重庆大学汽轮机原理网上思考题答案

1、《汽轮机原理》课程的内容包括汽轮机的工作原理、变工况特性、强度与振动、调节系统以及凝汽设备。

学完本课程后能运用汽轮机的基础理论，进行汽轮机通流部分热力核算、机组变工况特性分析、经济性分析、主要零部件的强度和振动分析以及调节系统的工作特性分析等。

立足：使用、设计和研究；学习：课堂+资料+习题
2．汽轮机有那些用途，我国的汽轮机是如何进行分类的，其型号和型式如何表示？
答：主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。

还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要。

按做功原理可以可以分为冲动式和反动式汽轮机；按热力过程特性可以分为凝汽式、背压式、调整抽气式和中间再热式汽轮机。

型号表示为三部分：第一部分有汉语拼音表示汽轮机的形式，数字表示汽轮机的容量，即汽轮机的额定功率；第二部分由斜线分隔的数字分别表示新蒸汽参数、再热蒸汽参数、供热蒸汽参数等；第三部分为厂家设计的序号。

3、研究汽轮机原理要用到的基本假设与基本方程：级内蒸汽流动是一维稳定等熵流动，蒸汽品位高，满足连续流动方程，叶栅曲面合理；Gv=cA，vdp+cdc=0,h0+c02/2=h1t+c1t2/2; 对理论计算的结果必须根据实际情况乘以一个比例系数进行修正，比例系数有实验确定。

4、级的组成：汽轮机的级由喷嘴叶珊和与它相配合的动叶珊组成。

喷嘴叶珊是由一系列安装在隔板体上的喷嘴叶片构成，又称静叶珊。

动叶珊是由一系列安装在叶轮外缘上的动叶片构成。

工作原理：当蒸汽通过汽轮机时，首先在喷嘴叶珊中将热能转化为动能，然后在动叶珊中将其动能转变为机械能，使得叶轮和轴转动，从而完成汽轮机利用蒸汽热能做功的任务。

5．汽轮机的喷嘴和动叶流道是何形状，如何判别喷嘴及动叶的流态，如何选用叶型？
汽轮机的动静部分之间的间隙：轴向间隙，径向间隙。

为了减少叶顶漏气损失和缩短机组轴向长度，开式轴向长度越小越好，从经济和安全的角度考虑一般取1.5-2.0mm；为了减少动叶顶部漏气，一般在动叶顶部设置径向汽封，一般取0.5-1.5mm，当叶高较大，取较大值。

6、Gt=Anρ1t√[2k/(k-1)]p0*ρ0*[ε2/k n-ε(k+1)/k n]
特点：（1）当喷嘴前后压力相等时，无气流过，流量变位0；⑵随着喷嘴前后压力比的减小，压差增大，通过喷嘴的流量增加，当其等于临界压力比是，流量最大，为临界流量。

⑶当喷嘴前后压力比小于临界压力比时，流量始终维持临界压力比不变。

彭台门系数：是通过喷嘴的流量与同一出参数下临界流量之比。

作用：可以利用彭台门系数可以不必先考虑流态，直接算出流过喷嘴的流量。

7、喷嘴出口速度c1与水平夹角a1,相对速度w1水平夹角动叶进出口速度三角角β1，圆周速度u,动叶出口分别改为c2、w2、β2，计算可以由进出口的能量方程式和正弦余弦定理来确定，目的是为了分析蒸汽的动能到叶轮机械能的转换问题
8、（1）反动度是动叶的理想比焓降与级的滞止理想比焓降的比值。

（2）根据反动度可以将汽轮机分为冲动式汽轮机和反动式汽轮机。

（3）级的轮周效率与速比间的图形关系：
（4）冲动式的级，气流只在喷嘴中膨胀增速，在动叶栅中只改变方向，理想情况下没有焓降；
反动式的级，气流则在喷嘴和动叶流道中均要膨胀增速，均存在焓降。

9、 速比：通常把圆周速度u 和喷嘴出口速度c1的比值称为列速度比，记为x1，即x1=u/c1，把圆周速度u 与当量喷嘴出口理想速度xa 的比值称为级速度比，即xa=u/ca 。

