《汽轮机原理》复习习题及答案文档格式.docx
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冲动级做功原理的特点是：
蒸汽只在喷嘴中膨胀，在动叶汽道中不膨胀加速，只改变流动方向，动叶中只有动能向机械能的转化。
反动级做功原理的特点是：
蒸汽在动叶汽道中不仅改变流动方向，而且还进行膨胀加速。
动叶中既有动能向机械能的转化同时有部分热能转化成动能。
在同等直径和转速的情况下，纯冲动级和反动级的最佳速比比值：
/
=（
）im/（
）re=（
）/
=
/
／
=1/2
上式说明反动级的理想焓降比冲动级的小一倍
18．分别说明高压级内和低压级内主要包括哪几项损失？
高压级内：
叶高损失、喷嘴损失、动叶损失、余速损失、扇形损失、漏气损失、叶轮摩擦损失等；
低压级内：
湿气损失、喷嘴损失、动叶损失、余速损失，扇形损失、漏气损失、叶轮摩擦损失很小。
19．简述蒸汽在汽轮机的工作过程。
具有一定压力和温度的蒸汽流经喷嘴，并在其中膨胀，蒸汽的压力、温度不断降低，速度不断升高，使蒸汽的热能转化为动能，喷嘴出口的高速汽流以一定的方向进入装在叶轮上的通道中，汽流给动叶片一作用力，推动叶轮旋转，即蒸汽在汽轮机中将热能转化为了机械功。
20．汽轮机级内有哪些损失？
造成这些损失的原因是什么？
汽轮机级内的损失有：
喷嘴损失、动叶损失、余速损失、叶高损失、叶轮摩擦损失、部分进汽损失、漏汽损失、扇形损失、湿气损失9种。
造成这些损失的原因：
（1）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。
（2）动叶损失：
因蒸汽在动叶流道内流动时，因摩擦而产生损失。
（3）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。
（4）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。
（5）扇形损失：
汽轮机的叶栅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。
（6）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。
（7）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。
（8）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。
（9）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摩擦，损耗一部分蒸汽动能；
在湿蒸汽进入动叶栅时，由于水滴的运动速度较小，在相同的圆周速度下，水滴进入动叶的方向角与动叶栅进口几何角相差很大，使水滴撞击在动叶片的背弧上，对动叶栅产生制动作用，阻止叶轮的旋转，为克服水滴的制动作用力，将损耗一部分轮周功；
当水滴撞击在动叶片的背弧上时，水滴就四处飞溅，扰乱主流，进一步加大水滴与蒸汽之间的摩擦，又损耗一部分蒸汽动能。
以上这些损失称为湿汽损失。
21．指出汽轮机中喷嘴和动叶的作用。
蒸汽通过喷嘴实现了由热能向动能的转换，通过动叶将动能转化为机械功。
22．据喷嘴斜切部分截面积变化图，请说明：
（1）当喷嘴出口截面上的压力比p1/p0大于或等于临界压比时，蒸汽的膨胀特点；
（2）当喷嘴出口截面上的压力比p1/p0小于临界压比时，蒸汽的膨胀特点。
（1）p1/p0大于或等于临界压比时，喷嘴出口截面AC上的气流速度和方向与喉部界面AB相同，斜切部分不发生膨胀，只起导向作用。
（2）当喷嘴出口截面上的压力比p1/p0小于临界压比时，气流膨胀至AB时，压力等于临界压力，速度为临界速度。
