1、汽轮机思考题 1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：汽轮机除了发电，还被用作大型舰船动力设备，并广泛作为工业动力源，用于驱动鼓风机、泵、压缩机等设备。 按做功原理分：冲动式汽轮机、反动式汽轮机。 按热力过程特性分：凝汽式汽轮机、背压式汽轮机、调整抽汽式汽轮机、中间再热式汽轮机。 按蒸汽压力分：低压汽轮机、中压汽轮机、高压汽轮机、超高压汽轮机、亚临界压力汽轮机、超临界压力汽轮机、超超临界压力汽轮机。 另外，按气缸数可以分为单缸汽轮机和多缸汽轮机；按机组转轴数可以分为单 轴汽轮机和双轴汽轮机；按工作状况可以分为固定式汽轮机和移动式汽轮机等。 我国制造的汽轮机
2、的型号大多包含三部分信息。第一部分信息由汉语拼音字母表示汽轮机的形式，由数字表示汽轮机的容量，即额定功率（ MW）；第二部分信息用几组由斜线分割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序号。 型式表示为：热力过程特性 +做功方式 +几缸几排气 +蒸汽压力。 1. 汽轮机课程研究的主要内容有那些，如何从科学研究及工程应用的不同角度学习该课程？ 答：该课程研究主要内容有：汽轮机级内能量转换过程、汽轮机的变 工况特性等、汽轮机零件强度与振动、自动调节基本理论等。从科学研究方面，我们需要细致的了解汽轮机做功原理及每个零部件的运动受力情况，从工程应用方面学习，我们则侧重
3、于汽轮机的安全运行过程。 2. 研究汽轮机原理要用到那些基本假设与基本方程，要用到那些经验及试验修正？ 答：基本假设：流动是稳定的；绝热；理想气体；一元流。 基本方程：连续方程；状态方程；能量平衡方程。 修正系数：速度系数 、动叶速度系数 3. 简 述汽轮机级的组成及工作过程。 答：级是由一列环排的静叶栅和动叶栅所组成的做功单元。 当蒸汽通过汽轮机级时，首先在喷嘴叶栅中将热能转变成动能，然后在动叶栅中将剩余的热能及动能转变成机械能，使得叶轮和轴转动，从而实现汽轮机的利用蒸汽做功的任务。 4. 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？ 答：叶栅流道截面积的变化满足
4、连续流动方程，叶片的截面为流线型，流道具有良好的几何形状，流道壁面光滑，动叶栅有合理的曲面流道，可以绕轴心线运动，喷嘴叶栅为弯曲流道。 5. 流过喷嘴的流量与喷 嘴 前后 压比之间的函数式可简化为什么公式，其图形有何特点？什么是彭台门系数，有何作用？ 答： tG = nA 1t * ( 1 )0 1*00p2 1 ( ) 1 pp 图形见书本 18 页图 2-10 当 1p = *0p 时，喷嘴前后的压力相等，无气流流动，既 C点； n = cr 时，喷嘴出口达到临界状态，此时流量最大，称为临界流量。 n cr 时，流量始终保持临界流量不变，如图中 AB 段。 6. 动叶进出口速度三角形由那些
5、速度及角度构成，如何确定和计算各速度及角度 ? 答：圆周速度 u ，喷嘴出口速度 1c ，方向角 1 ，动叶出口绝对速度 2c ，初期方向角 2 ，动叶进口相对速度 1w ，动叶出口速度 2w ，动叶进口气流方向角 1 ，动叶气流出口角 2 。 用余弦定理计算。 7. 什么是反动度，如何对汽轮机级进行分类，级的轮周效率 与速比间有何图形关系，不同类型的级的热力特性有何不同？ 答：级的反动度为 蒸汽在动叶栅中的等熵焓降与级的等熵焓降之比 级的分类：一冲动级 反动度在 0 到 0.5 之间 二反动级 反动度为 0.5 图 1-11 纯冲动级轮周效率曲线 (x1)op=cos /2 余速利用对轮周效