在任何不同的情况下，xa 和x1成比例关系，两个参数描述的物理规律是一样的，故在实际使用中，往往统称为速度比。

最佳速比：对应于轮周效率最高的的速度比称为最佳速度比。

纯冲动单列级：（x1）op=cos ɑ1/2
纯冲动双列级：(x1)op=cos ɑ1/4
反动级：(x1)op=cos ɑ1
带一定反动度的冲动级：(x1)op=(-B+AC B 42-)/2A
作功能力：纯冲动单列级＞纯冲动双列级＞反动级
10．什么是速度系数，其与那些因素有关，如何确定喷嘴及动叶的速度系数？
速度系数是理想速度与实际速度的比值，用来衡量理想速度与实际速度的差别。

影响因素：喷嘴高度，表面粗糙度，叶片型线，前后压力比，冲角，气流速度，叶高，气流出口角度，反动度等因素。

通常通过实验的方法，控制某些变量逐步修正得到。

11、⑴临界状态和临界参数：气流速度达到音速的状态，在临界状态下的参数叫临界参数。

⑵临界压力比只与等熵指数κ有关。

⑶临界流速计算公式：①c cr =(κp cr νcr )1/2②c cr =(2Δ
hncr)1/2③c cr =[2κ/(κ+1)ρ*0v *0]
1/2 12、在多级汽轮机中，大所数级的余速动能可以被下级或被全部利用，用余速利用系数来表示余速动能被利用的程度。

余速利用可以提高级的轮周效率，它使最佳速比增大。

13、气流在喷嘴斜切部分加速能达到超临界状态。

极限压力是指背压不断降低的时，当斜切部分的压力特性线与出口边重合时，喷嘴中的膨胀达到最大，这时喷嘴的出口压力为极限压力。

14、喷嘴流通面积和喷嘴高度：
亚临界流动：A n =G n /μn ρt 1сt 1=e пd m l n sin ɑ1 ； l n =A n /e лd m sin а1
超临界流动：（A n ）cr =G n /0.648
*0*
0ρp ；(l n )cr =(A n )cr /e лd m sin а1 动叶高度：L b =A b /e лd b sin β2
影响叶高的因素：动叶的盖度，蒸汽的物理参数，出口角，动叶平均直径
什么是部分进气度：部分进汽主要是说多阀控制，它是根据负荷的变化先用#1、#2调门同时开度来调整进汽量，当负荷过高，#1、#2调门的进汽量不能满足负荷时，#1、#2调门开到一定的开度就开启#3调门进汽，还不能满足时#3调门开到一定的开度开启#4调门。

为何要采用部分进气：在调节级中，为了适当的增加喷嘴的高度，采用部分进汽
15、影响汽轮机运行安全经济性的内部动静间隙有那些，如何合理确定这些间隙？
轴向间隙和径向间隙，一般取轴向向间隙为1.5-2.0mm，取径向间隙为0.5-1.5mm。

16、⑴级的热功转换损失有：①喷嘴损失，②动叶损失、③余速损失、④扇形损失、⑤叶高损失、⑥叶轮摩擦损失：减小叶轮周围的蒸汽空间，提高叶轮表面的粗糙度、⑦部分进汽损失：选择合理的部分进汽度，减少相同部分进汽度下尽量减少喷嘴组数，在没有布置喷嘴的弧段两侧加保护罩、⑧漏气损失：在隔板主轴之间采用高低齿式汽封，在喷嘴和动叶根部设轴向汽封，在叶轮上开平衡孔并使动叶根部有适当的反动度、⑨湿气损失：采取去湿措施，在设计是对末级的湿度进行限制。

17、评价汽轮机级的热功转换经济性的最终指标是相对内效率，级内流动损失使最佳速比减小，相对内效率：ηri=△hi/Eo=1-ξn-ξb-ξl-ξθ-ξe-ξf-ξ-ξx-(1-u2)ξc2 (级的有效比焓降与理想能量的比值) ; 内功率：Pi=G△hi
18、(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，设计在最佳速度比附近工作，使级效率较高；
(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，更使得喷嘴和动叶的出口高度增大，减小了叶高损失，或使得部分进汽度增大，减小了部分进汽损失，这都有利于级效率的提高；
(4)与单级汽轮机相比，多级汽轮机的比焓降增大很多，相应地进汽参数大大提高，排汽压力也可显著降低，同时，由于是多级，还可采用回热循环和中间再热循环，这些都使循环热效率大大提高；
(5)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，使全机效率提高。