且蒸汽在斜切部分ABC的稍前面部分继续膨胀，压力降低，速度增加，超过临界速度，且气流的方向偏转一个角度。
23．什么是速度比？
什么是级的轮周效率？
试分析纯冲动级余速不利用时，速度比对轮周效率的影响。
将（级动叶的）圆周速度u与喷嘴出口（蒸汽的）速度c1的比值定义为速度比。
1kg蒸汽在轮周上所作的轮周功与整个级所消耗的蒸汽理想能量之比称为轮周效率。
在纯冲动级中，反动度Ωm=0，则其轮周效率可表示为：
ηu=2
叶型选定后，φ、ψ、α1、β1数值基本确定，由公式来看，随速比变化，轮周效率存在一个最大值。
同时，速比增大时，喷嘴损失不变，动叶损失减小，余速损失变化最大，当余速损失取最小时，轮周效率最大。
24．什么是汽轮机的最佳速比？
并应用最佳速度比公式分析，为什么在圆周速度相同的情况下，反动级能承担的焓降或做功能力比纯冲动级小？
轮周效率最大时的速度比称为最佳速度比。
对于纯冲动级，
；
反动级
在圆周速度相同的情况下，
纯冲动级△ht=
反动级△ht=
由上式可比较得到，反动级能承担的焓降或做功能力比纯冲动级小。
25．简述蒸汽在轴流式汽轮机的冲动级、反动级和复速级内的能量转换特点，并比较它们的效率及作工能力。
冲动级介于纯冲动级和反动级之间，蒸汽的膨胀大部分发生在喷嘴中，只有少部分发生在动叶中；
反动级蒸汽在喷嘴和动叶中理想比焓降相等；
复速级喷嘴出口流速很高，高速气流流经第一列动叶作功后其具有余速的汽流流进导向叶栅，其方向与第二列动叶进汽方向一致后，再流经第二列动叶作功。
作功能力：
复速级最大，冲动级次之，反动级最小；
效率：
反动级最大，冲动级次之，复速级最小。
26．减小汽轮机中漏气损失的措施。
为了减小漏气损失，应尽量减小径向间隙，但在汽轮机启动等情况下采用径向和轴向轴封；
对于较长的扭叶片将动叶顶部削薄，缩短动叶顶部和气缸的间隙；
还有减小叶顶反动度，可使动叶顶部前后压差不致过大。
27．什么是动叶的速度三角形？
由于动叶以圆周速度旋转，蒸汽进入动叶的速度相对于不同的坐标系有绝对速度和相对速度之分，表示动叶进出口圆周速度、绝对速度和相对速度的相互关系的三角形叫做动叶的速度三角形。
28．简述轴向推力的平衡方法。
平衡活塞法；
对置布置法，叶轮上开平衡孔；
采用推力轴承。
29．简述汽封的工作原理？
每一道汽封圈上有若干高低相间的汽封片（齿），这些汽封片是环形的。
蒸汽从高压端泄入汽封，当经过第一个汽封片的狭缝时，由于汽封片的节流作用，蒸汽膨胀降压加速，进入汽封片后的腔室后形成涡流变成热量，使蒸汽的焓值上升，然后蒸汽又进入下一腔室，这样蒸汽压力便逐齿降低，因此在给定的压差下，如果汽封片片数越多，则每一个汽封片两侧压差就越小，漏汽量也就越小。
30．汽轮机的调节级为什么要采用部分进汽？
如何选择合适的部分进汽度？
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。
由于部分进汽也会带来部分进汽损失，所以，合理选择部分进汽度的原则，应该是使部分进汽损失和叶高损失之和最小。
31．汽轮机的级可分为哪几类？
各有何特点？
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。
各类级的特点：
（1）纯冲动级：
蒸汽只在喷嘴叶栅中进行膨胀，而在动叶栅中蒸汽不膨胀。
它仅利用冲击力来作功。
在这种级中：
p1=p2；
hb=0；
Ωm=0。
（2）反动级：
蒸汽的膨胀一半在喷嘴中进行，一半在动叶中进行。
它的动叶栅中不仅存在冲击力，蒸汽在动叶中进行膨胀还产生较大的反击力作功。
反动级的流动效率高于纯冲动级，但作功能力较小。
p1>
p2；
hn≈hb≈0.5ht；
Ωm=0.5。
（3）带反动度的冲动级：
蒸汽的膨胀大部分在喷嘴叶栅中进行，只有一小部分在动叶栅中进行。
这种级兼有冲动级和反动级的特征，它的流动效率高于纯冲动级，作功能力高于反动级。
hn>
hb>
