汽轮机原理及运行课程自学辅导资料
二○○八年十月
汽轮机原理及运行课程自学进度表教材：汽轮机原理教材编者：沈士一康松庆贺庆庞立云
出版社：中国电力出版社出版时间：1992
接交给任课教师。总成绩中，作业占15分。
汽轮机原理及运行课程自学指导书
第1章汽轮机级的工作原理
一、本章的核心、重点及前后联系
（一）本章的核心
掌握蒸汽在汽轮机各种级内的流动过程和能量转换规律及计算，蒸汽在汽轮机级内能量转换过程中各种损失和各种级效率的物理概念及减少损失的措施，熟悉各种损失的计算；熟悉汽轮机级的热力设计原则和方法，扭叶片级；了解叶栅的气动特性。
（二）本章重点
级的概念，级的工作过程，级的反动度，动叶进出口速度三角形，蒸汽在喷嘴的膨胀过程，蒸汽在动叶中的流动和能量转换过程；蒸汽作用在动叶栅上的力和轮周功率，级的轮周效率，级的轮周效率与速比的关系，蒸汽在复速级内的能量转换特点；级内损失，级的相对内效率。
（三）本章前后联系
在前面学习完成工程热力学和流体力学的基础上，对级的工作原理进行学习；学习本章内容为后面分析多级汽轮机的工作原理打下基础。
二、本章的基本概念、难点及学习方法指导
（一）本章的基本概念
级，反动度，压比，速比，最佳速比，轮周效率，轮周功率，级的相对内效率，扭叶片（二）本章难点及学习方法指导
级的轮周效率和速比的关系
学习方法：理论联系实际，熟悉汽轮机结构，多看书，
三、典型例题分析
1.汽轮机按工作原理分类可分为哪几种类型？
答：冲动式汽轮机和反动式汽轮机。
2.按热力性质分类，汽轮机可分为哪几种类型？
答：凝汽式汽轮机，背压式汽轮机，调节抽汽式汽轮机，抽汽背压式汽轮机，中间再热式汽轮机
3.什么是级的速度比和最佳速比
答：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，轮周效率最大时的速度比称为最佳速度比。
4.汽轮机级的含义是什么？
答：汽轮机的级是将蒸汽热能转换成机械能的基本工作单元，结构上由静叶栅和相应的动叶栅组成。
5.级的反动度定义是什么？
答：动叶的理想比焓降与级的理想比焓降的比值。表示蒸汽在动叶通道内膨胀程度大小的指标。
6.简述在汽轮机的工作过程。
答：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。
7.冲动级和反动级的做功原理有何不同？在相等直径和转速的情况下，哪个类型的级做功能力较大。
答：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。在相等直径和转速的情况下，冲动级的做功能力较大。
8.说明高压级内主要包括哪几项损失？
答：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。
9说明低压级内主要包括哪几项损失？
答：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。
四、思考题、习题及习题解答
（一）思考题、习题
简答题：
1、分析纯冲动级、反动级、复速级在几何结构、热力特性、速度三角形等方面各
自的特点？
2、什么是动叶的进、出口速度三角形？如何绘制速度三角形？
3、汽轮机级内有可能发生哪些项损失？
4、何为级的轮周效率？何为级的相对内效率？
5、纯冲动级、反动级和复速级的最佳速比分别为多少？ 计算题 ：
1、已知喷嘴进口压力kg
kJ h MP p a /3.3369,4.800==,初速度
s
m c /500=，喷嘴后压
力
a
MP p 8.51=，试求：
（1）喷嘴前蒸汽滞止焓、滞止压力；
（2）当喷嘴系数97.0=φ时，喷嘴出口蒸汽的理想速度和实际速度。 2、试根据下列条件做出动叶栅进、出口速度三角形： 该级进汽压力
a
MP p 96.10=，温度
350
0=t ℃，级后压力
a
MP p 47.12=；该级速比
53
.01
1==
c u
x ，级的平均反动度15.0=Ωm ，已知9.0,97.0==ψφ；喷嘴和动叶角度
οο6,18121-==ββα（初速度忽略不计）
3、汽轮机组某级的进口蒸汽压力
a
MP p 4.30=，初温
435
0=t ℃，该级反动度
3
.0=Ωm ，级后压力
a
MP p 12.12=，该级采用渐缩喷嘴，喷嘴出口面积2
52cm A n =。试
计算通过喷嘴的蒸汽理想流量（初速度忽略不计）
4、汽轮机组某级的进口蒸汽压力
a
MP p 4.30=，初温
435
0=t ℃，该级反动度
38
.0=Ωm ，级后压力
a
MP p 2.22=，该级采用渐缩喷嘴，喷嘴出口面积2
52cm A n =。试
计算：
（1）通过喷嘴的实际流量； （2）若级后蒸汽压力降低为
a
MP p 12.121=，反动度降为
3
.01=Ωm ，通过喷嘴的蒸
汽实际流量又为多少？（初速度忽略不计） （二）习题解答 略
第2章多级汽轮机
一、本章的核心、重点及前后联系
（一）本章的核心