在多级汽轮机的高压段，蒸汽的压力、温度很高，比容较小，因此通过该级段的蒸汽容积流量较小，所需的通流面积也较小。

低压级段的特点是蒸汽的容积流量很大，要求低压各级具有很大的通流面积，因而叶片高度势必很大。

中压级段处于高压级段和低压级段之间，其特点是蒸汽比容既不像高压级段那样很小，也不像低压级段那样很大。

高压段在多级汽轮机的高压段，蒸汽的压力、温度很高，比容较小，因此通过该级段的蒸汽容积流量较小，所需的通流面积也较小。

低压段低压级段的特点是蒸汽的容积流量很大，要求低压各级具有很大的通流面积，因而叶片高度势必很大。

中压段中压级段处于高压级段和低压级段之间，其特点是蒸汽比容既不像高压级段那样很小，也不像低压级段那样很大。

19、冲动式汽轮机的动叶片出、入口侧比较薄，中间比较厚，从入口到出口，流道截面积基本不变；反动式汽轮机叶片入口侧比较厚，出口侧比较薄，流道从入口到出口横截面积逐渐缩小
20．什么是重热系数，凝汽式汽轮机的重热系数一般为多少？
在水蒸气的h-s图上等压线是沿着比熵增大的方向逐渐扩张的，也就是说，等压线之间的理想比焓降随着比熵的增大而增大。

这样上一级的损失(客观存在)造成比熵的增大将使后面级的理想比焓降增大，即上一级损失中的一小部分可以在以后各级中得到利用，这种现象称为多级汽轮机的重热现象
21、汽封：是为了解决蒸汽通过间隙往外泄露以及空气漏入汽轮机的一种设施。

汽轮机的汽缸两端，转子汽缸处，各个轴端都要设置汽封。

轴封系统：轴封、和相连的管道、附属设备组成了轴封系统。

（轴封、轴封冷却器及轴封风机、轴封蒸汽压力及温度调节器、压力调节器、减温器及相连的管道和阀门等）；蒸汽通过一环形齿隙时，由于通道面积减小，速度增加，压力从po降到p1。

但是蒸汽进入两齿间的大空间时，容积突然增大，速度大为减小。

由于涡流和碰撞，蒸汽动能被消耗而转变成热量，使蒸汽焓值又回到原值。

即蒸汽通过轴封齿隙为一节流过程。

其后，蒸汽每通过轴封一齿隙时，都重复这一过程，压力不断降低，直到降低轴封最后一齿后的压力为止。

所以，轴封的作用是将一个较大的压差分割成若干个减小的压差，从而达到降低漏汽速度，减小漏汽量的作用
22、轴封孔口的流动状态如何判别，轴封漏汽量及汽封齿数如何计算？高低齿汽封和平齿汽封各用在汽轮机的那些部位？
，答：`临界流速的判别式：Pz/P o≤0.82/√z+1.25;当汽封齿数一定的时候，若汽封前后压力比满足上式，则最后一个齿隙出口速度达到临界速度，否则没达到；当汽封前后压比满足上式子时，按书上3-24计算，不满足时按书上3-15计算，平齿汽封常在低压缸，高低齿汽封主要在高中压缸。

23、进汽机构由主汽阀、调节阀、导汽管和蒸汽室组成。

排汽机构是一个扩散形的排汽管所构成；损失：压力损失（沿程阻力、局部阻力）、阀杆漏气损失、
24、相对效率：汽轮机相对内效率、机械效率、发电机效率、汽轮机发电机组的相对内效率
绝对效率：循环热效率、绝对电效率、电厂热效率
其他：汽耗率、热耗率
中间再热汽轮机热耗率：q=d[(h
0-h'
fw
)+D r/D o(h r-h'r)]
25、汽轮机的极限功率是在一定的蒸汽初参数和转速下，单排汽口凝汽式其论据所发出的最大功率。