6、率和最佳速度比的影响 反动级轮周效率与速比 x1和 xa的关系 在理想情况下，蒸汽从动叶进口状态 (即喷嘴出口状态 )p1、 h1，等比熵膨胀至动叶出口压力 p2。由于在流动过程中存在能量损失，因此，蒸汽在 动叶通道中实际的膨胀过程是按熵增曲线进行的。与喷嘴相似，此时动叶栅出口汽流的理想相对速度为 h b-动叶栅理想比焓降， h b*=h1-h2t， J/kg； h b*-动叶栅滞止理想比焓降， h b*=h b+w12/2， J/kg。 在纯冲动级蒸汽只在喷嘴中膨胀，在动叶珊中蒸汽进出口压力相等，只改变流向；在反动级中蒸汽一半在喷嘴膨胀， 8. 什么是速比和最佳速比？写出纯冲动单列级，纯冲动
7、双列级，反动级及带一定反动度的冲动级的最佳速比表达式；在圆周速度相同的条件下，比较前三种级的作功能力大小。 答：圆周速度与出口速度比 11/x u c 为列速度比 圆周速度也当量喷嘴出口理想速度比 为级速度比 最佳速度比是从获得最大轮周效率出发选择的速度比 纯冲动单列级的最佳速度比 (x1)op=cos /2 纯冲动双列级 x1)op=cos /4 反动级 最佳速度比 (x1)op=cos 1 对于带反动度的冲动级，当 = =1，以及 1= 2时，其最佳速 度比为 做功能力由大到小是复速级 冲动级 反动级 9. 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？ 答： 由于蒸汽
8、在实际流动过程中总是有损失的，所以喷嘴出口蒸汽的实际速度c1总是要小于理想速度 clt，速度系数正是反映喷嘴内由于各种损失而使汽流速度减小的一个修正值 。 喷嘴中的动能损失 h n*与速度系数 之间的关系可用下式表示： 蒸汽流经动叶的能量损失 为动叶速度系数，它与级的反动度 m和动叶出口汽流的理想速度 w2t有关 11. 什么是临界状态和临界参数，临界参数只与那些因素有关？ 蒸汽在膨胀流动的过 程中，一定会在汽道某一截面上达到当地声速，这是汽流所处的状态为临界状态，汽流的参数为临界参数，临界参数只与汽流的初始参数和等熵指数有关。 12. 什么是余速利用系数，余速利用与不利用对轮周效率和最佳速比
9、有何影响？ 余速利用系数是用来表示余速动能被利用的程度的。余速利用对最佳速度比的影响：余速利用可以提高级的轮周效益；余速利用使速度比在较大范围对轮周效益的影响显著减弱；余速利用使最佳速度比增大。 13. 蒸汽在喷嘴和动叶栅斜切部的膨胀流动有何特点，什么是极限压力？ 蒸汽在斜切部的膨胀特点：当 大于或等于 时 ，汽流为亚音速流动，斜切部无膨胀， 的出汽角等于结构角；当 小于 时，喉部达临界状态，之后继续膨胀，产生超音速流动，并产生偏转，方向角为 。喷嘴的极限压力是斜切部分内超声速流动时所产生的特性曲线到出口边 Ac时的出口压力，也就是汽流在斜切部分内进行膨胀的极限压力。 14. 喷嘴和动叶流道的
