汽輪機(jī)原理思考題1

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1．汽輪機(jī)有那些用途，我國(guó)的汽輪機(jī)是如何進(jìn)行分類(lèi)的，其型號(hào)和型式如何表示？

汽輪機(jī)的用途：把蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能用于發(fā)電；除此之外，還用于大型艦船的動(dòng)力裝備，并廣泛作為工業(yè)動(dòng)力源，用于驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)等設(shè)備。汽輪機(jī)的分類(lèi)：A、按做功原理分類(lèi)：沖動(dòng)式汽輪機(jī)、反動(dòng)式汽輪機(jī)。

B、按熱力過(guò)程特性分類(lèi)：凝汽式汽輪機(jī)、背壓式汽輪機(jī)、調(diào)整抽汽式

汽輪機(jī)、中間再熱式汽輪機(jī)。

C、按蒸汽壓力分類(lèi)：低壓汽輪機(jī)，新汽壓力1.2～2MPa中壓汽輪機(jī)，新汽壓力2.1～4.0MPa高壓汽輪機(jī)，新汽壓力8.1～12.5MPa超高壓汽輪機(jī)，新汽壓力12.6～15.0MPa亞臨界壓力汽輪機(jī)，新汽壓力15.1～22.5MPa超臨界壓力汽輪機(jī)，新汽壓力大于22.1MPa

超超臨界壓力汽輪機(jī)，新汽壓力27MPa以上或蒸

汽溫度超過(guò)600/620℃

汽輪機(jī)的型號(hào)表示：我國(guó)制造的汽輪機(jī)的型號(hào)有三部分。第一部分：由漢語(yǔ)拼音表示汽

輪機(jī)的形式（如表一），由數(shù)字表示汽輪機(jī)的容量（MW）；其次部分：用幾組由斜線分隔的數(shù)字分別表示新蒸汽參數(shù)、再熱蒸汽參數(shù)、供熱蒸汽

參數(shù)等；第三部分：廠家設(shè)計(jì)序號(hào)。

表一：型式N凝汽式B背壓式

2．汽輪機(jī)課程研究的主要內(nèi)容有那些，如何從科學(xué)研究及工程應(yīng)用的不同角度學(xué)習(xí)該課程？

研究?jī)?nèi)容：（1）緒論：本課程的主要內(nèi)容及在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用；國(guó)內(nèi)外汽輪機(jī)的展及

應(yīng)用；汽輪機(jī)的型式、分類(lèi)及型號(hào)；汽輪機(jī)裝置及現(xiàn)代大型單元制機(jī)組的概念；本課程的學(xué)習(xí)要求及學(xué)習(xí)方法。

（2）汽輪機(jī)級(jí)的工作原理：一元滾動(dòng)的幾個(gè)主要方程及應(yīng)用；蒸汽在噴嘴及動(dòng)葉中的滾動(dòng)、速度三角形及計(jì)算；級(jí)的輪周功率和輪周效率；級(jí)內(nèi)損失和級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率；級(jí)的熱力設(shè)計(jì)原理。

(3）多級(jí)汽輪機(jī)：多級(jí)汽輪機(jī)的工作過(guò)程及其特點(diǎn)；進(jìn)、排汽機(jī)構(gòu)的滾動(dòng)阻力損失；汽輪機(jī)及其裝置的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)；軸封及其系統(tǒng)；軸向推力及平衡；汽輪機(jī)的極限功率及其影響因素。

(4）汽輪機(jī)變工況特性：噴嘴變工況時(shí)流量與壓力的關(guān)系；級(jí)與級(jí)組的變工況特性；配汽方式對(duì)汽輪機(jī)變工況運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和安全性的影響；滑壓運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和安全性；變工況下汽輪機(jī)的熱力核算；初終參數(shù)變化對(duì)汽輪機(jī)工作的影響；汽輪機(jī)的工況圖及熱電聯(lián)產(chǎn)。

(5）汽輪機(jī)的凝汽設(shè)備：凝汽設(shè)備的工作原理及任務(wù)；凝汽器的真空與傳熱；凝汽器的結(jié)構(gòu)布置；抽氣器；凝汽器變工況。

