《汽轮机原理(热工机械)课后习题及答案（9月11日）.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽轮机原理(热工机械)课后习题及答案（9月11日）.pptx（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、绪 论 汽轮机的工作单元由哪些部件组成？ 喷嘴，动叶。 何为纯冲动级？反动级？带反动度的冲动级？复速级？蒸汽在纯冲动级、反动级、复速级流通部分内压力和速度 如何变化？ 纯冲动级： 0 p pw wh 0h* h* m1212bnt,*,t 2,b,n,h*,h ,h ,反动级：蒸汽在级中的理想焓降平均分配到喷嘴和动叶中级。 p1 p2,m, 0.5,hn hb,带反动度的冲动级：具有一定反动度的冲动级，简称冲动级 m 0.05 0.20 p1 p2 复速级：只有一列喷嘴，后面有若干列动叶的级称为速度级，两列动叶的双列速度级,级的反动度如何定义？如何根据反动度进行级的划分？ 级的反动度表示蒸汽在
2、动叶通道内膨胀程度大小的指标；蒸汽在动叶通道内的理想焓降与喷嘴滞止理想焓降和动叶 通道内的理想焓降之和的比值。根据蒸汽在汽轮机内能量转换的特点，可将汽轮机的级分为纯冲动级、反动级、带 反动度的冲动级和复速级等几种。 在动叶上如果只存在反动作用力，冲动作用力不存在能实现吗？为什么？ 不能。冲动-反冲,ACa,第 一 章 1.（1）当蒸汽在喷嘴中流动时，为了使喷嘴出口速度进一步提高直到获得超音速汽流，不能采用缩小流通孔道截面 积的方法？ dA dC (1 M 2 ) M C （M1 时，A,C 同方向增减）,当地速度低于音速时，M 1，面积减小则速度减小，压强增大；面积增大则速度增大压强减小； 超
3、音速条件下，密度下降比速度增大快 （2）蒸汽在喷嘴中流动时，对于亚音速和超音速汽流，当速度降低 时，压力都将升高？ 是。伯努利方程，动量方程。 2.什么是喷嘴的速度系数？它与哪些因素有关？喷嘴的最小高度是多少？为什么？ C1 ，喷嘴出口实际速度与理想速度比值。其值主要与喷嘴高度、叶型、喷嘴槽道形状、汽体的性质、流动状 C1t 况及喷嘴表面粗糙度等因素有关。当喷嘴高度小于 15mm 时，速度系数迅速下降，因此喷嘴高度不小于 15mm 3.彭台门系数是如何定义？有什么使用价值？,G Gcr,1, ,，实际流量与理论流量之比（P27）.不必判断喉口是否临界。如果蒸汽的进口状态已知，在亚临界压力的,情
4、况下，只是喷嘴出口压力的单值函数；而在临界压力和超临界压力的情况下，=1，并不再随出口压力的变化而 变化。 4.蒸汽在渐缩喷嘴的斜切部分可以 达到超音速？蒸汽在喷嘴斜切部分膨胀时，为什么会产生汽流偏转？,可以达到超音速，喉口部分可以达到临界压比。（P29） 产生汽流偏转：延流动方向压力梯度不同。（P30） 5.轮周功率的表达式有哪几种？,2,u1u1221,2,22,21,222222,12,1G,u,P48 p P / G (c c w w ) ， P (c c ) (w w ),2,1,c,G 2,：蒸汽带入动叶通道的动能 ；,2,2,c,G 2,：蒸汽带出动叶通道的动能 ；,22,21,
5、G 2,(w w ),：在动叶通道内由于理想焓,降hb 而造成实际动能的增加。 6.请画出蒸汽在喷嘴和动叶通道内流动时速度三角形。并与离心式压缩机的速度三角形进行对比。 喷嘴：无速度三角形。,动叶：,（P37）离心式压缩机,：,离心泵： 请画出考虑各种流动损失和部分余速利用时单级汽轮机热力过程的 h-s 图，并解释为什么考虑流动损失动叶出口 处的焓值反而高于无流动损失时的焓值？ （P149） 气体与气体，气体与固体之间产生的摩擦及其他各种损失转变成摩擦，变为热量使焓值增加 什么叫速比？纯冲动级、反动级、复速级的最佳速比表达式各是什么，达到最佳速比时出口绝对速度分别是最大还 是最小？ 把轮周速度