提高汽轮机单机功率的措施，提高新蒸汽参数，采用高强度、低质量密度的合金材料，采用多排汽口，采用低转速，提高机组的相对内效率，采用给水会热循环，采用中间再热循环。

核电汽轮机采用板粟汽轮机的原因是新蒸汽为饱和蒸汽，蒸汽的体积流量很大，为了解决末级叶片排气的困难。

26、多级汽轮机的轴向推力形成的原因：①轴向推力：蒸汽通过汽轮机通流部分膨胀作功时，对叶片的作用力由圆周分力和轴向分力所组成。

其中，圆周分力推动叶轮作功，而轴向分力则对转子产生一个轴向推力。

②计算方法：
③平衡方法：1.采用平衡孔平衡轴向推力 2.设置平衡活塞 3.采用多缸反向布置4.推力轴承承担轴向推力
27、由凝汽器、抽气设备、循环水泵、凝结水泵以及相连的管道和阀门组成。

作用是在汽轮机墨迹排气口建立并维持规定的真空，将排气凝结成水，经回热抽气加热、除氧后，作为锅炉给水重复使用，还有真空除氧作用和热力系统蓄水作用。

分为水冷和空冷方式，水的传热系数较大，江河海的周围建立不会缺少水源，采用循环式也只需要补充少量的冷却水。

采用空冷式可以选址坑口电厂，更具有实际意义。

由于提高真空，汽轮机功率增加与循环泵多耗功率的差值为最大时的真空称凝结器的最佳真空。

28、水冷表面式凝汽器的凝气压力是通过算主凝结区的凝结温度Ts ，由Ts 对应的饱和蒸汽压力作为凝结压力。

影响凝汽器压力的因素：冷却水进口温度，冷却水温升，凝汽器传热端温差。

凝汽器的主要特性指标为冷却倍率m.多压凝汽器的凝结温度等于各个汽室的蒸发凝结温度的算术平均值。

凝气器的热力特性曲线是凝汽器多发的电功率与冷却水进口温度之间的关系曲线。

29、汽轮机变工况：汽轮机在实际运行过程当中，由于各种因素的影响，从锅炉来的蒸汽参数（压力、温度）、外界负荷及机组转速等不可能总是保持设计值不变。

这种运行参数偏离设计值的工况称为汽轮机的变工况。

变工况特性：汽轮机负荷变化、蒸汽初终参数、不同的功率控制方式对汽轮机经济性和安全性的影响 引起工况变化的原因：从锅炉来的蒸汽参数（压力、温度）、外界负荷及机组转速等的变化
结论以及用途：1、当前后两种工况均为非临界工况时，通过喷嘴的流量和喷嘴前、后的参数变化都有关系；当均为临界工况时，流量只与喷嘴前的参数变化有关
2、只要级在临界工况下工作，无论临界状态发生在喷嘴中还是发生在动叶中，通过该级的流量均与级前压力成正比，而与级后压力无关；当级内流动未达到临界状态时，通过该级的流量不仅与级前压力有关，而且与级后压力有关
3、级组未达到临界状态时，蒸汽参数和流量之间的关系用弗留格尔公式求解；若级组在临界状态下工作时，通过该级组的流量与级组中所有各级的初压成正比
30、当汽轮机进汽量变化时，凝汽式汽轮机调节级、各中间级和末级的级前后压差如何变化，级的比焓降如何变化？
当汽轮机进气量增大时，凝汽式汽轮机各非调节级中间级压差不变，末级前后压差增大。

1112212(sin sin )()z b b F G c c d l p p ααπ=-+-22222122()()44z b b d b b F d l d p d l d p ππ⎡⎤⎡⎤=-----⎣⎦⎣⎦22312()4
z F d d p π=-∆
31、当背压不变时，背压式汽轮机各级前压力与流量的关系按双曲线规律变化。

