汽轮机答案

=
u c1 im
=
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( ) ( ) x re 1 op
u c1 im
Δhtre 2 = cosα1 2 = 1
Δhtim
cosα 1 2
Δhtre : Δhtim = 1 : 2
即纯冲动级的作功能力是反动级的 2 倍。
在各自的最佳速度比下，单列纯冲动级和纯冲动式复速级的作功能力之比为：
[ ( ) ] ( ) Δhtve
8、喷管的速度系数ϕ 与哪些因素有关？ 答：喷管的速度系数ϕ 主要与喷管高度、表面粗糙度、汽道形状及通道前后的压力比
等因素有关。
9、喷管的流量系数 μn 与哪些因素有关？
答：喷管的流量系数 μn 除与速度系数有关即与喷管高度、表面粗糙度、汽道形状及通
道前后的压力比等因素有关外，还与蒸汽的状态有关。 10、蒸汽在喷管的斜切部分膨胀的条件是什么？膨胀的结果又如何？ 答：蒸汽在喷管的斜切部分膨胀的条件是：喷管的背压p1必须小于临界压力（或喷管的
=
c ve2 1
2ϕ 2
=
c ve2 1
=
u
[ ( ) ] ( ) Δhtim
c im2 1
2ϕ 2
c im2 1
u
x1
ve op
2
=
x im 2 1 op
x1
im 2 op
=
cos 2 α1
4
=4
x ve2 1 op
cos 2 α1 16
1
即纯冲动式复速级的作功能力是单列纯冲动级的 4 倍。
由以上分析可知，在相同的轮周速度 u、喷管速度系数ϕ 和喷管出汽角α1 的条件下，
第一章习题解答
1、什么叫汽轮机的级？为什么复速级有两列动叶片，仍被认为是一个级？ 答：级是将蒸汽热能转换机械能的最基本的工作单元，在结构上它是又喷管和其后的 动叶栅所组成。 复速级虽然有两列动叶片，但只有一列喷管叶柵，所以，根据级的定义，它仍被认为 是一个级。 2、何谓级的反动度？根据反动度如何将级进行分类？ 答：蒸汽在动叶通道内膨胀时的理想焓降与蒸汽在整个级的滞止理想焓降之比称为级 的反动度。 根据反动度的大小不同，轴流式级分为冲动级和反动级，冲动级又纯冲动级和带少量 反动度的冲动级。 3、何谓纯冲动级、反动级、带反动度的冲动级、复速级？蒸汽在纯冲动级、反动级、 带反动度的冲动级、复速级通流部分内压力和速度的变化如何？ 答：纯冲动级：级的平均反动度等于零的级； 反动级：级的平均反动级约为 0.5 的级； 带反动度的冲动级：级的平均反动度介于 0.05~0.20 的级； 复速级：单列冲动级的一种延伸，在单列冲动级动叶之后增加导叶和动叶继续将蒸汽 的动能转化为机械功。即蒸汽动能转换为机械能的过程在级内进行两次。 蒸汽在各种级中的压力和速度变化如下： 纯冲动级：蒸汽在喷管中膨胀加速，压力下降，速度提高；在动叶中压力不变，速度 下降；见教材图 1-5。 反动级：蒸汽在喷管中膨胀加速，压力下降，速度提高；在动叶中压力继续膨胀，压 力下降，相对速度提高，绝对速度下降；见教材图 1-6 带反动度的冲动级：蒸汽在喷管中膨胀加速，压力下降，速度提高；在动叶中稍有膨 胀，压力下降，相对速度提高，绝对速度下降。 复速级：蒸汽在喷管中膨胀加速，压力下降，速度提高；在两列动叶及导叶中压力不 变，在导叶中速度不变，在两列动叶中速度下降。见教材图 1-7。 4、简述纯冲动级、反动级、带反动度的冲动级、复速级的工作特点和结构特点。 答：（1）纯冲动级： 工作特点：蒸汽只在喷管叶栅中进行膨胀，将蒸汽的热能转变为动能，在动叶中只改 变方向不膨胀。在这种级中：p1 = p2；Δhb =0；Ωm=0；纯冲动级做功能力大，但效率比较低。 结构特点：动叶叶型几乎对称弯曲，即动叶通道中各通流截面近似相同。 （2）反动级： 工作特点：蒸汽在级中的理想焓降平均分配在喷管叶栅和动叶栅中，蒸汽经过动叶通 道时，给予动叶一个比较大的反动作用力，在这种级中做功的力基本上冲动力和反动力各占 一半，在这种级中：p1 > p2；Δhn≈Δhb≈0.5Δht；Ωm=0.5；反动级的效率比纯冲动级高，但 做功能力较小。 结构特点：动叶叶型与喷嘴叶型相同。 （3）带反动度的冲动级 工作特点：蒸汽的膨胀大部分在喷管叶柵中进行，只有一小部分在在动叶栅中进行。 蒸汽对动叶栅的作用力以冲动力为主，但也有一部分反动力，它的作功能力比反动级大，效 率又比纯冲动级高。在这种级中：p1 > p2；Δhn >Δhb >0；
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。
14、什么是汽轮机级的相对内效率？什么是级的轮周效率？影响级的轮周效率的因素 有哪些？
