汽輪機原理習題(作業(yè)題答案)

1、第一章級的工作原理補1.已知某噴嘴前的蒸汽參數(shù)為po=3.6Mpa, to=500C,co=80m/s,求：初態(tài)滯止狀態(tài)下的音速和其在噴嘴中達臨界時的臨界速度Ccr0解：由 Po=3.6Mpa , to=500 C查得：ho=3349.5;so=7.14391h°hbhc0 =3349.5+3.2=3452.72查得 0*點參數(shù)為 P0=3.6334 ; V0*=0.0956 * * 首速 a0 = kp0v0 =671.85(或 a0*= JkRT* =681.76 ; 或 a0*= J(k 1)hfe =1017.7)2. *ccr= * a0=626.5:K 112題.假定過熱

2、蒸汽作等嫡流動，在噴嘴某一截面上汽流速度c=650m/s,該截面上的音速a=500m/s,求噴嘴中汽流的臨界速度Ccr為多少？。解:1212 k1 2 k 12chcrccrpcr vcrccrccr22 k 122(k 1). 2(k;)(ka21 k 1 k 11 2、c ) =522223題.汽輪機某級蒸汽壓力pc=3.4Mpa,初溫t°=435C,該級反動度Qm=0.38,級后壓力p2=2.2Mpa,該級采用減縮噴嘴，出口截面積 An=52cm2,計算：通過噴嘴的蒸汽流量若級后蒸汽壓力降為p21=1.12Mpa,反動度降為Q m=0.3,則通過噴嘴的流量又是多少？答:1):1

3、7.9 kg/s; 2):20.5kg/s34題.國產(chǎn)某機組在設(shè)計工況下其末級動葉（漸縮）前的蒸汽壓力pi=0.0093Mpa,蒸汽始值hi=2307.4kJ/kg,動葉出汽角B 2=38動葉內(nèi)的始降為 hb=137.76kJ/kg。問：汽流在動葉斜切部分是否膨脹、動葉出口汽流角是多少?動葉出口的理想相對速度w2t是多少?解:確定初態(tài)：由hi,pi查圖得si=7.311*hi12w22316.42000由 h*1, S1 查圖得 p1*=0.01Mpa,X1*=0.888.k=1.124：臨界壓力比：cr cik0.57972k極限壓力比：1d cr * (sin 2)W 0.5797* 0.

4、5985 0.347 d ci流動狀態(tài)判斷：由 S1=7.311,h2t=h1-Ahb=2169.6查圖得 p2=0.003Mpa動葉壓力比E b=p 2/p 1=0.3顯然£ b< £ 1d,即蒸汽在動葉中達極限膨脹，極限背壓為p1d=e 1d*p1*=0.00347Mpa查烙嫡圖得：h2dt=2185.5, p 2dt=0.02954w2t.2(h；h2dt)511.7查臨界壓力比處的參數(shù)：p2cr=0.005797;h 2cr=2247.5 p 2cr=0.04697，一 * ' _w2cr2(h1h2cr)371.2sin( 22) w2cr2cr1.

5、1535sin 2w2t2dtsin( 22) 0.710222 45.27:極限偏轉(zhuǎn)角B 2=7.2736題.某機組級前蒸汽壓力 p)=2.0Mpa,初溫t°=350C,初速C0=70m/s;級后蒸汽壓力 p2=1.5Mpa。噴嘴出汽角% 1=18° ,反動度Qm=0.2,動葉出汽角B 2=Bi 6° ,級平均直徑 dm=1080mm,轉(zhuǎn)速 n=3000r/min,噴嘴速度系數(shù)=0.95。求：動葉出口相對速度 W2和絕對速度C2；噴嘴、動葉中的能量損失，余速動能；繪制動葉進、出口速度三角形。答：P9； 1) W2=239.8m/s; c2=124 m/s2) h

6、n 6.09kJ/kg; hb3.78 kJ/kg;hc2 7.69 kJ/kg一、 . _ O 八一，。一，3)ci=336.6 m/s; a 1=18; W1=183.5m/s; 3 1=34 51W2=239.8m/s; 3 2=2851 ； c2=124 m/s; 2 2=711246題.已知某單級沖動式機組，級平均直徑dm=1067mm,轉(zhuǎn)速n=3000r/min,噴嘴出汽角% 1=18° ,級的速度比Xi=u/Ci=0.42,噴嘴 速度系數(shù)=0.96,動葉速度系數(shù)少=0 .84。又知動葉出汽角(32=(3i-3 ,通過該級的蒸汽流量G=7.26kg/s。求：蒸汽作用在動葉

