山东建筑大学《汽轮机原理》习题及答案

第一章汽轮机级的工作原理

二、填空题

1.汽轮机级内漏汽主要发生在隔板和动叶顶部O

2o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.

5o湿气损失主要存在于汽轮机的末级和次末级。

6O在反动级、冲动级和速度级三种方式中，要使单级汽轮机的始降大，损失较少，应采用

反动级O

7.轮周损失包括：喷嘴损失、动叶损失、余速损失o

三、简答题

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。

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蛤降和级的理想能量之比。

9.级的反动度

答：动叶的理想比蛤降与级的理想比始降的比值.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。

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。

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：

（项）乃/（阳）叩二（幺）加/（巴）r-（,COS%）/cos%二/J加

Gc}2V2

时/M""二1/2

上式说明反动级的理想婚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

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。

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"与喷嘴出口（蒸汽的）速度G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Q-0,则其轮周效率可表示为:

“尸29力|（（：05%一石

叶理选定后，。、W、ai、B1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。

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，/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叫中理想比蛤降相等；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栅，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。

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。

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。

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，使蒸汽的燃值上升，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。

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：Pi=p2;hb=0：Qm=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：pQp2：h产hb^0.5hjQm=0.5o

(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：pi>p2;hn>hb>0；Qffl=0o05〜0.35。

(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.

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

的功能，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

在始炳图中表示出来。

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，无法在始嫡图中表示.

四、计算题

1.已知汽轮机某纯冲动级喷嘴进口蒸汽的蛤值为3369。3kJ/kg,初速度c°=50m/s,喷嘴出

口蒸汽的实际速度为3=470.21m/s,速度系数。二0.97,本级的余速未被下一级利用，该级

内功率为p,=1227o2kW,流量D,=47T/h,求：

(1)喷嘴损失为多少？

(2)喷嘴出口蒸汽的实际燃？

(3)该级的相对内效率?

c,470.21__.

