汽轮机简答100

第一章.简答1.级的冲动原理及反动原理。

冲动原理：气流仅在喷嘴中膨胀，在动叶中不膨胀而知改变其流动方向。

反动原理：气流不仅在喷嘴中膨胀，在动叶中也膨胀。

2.级的分类及特点。

1）冲动级和反动级：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；Δhb=0；Δht*=Δhn*，做功能力大，流动效率较低。

②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；Δhn>Δhb>0。

③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。

2）压力级和速度级：压力级做功能力大，效率低；速度级做功能力小，效率高。

3）调节级和非调节级：按通流面积是否随负荷大小而改变分类。

3.渐缩斜切喷嘴的膨胀特点。

1）当εn ≥εcr，即P1≥Pcr时，蒸汽仅在渐缩部分膨胀，在斜切部分不膨胀，斜切部分尽起引导流向的作用，此时C1≤CcrG1≤Gcr。

2）当εn <εcr，即P1<Pcr时，蒸汽不仅在渐缩部分膨胀，而且在斜切部分也膨胀，出口获得超音速气流，气流方向发生偏转。

4.喷嘴速度系数与动叶速度系数的含义及其影响因素。

1）喷嘴速度系数：喷嘴出口的实际系数与理想系数之比，即φ=c1/c1t，φ实质上表示了蒸汽在喷嘴流动过程中的损失，影响速度系数的因素很多，φ的大小与喷嘴高度、叶型、表面粗糙度、前后压差、叶片宽度有关，其中与喷嘴高度关系最为密切，为减小损失，在设计时要求喷嘴高度不小于15—20mm，φ常取0.92—0.98，一般取0.97.2）动叶速度系数φ=ω2/ω2t,φ与动叶高度，反动度，叶型，动叶片的表面粗糙度等因素有关，其中特别是与动叶高度和反动度的关系最为密切，并随动叶高度和反动度的增大而增大，φ常取0.85—0.95.5.级内损失的组成，特点及分析。

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。

6.级的轮周效率及其影响因素。

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φ和ψ，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。

7.湿汽损失产生的原因，危害性及减小措施。

原因：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。

危害性：湿气在叶片的侵蚀是造成叶片损失的主要原因。

减小措施：①采用中间再热循环；②采用去湿装置；③采用具有吸水缝的空心喷嘴；④采取措施提高动叶的抗侵蚀能力。

8.长叶片按等截面式设计的附加损失及对策。

①气流的撞击损失；②大小和方向沿叶高变化使下级进口条件变差。

对策：①按气流参数按叶高的变化规律，将叶片设计成变截面的扭叶片。

动叶进口：∵β1t >β1m>β12，即β逐渐增大，∴设计时应使β1g沿叶高逐渐增大。

动叶进口：∵α2*沿叶高不断增大，为保证α2*=90°β2*沿叶高逐渐减小，∴β2g也应增大。

②设计中采用径向平衡法。

9.蒸汽在级中心能量转换过程。

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。

10.什么叫余速利用？余速在什么情况下可被全部利用？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。

第二章简答1.为什么多级汽轮机的效率大大提高？1）多级汽轮机的循环热效率大大提高：与单级汽轮机相比，多级汽轮机的比焓降增大很多，因而多级汽轮机的进汽参数可大大提高，排气压力也可显著降低；同时，由于是多级，还可采用回热循环和中间再热循环，这些都使多级汽轮机的循环热效率大大提高。

2）多级汽轮机的相对内效率明显提高①在全机总比焓降一定时，每个级的比焓降较小，每级都可在材料强度允许的条件下，设计在最佳速比附近工作，使级的相对内效率较高；②除级后有抽汽口，或进汽度改变较大等特殊情况外，多级汽轮机各级的余速动能可以全部或部分地被下一级所利用，提高了级的相对内效率；③多级汽轮机的大多数级可在不超临界的条件下工作，使喷嘴和动叶在工况变动条件下仍保持一定的效率。

同时，由于各级的比焓降较小，速度比一定时级的圆周速度和平均直径也较小，根据连续性方程可知，在容积流量相同的条件下，使得喷嘴和动叶的出口高度增大，叶高损失减小，或使得部分进汽度增大，部分进汽损失减小，这都有利于级效率的提高；④由于重热现象的存在，多级汽轮机前面级的损失可以部分地被后面各级利用，使全机相对内效率提高。

2.分析重热系数对汽轮机效率的影响。

由于重热现象的存在，使全机的相对内效率高于各级平均的相对内效率。

这一结论只表明当各级有损失时，全机的效率要比各级平均的效率好一些，而不是说有损失时全机的效率比没有损失时全机的效率高。

更不应简单地得出α越大，全机效率越高的结论，这是因为α的提高是在各级存在损失，各级效率降低较多的前提下实现的，重热现象的存在仅仅是使多级汽轮机能回收其损失的一部分而已。

3.重热系数α的大小与下列因素有关：1)多级汽轮机各级的效率。

若级效率为1，即各级没有损失，后面的级也就无损失可利用，则重热系数α=0。

级效率越低，则损失越大，后面级利用的部分也越多．α值也就越大。

2)多级汽轮机的级数。

当级数越多，则上一级的损失被后面级利用的可能性越大，利用的份额也越大．α值将增大。

3)各级的初参数。

当初温越高，初压越低时，初态的比熵值较大，使膨胀过程接近等压线间扩张较大的部分，α值较大。

此外，由于在过热蒸汽区等压线扩张程度较大，而在湿蒸汽区较小，因此在过热区α值较大，湿汽区α值较小。

4.齿形轴封的工作原理：蒸汽流过汽封齿尖的最小间隙处，通道面积变小，流速加快，压力降低，蒸汽进入汽封齿后面的汽室，容积突然扩大，产生涡流和碰撞，动能全部消耗，转为热能，在此压力下自行加热，其焓沿等线又恢复到原来数值。

蒸汽通过汽封的过程是压力逐渐降低，焓值保持不变的节流过程。

5.多级汽轮机轴向推力产生的原因及平衡措施：产生原因：作用在冲动级上的轴向推力是由作用在动叶上的轴向推力和作用在叶轮轮面上的轴向推力以及作用在轴的凸肩处的轴向推力三部分组成。