7、上的切向力Fu、輪周功率Pu和輪周效率刀u,并繪制級的進、出口速度三 角形。解:葉輪圓周速度u=ndmn/60=167.6m/s噴嘴出 口速度 C1=u/x1=399.06m/s動葉進口相對速度 wi= . c2 u2 2uc1 cos 1245.2m/s動葉進口汽流角 1 arcsin(C1*sin 1) 30.2Wi動葉出口汽流角B 2=27.2動葉出口相對速度w2* W1 205.95 m/s動葉出口絕對速度 c2, W2 u2 2uw2 cos 2 95.42 m/sA/c * CCO c I I _ _ _ .動葉出口絕對排汽角2 arccos 80.64C2切向力 Fu=G(c 1

8、cos a i+C2COSoc 2)=2857.6N輪周功率 Pu=F u*u=478.65kW級的理想能量E0,*1 2hto clt22C1286.397 kJ/kg輪周效率刀Puu=GE。0.76第二章多級汽輪機123題.已知某中壓凝汽式汽輪機的內(nèi)功率Pi=12340kW,發(fā)電機功率Pei=11900kW,蒸 汽流量 D=52.4t/h,初壓po=2.35Mpa,初溫 to=380C ,凝汽器壓力pc=0.0042Mpa。求該機組在沒有回熱抽汽工況下 的汽耗率d,熱耗率q,相對內(nèi)效率刀i,相對電效率刀r©,絕對電效 率Ta°el,循環(huán)熱效率vt。解：汽耗率 d=D/p

9、ei=52.4*1000/11900=4.403kg/(kW h) '凝結(jié)水烙 hCf ( pc)124.95kJ/kg由初壓 p°=2.35Mpa,初溫 t0=380 知：新蒸汽焙 h0=3198.7 kJ/kg由凝汽器壓力 pc=0.0042Mpa ： A Ht=1089.88 kJ/kg熱耗率 q= d (h0 hC)13533.7 kJ/(kW ' h)有效烙降：AHi=竺史上1000 D12340 36001000 52.4847.8kJ/kg相對內(nèi)效率P i= AHi/AHt=847.8/1089.88= 0.778相對電效率T r.el= r i*pel

10、/pi=0.750絕對電效率 T a.ei=3600/q= 0.266循環(huán)熱效率刀t=刀a。el/刀 r.el=0.3547；(或 T t= AHi/( h0-hc )=1089.88/(3198.7-124.95)=0.3547)127題.某中間再熱凝汽式汽輪發(fā)電機組電功率Pel=119959kW下的熱力過程線如下圖示。已知發(fā)電機損失 Pg=1982Kw,機械損失 Pm=1982Kw。求該汽輪機的內(nèi)功率 R、高壓缸相對內(nèi)效率刀7、中壓缸相對內(nèi)效率刀L、中低壓缸相對內(nèi)效率刀ie由 p012.868MPa,t0537 , ph2.7lMPa 得： Hth=447.7kJ/kg由 ph 2.71M

11、Pa,th 346.7C 得： Hih=326.55 kJ/kg 高壓缸相對內(nèi)效率t hi= AHih/AHth=0.713由 pr2.63MPa,tr544C , pi 0.282MPa 得： Hti=653.01kJ/kg由 Pi0.282MPa,ti 2677c 得： Hii=553.8 kJ/kg中壓缸相對內(nèi)效率t hi= AHih/AHth=0.848由 pr 2.63MPa,tr544C , pi0.00762MPa 得： Htre=1241.42kJ/kg,h r= 3558.24中低壓缸相對內(nèi)效率 t rei=( h r-hex)/A Htre=(3558.24-2499.3)