c.t=-=----------=484.75mis

解：(1)①097

△心=-c.；(l-^2)=--484,75(1-0.972)=6.94kJ1kg

喷嘴损失："2"*21000

A/zc0=-^-=1250J/必=1.25kJ1kg

/?*=%+△40=3369.3+1.25=3370.55kJ!kg

h=h：--cl=3370.55=3253kJikg

"yl°2"21000

喷嘴出口蒸汽的实际蛤：4=兀+4%=3253+6.94=3260kJ!kg

(3)△/?；=//；-/?„=3370.55-3253=117.55kJ/kg

3600P3600x1227.2〜

△A/九=------=-----------=94kJ/kg

'D147x1000

%=2=—^=0.80

级的相对内效率：117-55

2.某冲动级级前压力po=O.35MPa,级前温度施=169°C,喷嘴后压力p尸0.25MPa,级后压力

PFO.56MPa,喷嘴理想始降△h“二47.4kJ/kg,喷嘴损失△h-?。21kJ/kg,动叶理想蛤降△

hb=13.4kJ/kg,动叶损失△hbt=1.34kJ/kg,级的理想蛤降△h>60.8kJ/kg,初始动能Ah#。,

余速动能Ahc2=2.09kJ/kg,其他各种损失2△h=2.05kJ/kg.计算：

(1)计算级的反动度Qe

(2)若本级余速动能被下一级利用的系数〃尸0.97,计算级的相对内效率「一。

解：级的反动度QFZkhb/^hLl3.4/60。8=0o22

-

级的相对内效率T|ri=(△ht—△hn*—△△hc2—Z△h)/(△ht|11X△hc2)-0.92

3.某反动级理想烙降=62.1kJ/kg,初始动能二1。8kJ/kg,蒸汽流量G二4。8kg/s,若喷

嘴损失△hn〈=5.6kJ/kg,动叶损失广3。4kJ/kg,余速损失5kJ/kg,余速利用系数H

F0.5,计算该级的轮周功率和轮周效率。

解：级的轮周有效蛤降

△h尸△%大一bhn—6hb—8hC2

=62.1+1o8—5.6—3o4—3。5

=51.4kJ/kg

轮周功率

P=GXAh=4o8X51O4=246.7kW

轮周效率

71=△hyE0=△hu/(Aht*—-Xbhc2)=51.4/(62O1+1.8-0o5X0.35)=82O7%

4.某级蒸汽的理想蛤降为=76kJ/kg,蒸汽进入喷嘴的初速度为co=70m/s,喷嘴出口

方向角*二18°,反动度为Q。=0。2,动叶出汽角02=3i-6°,动叶的平均直径为4=1080

mm,转速n=3000r/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a2

⑶绘出动叶进出口蒸汽的速度三角形。

△〃:二△4+三

解：2=76+0.5X7071000=76+2O45=78o45kJ/kg

q=(pc、=*2(1-QQM；=0.95x^2x(1-0.2)x78.45x1000="„/

ooo«。/m/s

44〃3.14x1.08x3000

u=-----=-----------------=

6()6()169o56m/s

22

%=Jc；+/一勿视侬%=7336.57+169.56-2x336.57x169.56xcosl8°=〔8297m/s

./ctsincif1f336.57xsin180o,.0

=arcsid------L=arcsni---------------=34.64

1\iv,)\182.97)

—=4-6°=34.64-6-28.64°

△%=C〃j；=0。2X78O45=15O69kJ/kg

=Wy]2Mb+w；=0.9472x15.69x1000+182.972

=239c39m/s

222

c2=7W；+M-2VV2MCOS/?2=V239.39+169.56-2x239.39xl69.56xcos28.64"=121o69m/s

.jw,sina,arcs©坐初里斗

%=arcsin-------

l⑵69J7O054。

动叶进出口蒸汽的速度三角形

5.已知汽轮机某级的理想蛤降为84。3kJ/kg,初始动能1.8kJ/kg,反动度0。04,喷嘴速度

系数。=0o96,动叶速度系数犷=0.96,圆周速度为171.8m/s,喷嘴出口角夕产15°,动叶

出口角月2=/?1-3°,蒸汽流量G=4.8kg/so求：

(1)喷嘴出口相对速度？

(2)动叶出口相对速度？

(3)轮周功率？

a,2=843004

解：(1)/-kJ/kg,MCO=1.8kj/kg,=,u=171.8m/s

A/?/=△九+AA=84.3+1.8=86.1

r0kJ/kg

q=^2(1-QJ<=390.5m女

喷嘴出口相对速度：2〃qcos%=228.9m/s

四=叱，[£^]=26.2。

【")

(2)动叶出口相对速度：卬2=〃屈砺G=243.2巾人

(3)A=A-3°=23.2°

轮周功率：

Pu=G«(VV1COS/?]+w2COS力2)

=4.8xl71.8x(228.9cos26.20+224.7cos23.2°)/1000=339.66kW

6.已知喷嘴进口蒸汽蛤值h0=3336kJ/kg,蒸汽初速度c0=70m/s;喷嘴后理想蛤值*=3256kJ/kg,,

喷嘴速度系数(p=0.97.试计算

⑴喷嘴前蒸汽滞止蛤

⑵喷嘴出口实际速度

解:(1)喷嘴进口动能:=c072=7072=2450(J/kg)=2.45kJ/kg

喷嘴前蒸汽滞止始：ho*=ho+z1hco=3336+2o45=3338.5(kJ/kg)

△万：二%一%,二3338.5—3256=82.5(机/$)

4=J2A〃:=V2000x82.5=406.2(/??/5)

喷嘴出口实际速度：G二/

7.某冲动级级前压力po=O.35MPa,级前温度t°=169°C,喷嘴后压力小二0。25MPa,级后压力

p2=0.56MPa,喷嘴理想蛤降二47。4kJ/kg,喷嘴损失△hnt=3.21kJ/kg,动叶理想蛤降4

hb=13,4kJ/kg,动叶损失Ahbt=1o34kJ/kg,级的理想给降△ht=60。8kJ/kg,初始动能4

hcO=O,余速动能Ahc2=2.09kJ/kg,其他各种损失Z4*2。05kJ/kg。计算：

(1)计算级的反动度Om

(2)若本级余速动能被下一级利用的系数u1=0.97,计算级的相对内效率nri。

解：级的反动度Qm=Ahb/Aht=13。4/60。8=0o22

级的相对内效率I]ri=(Aht—AhnAhb^-Ahc2-XAh)/(Aht-ulX△hc2)=0.92

8,凝汽式汽轮机的蒸汽初参数:P0=8o83MPa,温度to=530℃,汽轮机排汽压力匕二0。0034MPa,

全机理想始降AHt=1450kJ/kg,其中调节级理想蛤降Aht'=209.3kJ/kg,调节级相对内效

率T］；=0.5,其余各级平均相对内效率二0。85o假定发电机效率加=0.98,机械效率7］产0。

99o试求：

(1)该级组的相对内效率。

(2)该机组的汽耗率.

