汽轮机原理(热工机械)课后习题及问题详解

绪 论

1.汽轮机的工作单元由哪些部件组成？ 喷嘴，动叶。

2.何为纯冲动级？反动级？带反动度的冲动级？复速级？蒸汽在纯冲动级、反动级、复速级流通部分压力和速度如何变化？

纯冲动级：0=Ωm **21210t n b h h h w w p p ∆=∆=∆== 反动级：蒸汽在级中的理想焓降平均分配到喷嘴和动叶中级。2**

21t b n

h h h p p ∆=∆=∆> 5.0≈Ωm 带反动度的冲动级：具有一定反动度的冲动级，简称冲动级 20.0~05.0=Ωm b n h h p p ∆>∆>2

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3.级的反动度如何定义？如何根据反动度进行级的划分？

级的反动度表示蒸汽在动叶通道膨胀程度大小的指标；蒸汽在动叶通道的理想焓降与喷嘴滞止理想焓降和动叶通道的理想焓降之和的比值。根据蒸汽在汽轮机能量转换的特点，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。

4.在动叶上如果只存在反动作用力，冲动作用力不存在能实现吗？为什么？

不能。冲动-反冲

第 一 章

1.（1）当蒸汽在喷嘴中流动时，为了使喷嘴出口速度进一步提高直到获得超音速汽流，不能采用缩小流通孔道截面积的方法？

)1(2M C dC A dA --= a

C M =（M>1时，A,C 同方向增减） 当地速度低于音速时，M <1，面积减小则速度增大，压强减小；面积增大则速度减小压强增大；

当地速度高于音速时，M >1，面积减小则速度减小，压强增大；面积增大则速度增大压强减小；

超音速条件下，密度下降比速度增大快

（2）蒸汽在喷嘴中流动时，对于亚音速和超音速汽流，当速度降低 时，压力都将升高？

是。伯努利方程，动量方程。

2.什么是喷嘴的速度系数？它与哪些因素有关？喷嘴的最小高度是多少？为什么？

t

C C 11=ϕ，喷嘴出口实际速度与理想速度比值。其值主要与喷嘴高度、叶型、喷嘴槽道形状、汽体的性质、流动状况及喷嘴表面粗糙度等因素有关。当喷嘴高度小于15mm 时，速度系数迅速下降，因此喷嘴高度不小于15mm

3.台门系数是如何定义？有什么使用价值？

βcr

G G =，实际流量与理论流量之比（P27）.不必判断喉口是否临界。如果蒸汽的进口状态已知，在亚临界压力的情况下，只是喷嘴出口压力的单值函数；而在临界压力和超临界压力的情况下，β=1，并不再随出口压力的变化而变化。

4.蒸汽在渐缩喷嘴的斜切部分可以 达到超音速？蒸汽在喷嘴斜切部分膨胀时，为什么会产生汽流偏转？ 可以达到超音速，喉口部分可以达到临界压比。（P29）

产生汽流偏转：延流动方向压力梯度不同。（P30）

5.轮周功率的表达式有哪几种？

P48 G P p u u /1=)(2121222221w w c c -+-=，)]()[(2

21222221w w c c G P u -+-= 212c G ：蒸汽带入动叶通道的动能 ；222c G ：蒸汽带出动叶通道的动能 ；)(2

2122w w G -：在动叶通道由于理想焓降△h b 而造成实际动能的增加。

6.请画出蒸汽在喷嘴和动叶通道流动时速度三角形。并与离心式压缩机的速度三角形进行对比。

喷嘴：无速度三角形。

动叶：（P37）离心式压缩机：

离心泵：

7.请画出考虑各种流动损失和部分余速利用时单级汽轮机热力过程的h-s 图，并解释为什么考虑流动损失动叶出口处的焓值反而高于无流动损失时的焓值？

（P149） 气体与气体，气体与固体之间产生的摩擦及其他各种损失转变成摩擦，变为热量使焓值增加

8.什么叫速比？纯冲动级、反动级、复速级的最佳速比表达式各是什么，达到最佳速比时出口绝对速度分别是最大还是最小？

把轮周速度u 和喷嘴出口速度c 1的比值，称为速度比，简称速比。X 1=u/c 1

纯冲动级:2cos )(11α=

op X 反动级:111cos )(α==c u X op

C 2最小 复速级:o 90'

2=α时轮周效率最高,无损失纯冲动复速级最佳速比为4cos )()(111α==op op c u X C 2最小 9.什么情况下采用部分进汽？采用部分进汽后，将引起哪些损失？这些损失产生的具体原因是什么？如何减小这些损失？

在调节级和某些高中压级中，空气密度高，当蒸汽的体积流量过小时，如果采用整个圆周上都布满喷嘴的全周进汽方式，可以增加喷嘴速度系数，喷嘴高度可能小于15mm 。（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。） 由于部分进汽造成的能量损失称为部分进汽损失，它是由鼓风损失和斥汽损失组成。

鼓风损失发生在不装喷嘴的弧段，当旋转的动叶栅通过不装喷嘴的弧段时，象鼓风机一样，把该段滞留的蒸汽从动叶前鼓到动叶后，而消耗一部分轮周功，这部分能量损失称为鼓风损失。部分进汽度e 越小，则鼓风损失也越大，反之亦然。当全周进汽时，e =1，鼓风损失为零。（P125）

用“护套装置”减少鼓风损失，在不安装喷嘴的弧段将动叶进出口汽道用护套罩起来，则工作叶片仅对护套的少量蒸汽产生鼓风作用，减少了鼓风所消耗的功率。

在部分进汽的级中，动叶总是不断地由非进汽部分(没有安装喷嘴的非工作弧段)移入进汽部分(由喷嘴组成的工作弧段)，然后移出进汽部分再到非进汽部分；每一次进出，在喷嘴弧段的进口端，从喷嘴射出的蒸汽在进入动叶栅之前，首先必须将动叶汽道中被夹带着一道旋转的停滞汽体推出动叶栅，并使之加速，这就消耗了工作汽流的一部分动能，引起损失。另外，由于高速旋转作用，在喷嘴弧段的出口端，动叶和静叶之间将产生漏汽，在喷嘴弧段的