12、/1241.42=0.853114題.某汽輪機前軸封有三段曲徑軸封組成。 第一段軸封齒數(shù)Zi=26,第二段Z2=20,第三段Z3=16。第一段軸封前蒸汽參數(shù)p0=1.8MPa,t0=340C；第一段軸封后抽汽口與壓力為p1=0.85MPa的第一級回熱抽汽口相連。第二段軸封后與壓力為p2=0.24MPa的第二級回熱抽汽相連，第三段軸封后端接軸封冒汽管，排入大氣。各段軸封直徑di=450mm,軸封間隙為S =0.4mm。軸封流量系數(shù)區(qū)1=1。試計算該機組前軸封的總漏汽量是多少？由回熱抽汽口回收和排入大氣的漏汽量各占多少？如該機組第二級回熱抽汽故障停用，則該軸封的漏汽和回收情況將發(fā)生怎樣的變化？解：

13、各段軸封漏汽面積均為：A d13.14 45 0.04=5.66(cm2)1)計算第一段軸封漏汽量由 P0=1.8MPa , t0=340 C 得 p 0=6.592kg/m3Gi1=1.213T/h (0.337kg/s)2) Gl2=0.71T/h(0.197kg/s) ; G1= Gl1- Gl2=0.503 T/h(0.1397kg/s)3) Gl3=0.211T/h(0.0586kg/s) ; G2= G l2- Gl3=0.499 T/h(0.1386kg/s)AG= AG1+ AG2=1.002 T/h(0.283kg/s)4)第二級回熱抽汽故障停用Gl1=1.213T/h (0

14、.337kg/s) ; G l2=0.54T/h (0.15kg/s) ; AG1= Gl1- G l2=0.673 T/h (0.187kg/s)115題.某汽輪機前軸封有三段曲徑軸封組成，后軸封有二段曲徑軸封組成(見圖)。前軸封第一段軸封齒數(shù)乙=48,軸封間隙面積0.106MPa0.457MPa0.095MPa- %卜去均壓箱去軸封抽汽母管Al1=8.75cm2,軸封前蒸后抽汽口與壓力為Pi=0.457MPa 的第二級回熱抽汽口相連。第二段齒數(shù)Z2=24,軸封間隙 面積Al2=5.55cm2,段后軸封抽汽口與壓力為 p2=0.106MPa的均壓箱及后軸封第一段后的抽汽口相連。第三段齒數(shù)Z3

15、=8,軸封間隙面積Ai3=5.55cm2,段后軸封抽汽口與壓力為p3=0.095MPa的軸封抽汽母管相連。后軸封第一段軸封齒數(shù)Z4=16， 軸封間隙面積A l4=5.23cm2， 段前蒸汽壓力p2=0.106MPa， 段后蒸汽壓力p4=0.0128Mpa。 第二段軸封齒數(shù)Z5=8,軸封間隙面積 Ai5=5.23cm2,段前蒸汽壓力P2=0.106MPa, 段后與蒸汽壓力為P5=0.095Mpa的軸封抽汽母管相連。各段軸封流量 系數(shù)均為i= =1。試計算各段軸封漏汽量、進入第二段回熱抽汽管、均壓箱和軸封抽汽母管的蒸汽量。答 : 前 軸 封 : Gl1=1.37T/h ( 0.381kg/s) ;

16、G l2=0.334T/h ( 0.0928kg/s) ; Gl3=0.061T/h ( 0.0169kg/s)后軸封: Gl1=0.088T/h ( 0.0244kg/s) ;Gl2=0.058T/h ( 0.0161kg/s) ;進入第二段：AG2= Gii- Gi2=1.036 T/h(0.2878kg/s)進入均壓箱：AG=0.127 T/h (0.0353kg/s)進入軸封抽汽母管：AG=0.119T/h (0.0331kg/s)第三章 汽輪機變工況155題.已知漸縮噴嘴前蒸汽壓力p°=2.16MPa,溫度t0=350C , 噴嘴后壓力p1=0.589MPa,流量為3kg/

17、s。問：1) 若蒸汽流量保持為臨界值，則最大背壓可以為多少？2) 若流量減為1/3,則背壓P11要增加到多少？3) 若背壓不變，初壓p01 應(yīng)降到多少才能使流量變?yōu)樵瓉淼?/7？4) 1)蒸汽流量保持為臨界值，則最大背壓可以為pcr：* pcr p0 cr p0 cr =2.16*0.546=1.1794 Mpa2)流量減為1/3,則彭臺門系數(shù)§ =1/31 ( 11 cr)21/3110.9740353；1 crp11= £ 11*po=2.1O4 Mpa3)設(shè):初壓新狀態(tài)為臨界，貝U po1=4/7* p 0=4/7*2.16=1.234 Mpa效驗：新狀態(tài)下 e 11

