汽轮机原理习题(作业题答案).pdf

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1、第一章级的工作原理补 1.已知某喷嘴前的蒸汽参数为 p0pa，t0=500，c0=80m/s，求：初态滞止状态下的音速和其在喷嘴中达临界时的临界速度ccr。解:由p0pa，t0=500查得:h0=;s0=*查得0*点参数为p0=3.6334；v0*v0=67音速a0*=kp0(或a0*=kRT0=681.76;或a0*=(k 1)h0=1017.7)ccr=*2*a0K 112 题.假定过热蒸汽作等熵流动,在喷嘴某一截面上汽流速度c=650m/s，该截面上的音速 a=500m/s，求喷嘴中汽流的临界速度 ccr为多少？。解:h 1212k12k 12c hcrccrpcrvcrccrccr22

2、k 122(k 1)ccr2(k 1)a21(c2)=522k 1k 1223 题.汽轮机某级蒸汽压力 p0=3.4Mpa，初温 t0=435，该级反动度m=0.38，级后压力 p2Mpa，该级采用减缩喷嘴，出口截面积An=52cm2，计算：通过喷嘴的蒸汽流量若级后蒸汽压力降为 p21Mpa，反动度降为m=0.3，则通过喷嘴的流量又是多少？答:1):17.9 kg/s;34 题.国产某机组在设计工况下其末级动叶（渐缩）前的蒸汽压力 p1Mpa，蒸汽焓值 h1=2307.4kJ/kg，动叶出汽角2=38，动叶内的焓降为hb=137.76kJ/kg。问：汽流在动叶斜切部分是否膨胀、动叶出口汽流角是

3、多少？动叶出口的理想相对速度 w2t是多少？解:确定初态:由h1,p1查图得s1由h*1,s1查图得p1*=0.01Mpa,x1*临界压力比:cr2k1()0.5797k 12kk1k极限压力比:1dcr*(sin2)0.5797*0.5985 0.347流动状态判断:由s1=7.311,h2t=h1-hb查图得p2动叶压力比b=p2/p*1显然b1d，即蒸汽在动叶中达极限膨胀，极限背压为p1d=1d*p1*查焓熵图得：h2dt=2185.5,2dt查临界压力比处的参数：p2cr=0.005797;h2cr2crw2cr2(h1*h2cr)371.2极限偏转角236 题.某机组级前蒸汽压力p0

4、=Mpa，初温 t0=350，初速c0=70m/s；级后蒸汽压力 p2Mpa。喷嘴出汽角1=18，反动度m=0.2，动 叶 出 汽 角 2=1 6 ，级 平均 直 径 dm=1080mm，转 速n=3000r/min，喷嘴速度系数。求：动叶出口相对速度 w2和绝对速度 c2；喷嘴、动叶中的能量损失，余速动能；绘制动叶进、出口速度三角形。答：P9；1）w2=239.8m/s；c2=124 m/s2)hn6.09kJ/kg;hb3.78 kJ/kg;hc27.69 kJ/kg3)c1=336.6 m/s;1=18;w1=183.5m/s;1=3451w2=239.8m/s;2=2851；c2=12

5、4 m/s；2=711246 题.已知某单级冲动式机组，级平均直径dm=1067mm，转速n=3000r/min，喷嘴出汽角1=18，级的速度比 x1=u/c1=0.42，喷嘴速度系数=0.96，动叶速度系数=0.84。又知动叶出汽角2=13，通过该级的蒸汽流量 G=7.26kg/s。求：蒸汽作用在动叶上的切向力 Fu、轮周功率 Pu和轮周效率u，并绘制级的进、出口速度三角形。解:叶轮圆周速度u=dm喷嘴出口速度c1=u/x1动叶进口相对速度w1=c12u22uc1cos1 245.2m/s动叶进口汽流角1 arcsin(动叶出口汽流角2=27.2动叶出口相对速度w2*w1 205.95m/s