答：级的相对内效率是指级的有效焓降和级的理想能量之比。 级的轮周效率是指蒸汽在级所作的轮周功与蒸汽在该级中所具有的理想能量之比。 影响轮周效率的因素有：喷管损失系数、动叶损失系数和余速损失系数的大小以及余 速利用系数的大小。
结构特点：动叶叶型介于纯冲动级和反动级之间，即动叶通道截面积逐渐减小，但没 有反动级的厉害。
（4）复速级： 工作特点：蒸汽在喷管叶栅中进行膨胀，将蒸汽的热能转变为动能，在两列动叶及导叶 中基本不膨胀，蒸汽动能转换为机械能的过程在级内进行两次。作功能力比单列冲动级要大。 结构特点：在叶轮上安装有两列动叶片。 5、什么是冲动作用原理和反动作用原理？在什么情况下动叶栅受反动力的作用？ 答：冲动作用原理：由力学可知，当一运动的物体碰到另一个静止或速度不同的物体 时，就会受到阻碍而改变其速度的大小和方向，同时给阻碍它运动的物体一个作用力，这个 力称为冲动力。在汽轮机中从喷管流出的高速汽流冲击在汽轮机的动叶上，受到动叶的阻碍 而改变了其运动的大小和方向，同时汽流给动叶施加了一个冲动力。利用冲动力做功的原理 就是冲动作用原理。 反动作用原理：反动力是由原来静止或运动速度较小的物体，在离开或通过另一个物 体时，骤然获得一个较大的速度增加而产生的。在汽轮机中，蒸汽在动叶构成的通道内膨胀 加速时，汽流必然对动叶片作用一个反动力，推动叶片运动做机械功。利用反动力做功的原 理就是冲动作用原理。 当蒸汽在动叶构成的通道内膨胀加速时，动叶栅受反动力的作用。 6、说明冲动级的工作原理和级内能量转换过程及特点。 答：冲动级的工作原理：在冲动级中，蒸汽在喷管中膨胀加速，获得高速汽流，从喷 管流出的高速汽流冲击在汽轮机的动叶上，受到动叶的阻碍而改变了其运动的大小和方向， 同时汽流给动叶施加了一个冲动力，推动叶片运动而作机械功。由于蒸汽在动叶通道内没有 膨胀加速，所以蒸汽对动叶只产生冲动力。 级内能量转换过程及特点：在喷管中蒸汽的热能转换为蒸汽的动能，在动叶栅中蒸汽 的动能转换为叶轮旋转的机械能。即蒸汽在动叶栅中只有动能到机械能的转换。 7、说明反动级的工作原理和级内能量转换过程及特点。 答：反动级的工作原理：在反动级中，蒸汽在喷管中膨胀加速，获得高速汽流，从喷 管流出的高速汽流冲击在汽轮机的动叶上，受到动叶的阻碍而改变了其运动的大小和方向， 同时汽流给动叶施加了一个冲动力；同时由于蒸汽在动叶通道内继续膨胀加速，所以蒸汽对 动叶产生了一个反动力，在冲动力和反动力的共同作用下推动叶片运动而作机械功。 级内能量转换过程及特点：在喷管中蒸汽的热能转换为蒸汽的动能，在动叶栅中完成 了两次能量转换，首先蒸汽在动叶通道内膨胀，将热能转换为蒸汽的动能，同时随着蒸汽的 加速，则又给动叶一个反动力，推动叶片运动，完成动能到机械能的转换。即在动叶栅中同 时完成了蒸汽热能到蒸汽动能和蒸汽动能到转子旋转的的机械能两次能量转换。
压力比εn必须小于临界压力比εcr）。
膨胀的结果是：汽流的出口方向发生偏转，并获得超音速汽流。 11、何谓斜切喷管的极限压力？ 答：蒸汽在喷管的斜切部分能膨胀到的最低压力，称为斜切喷管的极限压力。 12、什么是最佳速度比？纯冲动级、反动级和纯冲动式复速级的最佳速度比的表达式 各为什么？其值大约是多少？ 答：轮周效率最高时的速度比称为最佳速度比。各种级的最佳速度比的表达式如下： 其中：α1为喷嘴汽流出汽角。 纯冲动级的最佳速比为：(x1)op=cosα1／2，其值大约为 0.5； 反动级的最佳速比为：(x1)op=cosα1，其值大约为 1； 纯冲动式复速级的最佳速比为：(x1)op=cosα1／4，其值大约为 0.25。 13、汽轮机的级内损失一般包括哪几项？造成这些损失的原因是什么？ 答：汽轮机级内的损失有：喷管损失、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，
15、在相同的轮周速度 u、喷管速度系数ϕ 和喷管出汽角α1 的条件下，分析比较反动
级、纯冲动级和复速级的作功能力和效率。 答：（1）作功能力的比较
在相同的轮周速度 u、喷管速度系数ϕ 和喷管出汽角α1 的条件下，
在各自的最佳速度比下，纯冲动级和反动级的作功能力之比为：
( ) ( ) x im 1 op
且每种级都工作在各自的最佳速度比下时，纯冲动式复速级的作功能力是单列纯冲动级的 4 倍，反动级的 8 倍。
（2）轮周效率的比较 由于蒸汽在反动级动叶中有膨胀，动叶损失较小，另外反动级的级间距小，余速能够 被下一级利用，使级的效率有所提高，所以在各自的最佳速度比下，反动级的轮周效率高于 纯冲动级。 在复速级中，汽流经过导叶和第二列动叶时，又增加了导叶损失和第二列动叶损失， 所以在各自的最佳速度比下，复速级的轮周效率低于单列纯冲动级的轮周效率。 16、冲动级内反动度如何确定？ 答：反动度是汽轮机级的一个重要参数，对汽轮机的级效率有很大的影响。试验表明，