离末级越远，越近于直线。

从图上分析：
1) 对于背压式汽轮机的
前几级，当工况偏离设计
值不远时，级前压力与流
量的关系近于直线；
2) 当流量在设计值附近
变化时，可认为各中间级
焓降不变，或变化很小；
3) 当流量变化较大时，各级焓降都要变化，并且最后一、二级变化最大
32、当工况变动级的理想比焓降减小，级的反动度增大；相反工况变动级的理想比焓降变化较小是，速度比变化引起的反动度变化主要发生在反动度不大的冲动级。

33、喷嘴调节汽轮机流量变化时其经济性和安全性如何变化，有何注意事项?
当流量减少时，调节级的级前后压力仍为新蒸汽压力，而级后压力降低，则级的比焓降增大，及前后压差增大。

调节级动静叶片所收的气流力变大。

相反当流量增大时，末级级前压力升高，末级级后压力受凝汽器控制近乎不变，则级的比焓降增大，级前后压力差增大，末级动静叶所收的气流力增大。

因此，要对调节级、末级动静叶所收的气流力进行认真的核算。

34、定参数运行：是指保持汽压不变的运行方式。

主要通过汽机调门来实现汽压的相对稳定，随着锅炉燃烧的调整，汽温上升或下降到某一温度时，再通过调整汽机调门开度来调整汽压，定参数阶段，汽压的变化是阶段性的，变化之后维持一定时间。

定参数运行时汽机的喷嘴节流损失相对较大。

滑参数运行：主要是指汽温、汽压随着机组负荷变化而变化的运行方式。

滑参数运行时，汽机主汽门和调门一般保持全开，汽温、汽压随锅炉燃烧工况而变化，主要通过燃料两、风量、燃烧器摆角等调节汽温、汽压。

喷嘴调节和节流调节是定压运行机组采用的负荷调节方式，在外负荷变化时，通过改变调节阀的开度，使进汽量变化，改变机组的功率，与外负荷的变化相适应。

喷嘴调节：采用喷嘴调节的汽轮机，在外负荷变化时，各调节阀按循序逐个开启或封闭。

由于在部分负荷下，几个调节阀中只有一个或两个调节阀未全开，因此在相同的部分负荷下，汽轮机的进汽节流损失较小，其内效率的变化也较小。

从经济性的角度，当机组负荷经常变动时，这种调节方式较为公道。

节流调节：汽轮机采用节流调节，在部分负荷下，所有的调节阀均关小，进汽节流损失较大，在相同的部分负荷下，其内效率相应较低，因此这种调节方式仅适应于带基本负荷的汽轮机。

另外，采用节流调节的汽轮机没有调节级，在工况变化时，高、中压级的温度变化较小，故启动升速和低负荷时对零件加热
均匀。

比焓降变化：当流量增大时，调节级后压力上升，级的比焓降减小；流量减小时，调节级后的压力降低，级的比焓降增大
35、理解并画出喷嘴调节汽轮机调节级的G－P0－P CR－P2关系曲线；说明调节级动叶的危险受力工况在那个工况点？
当汽轮机的流量从零开始增加时，调节级的比焓降先是增加然后减少。

在第一调节阀全开而第二调节阀即将开启之前，这时喷嘴前的压力保持不变，级前后压力比仍保持最小，级前后压差最大，调节级额的比焓降达到最大值，随着流量的进一步增加，由于级前压力保持不变，而级后压力上升，级的比焓降逐渐减小，级前后压差逐渐减小。

因而，调节级的最危险工况是“在第一调节阀全开而第二调节阀即将开启之前”这一工况。

36、节流配汽的汽轮机的轴向推力随负荷的增大而增大，在负荷达到最大值时，轴向推力达最大值；喷嘴配汽的汽轮机除调节级外，其余各级轴向推力的变化规律与节流配汽方式的凝汽式汽轮机相同（轴向推力与流量成正比）。

反动式汽轮机的反动级的轴向推力与级内压差成正比变化，最大轴向推力发生在最大负荷工况。

36、节流配汽的汽轮机的轴向推力随负荷的增大而增大，在负荷达到最大值时，轴向推力达最大值；喷嘴配汽的汽轮机除调节级外，其余各级轴向推力的变化规律与节流配汽方式的凝汽式汽轮机相同（轴向推力与流量成正比）。