10、通流面积如何计算，喷嘴和动叶高度如何计算，影响叶高的因素有那些；什么是部分进汽度，为何要采用部分进汽？ 答：影响叶高的因素有：容积流量，部分进气度，平均直径，结构角度 。部分进汽度是用来确定整个喷嘴环形叶栅上布置喷嘴通 道的比例，它的定义为布置喷嘴弧段的长度 与整个圆周长的比值。采用部分进汽可以根据负载的情况调节汽轮机的进汽量，提高汽轮机的效益，同时合理的部分进汽可以减小损失。 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？ 答：间隙：轴向间隙（开式轴向间隙和闭式轴向间隙）、径向间隙。 使汽轮机运行在最佳状态来确定间隙的大小 16. 汽轮机级的热功转换损失有那九项
11、，减小这些损失的措施有那些？ 答：损失： 喷嘴损失 动叶损失 叶高损失 扇形损失 部分进汽损失 叶轮摩擦损失 漏汽损失 湿汽损失 余速损失 减小损失措施：喷嘴损失 动叶损失 叶高损失 扇形损失合称流动损失，要减小流动损失需要采用合理的叶片，减小流道摩擦，合理选择反动度等，减少叶轮摩擦损失，可以通过减少叶轮周围的蒸汽空间，提高叶轮表面的粗糙度等，减少部分进汽损失，应该选择合理的部分进气度，同时在没有布置喷嘴的弧度所对应的动叶叶栅两侧用护套罩起来这样可以减少间隙，使动叶只在护套内的少量蒸汽中转动，从而可以使鼓风损失大为减少。减少斥气损失，应尽量减少喷嘴组数，同时还尽可能使得两组喷嘴之间的间隙不大于
12、喷嘴叶栅的节距。减少漏气损失，可以在隔板 与主轴之间采用高低齿汽封，在喷嘴和动叶根部设置轴向汽封减少漏气进入动叶通道。或在叶轮上开平衡孔并使也根有适当的反动度。减少湿气损失，可以增大喷嘴出口到工作叶栅的轴向间隙，减少对于叶片背狐的冲击作用，还可以采用叶片自身的防护方法。 17. 评价级的热功转换经济性的最终指标是那一个，级内损失对最佳速比有何影响？如何计算汽轮机级的相对内效率和内功率？ 答：评价级的热功转换经济性的最终指标是级的相对内效率。级内损失会使最佳速比减小。相对内效率是级的有效比焓降和级的理想能量（滞止理想比焓降减去余速利用的能量）之比 。可用定义直接计算或用 1 减去各个损失系数。内
13、功率计算则是用级的实际比焓降乘以实际流量。 错误 !未找到引用源。 。 18与单级汽轮机相比，多级汽轮机有那些特点？多级汽轮机的高、中、低压段有那些不同的性能特点？ 答：特点：循环热效率高、相对内效率高、单位功率投资运行成本低、便于先进控制技术和环保技术的应用等。 高压段特点是蒸汽压力温度高，比体积较小，叶高损失较大，通流面积小还会导致漏汽损失增大，效率较低。 中压段蒸汽参数适中，各种损失较小，效率比低压级和高压级高。 低压段比体积急剧增大，体积流量增大迅速叶片 高度增加。在低压段中由于存在了湿汽损失，反动度变大使余速损失变大，且末级余速未被利用，因此效率较低 。 19多级冲动式汽轮机和多级反
14、动式汽轮机相比，在本体结构及热力特性上有何不同？ 答：在本体结构上，多级反动式汽轮机为了减小轴向推力，一般采用转鼓式转子，将动叶安装在转鼓上，而冲动式汽轮机则一般将动叶安装在叶轮上。 在热力特性上，反动式汽轮机反动度大，在动叶中比焓降近似等于在喷嘴中的比焓降 20什么是重热系数，凝汽式汽轮机的重热系数一般为多少？ 答：由于等压线沿着比熵增大方向逐渐扩散，因此各级的理想比焓 降之和比整机的理想比焓降大。重热系数就是增大部分比焓降和整机的总理想比焓降之比。凝汽式汽轮机的重热系数一般为 0.030.08 左右。 21什么是汽封，汽轮机的那些部位要装设汽封？什么是轴封系统，如何组成，如何工作？ 答：汽
