 2 计算轮周损失 轮周力 轮周功率和轮周效率 0 0 1 0 9 3 作出该级的热力过程线并标出各量 解 2 3 2 23 2 1 0 95 0102 293 102 c hn47 56 kj kg 418 3 102 158 88 0102 157 102102 3 2 23 2 3 2 1 2 2 2 3 ww hb kj kg 0 t h 0 n h b h p 1 p2 h s p 0 c1 u w1 u c2 w2 1 07 0 56 47418 3 418 3 0 bn b m hh h 2 22 2 2 2 2 5 62157 cwu 144 m s 1442932 158144293 arccos 2 arccos 222 1 2 1 2 2 1 1 uc wuc 16 0 0 2 2 2 26 157 5 62 arcsinarcsin w c 喷嘴损失为 22 0 95 0156 471 nn hh 4 64 kj kg 动叶损失为 59 388 01 102 4 178 1 102 2 3 2 2 3 2 2 t b w h kj kg 余速损失为 3 2 3 2 2 2 102 5 62 102 c hc 1 95 kj kg 轮周损失为 2 hchh bn 4 64 3 59 1 95 10 18 kj kg 轮周力为 fu 0 2211 90cos5 6216cos29330coscos 0 ccg 851n 3 热力过程线为 s 0 t h 0 n h n h b h b h 2c h p1 p2 h 11 已知汽轮机某级喷嘴出口速度 c1 275m s 动也进 出口速度分别为 w1 124m s w2 205m s 喷嘴 动叶的速度系数分别为 0 97 0 94 试计 算该级的反动度 解 32 2 23 2 1 3 2 1 0 1097 02 275 102102 cc h t n 40 187 kj kg 232 2 2 3 2 2 0 94 0102 205 102102 2 3 ww h t b 23 78 kj kg 3 2 3 2 1 0 102 124 78 23 102 w hh bb 16 1 kj kg 29 0 18 401 16 1 16 0 nb b m hh h 第二章 多级汽轮机 一 单项选择题 1 汽轮机的轴向位置是依靠 确定的 d a 靠背轮 b 轴封 c 支持轴承 d 推力轴承 2 为减小排汽压力损失提高机组经济性 汽轮机的排汽室通常设计成 d a 等截面型 b 渐缩型 c 缩放型 d 渐扩型 3 目前 我国火力发电厂先进机组的绝对电效率可达 b a 30 左右 b 40 左右 c 50 左右 d 80 左右 4 下列说法正确的是 a a 增加轴封齿数可以减少轴封漏汽 b 减少轴封齿数可以减少轴封漏汽 c 加大轴封直径可以减少轴封漏汽 d 以上途径都不可以 5 在多级汽轮机中 全机理想比焓降为 1200kj kg 各级的理想比焓降之和为 1242kj kg 则重热系数为 d a 0 5 b 1 5 c 2 5 d 3 5 6 汽轮机的进汽节流损失使得蒸汽入口焓 c a 增大 b 减小 c 保持不变 d 以上变化都有可能 7 现代汽轮机相对内效率大约为 c a 30 40 b 50 60 c 90 左右 d 98 99 8 评价汽轮机热功转换效率的指标为 c a 循环热效率 b 汽耗率 c 汽轮机相对内效率 d 汽轮机绝对内效率 9 在多级汽轮机中重热系数越大 说明 a a 各级的损失越大 b 机械损失越大 c 轴封漏汽损失越大 d 排汽阻力损失越大 10 关于多级汽轮机的重热现象 下列哪些说法是不正确的 a a 设法增大重热系数 可以提高多级汽轮机的内效率 b 重热现象是从前面各级损失中回收的一小部分热能 c 重热现象使得多级汽轮机的理想焓降有所增加 d 重热现象使机组的相对内效率大于各级的平均相对内效率 11 哪些指标可以用来评价不同类型汽轮发电机组的经济性 a a 热耗率 b 汽耗率 c 发电机效率 