6、2动叶出口绝对速度c2w2u22uw2cos2 95.42m/sc1*sin1)30.2w1动叶出口绝对排汽角2 arccosw2*cos2u 80.64c2切向力Fu=G(c1cos1+c2cos2)=2N轮周功率Pu=Fu*u=478.65kWc1212级的理想能量E0 h c1t 86.397kJ/kg222*t轮周效率u=Pu 0.76GE0第二章多级汽轮机123 题.已知某中压凝汽式汽轮机的内功率 Pi=12340kW,发电机功率Pel=11900kW,蒸汽流量D=52.4t/h,初压p0pa,初温t0=380,凝汽器压力 pcpa。求该机组在没有回热抽汽工况下的汽耗率d，热耗率 q

7、，相对内效率i，相对电效率r.el，绝对电效率a。el，循环热效率t。解：汽耗率d=D/pel=52.4*1000/11900=kg/(kWh)f(pc)凝结水焓hC由初压p0pa,初温t0=380知：新蒸汽焓h0=3198.7 kJ/kg由凝汽器压力pcpa：Ht=1089.88 kJ/kg热耗率q=d(h0 hc)kJ/(kWh)有效焓降:Hi=3600 Pi123403600847.8kJ/kg1000 D100052.4相对内效率i=Hi/Ht0.778相对电效率=i*pel/pi=0.750绝对电效率a。el=3600/q=0.266循环热效率t=a。el/=7;(或t=Ht/(h0

8、-hc)=1089.88/(3198.7-124.95)=0.3547)127题.某中间再热凝汽式汽轮发电机组电功率Pel=119959kW下的热力过程线如下图示。已知发电机损失Pg=1982Kw,机械损失Pm=1982Kw。求该汽轮机的内功率 Pi、高压缸相对内效率hi、中压缸相对内效率ii、中低压缸相对内效率iei。解:内功率Pi=PelPgPm=12393kW由p012.868MPa,t0 537,ph 2.71MPa得：Hth=447.7kJ/kg得：Hih=326.55 kJ/kg由ph 2.71MPa,th 346.7高压缸相对内效率hi=Hih/Hth13由pr 2.63MPa,

9、tr 544,pi 0.282MPa得：Hti=kJ/kg得：Hii=kJ/kg由pi 0.282MPa,ti 267.7中压缸相对内效率hi=Hih/Hth=0.848,pi 0.00762MPa得：Htre=kJ/kg,hr=由pr 2.63MPa,tr 544中低压缸相对内效率rei=(hr-hex)/Htre114 题.某汽轮机前轴封有三段曲径轴封组成。第一段轴封齿数Z1=26，第二段 Z2=20，第三段 Z3=16。第一段轴封前蒸汽参数 p0=MPa，t0=340；第一段轴封后抽汽口与压力为 p1=MPa 的第一级回热抽汽口相连。第二段轴封后与压力为p2=MPa 的第二级回热抽汽相连

10、，第三段轴封后端接轴封冒汽管，排入大气。各段轴封直径 dl=450mm，轴封间隙为=0.4mm。轴封流量系数l=1。试计算该机组前轴封的总漏汽量是多少？由回热抽汽口回收和排入大气的漏汽量各占多少？如该机组第二级回热抽汽故障停用，则该轴封的漏汽和回收情况将发生怎样的变化？解：各段轴封漏汽面积均为：Ald1 3.14450.04=5.66(cm2)1)计算第一段轴封漏汽量由p0=1.8MPa，t0=340得03Gl1（0.337kg/s）2)Gl2=T/h（0.197kg/s）;G1=Gl1-Gl2=0.503 T/h（0.1397kg/s）3)Gl3（0.0586kg/s）;G2=Gl2-Gl3

