《汽轮机原理》习题及答案1

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 。

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焓降和级的理想能量之比。

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。

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： op x )(1/ op x )(1=（1c u ）im /（1c u ）re =（1cos 21α）/1cos α=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。

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Ωm =0，则其轮周效率可表示为：
ηu =2()⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛ψ+-121112cos cos 1cos ββχαχϕ 叶型选定后，φ、ψ、α1、β1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，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。

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。

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；∆h b =0；Ωm=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；∆h n≈∆h b≈0.5∆h t；Ωm=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；∆h n >∆h b >0；Ωm=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。

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。

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ϕ= 0.97，本级的余速未被下一级利用，该级内功率为P i = 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) s m c c t /75.48497.021.47011===
ϕ 喷嘴损失：kg kJ c h t n /94.6)97.01(100075.48421)1(2122
221=-⋅=-=∆ϕξ
(2) kg kJ kg J c h c /25.1/12502200===∆
kg kJ h h h c /55.337025.13.336900*0=+=∆+=
kg kJ c h h t t /3253100075.4842155.3370212
21*0
1=⋅-=-= 喷嘴出口蒸汽的实际焓：kg kJ h h h n t /326094.6325311=+=∆+=ξ
(3)
kg kJ h h h t t t /55.117325355.33701**=-=-=∆ kg kJ D P h i i /941000472.1227360036001=⨯⨯==∆ 级的相对内效率：80.055.11794*==∆∆=
t i ri h h η
2．某冲动级级前压力p 0=0.35MPa ，级前温度t 0=169°C, 喷嘴后压力p 1=0.25MPa, 级后压力p 2=0.56MPa, 喷嘴理想焓降Δh n =47.4kJ/kg, 喷嘴损失Δh n t =3.21kJ/kg, 动叶理想焓降Δh b =13.4kJ/kg, 动叶损失Δh b t =1.34kJ/kg, 级的理想焓降Δh t =60.8kJ/kg ，初始动能Δh c0=0，余速动能Δh c 2=2.09kJ/kg, 其他各种损失ΣΔh=2.05 kJ/kg 。

计算：
（1）计算级的反动度Ωm
（2）若本级余速动能被下一级利用的系数μ1=0.97，计算级的相对内效率η
r i 。

解：级的反动度Ωm =Δh b /Δh t =13.4/60.8=0.22
级的相对内效率ηri =(Δh t -Δh n ζ-Δh b ζ-Δh c2-ΣΔh)/(Δh t -μ1×Δh c2)=0.92
3．某反动级理想焓降Δh t =62.1kJ/kg ，初始动能Δh c0=1.8 kJ/kg, 蒸汽流量G=4.8kg/s ，若喷嘴损失Δh n ζ=5.6kJ/kg, 动叶损失Δh b ζ=3.4kJ/kg ，余速损失Δh c2=3.5kJ/kg ，余速利用系数μ1=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
Δh u =Δh t *-δh n -δh b -δh c2
=62.1+1.8－5.6－3.4－3.5
=51.4kJ/kg
轮周功率
P u =G ×Δh u =4.8×51.4=246.7kW
轮周效率
ηu =Δh u /E 0=Δh u /(Δh t *－μ1×δh c2)=51.4/（62.1+1.8－0.5×0.35）= 82.7%
4．某级蒸汽的理想焓降为Δh t = 76 kJ/kg ，蒸汽进入喷嘴的初速度为 c 0 = 70 m/s ，喷嘴出口方向角α1 =18°，反动度为Ωm = 0.2，动叶出汽角β2 = β1－6°，动叶的平均直径为d m = 1080 mm ，转速n = 3000 r/min ，喷嘴的速度系数ϕ = 0.95，动叶的速度系数ψ = 0.94，求：
(1) 动叶出口汽流的绝对速度c 2
(2) 动叶出口汽流的方向角α2
(3) 绘出动叶进出口蒸汽的速度三角形。