d 机械效率 二 填空题 1 压力反动度是指 喷嘴后与级后蒸汽压力之差 和 级前与级后压力之差 之比 2 某机组在最大工况下通过的蒸汽流量 g 130 2 t h 得到作用在动叶上的轴向 推力 fz1 104339 n 作用在叶轮上的轴向推力 fz2 56859 n 作用在各凸肩上 的轴向推力 fz3 93901 n 则机组总的轴向推力为 67297n 3 在多级汽轮机中 全机理想比焓降为 1200 kj kg 各级的理想焓降之和为 1230 kj kg 则重热系数为 2 5 4 减小汽轮机进汽阻力损失的主要方法是 改善蒸汽在汽门中的流动特性 5 汽轮机损失包括级内损失和 进汽阻力损失 排气损失 轴端漏气损失 机 械摩擦损失 6 汽轮发电机组中 以全机理想比焓降为基础来衡量设备完善程度的效率为 相 对效率 以整个循环中加给 1kg 蒸汽的热量为基准来衡量的效率为 绝对效率 7 汽轮机机械效率的表达式为 m pe pi 8 若应用汽耗率和热耗率来评价汽轮机经济性 对于不同初参数的机组 一般采 用 热耗率 评价机组经济性 9 考虑整个机组的经济性 提高单机极限功率的主要途径是 增大末级叶片轴向 排气面积 三 简答题 1 汽轮发电机组的循环热效率 答 每千克蒸汽在汽轮机中的理想焓降与每千克蒸汽在锅炉中所吸收的热量之比 称为汽轮发电机组的循环热效率 2 热耗率 答 每生产 1kw h 电能所消耗的热量 3 汽轮发电机组的汽耗率 答 汽轮发电机组每发 1kw h 电所需要的蒸汽量 4 汽轮机的极限功率 答 在一定的初终参数和转速下 单排气口凝汽式汽轮机所能发出的最大功率 5 汽轮机的相对内效率 答 蒸汽实际比焓降与理想比焓降之比 6 汽轮机的绝对内效率 答 蒸汽实际比焓降与整个热力循环中加给 1 千克蒸汽的热量之比 7 汽轮发电机组的相对电效率和绝对电效率 答 1 千克蒸汽所具有的理想比焓降中最终被转化成电能的效率称为汽轮发电机 组的相对电效率 1 千克蒸汽理想比焓降中转换成电能的部分与整个热力循环中加给 1 千克蒸 汽的热量之比称为绝对电效率 8 轴封系统 答 端轴封和与它相连的管道与附属设备 9 叶轮反动度 答 各版和轮盘间汽室压力与级后蒸汽压力之差和级前蒸汽压力与级后压力之差 的比值 10 进汽机构的阻力损失 答 由于蒸汽在汽轮机进汽机构中节流 从而造成蒸汽在汽轮机中的理想焓降减 小 称为进汽机构的阻力损失 11 简答多级汽轮机每一级的轴向推力是由哪几部分组成的 平衡汽轮机的轴向 推力可以采用哪些方法 答 多级汽轮机每一级的轴向推力由 1 蒸汽作用在动叶上的轴向力 2 蒸汽作用在叶轮轮面上的轴向力 3 蒸汽作用在转子凸肩上的轴向力 4 蒸汽作用隔板汽封和轴封套筒上的轴向推力组成 平衡汽轮机的轴向推力可以采用 1 平衡活塞法 2 对置布置法 3 叶轮上开平衡孔 4 采用推力轴承 12 大功率汽轮机为什么都设计成多级汽轮机 在 h s 图上说明什么是多级汽轮 机的重热现象 答 1 大功率汽轮机多采用多级的原因为 多级汽轮机的循环热效率大大高于 单机汽轮机 多级汽轮机的相对内效率相对较高 多级汽轮机单位功率的投资大 大减小 2 如下图 13 何为汽轮机的进汽机构节流损失和排汽阻力损失 在热力过程线 焓 熵图 上表示出来 答 由于蒸汽在汽轮机进汽机构中节流从而造成蒸汽在汽轮机中的理想焓降减 小 称为进汽机构的节流损失 汽轮机的乏汽从最后一级动叶排出后 由于排汽要在引至凝汽器的过程中克 服摩擦 涡流等阻力造成的压力降低 该压力损失使汽轮机的理想焓降减少 该 焓降损失称为排汽通道的阻力损失 3 2 1 5 4 p3 t2 t1 p2 p1 h s 节流损失 t 0 p 0 p c pc p0 排汽阻力损失 第一级存在损失 使第二级进口温度由升高到 故 5 4 的焓降大于 2 3 的焓 降 也就是在前一级有损失的情况下 本级进口温度升高 级的理想比焓降稍有 增大 这就是重热现象 14 轴封系统的作用是什么 答 1 利用轴封漏汽加热给水或到低压处作功 2 防止蒸汽自汽封处漏入大气 