(3)在h~s(始~埔)图上绘出该机组的热力过程线.

解：(1)因为调节级效率T|二=0。5=Ah；/Aht'

所以调节级有效始降：AhJ=0.5XZkh上104.65kJ/kg

其余各级的有效燃降：AHJ=nliXAHj

其中：AHt"=AHt-Ah>1450-209o3=1240.7kJ/kg

m)=3600/(1124.7)=3o2

kg/kW.

(3)热力过程线

见右图。

9.已知某级级前蒸汽入口速度Co=O。0m/s,级的理想熔降t=78oOkJ/kg,级的反动度。二0。

3,a,=12°,/?2=18°,圆周速度，178m/s,喷嘴速度系数。二0.97,动叶速度系数“二0。9,余速

利用系数〃0=1.0o

(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)A///=(l-Q,jA/?,°=(1—0.3)X78=54.6kJ/kg

J

cIZ={2x1()，△〃;=V2xlOx54.6=330.5m/s

C1=^,,=330.5x0.97=320.5m/s

222

喝二A/c1+/r-2c1MCOsa,=732D.5+178-2x320.5xl78cosl2°=149。4m/s

3

vv2==0.9xV2x0.3x78x10=194O7m/s

;2

c2=，叼2+〃2-2叼〃cos.=7194.7+178-2x194.7x178xcosl80=55。1m/s

(2)动叶进出口速度三角形：

Ci

u

P

(3)该级热力过程线:

h

10.已佚口某级G=30Kg/s,co=0.0,\vFl58m/s,Ci=293m/s,w2=157m/s,c2=62o5m/s,4由向4非；气(a2=900),

喷嘴和动叶速度系数分别为9=0。95,y/二0。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(口。=0,八二0。9)o

(3)作出该级的热力过程线并标出各量.

2932

解：二=47.56KJ/Kg

2

2x103/2xlO3xO.95

215721CQ2

△%==3.418KJ/Kg

2xl0>22x1O32X103X0.8822xl03

2222

(2)u=yjw2-c2=A/157-62.5=144m/s

…U+3=arccos2931114£-15£

2c}u2x293x144

仇-arcsin上-=arcsin丝^=260

w2157

喷嘴损失为：—M)=47.56x(1—0.952)=4。64KJ/Kg

动叶才员失为：=-^一(1一〃2)=12旺(i—o88?)=3.59KJ/Kg

h2x10/"72xl03V)

余速损失为：必口=_〈=2竺=1。95KJ/Kg

c-2xI032xl03

轮周损失为：弗“+(%〃+初生=4。64+3o59+1o95=1Oo18KJ/Kg

轮周力为：

0

FU=G(c,cosq+c2COS«2)=30X(293COS16°4-62.5cosOO)=851N

(3)热力过程线为：

11.已知汽轮机某级喷嘴出口速度cF275m/s,动也进、出口速度分别为wEl24m/s、W2=205m/s,

喷嘴、动叶的速度系数分别为°=0.97,y/=0。94,试计算该级的反动度。

2752

解：她「二=40o187KJ/Kg

2xl032x10'/2X0.972X103

W2i2w22052

△%°=2=23o78KJ/Kg

2xl032xl0>22X103X0.94

22

-一J=23.78-卫二二16。1KJ/Kg

力b2xl032xl03

Q=_____________________=o29

△%+M「16.1+40.18

第二章多级汽轮机

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=130.2T/h,得到作用在动叶上的轴向推力ZFzl=104339

N,作用在叶轮上的轴向推力ZFz2=56859N,作用在各凸肩上的轴向推力E%二一93901N,则机

组总的轴向推力为67297N

3o在多级汽轮机中，全机理想比烙降为1200kJ/kg,各级的理想蛤降之和为1230kJ/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。

6o汽轮发电机组中，以全机浬想比蛤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O

7o汽轮机机械效率的表达式为T|m二Pe/p,

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。

9O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

2.热耗率

答：每生产1kW。h电能所消耗的热量.