解：220*c h h t t
+∆=∆=76 + 0.5×702/1000 = 76 + 2.45 = 78.45 kJ/kg =⨯⨯-⨯⨯=∆Ω-==100045.78)2.01(295.0)1(2*11t m t h c c ϕϕ336.57 m/s
=⨯⨯=⋅=60300008.114.360n
d u m π169.56 m/s
=
⨯⨯⨯-+=-+=022********cos 56.16957.336256.16957.336cos 2αu c u c w 182.97 m/s 00111164.3497.18218sin 57.336arcsin sin arcsin =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=w c αβ
664.346012-=-=ββ=28.64o
=∆Ω=∆*t m b h h 0.2×78.45=15.69 kJ/kg
2
21297.182100069.15294.02+⨯⨯=+∆=w h w b ψ=239.39 m/s
=
⨯⨯⨯-+=-+=022********.28cos 56.16939.239256.16939.239cos 2βu w u w c 121.69 m/s
=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=69.12164.28sin 39.239arcsin sin arcsin 2222c w βα70.54° 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ϕ= 0.96，动叶速度系数ψ= 0.96，圆周速度为171.8 m/s ，喷嘴出口角α 1 = 15°，动叶出口角β2 =β1－3°，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 ，8.10=∆c h kJ/kg ，04.0=Ωm ，u = 171.8 m/s
1.868.13.840*=+=∆+∆=∆c t t h h h kJ/kg
5
.390)1(2*1=∆Ω-=t m h c ϕ m/s 喷嘴出口相对速度: 9
.228cos 2112211=-+=αuc u c w m/s 011112.26sin arcsin =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=w c αβ
(2) 动叶出口相对速度: 2
.243221*2=+∆Ω=w h w t m ψ m/s (3) 00122.233=-=ββ
轮周功率:
()
()
kW 66.3391000/2.23cos 7.2242.26cos 9.2288.1718.4cos cos 002211=+⨯⨯=+⋅=ββw w u G P u
6．已知喷嘴进口蒸汽焓值h 0=3336kJ/kg ，蒸汽初速度c 0=70m/s ；喷嘴后理想焓值h 1t =3256 kJ/kg ，，喷嘴速度系数ϕ=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：⊿h c0 = c 02/2 = 702/2 = 2450（J/kg ）= 2.45 kJ/kg
喷嘴前蒸汽滞止焓：h 0*=h 0+⊿h c0 =3336+2.45=3338.5(kJ/kg)
c
(2)
)
/
(2.
406
5.
82
2000
2
)
/
(5.
82
3256
5.
3338
*
1
1
*
*
s
m
h
c
s
m
h
h
h
n
t
t
n
=
⨯
=
∆
=
=
-
=
-
=
∆
喷嘴出口实际速度：
)
/
(0.
394
2.
406
97
.0
1
1
s
m c
c
t
=
⨯
=
=ϕ
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Δh n =47.4kJ/kg, 喷嘴损失Δhnt=3.21kJ/kg, 动叶理想焓
降Δhb =13.4kJ/kg, 动叶损失Δhbt =1.34kJ/kg, 级的理想焓降Δht=60.8kJ/kg，初始动
能Δhc0=0，余速动能Δhc2=2.09kJ/kg, 其他各种损失ΣΔh=2.05 kJ/kg。

计算：
（1）计算级的反动度Ωm
（2）若本级余速动能被下一级利用的系数μ1=0.97，计算级的相对内效率ηri。

解：级的反动度Ωm=Δhb/Δht=13.4/60.8=0.22 级的相对内效率ηri=(Δht-Δhnζ-Δhbζ-Δhc2-ΣΔh)/(Δht-μ1×Δhc2)=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P c=0.0034
MPa，全机理想焓降ΔH t = 1450 kJ/kg，其中调节级理想焓降Δh t I = 209.3 kJ/kg，调节
级相对内效率ηI ri=0.5，其余各级平均相对内效率ηII ri=0.85。

假定发电机效率ηg=0.98，
机械效率ηm=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ηI ri=0.5=Δh i I／Δh t I
所以调节级有效焓降：Δh i I=0.5×Δh t I=104.65 kJ/kg
其余各级的有效焓降：ΔH i II=ηII ri×ΔH t II
其中：ΔH t II=ΔH t－Δh t I=1450－209.3=1240.7 kJ/kg
∴ΔH i II=ηII ri×ΔH t II =0.85×1240.7=1054.6 kJ/kg
故整机的相对内效率：
ηri=（Δh i I +ΔH i II）／ΔH t= 1159.25／1450 = 79.9 %
（2）机组的汽耗率：
d = 3600／(ΔH t·ηri·ηg·ηm) = 3600／（1124.7）= 3.2 kg／kW. h
（3）热力过程线
见右图。

9．已知某级级前蒸汽入口速度C 0=0.0 m/s ，级的理想焓降△h t =78.0kJ/kg ，级的反动度Ω=0.3，α1=12°，β2=18°，圆周速度u =178m/s, 喷嘴速度系数ϕ=0.97，动叶速度系数ψ=0.9，余速利用系数μ0=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
10t m n h h ∆Ω-=∆=（1-0.3）×78=54.6 kJ/kg 5.3306.5410210230
31=⨯⨯=∆⨯=n t h c m/s 5.32097.05.33011=⨯==t c c ϕm/s 022********cos 1785.32021785.320cos 2⨯⨯-+=-+=αu c u c w =149.4m/s 330210783.029.0102⨯⨯⨯⨯=∆Ω=t m h w ψ=194.7 m/s 022222
2218cos 1787.19421787.194cos 22⨯⨯⨯-+=-+=βu w u w c =55.1m/s (2) 动叶进出口速度三角形：
(3) 该级热力过程
P 2
10．已知某级G=30Kg/s ，c 0=0.0，w 1=158m/s ，c 1=293m/s ，w 2=157m/s ，c 2=62.5m/s ，轴向排汽(α2=900),喷嘴和动叶速度系数分别为ϕ=0.95，ψ=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（μ0=0，μ1=0.9）。