3 冷却轴封 防止高压端轴封处过多的热量传出至主轴承而造成轴承温度 过高 影响轴承安全 4 防止空气漏入汽轮机真空部分 15 何为多级汽轮机的重热现象和重热系数 答 所谓多级汽轮机的重热现象 也就是说在多级汽轮机中 前面各级所损失的 能量可以部分在以后各级中被利用的现象 因重热现象而增加的理想焓降占汽轮 机理想焓降的百分比 称为多级汽轮机的重热系数 16 说明汽轮机轴封间隙过大或过小对汽轮机分别产生什么影响 答 减小轴封漏气间隙 可以减小漏气 提高机组效率 但是 轴封间隙又不能 太小 以免转子和静子受热或振动引起径向变形不一致时 汽封片与主轴之间发 生摩擦 造成局部发热和变形 17 什么叫余速利用 余速在什么情况下可被全部利用 答 蒸汽从上一级动叶栅流出所携带的动能 进入下一级参加能量转换 称为余 速利用 如果相邻两级的直径相近 均为全周进汽 级间无回热抽汽 且在下一 级进口又无撞击损失 则上一级的余速就可全部被下一级利用 否则只能部分被 利用 当上一级的余速被利用的份额较小时 视为余速不能被利用 四 计算题 1 某 50mw 汽轮机全机理想比焓降为 1428 6kj kg 各级的理想焓降之和为 1514 57kj kg 求该汽轮机的重热系数为多少 解 根据重热系数的定义 1 各级的理想焓降之和 全机理想比焓降 所以该多级汽轮机的重热系数为 06 01 6 1428 57 1514 2 一反动式汽轮机 蒸汽流量 34 g t h 蒸汽初压 2 0 p mpa 初温 ct 400 0 排汽压力 02 0 c p mpa 排汽恰好是饱和蒸汽 全机共有 14 级 每级效率相同 焓降相同 重热系数 05 0 试计算各级效率 汽轮机内功率 解 由 00 t p 和 c p 在 h s 图上可查得 0 p 0 t 蒸汽初始焓 7 3248 0 h kj kg t h c p 理想出口焓 2349 ct h kj kg c h 由此可得汽轮机理想焓降 ct h 7 89923497 3248 0 ctt hhh kj kg 图 1 汽轮机热力过程线 根据题意知排汽为干饱和蒸汽 则由 02 0 c p mpa 的等压线与饱和线相交点得实际排汽状态点 c 该点的焓 2610 c h kj kg 故汽轮机有效焓降 7 63826107 3248 0 ci hhh kj kg 汽轮机相对内效率 71 7 899 7 638 t i ri h h 由于各级焓降相同 效率相同 所以各级效率 ri 与整机相对内效率存在如下关 系 riri 1 则各级效率 6 67 05 01 71 0 1 riri 汽轮机内功率 60297 638 3600 34000 kwhgp ti 3 凝汽式汽轮机的蒸汽初参数为 蒸汽初压 83 8 0 p mpa 初温 ct 535 0 排 汽压力 004 0 c p mpa 其第一级理想焓降 3 209 c t h kj kg 该级效率 5 0 c ri 其余各压力级内效率 85 0 ri 包括末级余速损失在内 设进汽节流损失 00 05 0pp 假定发电机效率 98 0 g 机械效率 99 0 ax 试求 1 该机 组的相对内效率 并绘出在 h s 上的热力过程线 2 该机组的汽耗率 解 由 00 t p 和 c p 在 h s 图上可查得蒸汽初始焓 3475 0 h kj kg 理想排汽焓 ct h 2025kj kg 0 p 0 p 因进汽节流损失为 5 节流后的压力 39 895 0 00 pp mpa c t h 节流过程中焓值不变 3475 00 hh kj kg t h 汽轮机第一级实际入口点为 0 00 hp c p 已知第一级理想焓降 kgkjhc t 3 209 所以 c h 第一级出口压力 2 p 可确定 h ct h 已知第一级效率 5 0 c ri 而 c t c ri hhh 20 s 所以第一级实际出口焓 图 3 级的热力过程线 4 33705 03 2093475 02 c ri c t hhh kj kg 第一级实际出口点为 2 2 p