反动式汽轮机的反动级的轴向推力与级内压差成正比变化，最大轴向推力发生在最大负荷工况。

37、Do=d1*Pel+Dnl(负荷变化不大时)，表示汽轮机电机组功率与流量之间的关系的曲线称为汽轮机的工况图。

38、影响中间再热凝汽式汽轮机功率的初终参数是指那几个参数？如何确定这些参数变化时汽轮机功率的变化量，有何意义？写出主蒸汽压力变化时引起的功率变化量的偏微分表达式。

影响中间再热凝气式汽轮机功率的初终参数有：高压缸P0，T0：中压缸：Tr和压差;排气压力。

理解这五个参数对汽轮机的功率的影响可以对汽轮机的热力性质进行修正。

进入汽轮机的蒸汽压力变化时，将引起整机理想比焓降，进气量和机组相对内效率的变化，机组功率的变化就是这三项引起的功率变化的综合。

39、1 热效率高
2 蒸汽体积流量降低（使得装置的尺寸和质量显著减小）
3 承压件壁厚增大（是个不可回避的问题，需要合理解决）
40、热电联产汽轮机有哪几种型式？热电联产的原则是什么？热电联产的主要经济指标有那两个，如何计算，其限额值各为多少？
热电联产汽轮机主要有背压式和调节抽汽式等类型。

热电联产的原则是将燃烧的化学能转化为高品质的热能用来发电，同时将已在汽轮机中做功后的低品味热能用以对外供热，提高热
利用率，节约能源。

热电联产的主要经济指标是热电比和热化发电率，热电比A=Ph/Q;一次调节抽汽式汽轮机的工况图是一次调解汽轮机的进气量，调节抽汽量和功率三者之间，在各种工况下的关系曲线，如何使用：一次调节抽泣式汽轮机的工况图可分调节级和非调节级，有凝汽工况线，背压工况线，等轴抽汽工况线，等凝汽量工况线，用这些工况线设计计算。

41、一次调节抽汽是汽轮机的工况图是一次调节汽轮机的进汽量、调节抽汽量和功率三者之间，在各种运行工况下的关系曲线。

如何使用：一次调节抽汽是汽轮机的工况图可调节区和不可调节区，有凝汽工况线、被压工况线、等抽汽量工况线、等凝汽量工况线，用这些工况线设计计算。

工况图：
42、直接用汽轮机作为原动机来驱动一些大型的机械设备，如大型风机、给水泵压缩机等功率比较大的设备。

特点：①蒸汽参数、功率和转速等主要技术规范高低、大小不一，结构类型较多。

②有些机组要求长时间连续运行，负荷相对稳定，变化幅度较小；有些机组则间断运行，时开时停，负荷忽高忽低，变化幅度大。

③有些机组串联于复杂的生产流程系统中，是影响整个系统工作的关键设备，要求严格；有些则仅仅在系统中起辅助和备用的作用，要求不高。

④有些机组用于复杂系统，具有自动化程度较高的启动、停机、运行、监视和保护设施；有些机组则用于比较简单的系统，主要由人工操作和监视。

⑤环境条件相对地比较恶劣。

43、压水堆核电汽轮机的两回路：一回路是水冷反应堆的活性区，主要有循环水泵，核反应堆，稳压器，蒸汽发生器组成；二回路蒸汽进入汽轮机做功回路，主要由汽轮机，凝汽器，水上泵，蒸汽发生器组成。

一回路工质由水变为蒸汽，二回路由蒸汽做功冷凝成水。

一回路的工作压力13.72-15.68MPa，335-346C，二回路工作压力5-7MPa，温度为该压力下的饱和蒸汽压。

44、压水堆核电汽轮机特点：1、低蒸汽参数2、腐蚀和侵蚀3、汽水分离再热器4、半转速5、甩负荷超速
大亚湾核电汽轮机组成：为全速机组，由一只高压缸和3只低压缸组成
45．汽轮机动叶片工作时受到那作用些力，对叶片强度有何影响？
汽轮机叶片工作是受到的力：作用在叶片根部的离心拉应力，蒸汽对叶片、叶轮的弯应力，。