（3）作出该级的热力过程线并标出各量。

解：=⨯⨯=⨯=∆2
32
232
10
95
.010*******ϕc h n
47.56 KJ/Kg 418.310215888.010215710210232
23232
122
23
=⨯-⨯⨯=⨯-⨯=∆w w h b ψ
KJ/Kg （1）07.056
.47418.3418
.30
=+=
∆+∆∆=
Ωb
n b m h h h
（2）222
22
25.62157-=-=
c w u =144 m/s
144
2932158144293arccos
2arccos 22212
122
11⨯⨯-+=-+=u c w u c α=160
022226157
5.62arcsin arcsin
===w c β
喷嘴损失为：()()
220
95.0156.471-⨯=-∆=ϕδn n h h =4.64 KJ/Kg
动叶损失为：()()
59.388.0110
24.178110223
22
32
2=-⨯=-⨯=ψδt b w h KJ/Kg 余速损失为：=⨯=⨯=
3
2
32
221025.62102c h c δ 1.95 KJ/Kg 轮周损失为：=++2hc h h b n δδδ 4.64+3.59+1.95=10.18 KJ/Kg 轮周力为：
F u =()()
221190cos 5.6216cos 29330cos cos 0+⨯=+ααc c G =851N
（3）热力过程线为：
11．已知汽轮机某级喷嘴出口速度c 1=275m/s ，动也进、出口速度分别为w 1=124m/s 、w 2=205m/s ，喷嘴、动叶的速度系数分别为ϕ=0.97, ψ=0.94，试计算该级的反动度。

解： 3
22
232
13210
1097.022********⨯⨯=
⨯=⨯=∆ϕc c h t n
=40.187 KJ/Kg 2322
232
20
94.01022051021022
3
⨯⨯=⨯=⨯=∆ψ
w w h t b
=23.78 KJ/Kg 3
2
32
10
10
212478.23102⨯-=⨯-∆=∆w h h b b =16.1 KJ/Kg 第二章 多级汽轮机
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ΣF z1=104339 N ，作用在叶轮上的轴向推力ΣF z2=56859 N, 作用在各凸肩上的轴向推力ΣF z3=-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 。

2c
P 2
7.汽轮机机械效率的表达式为ηm = p e/p i
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。

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。

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。

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：
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。

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：
=+α1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
.016.142857
.1514=-=
α
3
2
1
P 3
2．一反动式汽轮机，蒸汽流量34=G T/h , 蒸汽初压20
=p MPa ，初温c t ︒=4000，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=α。

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： 0p 蒸汽初始焓：7.32480=h kJ/kg ， t H ∆理想出口焓：
2349=ct h kJ/kg 由此可得汽轮机理想焓降：
h 7.89923497.32480=-=-=∆ct t h h H (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：
7.63826107.32480=-=-=∆c i h h H (kJ/kg)
汽轮机相对内效率：
%717.8997
.638==∆∆=
t i ri H H η
由于各级焓降相同、效率相同，所以各级效率ri
η'与整机相对内效率存在如下关系：
ri ri
ηαη=+')1(
则各级效率：
%6.67)05.01/(71.0)1/(=+=+='αηηri ri
汽轮机内功率：
)(60297.638360034000
.kW H G P t i =⨯=
∆=
3．凝汽式汽轮机的蒸汽初参数为： 蒸汽初压
83.80=p MPa ，初温c t ︒=5350；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 η，其余各压力
级内效率85.0=''ri
η（包括末级余速损失在内）。

设进汽节流损失
0005.0p p =∆，假定发电机效率
98
.0=g η，机械效率
99.0=ax η。

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34750=h kJ/kg ，理想排汽焓
ct h =2025kJ/kg
5%，节流后的压力39.895.000
=='p p MPa ， ∴ 347500
=='h h kJ/kg ，
汽轮机第一级实际入口点为 ),(000
h p '''
已知第一级理想焓降
kg kJ h c
t /3.209=∆，所以： 第一级出口压力2p 可确定
已知第一级效率5.0=c
ri η，而 c t c ri h h h ∆-=/)(20η
所以第一级实际出口焓：
图3 级的热力过程线
4.3370
5.03.2093475.02=⨯-=∆-=c
ri c t h h h η(kJ/kg)
第一级实际出口点为2（2p ，2h ），此点即是压力级的入口点。