0；
Ωm=0.05～0.35。
（4）复速级：
复速级有两列动叶，现代的复速级都带有一定的反动度，即蒸汽除了在喷嘴中进行膨胀外，在两列动叶和导叶中也进行适当的膨胀。
由于复速级采用了两列动叶栅，其作功能力要比单列冲动级大。
32．什么是汽轮机的相对内效率？
影响级的轮周效率的因素有哪些？
蒸汽在汽轮机内的有效焓降与其在汽轮机内的理想焓降的比值称为汽轮机的相对内效率。
一公斤蒸汽在级内转换的轮周功和其参与能量转换的理想能量之比称为轮周效率。
影响轮周效率的主要因素是速度系数
和
，以及余速损失系数，其中余速损失系数的变化范围最大。
余速损失的大小取决于动叶出口绝对速度。
余速损失和余速损失系数最小时，级具有最高的轮周效率。
第二章多级汽轮机
1.汽轮发电机组的循环热效率
每千克蒸汽在汽轮机中的理想焓降与每千克蒸汽在锅炉中所吸收的热量之比称为汽轮发电机组的循环热效率。
2.热耗率
每生产1kW.h电能所消耗的热量。
3.汽轮发电机组的汽耗率
汽轮发电机组每发1KW·
h电所需要的蒸汽量。
4.汽轮机的极限功率
在一定的初终参数和转速下，单排气口凝汽式汽轮机所能发出的最大功率。
5.汽轮机的相对内效率
蒸汽实际比焓降与理想比焓降之比。
6.汽轮机的绝对内效率
蒸汽实际比焓降与整个热力循环中加给1千克蒸汽的热量之比。
7.汽轮发电机组的相对电效率和绝对电效率
1千克蒸汽所具有的理想比焓降中最终被转化成电能的效率称为汽轮发电机组的相对电效率。
1千克蒸汽理想比焓降中转换成电能的部分与整个热力循环中加给1千克蒸汽的热量之比称为绝对电效率。
8.轴封系统
端轴封和与它相连的管道与附属设备。
9.叶轮反动度
各版和轮盘间汽室压力与级后蒸汽压力之差和级前蒸汽压力与级后压力之差的比值。
10.进汽机构的阻力损失
由于蒸汽在汽轮机进汽机构中节流，从而造成蒸汽在汽轮机中的理想焓降减小，称为进汽机构的阻力损失。
11.简答多级汽轮机每一级的轴向推力是由哪几部分组成的？
平衡汽轮机的轴向推力可以采用哪些方法？
多级汽轮机每一级的轴向推力由
（1）蒸汽作用在动叶上的轴向力
（2）蒸汽作用在叶轮轮面上的轴向力
（3）蒸汽作用在转子凸肩上的轴向力
（4）蒸汽作用隔板汽封和轴封套筒上的轴向推力组成。
平衡汽轮机的轴向推力可以采用：
（1）平衡活塞法；
（2）对置布置法；
（3）叶轮上开平衡孔；
（4）采用推力轴承。
12.大功率汽轮机为什么都设计成多级汽轮机？
在h-s图上说明什么是多级汽轮机的重热现象？
（1）大功率汽轮机多采用多级的原因为：
多级汽轮机的循环热效率大大高于单机汽轮机；
多级汽轮机的相对内效率相对较高；
多级汽轮机单位功率的投资大大减小。
（2）如下图：
第一级存在损失，使第二级进口温度由升高到，故5-4的焓降大于2-3的焓降。
也就是在前一级有损失的情况下，本级进口温度升高，级的理想比焓降稍有增大，这就是重热现象。
13.何为汽轮机的进汽机构节流损失和排汽阻力损失？
在热力过程线（焓~熵图）上表示出来。
由于蒸汽在汽轮机进汽机构中节流从而造成蒸汽在汽轮机中的理想焓降减小，称为进汽机构的节流损失。
汽轮机的乏汽从最后一级动叶排出后，由于排汽要在引至凝汽器的过程中克服摩擦、涡流等阻力造成的压力降低，该压力损失使汽轮机的理想焓降减少，该焓降损失称为排汽通道的阻力损失。
14.轴封系统的作用是什么？
（1）利用轴封漏汽加热给水或到低压处作功。
（2）防止蒸汽自汽封处漏入大气；
（3）冷却轴封，防止高压端轴封处过多的热量传出至主轴承而造成轴承温度过高，影响轴承安全；
（4）防止空气漏入汽轮机真空部分。
15.何为多级汽轮机的重热现象和重热系数？
所谓多级汽轮机的重热现象，也就是说在多级汽轮机中，前面各级所损失的能量可以部分在以后各级中被利用的现象。
因重热现象而增加的理想焓降占汽轮机理想焓降的百分比，称为多级汽轮机的重热系数。
