汽轮机发电1讲解

1、工质的状态参数有哪几个？焓的意义是什么？

（1）状态参数有：温度（T）、比容（υ）、压力（p）、热力学能（u）、焓（h）和熵（s）。

（2）基本状态参数：温度（T）、比容（υ）、压力（p）

（3）焓：m千克工质，其内能与压力位能之和称为焓，单位是kJ，用H表示，而1kg压力为p，比容为υ的工质，其内能u和压力位能之和称为比焓。h=u+pυ

2、什么是声速？什么是马赫数？（这个东东以前上大学的时候流体力学里面学过，早忘了，补习下）

（1）声速：是在连续介质中微弱扰动产生的压力波传播的速度，以α表示。也叫音速。

由此可见，声速是一个常数。与气体的性质及状态有关，因此声速也是一个状态参数。在流动过因此，声速不是一个固定不变的常数，它与气体的性质或气流速度的改变首先需要力学条件。可以推导出表示，即。当于流速变化的几何条件程中，流道各个截面上气体的状态在不断地变化着，所以各个截面上的声速也在不断地变化。所以声速有“当地声速”之称。

（2）马赫数：把气体的流速c与当地声速a的比值叫做马赫数。用Ma表示。因此Ma＝c/a。当Ma＜1时，气流速度小于当地声速，称为

亚声速；Ma＞1时，气流速度大于当地声速，称为超声速；Ma＝1时，气流速度等于当地声速。

3、气流流速和压力的关系（只说结论，不讲推导了）：

气流在流动过程中如流速增加，则压力必然降低；

如压力升高，则流速必降低。

因为压力降低时焓值降低，即热能减少，而气流在流动过程中总能量是守恒的，所以动能增加，即气流速度必然增大。

4、流速变化与气流流通截面积变化的关系（学习这个东西为下面学习喷嘴做铺垫）：

气流速度变化时，由于参数的变化，导致气流流通截面积也发生变化。可以从等熵流动的基本方程组中推导出有利于流速变化的几何条件：

从公式可知，当流速变化时，气流截面面积的变化规律不但与流速是增加还是降低有关，而且还与流速是亚音速气流还是超音速气流有关。

5、喷嘴中气流参数如何变化？不同声速状况气流在喷嘴中流通截面积如何变化？不同声速状态气流对喷嘴设计的要求如何？（这个问题讲述了喷嘴构造的设计初衷，值得学习）

（1）喷嘴中汽流参数的变化：压力降低，流速增加。

（2）不同声速状况气流在喷嘴中流通截面积变化：dp＜0，dc＞0，由题4中公式可推导出：

a、气流为超声速气流时，马赫数Ma＞1，可推出dA＞0，气流流通截面积是逐渐扩大的；

b、气流为亚声速气流时，马赫数Ma＜1，可推出dA＜0，气流流通截面积是逐渐缩小的；

c、气流为声速气流时，马赫数Ma＝1，可推出dA＝0，这时候气流流通截面积缩小到最小。

（3）不同声速状态气流对喷嘴设计的要求：对亚声速气流要做成渐缩喷嘴；对超声速气流要做成渐扩喷嘴；对气流由亚声速连续增加到超声速时要做成缩放喷嘴，或称拉代尔喷嘴。

喷嘴截面形状与气流截面形状相符合，才能保证气流在喷嘴中充分膨胀，达到理想加速的效果。各种喷嘴的形状如图所示：

6、汽轮机中采用什么形状的喷嘴？

汽轮机中的喷嘴一般做成斜切喷嘴，如下图所示：

为什么要汽轮机中的喷嘴要做成斜切喷嘴呢？一个原因是使喷嘴气

流有一个很好的方向进入动叶片推动动叶片做功。另一个原因是，当喷嘴出口压力小于临界压力时，蒸汽在喉部AB截面只能得到声速气流，斜切部分是渐扩的，因此蒸汽在斜切部分继续膨胀，在斜切出口截面得到超声速气流。

