《汽轮机原理》习题及答案 -

33．什么是冲击原理和反击原理？在什么情况下，动叶栅受反击力作用？ 答：冲击原理：指当运动的流体受到物体阻碍时，对物体产生的冲击力，推动物体运动的作功原理。流体质量越大、受阻前后的速度矢量变化越大，则冲击力越大，所作的机械功愈大。

反击原理：指当原来静止的或运动速度较小的气体，在膨胀加速时所产生的一个与流动方向相反的作用力，称为反击力，推动物体运动的作功原理。流道前后压差越大，膨胀加速越明显，则反击力越大，它所作的机械功愈大。

当动叶流道为渐缩形，且动叶流道前后存在一定的压差时，动叶栅受反击力作用。

34．说明冲击式汽轮机级的工作原理和级内能量转换过程及特点。

答：蒸汽在汽轮机级内的能量转换过程，是先将蒸汽的热能在其喷嘴叶栅中转换为蒸汽所具有的动能，然后再将蒸汽的动能在动叶栅中转换为轴所输出的机械功。具有一定温度和压力的蒸汽先在固定不动的喷嘴流道中进行膨胀加速，蒸汽的压力、温度降低，速度增加，将蒸汽所携带的部分热能转变为蒸汽的动能。从喷嘴叶栅喷出的高速汽流，以一定的方向进入装在叶轮上的动叶栅，在动叶流道中继续膨胀，改变汽流速度的方向和大小，对动叶栅产生作用力，推动叶轮旋转作功，通过汽轮机轴对外输出机械功，完成动能到机械功的转换。

由上述可知，汽轮机中的能量转换经历了两个阶段：第一阶段是在喷嘴叶栅和动叶栅中将蒸汽所携带的热能转变为蒸汽所具有的动能，第二阶段是在动叶栅中将蒸汽的动能转变为推动叶轮旋转机械功，通过汽轮机轴对外输出。

35．汽轮机的能量损失有哪几类？各有何特点？

答：汽轮机内的能量损失可分为两类，一类是汽轮机的内部损失，一类是汽轮机的外部损失。

汽轮机的内部损失主要是蒸汽在其通流部分流动和进行能量转换时，产生的能量损失，可以在焓熵图中表示出来。

汽轮机的外部损失是由于机械摩擦及对外漏汽而形成的能量损失，无法在焓

熵图中表示。

36．什么是汽轮机的相对内效率？什么是级的轮周效率？影响级的轮周效率的因素有哪些？

答：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。

1. 分别画出反动级、纯冲动级、复数级最佳速度比时的速度三角形，并解释作

图依据。

2. 画出最佳速度比(X1)op分别为cosа1、（cosа1）/2和（cosа1）/4的速度三

角形，并解释作图依据。

3. 在h—s图上画出反动级的热力过程曲线，并标注动叶进口滞止状态点、动

叶出口状态点、级有效焓降。

4. 在h—s图上画出纯冲动级的热力过程曲线，并标注静叶进口滞止状态点、

动叶出口状态点、级的余速损失。

六、计算题

1．已知汽轮机某纯冲动级喷嘴进口蒸汽的焓值为3369.3 kJ/kg，初速度c0 = 50 m/s，喷嘴出口蒸汽的实际速度为c1 = 470.21 m/s，速度系数?= 0.97，本级的余速未被下一级利用，该级内功率为Pi = 1227.2 kW，流量D1 = 47 T/h，求： （1）喷嘴损失为多少? （2）喷嘴出口蒸汽的实际焓？ （3）该级的相对内效率？

c1t?c1解：(1)

??470.21?484.75m/s0.97

喷嘴损失：

?hn?121484.7522?c1t(1??)??(1?0.972)?6.94kJ/kg221000

2c0?hc0??1250J/kg?1.25kJ/kg2(2) *h0?h0??hc0?3369.3?1.25?3370.55kJ/kg

121484.752h1t?h?c1t?3370.55???3253221000*0kJ/kg

kJ/kg喷嘴出口蒸汽的实际焓：(3)

h1?h1t??hn??3253?6.94?3260

?ht*?ht*?h1t?3370.55?3253?117.55kJ/kg

?hi?3600Pi3600?1227.2??94D147?1000kJ/kg

?ri?级的相对内效率：

?hi94??0.80?ht*117.55

2．某冲动级级前压力p0=0.35MPa，级前温度t0=169°C, 喷嘴后压力p1=0.25MPa, 级后压力p2=0.56MPa, 喷嘴理想焓降Δh n =47.4kJ/kg, 喷嘴损失Δh n

t

=3.21kJ/kg, 动叶理想焓降Δh b =13.4kJ/kg, 动叶损失Δh b t =1.34kJ/kg, 级

的理想焓降Δh t=60.8kJ/kg，初始动能Δhc0=0，余速动能Δh c 2=2.09kJ/kg, 其他各种损失ΣΔh=2.05 kJ/kg。计算： （1）计算级的反动度Ωm

（2）若本级余速动能被下一级利用的系数?1=0.97，计算级的相对内效率η

r i

。

解：级的反动度Ωm=Δhb/Δht=13.4/60.8=0.22

级的相对内效率ηhc2)=0.92

ri

=(Δht-Δhnζ-Δhbζ-Δhc2-ΣΔh)/(Δht-μ1×Δ

3．某反动级理想焓降Δht=62.1kJ/kg，初始动能Δhc0=1.8 kJ/kg, 蒸汽流量G=4.8kg/s，若喷嘴损失Δhnζ=5.6kJ/kg, 动叶损失Δhbζ=3.4kJ/kg，余速损失Δhc2=3.5kJ/kg，余速利用系数μ1=0.5，计算该级的轮周功率和轮周效率。 解：级的轮周有效焓降 Δhu=Δht*-δhn-δhb-δhc2 =62.1+1.8－5.6－3.4－3.5 =51.4kJ/kg

轮周功率

Pu=G×Δhu=4.8×51.4=246.7kW 轮周效率

ηu=Δhu/E 0=Δhu/(Δh t*－μ1×δh c2)=51.4/（62.1+1.8－0.5×0.35）= 82.7%

4．某级蒸汽的理想焓降为Δht = 76 kJ/kg，蒸汽进入喷嘴的初速度为 c0 = 70 m/s，喷嘴出口方向角α1 =18°，反动度为Ωm = 0.2，动叶出汽角β2 = β1－6°，动叶的平均直径为dm = 1080 mm，转速n = 3000 r/min，喷嘴的速度系数? = 0.95，动叶的速度系数? = 0.94，求： (1)动叶出口汽流的绝对速度c2 (2)动叶出口汽流的方向角α2

(3)绘出动叶进出口蒸汽的速度三角形。

2c0?h??ht?2=76 + 0.5×702/1000 = 76 + 2.45 = 78.45 kJ/kg 解：

*tc1??c1t??2(1??m)?ht*?0.95?2?(1?0.2)?78.45?1000?u?336.57 m/s

??dmn60?3.14?1.08?3000?60169.56 m/s

w1?c12?u2?2c1ucos?1?336.572?169.562?2?336.57?169.56?cos180?182.97 m/s

?c1sin?1??336.57?sin180?0????1?arcsin??arcsin?34.64???w?182.97??1??