16.说明汽轮机轴封间隙过大或过小对汽轮机分别产生什么影响？
减小轴封漏气间隙，可以减小漏气，提高机组效率。
但是，轴封间隙又不能太小，以免转子和静子受热或振动引起径向变形不一致时，汽封片与主轴之间发生摩擦，造成局部发热和变形。
17．什么叫余速利用？
余速在什么情况下可被全部利用？
蒸汽从上一级动叶栅流出所携带的动能，进入下一级参加能量转换，称为余速利用。
如果相邻两级的直径相近，均为全周进汽，级间无回热抽汽，且在下一级进口又无撞击损失，则上一级的余速就可全部被下一级利用，否则只能部分被利用。
当上一级的余速被利用的份额较小时，视为余速不能被利用。
第三章汽轮机在变动功况下的工作
1.凝汽器的极限真空
凝汽器真空达到末级动叶膨胀极限压力下的真空时，该真空称为凝汽器的极限真空。
2.滑压运行
汽轮机的进汽压力随外界的负荷增减而上下“滑动”。
3.汽耗微增率
每增加单位功率需多增加的汽耗量。
4.汽轮机的工况图
汽轮机发电机组的功率与汽耗量间的关系曲线。
5.级的临界工况
级内的喷嘴叶栅和动叶栅两者之一的流速达到或超过临界速度。
6.级的亚临界工况
级内喷嘴和动叶出口气流速度均小于临界速度。
7.级组的临界工况
级组内至少有一列叶栅的出口流速达到或超过临界速度。
8.汽轮机的变工况
汽轮机在偏离设计参数的条件下运行，称为汽轮机的变工况。
9.阀点
阀门全开的状态点，汽流节流损失最小，流动效率最高的工况点。
10.节流配汽
进入汽轮机的所有蒸汽都通过一个调节汽门，然后进入汽轮机的配汽方式。
13.写出分析汽轮机变工况运行的弗里格尔公式，并说明其使用的条件。
弗留格尔公式为：
。
使用条件为：
保持设计工况和变工况下通汽面积不变。
若由于其他原因，使通汽面积发生改变时应进行修正；
同一工况下，各级的流量相等或成相同的比例关系；
流过各级的汽流为一股均质流（调节级不能包括在级组内）。
第四章汽轮机的凝汽设备
1.凝汽器的冷却倍率
进入凝汽器的冷却水量与进入凝汽器的蒸汽量的比值称为凝汽器的冷却倍率。
2.凝汽器的过冷度
凝结水的温度比凝汽器喉部压力下的饱和温度低的数值，称为凝汽器的过冷度。
3.凝汽器的汽阻
凝汽器入口压力与空气抽出口的压力的差值是蒸汽空气混和物的流动阻力。
4.多压凝汽器
有两个以上排气口的大容量机组的凝汽器科制成多压凝汽器，汽侧有密封的分隔板隔开。
6.汽轮机在负荷不变的情况下运行，凝汽器真空逐渐下降，分析可能存在哪些原因？
汽轮机在运行过程中引起凝汽器真空缓慢下降的原因有：
（1）冷却水量缓慢减少
（2）冷却水管结垢或脏污
（3）冷却水温缓慢升高
（4）凝汽器的真空系统漏入空气
（5）抽气器效率下降
（6）部分冷却水管被堵
7.画图并说明汽轮机凝汽设备的组成及其任务。
汽轮机凝汽设备的组成图如下所示：
1——凝汽器；
2——抽气器；
3——循环水泵；
4——凝结水泵
任务：
（1）在汽轮机的排汽口建立并维持规定的真空度，以提高循环效率；
（2）将汽轮机的排汽凝结成洁净的凝结水，回收工质
10.凝汽器中空气的主要来源有哪些？
空气的存在对凝汽器的工作有什么影响？
空气的来源有：
新蒸汽带入汽轮机的空气；
处于真空状态下的低压各级与相应的回热系统、排汽缸、凝汽设备等不严密处漏入的。
空气的危害有：
空气阻碍蒸汽放热，使传热系数降低，从而使
升高，真空降低；
空气分压力Pa使Pc升高，使真空降低；
空气使凝结水过冷度增大；
凝结水中溶入氧量增大，使管道腐蚀加剧。
第五章汽轮机零件强度与振动
一、简答题
1.调频叶片
对于有些叶片要求其某个主振型频率与某类激振力频率避开才能安全运行，这个叶片对这一主振型称为调频叶片。
2.不调频叶片
对有些叶片允许其某个主振型频率与某类激振力频率合拍而处于共振状态下长期运行，不会导致叶片疲劳破损，这个叶片对这一主振型成为不调频叶片。
3.耐振强度
表示材料在承受动应力时的一种机械性能。