6、 u 和喷嘴出口速度 c1 的比值，称为速度比，简称速比。X1=u/c1,2, cos1,1 op,纯冲动级: ( X ),1,c,u,反动级: ( X ) cos,1 op1,C2 最小,复速级:,o,2, 90,4,2,1,op,1 op,c,u cos1,时轮周效率最高,无损失纯冲动复速级最佳速比为( X ) (),2,C 最小,9.什么情况下采用部分进汽？采用部分进汽后，将引起哪些损失？这些损失产生的具体原因是什么？如何减小这些 损失？ 在调节级和某些高中压级中，空气密度高，当蒸汽的体积流量过小时，如果采用整个圆周上都布满喷嘴的全周进汽 方式，可以增加喷嘴速度系数，喷嘴高度可能小于 1
7、5mm。（在汽轮机的调节级中，蒸汽比容很小，如果喷嘴整圈布 置，则喷嘴高度过小，而喷嘴高度太小会造成很大的流动损失，即叶高损失。所以喷嘴高度不能过小，一般大于 15mm。 而喷嘴平均直径也不宜过小，否则级的焓降将减少，所以采用部分进汽可以提高喷嘴高度，减少损失。） 由于部分进汽造成的能量损失称为部分进汽损失，它是由鼓风损失和斥汽损失组成。 鼓风损失发生在不装喷嘴的弧段内，当旋转的动叶栅通过不装喷嘴的弧段时，象鼓风机一样，把该段内滞留的蒸汽 从动叶前鼓到动叶后，而消耗一部分轮周功，这部分能量损失称为鼓风损失。部分进汽度 e 越小，则鼓风损失也越 大，反之亦然。当全周进汽时，e=1，鼓风损失为零。
8、（P125）,用“护套装置”减少鼓风损失，在不安装喷嘴的弧段内将动叶进出口汽道用护套罩起来，则工作叶片仅对护套内的 少量蒸汽产生鼓风作用，减少了鼓风所消耗的功率。 在部分进汽的级中，动叶总是不断地由非进汽部分(没有安装喷嘴的非工作弧段)移入进汽部分(由喷嘴组成的工作 弧段)，然后移出进汽部分再到非进汽部分；每一次进出，在喷嘴弧段的进口端，从喷嘴射出的蒸汽在进入动叶栅 之前，首先必须将动叶汽道中被夹带着一道旋转的停滞汽体推出动叶栅，并使之加速，这就消耗了工作汽流的一部 分动能，引起损失。另外，由于高速旋转作用，在喷嘴弧段的出口端，动叶和静叶之间将产生漏汽，在喷嘴弧段的 进口端，一部分停滞蒸汽要被
9、吸入到动叶通道。这两部分能量损失之和称为斥汽损失。 请说明漏汽损失产生的原因及控制措施？ 在理想状况下，我们认为蒸汽都全部通过喷嘴和动叶的通道，但实际情况中在级内存在着漏汽，由此而造成的损失 称为漏汽损失。 由于隔板和轮轴之间存在间隙，而隔板前后又存在着压差，必然会有一部分蒸汽从隔板前通过间隙泄漏到隔板与叶 轮之间的汽室内，这些漏汽不通过喷嘴，没有参与作功，成为一种能量损失。同时，这部分漏汽还可能通过喷嘴与 动叶焊有贴边的动叶之间的轴向间隙流入动叶，由于这些漏汽不是从喷嘴中以正确的方向进入动叶，不仅不能通过 动叶作功，而且会干扰主汽流，这就是隔板漏汽损失。 为了满足动叶热膨胀和转子与静子之间相
10、对膨胀的要求，动叶顶部与静子之间存在着轴向间隙和径向间隙。对于带 反动度的冲动级，动叶前后又存在着压差，则从喷嘴流出的蒸汽就会有一些不进入动叶汽道，而是通过动叶与隔板、 动叶与汽缸的轴向和径向间隙泄漏至级后。这部分漏汽也没有参与作功，形成动叶顶部漏汽损失。 在轮盘上开设平衡孔，使隔板漏汽通过平衡孔流人级后，与从动叶流出的主汽流汇合后进人下一级，避免隔板漏汽 从动叶根部轴向间隙混入主汽流，从而减小隔板漏汽损失。 减小动叶顶部漏汽损失：严格控制动叶顶端和汽缸壁之间的距离。 （P133-137） （减少漏汽损失的措施：加装隔板汽封片，减少漏汽量；在动叶片根部安装径向汽封片；在设计时采用合适的反动 度
11、，使叶片根部形成根部不吸不漏；在叶轮上开平衡孔，使隔板漏汽经平衡孔漏向级后，避免混入主流。） 请说明湿汽损失产生的原因，它对汽轮机的工作有何危害？减小该损失采用哪些措施？（P144） 多级汽轮机的最末几级往往处于湿蒸汽区。在核电站中，当采用中间液体介质加热蒸汽时，由于新蒸汽的过热度一 般都不大，因此在其汽轮机中有较多的级在湿蒸汽区工作。对于湿蒸汽级，它们的工作大体上说可分成干蒸汽的工 作和水分的工作两部分。由于水分的存在，干蒸汽的工作将受到一定的影响，这种影响主要表现为一种能量损失， 这就是湿汽损失。 湿汽损失的水分存在产生的另一后果是对动叶片材料的冲蚀。 湿汽损失的大小与蒸汽的湿度成正比为减