又因排汽压力
004.0=c p MPa ，查h-s 图可得压力级理想出口焓：2100='ct
h kJ/kg
已知所有压力级的相对内效率：
85.022='-'-=''ct
c
ri
h h h h η
所以压力级的实际出口焓（即整机的实际出口焓）：
6.2290)21004.3370(85.04.3370)(22=-⨯-='-''-='ct ri c h h h h η（kJ/kg ）
故，整机有效焓降：4.11846.229034750=-='-=∆c i h h H (kJ/kg)
整机理想焓降：
1450202534750=-=-=∆ct t h h H ( kJ/kg)
整机相对内效率：
%7.81=∆∆=
t
i
ri H H η
由于汽轮机输出电功率：m
g i el H D P ηη⋅⋅∆⋅=
所以汽轮机汽耗量：
)
/(m g i el H P D ηη⋅⋅∆=
汽耗率：
98
.099.04.118411⨯⨯=
⋅⋅∆==
m g i el H P D d ηη
=4
107.8-⨯（kg/kW.s ）=3.13（kg/kW.h ） 4．试求蒸汽初参数为
83.80=p MPa ，初温c t ︒=5400，终参数3=c p MPa ，c t ︒=4000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
88.52=p MPa ，内效率67.0=c
ri η，其余四个压力级具有相同的焓降和内效率，进汽机构和
排汽管中的损失可忽略不计。

（重热系数03.0=α）
和2p ，c p 可在h-s 图上查得，蒸汽初始焓7.34870=h kJ/kg ；
9.33501=t h kJ/kg ；
汽轮机的理想出口焓9.3148
=ct h kJ/kg c p ，c t ，可查得6.3231=c h kJ/kg
1.2566.32317.34870=-=-=∆c i h h H （kJ/kg ）
8.3389.31487.34870=-=-=∆ct t h h H （kJ/kg ）
图4 级的热力过程线 整机相对内效率：
%6.758.3381
.256==∆∆=
t i ri H H η
由于已知整机的重热系数，且各压力级焓降
t h ∆相等，所以有：
t
t
t t
i ti
t t
i ti
H h h H h h H h
∆∆+∆=
∆∆+∆=
∆∆=
+∑∑==4)1(15
2
15
1
α
故：
)(03.1)03.01(4101t t t t t h h H h H h --∆=∆-∆⋅+=∆
=)/(6.212)9.33507.3487
(8.33803.1kg kJ =--⨯ 各压力级的理想焓降：
)/(04.53kg kJ h t =∆
各压力级的有效焓降：
)/(1.414/))(4/)(1002kg kJ h h h h h h h c s i t c i =-⋅--=-=∆η
所以，各压力级的相对内效率为：%5.7704.531
.41==∆∆=
t i i h h η
5．凝汽式汽轮机的蒸汽初参数为： 蒸汽初压83.80=p MPa ，初温c t ︒=5350，汽轮机排
汽压力
0046.0=c p MPa ，进汽节流损失0005.0p p =∆，试问进汽节流损失使理想焓降减少
多少？ 解：由00,t p 和c p 在h-s 图上可查得,
蒸汽初始焓
34750=h kJ/kg ，理想排汽焓
2053=ct h kJ/kg
∆则汽轮机理想焓降：14220=-=∆ct t h h H （kJ/kg ）
c 因节流损失0005.0p p =∆，所以节流后的初压：
39.895.000
=='p p MPa ，又由于节流过程焓值不变，
图2 进汽节流过程示意图 所以节流后的焓值
347500
=='h h kJ/kg ，
对应的理想排汽焓： 2065='ct
h kJ/kg
此时的汽轮机理想焓降：
1410206534750=-='-='∆ct
t h h H (kJ/kg)
所以节流造成的理想焓降减少为：
1214101422=-='∆-∆t t H H (kJ/kg
所以其轴承安全系数为：
77.18.84/150/===b Z p p n >1.5, 故此推力瓦工作是安全的。

第三章
汽轮机在变动功况下的工作
1.滑压运行方式是指当机组复合变化时，主汽压力 滑动 ，主汽温度 基本不变 。

2.负荷变化时，采用滑压运行于采用定压喷嘴调节方式相比，调节级后各级温度变化 很小 ，因而热应力 很小 。

3.凝汽式汽轮机中间级，流量变化时级的理想比焓降 不变 ，反动度 不变 。

背压式汽轮机非调节级，流量增大，级的理想比焓降 增大 ，反动度 降低 。

4.汽轮机定压运行时喷嘴配汽与节流配汽相比，节流损失 少 ，效率 高 。

5.两种配汽方式，汽轮机带高负荷时，宜采用 喷嘴配汽 ，低负荷时宜采用 节流配汽 。