C一次調(diào)整抽汽式CC二次調(diào)整抽汽式CBHY移動(dòng)式抽汽背壓式船用

(6）汽輪機(jī)零件的強(qiáng)度、振動(dòng)及安全校核：汽輪機(jī)葉片靜強(qiáng)度和動(dòng)強(qiáng)度的基本概念；葉片彎應(yīng)力和拉應(yīng)力計(jì)算；葉片振動(dòng)、調(diào)頻及安全評(píng)價(jià)；汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)及轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡；汽輪機(jī)的熱應(yīng)力及壽命管理。

(7）汽輪機(jī)調(diào)理保護(hù)：汽輪機(jī)調(diào)理保護(hù)的任務(wù)；機(jī)械液壓式調(diào)理保護(hù)系統(tǒng)的組成及工作過(guò)程；調(diào)理系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性；中間再熱汽輪機(jī)的調(diào)理特點(diǎn)；汽輪機(jī)的電液調(diào)理；調(diào)理系統(tǒng)的試驗(yàn)和調(diào)整。

(8)核電汽輪機(jī)、聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)及熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪機(jī)簡(jiǎn)介。

學(xué)習(xí)方法：科學(xué)研究：理解對(duì)汽輪機(jī)的輪周效率、內(nèi)效率、整機(jī)效率等性能的影響因素，

并通過(guò)各種方法和科學(xué)計(jì)算減少汽輪機(jī)中的各種損耗，已達(dá)到提高汽輪機(jī)總效率的目的。

工程應(yīng)用：了解汽輪機(jī)中各種損耗和蒸汽壓力、速度等的計(jì)算方法，通過(guò)調(diào)

節(jié)蒸汽的各種參數(shù)已達(dá)到蒸汽熱能的最高利用。

3．研究汽輪機(jī)原理要用到那些基本假設(shè)與基本方程，要用到那些經(jīng)驗(yàn)及試驗(yàn)修正？

基本假設(shè)：滾動(dòng)是穩(wěn)定的；滾動(dòng)是絕熱的；工質(zhì)是理想氣體；滾動(dòng)是一元流。基本方程：連續(xù)性方程；動(dòng)量方程；能量方程。

修正系數(shù)：噴管的速度系數(shù)?；流量系數(shù)μ；動(dòng)葉速度系數(shù)?；余速利用系數(shù)μ和μ1等。

4．簡(jiǎn)述汽輪機(jī)級(jí)的組成及工作過(guò)程。

汽輪機(jī)級(jí)的組成：是由一列環(huán)排的靜葉柵（噴嘴）和一列環(huán)排的動(dòng)葉柵（動(dòng)葉）組成。級(jí)的工作過(guò)程：純沖動(dòng)級(jí)：蒸汽通過(guò)級(jí)時(shí)，首先在噴嘴葉柵中將部分熱能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，

然后在動(dòng)葉柵中將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能使葉輪和軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

沖動(dòng)級(jí)：蒸汽通過(guò)級(jí)時(shí)，首先在噴嘴葉柵中將部分熱能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，

然后在動(dòng)葉柵中將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，并且蒸汽在動(dòng)葉中繼續(xù)膨脹將少于總焓降一半的焓降轉(zhuǎn)化為動(dòng)能和機(jī)械能，使葉輪和軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

反動(dòng)級(jí)：蒸汽通過(guò)級(jí)時(shí)，首先在噴嘴葉柵中將部分熱能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，

然后在動(dòng)葉柵中將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，并且蒸汽在動(dòng)葉中繼續(xù)膨脹將級(jí)內(nèi)等于總焓降一半的焓降轉(zhuǎn)化為動(dòng)能和機(jī)械能，使葉輪和軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

5．汽輪機(jī)的噴嘴和動(dòng)葉流道是何形狀，如何判別噴嘴及動(dòng)葉的流態(tài)，如何選用葉型？噴管和動(dòng)葉的形狀：漸縮斜切（亞音速，近音速），縮放斜切（超音速）。噴管和動(dòng)葉流態(tài)的判別：ε＜εcr超音速ε=εcr音速ε＞εcr亞音速