18、=p 1/po1=.589/1.234=.477 V .546 ;假設(shè)成立。156題.漸縮噴嘴設(shè)計流量為Go=1Okg/s,噴嘴前蒸汽壓力po=O.98MPa,噴嘴后壓力p1=0.62MPa,變工況后背壓不變，流量增 加到G1=14kg/s。求變工況后噴嘴前壓力p01。解：原狀態(tài)下：B=1 ( Pi pcr )2 =0.981616 MPa1,P0Pcr設(shè)新狀態(tài)下為臨界工況：G1 一包0 1.4G0 p00.981616 .98P01=1.3468 Mpa效驗：新狀態(tài)下 e 11=p 1/p01=.62/1.3468=. 0.46 V .546;假設(shè)成立。補1.某臺背壓式汽輪機共有7級，一個調(diào)

19、節(jié)級六個壓力級。在設(shè)計工況下，調(diào)節(jié)級后壓力a=3MPa前三個壓力級后的壓力分別為 p2=2.5MPa, p3=2.0MPq p4=1.6MPq 背壓 Pz= 0.7MPa 試問: 當蒸汽流量減少一半，而背壓Pz維持不變，前三個壓力級的壓力比將 變?yōu)槎嗌?解：由弗留格爾公式，將壓力級作為一個級組:Gi G22P11Pzi22PiPzGiP11. ( G2222(Pi Pz ) Pzi.( 1 )2(32 0.72) 0.721.618MPa2將第一壓力級后的級作為一個級組:C/G1 2222p21. () ( p2pZ ) pZ1,G1.389MPa1 2222. (2) (2.50.7) 0.

20、7將第二壓力級后的級作為一個級組：/G12/n 222p31. () (p3 pZ ) pZ1G.(；)2(22 0.72) 0.721.169MPa將第三壓力級后的級作為一個級組： J/G1 2/口 22 2p41A,() (p4pZ ) pZ1V G1 22(2) (160.72)0.721.004 MPa變工況后：119 13890.858p111.61821p31p211.1691.3890.84231p411.004p311.1690.859補2.某臺噴嘴調(diào)節(jié)的凝汽式汽輪機，當新汽流量D0=210T/h時，調(diào)節(jié) 汽室壓力P2=6Mpa,回熱抽汽壓力Pe=3Mpa回熱抽汽量De=35T

21、/h (見下 圖)。運行中如新汽流量降為D0i=150T/h,則該工況下調(diào)節(jié)汽室壓力 P21及回熱抽汽壓力 R各是多少？倘流量降為 D0i=150T/h的工況時，回熱抽汽故障停運，則Ri及Pei又各是多少?解：由口1 0=伊許2=pe"Pe知:. p2i=(Doi/Do)*p 2=(150/210)*6=4.286Mpa(2 分). pei=(Doi/Do)*p e=(150/210)*3=2.143Mpa(2 分)當回熱抽汽故障停運時，由pei/pe= D0i/(D 0-De)知：p ei=p*D0i/(D0-De)=3*i50/(2i0-35)=2.57iMpa(2 分)D0i將

22、調(diào)節(jié)汽室至回熱抽汽口劃為一個級組，(i分)則有：f.p2i2=pei2+(D0i/D0)2*(p 22-p2e)=2.57i 2+(i50/2i0) 2*(6 2-32)：p2i=4.5i5Mpa(3 分)第六章 汽輪機零部件的結(jié)構(gòu)和強度1、某級葉片切向A0型自振靜頻率fA0=156163HZ,動頻系數(shù)B=3.5,葉片安全 倍率Ab=5,電網(wǎng)頻率變動范圍為48.550.5HZ。試問：(1)該級葉片能否作為不調(diào)頻葉片處理？(2)倘該級葉片作為調(diào)頻葉片，具運行是否安全？為什么？附1:不同K值，調(diào)頻葉片的Ab值:K23344556Ab4.53.73.53.5附2:不同K值，不調(diào)頻葉片的Ab值:K34567891011Ab10