5o汽轮机的相对内效率

答：蒸汽实际比烙降与理想比蛤降之比。

7o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烙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。

1千克蒸汽理想比蛤降中转换成电能的部分与整个热力循环中力口绐1千克蒸汽的热量之比称

为绝对电效率.

11o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。

12o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(蛤~埼图)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蛤降减小，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给降减少，该蛤降损失称为排汽通道的阻力

损失.

节流损失

第一级存在损失，使第二级进口温度由升高到，故5-4的恰降大于2—3的始降。也就是在

前一级有损失的情况下，本级进口温度升高，级的理想比始降稍有增大，这就是重热现象。

14o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。

15o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蛤降占汽轮机理想蛤降的百分比，称为多级

汽轮机的重热系数.

16o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。

四、计算题

1.某50MW汽轮机全机理想比烙降为1428。6kJ/kg,各级的理想婚降之和为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+a=各级的理想蛤降之和/全机理想比蛤降

。="1空2_1=0.06

所以该多级汽轮机的重热系数为：1428.6

2.一反动式汽轮机，蒸汽流量G=34f/h,蒸汽初压〃o=2MPa,初温'。=400%,排汽压力

P,=0.02Mpa,排汽恰好是饱和蒸汽。全机共有14级，每级效率相同，蛤降相同，重热系数。=0.05。

试计算各级效率、汽轮机内功率.

解:由P。/。和区在h-s图上可查得:

蒸汽初始蛤：h°=3248,7kJ/kg,Pc

理想由口蛤：=2349kJ/kg

由此可得汽轮机理想蛤降:

=3248.7-2349=899.7g/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P<=002MPa

的等压线与饱和线相交点得实际排汽状态点C,

该点的给儿二2610「/kg

故汽轮机有效蛤降：=3248.7-2610=638.7（kJ/kg）

638.7

%二班=71%

汽轮机相对内效率:899.7

由于各级蛤降相同、效率相同，所以各级效率力与整机相对内效率存在如下关系:

%(1+。)=77.

则各级效率：%=//(I+。)=0・71/(1+0.05)=67.6%

P,=GAH,=——x638.7=6029(kVV)

汽轮机内功率：3600

3.凝汽式汽轮机的蒸汽初参数为：蒸汽初压〃。=8.83Mpa,初温乙）=535%；排汽压力Pc=0-004MPa5

其第一级理想蛤降=209^kj/kg,该级效率琥二05,其余各压力级内效率=885（包括末

级余速损失在内）.设进汽节流损失△〃。二0.05〃。，假定发电机效率以二098,机械效率九1二°必。

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：由生」。和忆在h—s图上可查得蒸汽初始蛤"。二%75kj/kg,理想排汽蛤%二2025kJ/kg

乡乡彳因进汽节流损失为5%,节流后的压力P；=095po=8.39Mpa,

|粤/（节流过程中始值不变，A^=/?o=3475kJ/kg,

乩|\汽轮机第一级实际入口点为°".从）

j\/Pc已知第一级理想蛤降M：=209.30/必，所以:

:/匕第一级出口压力〃2可确定

已知第一级效率=0-5,而巾=（%-〃2）/岫

s所以第一级实际出口帽:

图3级的热力过程线

/?-=%-=3475-209.3x0,5=3370,4(kJ/kg)

第一级实际出口点为2（%,42）,此点即是压力级的入口点。

又因排汽压力P，=S^MPa,查h—s图可得压力级理想出口始：%=2100门/kg

h

”_2-K_0g5

已知所有压力级的相对内效率：h一%

所以压力级的实际出口始（即整机的实际出口蛤）：

/?；.=h2-rfri(h2-/?；)=3370.4-0.85x(3370.4-2100)=2290.6&j/kg)

故，整机有效始降：△"，=")_%=前5—2290.6=1184.4(kJ/kg)

整机理想蛤降：△"，=%一%=M75-2025=14501；kJ/kg)

rjri='=81.7%

整机相对内效率：A"，

由于汽轮机输出电功率：P『DZiQFm

所以汽轮机汽耗量：。=七/（△%.%•明）

「D=11

汽耗率：一阻””1184.4x0.99x0.98

=8.7x10"(kg/kW.s)=3.13(kg/kW.h)

