热能与动力工程专业 “汽轮机原理”习题
东南大学能源与环境学院
二○一○年九月二十六日
“汽轮机原理”习题
“汽轮机原理”习题
1． 国产引进型Westinghouse 300MW亚临界、一次中间再热凝汽式电站汽轮机，工作转速为3000转/分。该机末级的平均直径dm?2604mm，额定工况下通过该级的蒸汽流量为273.75t/h，级前蒸汽的压力p0?0.0243MPa，温度t0?65.6?C，静叶压差为0.0108Mpa，整级压差为0.0191Mpa，喷嘴进口汽流初速度为110m/s；喷嘴出口汽流角sin?1?0.3203，动叶相对出口汽流角sin?2?0.4839；隔板与叶顶汽封均采用迷宫式，齿数为5，间隙为1.5mm，隔板汽封的直径为850mm。设计估算时，取喷嘴速度系数?＝0.97，动叶速度系数??0.95。计算
(1) 画出该级的热力过程膨胀线，并计算该级的轮周速度和反动度。 (2) 计算喷嘴与动叶的出口绝对速度，并按比例画出该级的速度三角形。 (3) 计算喷嘴、动叶损失和该级的轮周功。
(4) 计算该级余速动能被下级利用和不被下级利用两种情况下的轮周效率与轮周功率。 (5) 基于影响轮周效率的因素，分析该级轮周效率是否最佳或接近最佳。如果轮周效率
不是最佳，若保持蒸汽初、终参数不变条件下，要提高轮周效率是增大平均直径还是减小平均直径，能否计算出对应的最佳平均直径。
(6) 计算、判断喷嘴、动叶出口是否达到临界或斜切部分是否存在膨胀。
(7) 计算喷嘴、动叶出口的流量比系数，由此计算出喷嘴、动叶出口边高度和动、静(即
喷嘴)出口面积比。
(8) 如果该级汽封的流量系数为0.15，计算该级其余各项级内损失，由此计算出该级内
功率和相对内效率。
(9) 按比例画出该级各项损失的棒形图或圆饼图，分析各项损失所占的比例，并寻求提
高级相对内效率的技术途径与方法。
(10) 画出该级的h-s汽态线，注明关键点的意义。
(11) 画出该级动叶根部、顶部的速度三角形，计算出基于平均直径的根部、顶部汽流
撞击角。
(12) 基于平均直径处的反动度，求出叶根、叶顶处的反动度。
(13) 基于(11)和(12)的计算，分析说明长叶片必须采用扭曲叶型的理由。
(14) 全面归纳、总结本题的计算过程，表述已知级初终蒸汽参数、蒸汽流量和平均直
径、叶片汽流角时叶片高度设计和级内功率、相对内效率的算法思想，以及已知级初终蒸汽参数、级内功率、平均直径等设计蒸汽流量、叶片汽流角、叶片高度和计算级相对内效率的算法思想。
2． 国产引进型Westinghouse 300MW汽轮机，额定工况下主汽门前的主蒸汽压力为
16.7Mpa、温度为537℃，主蒸汽流量为910.203t/h，排汽干度为0.938，给水温度为274℃，采用高中压合缸、1个双分流对置低压缸结构布置，各级主要设计数据见附表1。 (1) 计算高压缸各级的理想焓降和实际焓降，由此得到高压缸各级的相对内效率和高压
缸的重热系数。
(2) 画出高压缸额定工况下各级相对内效率分布棒形图，依据汽轮机级的工作原理的理
.1.
“汽轮机原理”习题
附表1 国产引进型300MW汽轮机各级主要数据
缸 别
级 号 调节级
额定工况
级流量
T/h 905.6
级前温度 级前压力静叶压差 全级压差 内功率 ℃
喷嘴
动叶
平均直径 出口高度 出口面积 平均直径 出口高度 出口面积
MPa MPa MPa kW mm mm mm2 mm mm mm2
537.0 16.00 4.210 4.250 18555 1061.3 22.90 20169 1064.30 27.94 31120
高 压 缸
中 压 缸
1 886.1 483.8 11.75 0.445 0.883 5365 844.2 68.40 45624 854.19 68.82 45985 2 886.1 471.1 10.70 0.437 0.859 5608 864.2 69.20 47269 874.24 69.56 48392 3 886.1 457.9 9.87 0.437 0.857 5992 884.2 70.00 48981 894.39 70.52 50230 4 886.1 443.8 9.01 0.424 0.838 6325 904.4 70.90 51590 915.04 71.96 52500 5 886.1 428.9 8.17 0.404 0.797 6551 926.0 73.40 54792 937.14 74.86 56091 6 886.1 413.5 7.38 0.387 0.765 6855 948.0 76.20 58347 959.14 77.66 59695 7 886.1 397.6 6.61 0.366 0.730 7194 970.8 79.60 62586 983.44 82.66 63539 8 852.9 381.0 5.89 0.309 0.626 6345 991.4 81.00 64180 1002.39 82.42 64602 9 852.9 365.2 5.26 0.299 0.599 6653 1014.0 84.50 68641 1026.69 87.50 69625 10 852.9 348.8 4.66 0.280 0.563 6930 1039.0 90.30 74454 1051.74 93.36 75515 11 852.9 331.8 4.10 0.263 0.525 7203 1063.6 95.10 81094 1077.04 99.56 82671 1 747.6 533.6 3.12 0.175 0.336 7818 1078.87 101.40 120770 1089.66 103.76 125953 2 758.0 515.3 2.78 0.159 0.314 8052 1100.46 106.12 130829 1111.25 108.48 135315 3 758.0 496.4 2.47 0.153 0.302 8520 1122.04 110.85 140239 1134.82 113.20 145569 4 758.0 476.4 2.16 0.144 0.281 8831 1145.60 115.57 152732 1159.76 119.28 159584 5 758.0 455.5 1.88 0.133 0.257 9158 1172.97 124.08 168079 1190.66 131.30 176858 6 724.9 433.7 1.63 0.121 0.236 9062 1204.86 137.08 179997 1220.22 142.00 189542 7 724.9 411.1 1.39 0.115 0.220 9651 1233.42 146.80 197614 1251.10 154.02 210971 8 724.9 386.9 1.17 0.106 0.203 10276 1265.32 159.85 221512 1282.98 167.06 236818
.2.