11、=0.499 T/h（0.1386kg/s）G=G1+G2=1.002 T/h（0.283kg/s）4)第二级回热抽汽故障停用Gl1（0.337kg/s）;Gl2（0.15kg/s）;G1=Gl1-Gl2=0.673 T/h（0.187kg/s）115 题.某汽轮机前轴封有三段曲径轴封组成,后轴封有二段曲径轴封组成(见图)。前轴封第一段轴封齿数 Z1=48，轴封间隙面积 Al12，轴 封 前 蒸 汽 参 数0.0128MPap0=MPa，密度0=2；轴封后抽汽口与压力为p1=MPa 的第二级回热抽汽口相连。第二段齿数 Z2=24，轴封间隙面积Al22,段后轴封抽汽口与0.106MPaZ3Z21

12、.67MPa0.106MPaZ4Z5Z10.457MPa去均压箱0.095MPa去轴封抽汽母管压力为 p2=MPa 的均压箱及后轴封第一段后的抽汽口相连。第三段齿数 Z3=8，轴封间隙面积 Al32,段后轴封抽汽口与压力为 p3=MPa 的轴封G1=14kg/s。求变工况后喷嘴前压力 p01。解：原状态下：=1(p1 pcr2)=0.981616 MPap0 pcr1 p01G11 p011.4G0 p00.981616.98设新状态下为临界工况:p01=8 Mpa效验:新状态下11=p1/p01=.62/1.3468=.546假设成立。补 1.某台背压式汽轮机共有 7 级，一个调节级六个压力

13、级。在设计工况下，调节级后压力 p13MPa，前三个压力级后的压力分别为p22.5MPa，p32.0MPa，p41.6MPa，背压 pZ0.7MPa。试问：当蒸汽流量减少一半，而背压 pZ维持不变，前三个压力级的压力比将变为多少？解：由弗留格尔公式，将压力级作为一个级组：将第一压力级后的级作为一个级组：将第二压力级后的级作为一个级组：将第三压力级后的级作为一个级组：变工况后：11p211.389 0.858p111.618补 2.某台喷嘴调节的凝汽式汽轮机，当新汽流量 D0=210T/h 时，调节汽室压力 P2=6Mpa，回热抽汽压力Pe=3Mpa，回热抽汽量 De=35T/h（见下图）。运

14、行 中 如 新 汽 流 量 降 为D01=150T/h，则该工况下调节汽室压力P21及回热抽汽压力Pe1各是多少？倘流量降为 D01=150T/h 的工况时，回热抽汽故障停运，则P21及 Pe1又各是多少？解：由D01/D0=p21/p2=pe1/pe知:p21=(D01/D0)*p2=(150/210)*6=Mpa（2 分）pe1=(D01/D0)*pe=(150/210)*3=Mpa（2 分）当回热抽汽故障停运时，由 pe1/pe=D01/(D0-De)知：pe1=pe*D01/(D0-De)=3*150/(210-35)=Mpa（2 分）D01将调节汽室至回热抽汽口划为一个级组，（1 分

15、）则有：D022p21pe122p2pep212=pe12+(D01/D0)2*(p22-p2e)=2+(150/210)2*(62-32)p21=Mpa（3 分）第六章汽轮机零部件的结构和强度1、某级叶片切向 A0型自振静频率 fA0=156163HZ，动频系数 B=3.5，叶片安全倍率 Ab=5，电网频率变动范围为 48.550.5HZ。试问：（1）该级叶片能否作为不调频叶片处理？（2）倘该级叶片作为调频叶片，其运行是否安全？为什么？附 1：不同 K 值，调频叶片的Ab值：KAb23344556附 2：不同 K 值，不调频叶片的Ab值：KAb解：(1)fd1=15623.5*50.52182.4Hzfd2=16323.5*48.52186.6Hzfd1/n1fd2/n2=3.613.85取频位 K=4。由 K=34,查不调频叶片AbAb=5Ab34567891011安全倍率不符合不调频叶片要求，不能作为不调频叶片处理。（2）由 K=34,查调频叶片Ab安全倍率符合调频叶片要求。频率避开量：1=fd1-(k-1)n12=kn2-fd2=4*48.5-186.6=7.4HzAb所以振动强度合格叶片振动是安全的。