選用葉型：（1）單列級(jí)一般選用亞音速葉柵（Ma﹤0.8）；

（2）雙列復(fù)數(shù)級(jí)可采用帶斜切部分的亞音速葉柵；

（3）?n≦0.3~0.4或Ma﹥1.5時(shí)需采用跨音速(0.8≦Ma≦1.4)或超音速葉柵

(Ma﹥1.4)。6．流過(guò)噴嘴的流量與噴最前后壓比之間的函數(shù)式可簡(jiǎn)化為什么公式，其圖形有何特點(diǎn)？么是彭臺(tái)門(mén)系數(shù)，有何作用？

噴管流量和壓比的函數(shù)式：G?0.648?Anp???，??2k?12[?nk??nk]k?1。k?12k-1()k?1圖形有和特點(diǎn)：

???ncr時(shí)，G?Gcr；

???ncr時(shí)，G??Gcr。

彭臺(tái)門(mén)系數(shù)：通過(guò)噴管的流量與同一初始狀態(tài)下的臨界流量之比。

作用：計(jì)算噴管中的流量時(shí)，不用判定噴管中的滾動(dòng)狀態(tài)而直接計(jì)算噴管流量。7.動(dòng)葉進(jìn)出口速度三角形由那些速度及角度構(gòu)成，如何確定和計(jì)算各速度及角度?速度及角度構(gòu)成：噴管出口速度c1，動(dòng)葉柵入口速度ω1，圓周速度u，動(dòng)葉出口絕對(duì)

速度c2，動(dòng)葉出口相對(duì)速度ω2。噴管蒸汽出口角?1，動(dòng)葉進(jìn)口汽流

方向角?1，出氣方向角?2，動(dòng)葉出口汽流方向角?2。

?計(jì)算：

c1??2?hn11，u??dmn602，

?1?2c21?u2?2c1ucos?1，

sin?csin??1?，sin1?2sin???c，

?2???3??5?

12

?2??2?hb，

?c2??22?u2?2?2ucos?

28.什么是反動(dòng)度，如何對(duì)汽輪機(jī)級(jí)進(jìn)行分類(lèi)，級(jí)的輪周效率與速比間有何圖形關(guān)系，不同

類(lèi)型的級(jí)的熱力特性有何不同？

反動(dòng)度：汽輪機(jī)級(jí)的動(dòng)葉的理想比焓降與級(jí)的滯止理想比焓降的比值。汽輪機(jī)級(jí)的分類(lèi)：?jiǎn)瘟屑?jí)：純沖動(dòng)級(jí)Ωm=0沖動(dòng)級(jí)Ωm＜0.5反動(dòng)級(jí)Ωm=0.5雙列級(jí)：只能是沖動(dòng)級(jí)圖形關(guān)系：是拋物線關(guān)系，當(dāng)

當(dāng)

x1（＜

x）op時(shí)，輪周效率隨速比x111的增加而增大；

（x）op時(shí)，輪周效率隨速比x的增加而降低。x＞

11不同級(jí)的熱力特性的區(qū)別：主要區(qū)別在蒸汽在動(dòng)葉柵中是否發(fā)生膨脹和膨脹的大小。9.什么是速比和最正確速比？寫(xiě)出純沖動(dòng)單列級(jí)，純沖動(dòng)雙列級(jí)，反動(dòng)級(jí)及帶一定反動(dòng)度的

沖動(dòng)級(jí)的最正確速比表達(dá)式；在圓周速度一致的條件下，比較前三種級(jí)的作功能力大小。

速比：列速度比：圓周速度u與噴嘴出口速度

c的比值，即1x1?uc

1

級(jí)速度比：圓周速度u與當(dāng)量噴嘴出口理想速度

c的比值，即axa?uc

a最正確速比：汽輪機(jī)的級(jí)獲得最高輪周效率時(shí)所對(duì)應(yīng)的速度比。

（表達(dá)式：純沖動(dòng)單列級(jí)：

x）op?1cos?12cos?141

（純沖動(dòng)雙列級(jí)：（反動(dòng)級(jí)：

x1）op?