“汽轮机原理”习题
低 压 缸
9 724.9 361.1 0.97 0.0942 0.179 10666 1302.43 176.08 253749 1327.36 188.60 274245 1 329.3 331.4 0.7690 0.1370 0.2420 8610 1915.16 86.36 115870 1919.78 90.68 138014 2 329.3 287.2 0.5410 0.1040 0.1910 9197 1928.24 98.80 151122 1935.77 107.09 182743 3 294.3 243.7 0.3720 0.0839 0.1400 8585 1952.04 122.01 218782 1970.18 141.61 257838 4 275.4 194.5 0.2320 0.0594 0.1010 9262 1992.71 162.82 305778 2016.20 188.57 380095 5 258.5 140.8 0.1330 0.0339 0.0608 8297 2046.94 217.47 446533 2087.50 265.76 565647 6 246.5 91.8 0.0736 0.0292 0.0527 13222 2241.47 412.67 711954 2299.77 474.62 1141891 7 246.5 63.4 0.0228 0.0099 0.0178 11308 2579.74 813.90 2112830 2642.87 905.51 3638022 图1 Westinghouse 600MW汽轮机高压缸平衡活塞汽封和前端汽封结构示意图与参数
.3.
“汽轮机原理”习题
论与方法，分析其中的原因。
(3) 计算出高压进汽、再热器和中低连通管压力损失，各缸的相对内效率和调节级的相
对内效率，画出整机的热力过程线，分析、比较该汽轮机各缸大小不同的主要原因。 (4) 计算求出高压缸非调节级、中压缸和低压缸的第一和末级的理想焓降及假想速比，
并用棒形图表示之，研究、分析一次中间再热汽轮机中沿蒸汽膨胀流程的焓降变化规律。
(5) 分别求出高压缸非调节级、中压缸和低压缸的第一和末级的相对内效率，将此结果
会同调节级的相对内效率用棒形图表示之，研究、分析这些数据不一致的原因。 (6) 计算各级的动、静叶出口面积比和反动度，分析其沿蒸汽膨胀流程的变化规律和产
生的原因。
(7) 求出汽轮机的内功率、机械与电效率(即机械效率与发电机效率之积)、循环热效率、
汽耗率和热耗率。
3． Westinghouse 600MW汽轮机为反动式汽轮机，采用1个高压缸、1个双向对置分流中压缸和2个双向对置分流低压缸布置，为平衡高压转子的轴向力，在高压转子的前端设计平衡活塞，结构如图1所示。调节级后蒸汽经平衡活塞汽封流向与高压缸排汽相通的腔室，该腔室的蒸汽经高压外缸前端汽封流向腔室A和腔室B；为实现蒸汽不外泄和蒸汽不内漏，由抽汽设备维持腔室A的压力为100.6kPa(略低于大气压力)，腔室B的压力为120.7kPa。根据图1所示各腔室的蒸汽参数和结构数据，计算：
(1) 平衡活塞中间腔室的压力和通过平衡活塞汽封的漏汽量，并由计算得平衡活塞上蒸
汽产生的轴向力。
(2) 漏入腔室B和腔室A的蒸汽量。
(3) 漏入腔室A的空气量和抽汽设备的蒸汽－空气混合物的容积负荷(即汽、气混合物
的容积流量)。
(4) 当调节级喷嘴室和平衡活塞的汽封间隙均增大至1.651mm时，平衡活塞上蒸汽产生
的轴向力变化多少？
(5) 当高压外缸汽封的间隙由0.508mm增大至0.762mm时，漏入腔室B的蒸汽量是多
少？
(6) 抽汽设备的抽汽能力决定于进入抽汽设备的蒸汽量，蒸汽量增大，抽汽设备的负载
增大，导致腔室A的压力上升。如果抽汽设备的负载每增大20%，腔室A的压力升高0.01kPa，试问当汽封间隙增大到多少时，有可能引起蒸汽的外泄？
4． 国产引进型300MW汽轮机，额定蒸汽压力16.7Mpa、温度537℃。调节级设有6个喷嘴组，每个喷嘴组有21片喷嘴叶片组成，因喷嘴组间分隔板产生的部分进汽度为0.9545。
调节级的平均直径1061mm，喷嘴出口汽流角sin?1?0.2767、动叶出口相对汽流角
sin?2?0.349。在5个调节汽门全开(即5个喷嘴组进汽)时，机组发出额定功率300MW，
此时调节级后压力11.6Mpa、温度484.0℃，主蒸汽流量为910.2t/h。假设调节级的反动度为零，主汽门和调节汽门的压力损失为主蒸汽压力的3.0%，且在调节汽门顺序开启时无重迭度。试计算：
(1) 对应于调节汽门全开时单个喷嘴组通过的最大流量。
(2) 在不计调节级后温度变化情况下，调节汽门顺序开启时各阀点的流量，并画出各阀
.4.
东南大学《汽轮机原理》习题——【汽轮机原理】