在某一温度和某一静压力下试件在空气环境中，作弯-弯试验，循环107次不被破坏可承受的最大动应力。
4.安全倍率
表征叶片抵抗疲劳破坏的系数。
5.叶片的动频率
考虑离心力影响后的叶片震动频率。
第六章汽轮机调节
2.调节系统的动态过渡时间
调节系统受到扰动后，从调节过程开始到被调量与新的稳定值偏差小于允许值时的最短时间称为调节系统的动态过渡时间。
4.调速系统的迟缓率
在同一功率下，转速上升过程与转速下降过程的特性曲线之间的转速差和额定转速之比的百分数，称为调节系统的迟缓率。
5.影响调节系统动态特性的主要因素有哪些并简述其影响趋势？
影响调节系统动态特性的主要因素包括：
（1）转子飞升时间常数；
（2）中间容积时间常数；
（3）速度变动率；
（4）油动机时间常数；
（5）迟缓率。
6.什么是调节系统的静态特性曲线？
衡量调节系统静态特性性能的指标有哪些？
表达汽轮机速度变化与功率之间的单值对应关系的曲线叫静态特性曲线。
衡量调节系统静态特性性能的指标有：
（1）速度变动率；
（2）迟缓率；
（3）同步器工作范围。
7.常用评价调节系统动态特性的指标及其定义是什么？
稳定性——汽轮机甩全负荷时，其转速随着时间的增长最终趋于由静态特性曲线决定的空负荷转速，这样的过程称为稳定的过程。
要求调节系统必须是稳定的。
超调量——汽轮机甩全负荷时，其转速在过渡过程中的最大转速与最后的稳定转速之差称为转速超调量。
过渡过程时间——调节系统受到扰动后，从调节过程开始到被调量与新的稳定值偏差小于允许值时的最短时间，称为过渡过程时间。
9.试述同步器的主要作用。
同步器的主要作用是通过平移调节系统特性而实现人为改变调节阀开度，做到
（1）使孤立运行机组改变转速，起到转速给定作用；
（2）使并网运行机组改变负荷，起到功率给定的作用。
10.说明汽轮机调节系统速度变动率过大或过小对汽轮机工作的影响。
若速度变动率过小，即曲线很平坦，则在不打得转速变化范围内，机组负荷的变化很大，机组进汽量的变化也相应很大，机组内部各部件的受力、温度应力等变化也很大，可能损坏
部件；
同时速度变动率过大，负荷的较小变化都会引起速度的很大幅度的变化，不利于机组的超速保护，而影响机组的安全运行。
12.简单说明下列三种静态特性线分别使机组处于怎样的运行工况。
（1）用于机组并网。
当机组转速与电网频率不一致时，可通过偏差信号调整，故不应有死区和限幅。
（2）用于并网运行。
考虑到中间再热机组的负荷适应性受锅炉限制，所以有一定限幅。
（3）用于大功率机组。
在不影响机组出力的情况下，存在死区。
16．汽轮机运行对其调节系统的基本要求有哪些？
汽轮机运行对其调节系统有如下基本要求：
（1）能控制汽转机转速，按要求从零逐步升高到额定转速；
并入电网后，能使机组功率在零和额定值之间任一负荷下稳定运行；
外负荷不变时，能保持机组功率和转速不变。
（2）在外负荷变化时，能迅速改变机组输出功率与外负荷相适应，从原稳定工况过渡到新的稳定工况，保证机组转速的变化在允许范围内。
（3）在机组甩负荷（主汽门全开，突然与电网解列，负荷降至零）时，能维持机组转速在3000r/min左右空负荷运行。
（4）能按要求控制机组正常停机；
当出现危及机组安全的情况时，能迅速切断汽源，实行事故停机。
17．汽轮机调节系统一般由哪些机构组成？
各自的作用分别是什么？
汽轮机的调节系统，由感应机构、传动放大机构、执行机构和定值机构组成。
它们各自的作用如下：
感应机构接受调节信号的变化，并将其转换为可传递的信号。
采用转速变化为调节信号时，感应机构称为调速器。
传动放大机构将感应机构送来的调节信号进行幅值放大和功率放大，并进行综合处理，传递给执行机构进行调节。
汽轮机调节系统的执行机构是进汽调节阀和操纵机构，也称配汽机构。
它根据调节信号，改变调节
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