4.试求蒸汽初参数为=8-83MPa,初温‘。=540%,终参数P-3MPa/。=400%的背压式汽轮机的

相对内效率和各压力级的相对内效率。已知：第一级级后压力〃2=5.88MPa,内效率*=°・67,其

余四个压力级具有相同的始降和内效率，进汽机构和排汽管中的损失可忽略不计.（重热系数

。=0.()3)

解：P。由P。，,。和〃2,可在h—s图上查得，蒸汽初始始％

第一级理想出口烙册=3350.9kj/kg；

汽轮机的理想出口燃%=3148.9©kg

又已知汽轮机实际排汽参数P，，0，可查得人=3231.61/kg

P,整机有效始降△修=〃。-%=3487.7-3231.6=256.1(kJ/kg)

整机理想始降△“，=%一%=3487.7-3148.9=338.8

S(kJ/kg)

,「也二江75.6%

图4级的热力过程线整机相对内效率：338.8

由于已知整机的重热系数，且各压力级蛤降相等，所以有:

55

VA/?.A/?”+>Mi,,

白Z""£"△%+4M,

（1+。）=△*

故.4△4=(1+0.03)•\Ht-△%、=1.03AH,-(4一小)

1.03x338.8-(3487.7-3350.9)=212.6(。/kg)

各压力级的理想始降：△4=53.04（0/必）

各压力级的有效蛤降:

△4=血-4)/4=〃0-d-怎)•/一4)/4=41.1(。/必)

亿=/=且，=77.5%

所以，各压力级的相对内效率为：53.04

5.凝汽式汽轮机的蒸汽初参数为：蒸汽初压Po=8.83Mpa,初温%=535%,汽轮机排汽压力

几二0,期6MPa,进汽节流损失A〃o=S05P。，试问进汽节流损失使理想烙降减少多少？

解：由P。"。和心在h-s图上可查得,

蒸汽初始蛤%=3475kJ/kg,理想排汽烙儿，=2053kj/kg

必则汽轮机理想蛤降：一九=1422g/kg)

△”:〃,因节流损失"。二0・°5〃。，所以节流后的初压：

P；)=0.95Po=8.39Mpa,又由于节流过程蛤值不变，

图2进汽节流过程示意图所以节流后的烙值片""L%'Skj/kg,

对应的理想排汽燃：2065kJ/kg

此时的汽轮机理想蛤降：%=即5-2065=1410(kj/kg)

所以节流造成的理想蛤降减少为：=1422-⑷0=12々〃kg

6.试求凝汽式汽轮机最末级的轴向推力。已知该级蒸汽流量G=9.5kg/s,平均直经4〃=1,6叫动

叶高度,〃一370小,，叶轮轮毂直径4=06m,轴端轴封直径由一m,喷嘴后的蒸汽压力

Pi=0-007MPa,动叶后的蒸汽压力〃2=°・期6MPa.根据级的计算，已知其速度三角形

为：G=360m/s,%=20。，4二51。，叱=158巾女，为=%+仆，%=3271Tl八。

解：(1)蒸汽作用在动叶上的轴向推力：

F/i=G(w)sin^一吨，sin笈2)+乃•4,4飞。八一〃2)

-9.5x(158xsin510-327-sin30°)+4•1.6•0.37x(0.007-O.(X)46)x106

=4074(N)

(2)作用在叶轮轮面上的作用力(近似P"=〃i):

%[4-I/)-

4

-[(1.6-0.37)2-0.62]X(0.007-0.0046)x106

=4

=2173(N)

(3)蒸汽作用在轴封上的作用力：

弓3=」d_/)x0.0046x106

=--(0.62-0.422)x0.0046x106=-663.3

4(N)

故总的轴向推力为：B=%+Fzz+Fz3=4074+2173-663.3=5584(N)

7.某机组在最大工况下通过的蒸汽流量G=130.2T/h,此时计算得到作用在动叶上的轴向推力

2自=1°49(X)N,作用在叶轮上的轴向推力Z「z2=5860()N,作用在各凸肩上的轴向推力

工33--94400北机组轴向推力轴承共装有10个瓦块，每块面积/=8L55?2,轴承工作面能承

受的最大压力为必=150N/o〃2,要求的安全系数为1051。7o

解：机组总的轴向推力：

Fz=£Fz、+Z%+ZFZ3=104900+58600-94400=69100例)

推力轴承瓦块上所承受的压力为：

〃/=—=69100=^.8(/V/C7??2)

10x/10x81.5

由已知得，轴承工