x）op?cos?1

（帶一定反動(dòng)度的沖動(dòng)級(jí)：

x）op?（21?1cos?1?m）

作功能力比較：反動(dòng)級(jí)＜純沖動(dòng)單列級(jí)＜純沖動(dòng)雙列級(jí)。

10.什么是速度系數(shù)，其與那些因素有關(guān)，如何確定噴嘴及動(dòng)葉的速度系數(shù)？

速度系數(shù)：實(shí)際速度和理想速度的比值，用來(lái)衡量理想速度和實(shí)際速度的區(qū)別。

影響因素：噴嘴和動(dòng)葉片的高度，表面粗糙度，葉片型線，前后壓力比，沖角，汽流

速度等。如何確定：噴管的速度系數(shù)：一般取??0.97

動(dòng)葉的速度系數(shù)：可以先求出噴管出口的理想相對(duì)速度

?2t，再根據(jù)動(dòng)葉速

度系數(shù)?和反動(dòng)度?m的關(guān)系圖查出動(dòng)葉的速度系數(shù)。

11.什么是臨界狀態(tài)和臨界參數(shù)，臨界參數(shù)只與那些因素有關(guān)？

臨界狀態(tài)：當(dāng)汽流速度與當(dāng)?shù)芈曀傧嗟鹊臅r(shí)候，汽流所處的狀態(tài)。臨界參數(shù)：臨界壓力

度

pcr，臨界溫度

Tcr，臨界密度

?cr，臨界壓力比

?cr，臨界速

ccr。

因素：臨界參數(shù)只與蒸汽的等熵指數(shù)k有關(guān)。

12.什么是余速利用系數(shù)，余速利用與不利用對(duì)輪周效率和最正確速比有何影響？

余速利用系數(shù)：余速動(dòng)能被利用的程度。影響：（1）余速利用可以提高級(jí)的輪周效率。

（2）余速利用使速度比xa在較大范圍對(duì)輪周效率的影響顯著減弱。（3）余速利用使最正確速度比增大。

13.蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉柵斜切部的膨脹滾動(dòng)有何特點(diǎn)，什么是極限壓力？

特點(diǎn)：當(dāng)噴嘴和動(dòng)葉柵的出口截面上的壓力

此處的點(diǎn)A的汽流壓力將從

p1＜

p1cr時(shí)，汽流流到噴管喉部處時(shí)，

pcr突然降到

p，因而產(chǎn)生汽流的擾動(dòng)成為擾動(dòng)

中心。斜切部分形成以A點(diǎn)為中心的膨脹波區(qū)。汽流的壓力降低，速度增加，同時(shí)汽流方向有一定程度的偏轉(zhuǎn)。

極限壓力：汽流在噴管和動(dòng)葉柵的斜切部分膨脹所能達(dá)到的最低壓力。

14.噴嘴和動(dòng)葉流道的通流面積如何計(jì)算，噴嘴和動(dòng)葉高度如何計(jì)算，影響葉高的因素有那些；什么是部分進(jìn)汽度，為何要采用部分進(jìn)汽？

通流面積：噴嘴：亞臨界滾動(dòng)（εn＞εcr）：

GA???cnnn1t?e?dmlnsin?1

1t超臨界滾動(dòng)（0.3＜εn＜εcr）：(An)cr?G0.648p?n?on??o?o縮放噴嘴（εn＜0.3）：(An)cr?G0.648p?o

動(dòng)葉：

Ab????n2tGb?e?dblbsin?

22t高度：噴嘴：亞臨界滾動(dòng)（εn＞εcr）：

Ale?ni?dsn?n

1m超臨界滾動(dòng)（0.3＜εn＜εcr）：(n)cr?le?dmnsi

(An)cr?

1縮放噴嘴（εn＜0.3）：(n)cr?l(An)crzann