12、小湿汽损失就必须设法降低蒸汽的湿度 减少湿气损失的方法：(1)减少湿蒸汽中的水分。可采用由捕水口、捕水室和疏水通道组成的级内捕水装置，利用 水珠受离心力的作用被抛向通流部分外缘的特性而设计的。 采用具有吸水缝的空心喷嘴，这些吸水缝可以吸去喷嘴出汽边上的凝结水，从而防止水珠从喷嘴出汽边脱流出 去，危害动叶。 提高动叶的抗冲蚀能力。可对末几级动叶采用耐冲蚀的材料，例如镍铬钢、不锈锰钢等，均有较好的抗冲蚀性 能。也可在动叶进汽边背面上部焊上硬度很高的合金片，形成保护盖板，也有采用电火花强化处理、表面氮化、贴 硬质塑料等方法。 冲动级选取合理的反动度应考虑哪些因素？如何在结构上保证反动度的实现？（P1
13、04） 只有选择合理的动静叶型的面积比 f Ab ,保持在较佳的范围内，才能实现需要的反动度。 An 底部反动度不能太小，以减小漏气损失。结构：平衡孔。 对于渐缩形喷嘴而言，当喷嘴进出口处压比为 1 时，蒸汽的流量为多少？（0） 当逐渐降低喷嘴进出口端压比时，流量将如何变化？（先增大后不变 P21） 某汽轮机的一个中间级，级的平均直径 dm=1.44m，流入该级的蒸汽初速度 c0=91.5m/s，级的理想焓降 125.6kJ/kg，,o 级的平均反动度m=0.2，喷嘴出汽角119 ,转速为 3000 转/分,3,（1）喷嘴的滞止理想焓降、喷嘴的理想出口速度、实际出口速度；（2）蒸汽在动叶中的理
14、想焓降； （3）试作出动叶进口速度三角形； 附： 汽轮机各级内损失产生的原因 喷嘴损失：蒸汽在喷嘴叶栅内流动时，汽流与流道壁面之间、汽流各部分之间存在碰撞和摩擦，产生的损失。 动叶损失：因蒸汽在动叶流道内流动时，因摩擦而产生损失。 余速损失：当蒸汽离开动叶栅时，仍具有一定的绝对速度，动叶栅的排汽带走一部分动能，称为余速损失。 叶高损失：由于叶栅流道存在上下两个端面，当蒸汽流动时，在端面附面层内产生摩擦损失，使其中流速降低。其 次在端面附面层内，凹弧和背弧之间的压差大于弯曲流道造成的离心力，产生由凹弧向背弧的二次流动，其流动方 向与主流垂直，进一步加大附面层内的摩擦损失。 扇形损失：汽轮机的叶栅
15、安装在叶轮外圆周上，为环形叶栅。当叶片为直叶片时，其通道截面沿叶高变化，叶片越 高，变化越大。另外，由于喷嘴出口汽流切向分速的离心作用，将汽流向叶栅顶部挤压，使喷嘴出口蒸汽压力沿叶 高逐渐升高。而按一元流动理论进行设计时，所有参数的选取，只能保证平均直径截面处为最佳值，而沿叶片高度 其它截面的参数，由于偏离最佳值将引起附加损失，统称为扇形损失。 叶轮摩擦损失：叶轮在高速旋转时，轮面与其两侧的蒸汽发生摩擦，为了克服摩擦阻力将损耗一部分轮周功。又由 于蒸汽具有粘性，紧贴着叶轮的蒸汽将随叶轮一起转动，并受离心力的作用产生向外的径向流动，而周围的蒸汽将 流过来填补产生的空隙，从而在叶轮的两侧形成涡流运
16、动。为克服摩擦阻力和涡流所消耗的能量称为叶轮摩擦损失。 部分进汽损失：它由鼓风损失和斥汽损失两部分组成。在没有布置喷嘴叶栅的弧段处，蒸汽对动叶栅不产生推动力， 而需动叶栅带动蒸汽旋转，从而损耗一部分能量；另外动叶两侧面也与弧段内的呆滞蒸汽产生摩擦损失，这些损失 称为鼓风损失。当不进汽的动叶流道进入布置喷嘴叶栅的弧段时，由喷嘴叶栅喷出的高速汽流要推动残存在动叶流 道内的呆滞汽体，将损耗一部分动能。此外，由于叶轮高速旋转和压力差的作用，在喷嘴组出口末端的轴向间隙会 产生漏汽，而在喷嘴组出口起始端将出现吸汽现象，使间隙中的低速蒸汽进入动叶流道，扰乱主流，形成损失，这 些损失称为斥汽损失。 漏汽损失：汽轮机的级由静止部分和转动部分组成，动静部分之间必须留有间隙，而在间隙的前后存在有一定的压 差时，会产生漏汽，使参加作功的蒸汽量减少，造成损失，这部分能量损失称为漏汽损失。 湿汽损失：在湿蒸汽区工作的级，将产生湿汽损失。其原因是：湿蒸汽中的小水滴，因其质量比蒸汽的质量大，所 获得的速度比蒸汽的速度小，故当蒸汽带动水滴运动时，造成两者之间的碰撞和
