《透平机械原理》课程学习辅导材料

1透平机械原理汽轮机的级：将高温、高压蒸汽所具有的热能转换为机械功的基本单元，主要是由一列喷嘴叶栅和一列动叶栅组成。反动度：蒸汽在动叶通道内膨胀时的理想焓降与蒸汽在整个级的滞止理想焓降之比，用来衡量动叶栅中蒸汽的膨胀程度。滞止参数：具有一定流动速度的蒸汽，如果假想蒸汽等熵地滞止到速度为零时的状态，该状态为滞止状态，其对应的参数称为滞止参数。速度比：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部分进汽度：工作喷嘴所占的弧长与整个圆周之比。调节级：外界负荷变化时，依靠依次启闭的调节阀改变汽轮机第一级的通流面积来改变机组负荷的级。汽轮机的轮周效率：指1kg/s蒸汽在级内所做的轮周功与蒸汽在该级中所具有的理想能量之比。过热度：蒸汽的温度比饱和温度还高的度数。余速损失：蒸汽流出动叶的速度损失。漏汽损失：汽轮机动静部件存在间隙，且间隙前后存在压力差，这使工作蒸汽的一部分不通过主流通道，而是经过间隙，由此形成的漏汽造成的损失。冲动原理：蒸汽主要在喷管叶栅中膨胀，而在动叶栅中基本不膨胀，只随汽道形状改变其流动方向，汽流改变流动方向时对汽到产生离心力，这样的做功原理。反动原理：蒸汽既在喷管叶栅中膨胀，也在动叶栅中膨胀，且膨胀程度大致相等，这样的做功原理。1.按工作原理、热力过程特性、蒸汽流动方向、新蒸汽参数等对汽轮机进行分类，汽轮机可分为哪些类型？按新蒸汽参数分类时，相应类型汽轮机的新汽压力等级是什么？（1）按工作原理可分为：冲动式汽轮机和反动式汽轮机（2）按热力过程特性可分为：凝汽式汽轮机；调整抽汽式汽轮机；背压式汽轮机；中间再热式汽轮机。（3）按蒸汽流动方向可分为：轴流式汽轮机；辐流式汽轮机（4）按新蒸汽参数可分为下列几种类型，相应的压力等级同时列于下面：a.低压汽轮机新汽压力为1.18~1.47MPa;b.中压汽轮机新汽压力为1.96~3.92MPa;c.高压汽轮机新汽压力为5.88~9.8MPa;d.超高压汽轮机新汽压力为11.77~13.73MPa;e.亚临界汽轮机新汽压力为15.69~17.65MPa;f.超临界汽轮机新汽压力超过22.16MPa;2.蒸汽对动叶片冲动作用原理的特点是什么？答：蒸汽只在喷嘴中膨胀，在动叶汽道内不膨胀加速，只改变流动方向。23.蒸汽对动叶片反动作用原理的特点是什么？答：蒸汽在动叶通道内不仅改变流动方向，而且还进行膨胀加速。4.答：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3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。5.答：减少漏汽损失的措施：1）加装隔板汽封片，减少漏汽量；2）在动叶片根部安装径向汽封片；3）在设计时采用合适的反动度，使叶片根部形成根部不吸不漏；4）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。6.什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？解答：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φ和ψ，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。7.什么叫余速利用？余速在什么情况下可被全部利用？解答：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。8.简述轴向推力的平衡方法。答：平衡活塞法；对置布置法，叶轮上开平衡孔；采用推力轴承。9.简述汽封的工作原理？答：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。10.汽封的作用是什么？答：为了避免动、静部件之间的碰撞，必须留有适当的间隙，这些间隙的存在势必导致漏汽，为此必须加装密封装置----汽封。根据汽封在汽轮机中所处的位置可分为：轴端汽封（轴封）、隔板汽封和围带汽封（通流部分汽封）三类。11.轴封的作用是什么？答：轴封是汽封的一种。汽轮机轴封的作用是阻止汽缸高压侧的蒸汽向外泄露，低压侧的空气漏入汽缸。412.轴封系统的作用是什么？答：轴封系统是由高、低压轴封和与之相连的管道及附属设备组成，其主要作用包括：（1）回收利用轴封漏汽，用来加热给水或到低压级作功；（2）防止蒸汽自轴封处漏入大气；（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。13.答：汽轮机的轴向推力主要由下列这些力所组成：1）蒸汽作用在叶片上的力在轴向的分量；2）由叶轮前后的压差所引起的作用在叶轮上的轴向力；3）蒸汽作用在转子凸肩上的轴向力；4）蒸汽作用在隔板汽封和轴封套筒上的轴向力。14.答：平衡汽轮机轴向推力，可采取下列措施：1）高压轴封两端以反向压差设置平衡活塞；2）汽缸对称、分流布置；3）叶轮上开平衡孔；4）最后采用推力轴承来承担剩余轴向推力。15.推力轴承的作用是什么？答：推力轴承的作用是承担汽轮机的剩余轴向推力，保持汽轮机转子和汽缸之间的轴向相对位置。16.说明主蒸汽温度增加对汽轮机工作的影响。（1）使循环热效率增大，相对内效率增大。（2）若乏气温度保持不变，使理想焓降增加，当效率一定时，焓的变化增大，流量减小，当流量一定时，焓的变化增大，其效率增加，无论哪一种情况，都提高了汽轮机的热经济性。（3）使金属的蠕变加剧，缩短其使用寿命，降低了安全性。（4）使排气干度增大，提高了汽轮机的安全性。17.说明主蒸汽压力增加对汽轮机工作的影响。（1）使循环热效率增大，相对内效率增大。（2）若乏气温度保持不变，使理想焓降增加，当效率一定时，焓的变化增大，流量减小，当流量一定时，焓的变化增大，其效率增加，无论哪一种情况，都提高了汽轮机的热经济性。（3）管阀等的承受压力增大，降低了安全性。（4）使汽轮机的排气湿度增加，汽轮机级叶片易侵蚀，安全性下降。（5）末级出现过负荷，经济性下降。