15、封是 装设在汽轮机动、静部分之间，减少或防止蒸汽外泄及真空侧空气漏入的装置 。汽轮机的轴端，汽阀阀杆端部，隔板和主轴之间，叶片顶部和隔板外缘之间一般都要设置汽封。 轴封系统是确保汽轮机轴端和进汽阀阀杆端部处严密性，收集利用汽轮机轴封进气阀杆漏汽，防止蒸汽向外泄露以及空气漏入低压缸内的一种装 置。轴封系统根据功能可分为轴封供汽，轴封漏汽，轴封回汽三部分，设备主要包括轴封、轴封冷却器、轴封风机、轴封蒸汽压力和温度调节器、压力调节阀、减温器及相连的管道阀门等。 轴封系统 工作 时，先由轴封供汽系统向各个轴封装置供汽，经过轴封装置的工作蒸汽和漏汽一起由管道送往轴封冷却器在其中冷却，疏水送去凝结水收集水
16、箱循利用，不凝结气体由轴封风机抽出。轴封蒸汽压力和温度调节器、压力调节阀、减温器调节轴封蒸汽的温度和压力，使轴封蒸汽压力和温度合适。 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：判别轴封孔口的流态时，近似认为各齿隙面积相等，又通过齿隙的流量相等，通过流量相等可得各个孔口的速度。 00.821.25zpp z 轴封漏气量计算则可以分两种情况： 1）最后一个齿的出口速度低于临界速度 2222 0001 1 1 1 100 zzppppG A AzR T zp 2） 最后一个齿的出口速度达到临界速度 、 23中间再热汽轮机有哪些进
17、、排汽机构损失，请在 h-s热力过程图上标示出来。如何减小这些损失？ 答： 有压力损失，排气阻力损失和阀杆漏气损失。 减少压力损失，通常把排气段设计成扩压段，使排气的动能转变成静压，以补偿排气管中的压力损失，另外也可以采用限制流速，设置导流环，导流板等。 减少阀杆漏气损失，通常把阀杆套筒设计成锯齿形，将阀杆间隙分成若干段，构成气封，并将阀杆漏气与轴封系统相连，回收其漏气的热量和工质；阀杆商装有阀杆套筒；阀芯阀杆套筒与阀盖之间设叠片式阻汽片。 24多级汽轮机装置的经济性用那些指标来评价，中间再热汽轮机的热耗率如何表示？ 1） 相对效率：汽轮机相对内效率、机械效率、发电机效率、汽轮发电机组的相对电
18、效率 2） 绝对效率：循环热 效率、绝对电效率、电厂热效率 汽耗率 、热耗率等 3）中间再热汽轮机的热耗率： 0 0 01 1 1 1011 . 2 5 1 . 2 5ppG A AzzRT 0 0rfw r rDq d h h h hD 25什么是汽轮机的极限功率，提高汽轮机单机功率的措施有那些，有的核电汽轮机为何采用半速机？ 答：极限功率：在一定的蒸汽初参数和转速下，单排汽口凝汽式汽轮机所能发出的最大功率 提高单机功率措施： 1） 提高新蒸汽参数 2） 采用高强度、低质量密度的合金材料 3） 采用多排汽口 4） 采用低转速 5） 提高机组的相对内效率 6） 采用给水回热循环 7） 采用中间
19、再热循环 在核电站汽轮机中，因为新蒸汽的体积 流量很大，为了解决末级排气的困难，采用半速汽轮机。 26多级汽轮机的轴向推力是如何形成的，如何计算，如何平衡？ 答：轴向推力形成：对于轴流式汽轮机，在蒸汽沿轴向从高压端向低压端流动做功时，蒸汽压差作用在转子凸出部件（叶片，叶轮等）两侧引起从高压端指向低压端的轴向力，这个力称为转子的轴向推力。对于多级汽轮机，轴向推力就是各级轴向力的叠加。 计算： (1) 蒸汽作用于动叶片上的轴向推力 1zF 1 0 2z b b mF d l p p (2) 蒸汽作用于叶轮轮面上的 轴向推力 2zF 2 2224z b b dF d l d p p (3) 蒸汽作用于主轴凸肩上的轴向推力 3zF 223 1 24zF d d p