7、汽轮机级的反动度？

（1）定义：所谓反动度，指的是蒸汽在汽轮机动叶栅中的膨胀程度。用符号ρ表示。

（2）算法：反动度等于蒸汽在动叶栅中的理想焓降hb（也称为等熵焓降）与整级的滞止等熵焓降之比。如下式：

（3）公式所表示的含义：当反动度等于0时，相当于hb＝0，说明蒸汽在动叶栅中不膨胀，只在喷嘴中膨胀。这样的级较纯冲动级。通常所说的反动级是指反动度约等于0.5的级，其蒸汽在喷嘴和动叶栅中的膨胀程度基本相同。反动级的效率比纯冲动级高，因此，一般的冲

动级均带有不大的反动度。

8、冲动级、反动级、速度级相关：

（1）冲动级：在纯冲动级中，蒸汽只在喷嘴叶栅中膨胀、压力降低，在动叶栅中不膨胀、压力保持不变，其动叶片为对称叶片，动叶进口安装角等于动叶的出口安装角，即气流在动叶栅中的速度（指相对速度）的大小在理论上保持不变，由于叶片形状的弯曲，气流的方向发生了变化，对动叶片产生一个冲击力，使叶轮旋转作功。纯冲动级做功能力大，但流动效率低，现代汽轮机中已不采用。

（2）反动级：在反动级中，蒸汽不仅在喷嘴中膨胀加速，而且在汽流流经动叶栅通道时，继续膨胀加速，即蒸汽在动叶栅中，不仅气流的方向发生变化，而且其相对速度也有所增加。因此，动叶片不仅受到喷嘴出口高速气流的冲动力作用，而且还受到蒸汽离开动叶栅时的反作用力，所以反动级既有冲动力做功又有反动力做功。由于蒸汽在动叶栅中膨胀加速，是在冲动力和反动力的合力下使叶轮转动做功的，所以反动级的效率比冲动级高，但做功能力较小。

（3）速度级：速度级的特点是在一个叶轮上装有两列或三列动叶栅，在两列动叶栅之间有一列装在汽缸上的、固定不动的导向叶栅。

9、现代大功率高参数汽轮机为什么第一级大都采用双列速度级？

多级汽轮机的第一级往往采用双列速度级，这样可使蒸汽在速度级后，压力和温度都降低较多，不仅可以减少全机的级数，使汽轮机体积紧凑，而且可使速度级后面部分的汽缸及叶片等零部件对金属材料的要求降低，从而降低汽轮机的成本。

10、汽轮机汽缸在工作时要承受那些力呢？

（1）汽缸内外的压力差，使汽缸壁承受一定的作用力；

（2）隔板和喷嘴作用在汽缸上的力，这是由隔板前后的压力差及汽流流过喷嘴时的反作用力所引起的；

（3）汽缸本身和安装在汽缸上的各零部件的重量；

（4）轴承座与汽缸铸成一体或轴承座螺栓连接汽缸的机组，汽缸还承受着转子的重量及转子转动时产生的不平衡力；

（5）进、排汽管道作用在汽缸上的力；

（6）汽轮机在运行中，汽缸各部分存在着温度差引起的热应力。特别是在快速启动、停机和工况变化时，温度变化大，将在汽缸和法兰中产生很大的热应力的热变形。

11、多层缸夹层中为什么通入蒸汽？

原因有二：

（1）汽轮机采用多层缸时，通常在内外缸夹层里引入一股中等压力的蒸汽。当机组正常运行时，由于内缸温度很高，其热量源源不断地辐射到外缸，有使外缸超温的趋势，这时夹层汽流对外缸起冷却作用。（2）当机组冷态启动时，为使内外缸尽可能迅速同步加热，以减小动、静胀差和热应力，缩短启动时间，此时夹层汽流即对汽缸起加热作用。

12、喷嘴和隔板的作用是什么？

（1）喷嘴：喷嘴是组成汽轮机的主要部件之一。它的作用是把蒸汽的热能转变为高速汽流的动能，使高速汽流以一定的方向从喷嘴喷