熟悉多级汽轮机的工作特点，汽轮机的各种损失和减少损失的措施，了解汽轮机装置的各种评价指标，熟悉汽轮机的轴封原理和轴封系统，多级汽轮机轴向推力的组成及平衡措施和提高单排汽口凝汽式汽轮机极限功率的方法；
（二）本章重点
重热现象和重热系数，多级汽轮机的进排汽机构阻力损失，汽轮机及其装置的评价指标；轴封作用、轴封原理及轴封系统；汽轮机轴向推力的组成及其平衡；单排汽口凝汽式汽轮机的极限功率，提高单机最大功率的途径；
（三）本章前后联系
在前面学习完成级的工作原理和汽轮机结构的基础上，学习本章内容，利用理论知识对多级汽轮机工作原理和过程进行学习。
二、本章的基本概念、难点及学习方法指导
（一）本章的基本概念
重热现象，重热系数，汽轮机相对内效率，汽轮机绝对内效率，汽耗率，热耗率，极限功率
（二）本章难点及学习方法指导
重热现象分析，轴封工作原理，极限功率及影响因素分析。
学习方法：理论联系实际，多看书，
三、典型例题分析
1.汽轮机除级内损失外还包括哪些项损失？
答：进汽阻力损失，排汽气损失，轴端漏气损失，机械摩擦损失。
2.什么是热耗率？能否采用热耗率来评价不同机组的热经济性？
答：每生产1kW.h电能所消耗的热量。可以采用热耗率评价不同机组的热经济性
3.何为汽轮机的相对内效率？
答：汽轮机的相对内效率是指蒸汽在汽轮机内的实际（有效）焓降与理想焓降之比。
4.什么是汽轮机的绝对内效率?
答：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。
5.平衡汽轮机的轴向推力可以采用哪些方法？
答：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。
6.大功率汽轮机为什么都设计成多级汽轮机？
答：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。
7.轴封系统的作用是什么？
答：A.利用轴封漏汽加热给水或到低压处作功。
B.防止蒸汽自汽封处漏入大气；
C.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；
D.防止空气漏入汽轮机真空部分。
8.何为多级汽轮机的重热现象？
答：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。
四、思考题、习题及习题解答
（一）思考题、习题
简答题
1.蒸汽在汽轮机内进行能量转换时，在下一级的前后蒸汽压力不变的条件下，重热现象使其级内蒸汽的理想焓降如何变化？
2.多级汽轮机高、中、低压缸工作有何特点？
3.何为汽轮机的汽耗率？能否采用汽耗率来评价不同机组的热经济性？
4.齿形轴封是怎样封汽的（芬诺曲线原理）？
计算题
某汽轮机在20000kW负荷下的热力参数为：进汽压力
MPa
p432
.3
=，435
=
t℃，
焓值为
kg
kJ
h/
6.
3303
=，所对应的整机出口理想焓值为kg
kJ
h
t
/
6.
2105
=；进汽节流后
的压力
MPa
p256
.3
=
'
；汽轮机出口蒸汽压力
MPa
p
c
004
.0
=
'
，实际出口焓
kg kJ h c
/2356='。机械效率为
99.0=m η, 发电机效率为96.0=g η，给水焓
kg
kJ h fw /4.121=，试画出其热力过程线，并计算该机组纯凝汽工况下的相对内效率、
汽耗量、汽耗率和热耗率。 （二）习题解答 略
第3章汽轮机的变工况
一、本章的核心、重点及前后联系
（一）本章的核心
熟悉多级汽轮机变工况下压力与流量的关系，了解汽轮机配汽方式及其特点与优缺点，掌握滑压运行方式的种类，及其经济性与安全性；掌握初终参数变化对机组工作的安全性和经济性的影响；
（二）本章重点
临界和亚临界工况下喷嘴变工况特性，级与级组变工况特性；配汽方式及其对变工况的影响；滑压运行方式的经济性与安全性；初终参数变化对机组工作的影响；
（三）本章前后联系
在前面学习完成多级汽轮机的基础上，学习本章内容，利用理论知识对多级汽轮机变工况特性进行学习。
二、本章的基本概念、难点及学习方法指导
（一）本章的基本概念
级的临界工况，级组，节流配汽，喷嘴配汽，纯滑压运行，节流滑压运行，复合滑压运行
（二）本章难点及学习方法指导
临界和亚临界工况下级与级组压力与流量关系；喷嘴配汽与节流配汽的具体优缺点比较；蒸汽初温、初压以及真空等对机组安全性和经济性的影响。
学习方法：理论联系实际，多看书，多从现场实际运行角度分析问题。
三、典型例题分析
1．说明汽轮机喷嘴配汽方式的特点？
答：喷嘴配汽是通过改变调节汽门的开度和开启数目来改变进汽量的方式，喷嘴配汽在部分负荷时，只有未全开的调节汽门中蒸汽节流较大，而其余全开汽门中的蒸汽节流已减小到最低，故定压运行时的喷嘴配汽与节流配汽相比，节流损失较少，效率较高，但负荷变动调节级汽室温度变化大，热应力热变形大，负荷适应性差。
2．什么是调节级的最危险工况，为什么？
答：调节级最危险工况为：第一调节汽门刚好全开，而其他调节汽门全关的情况。
此时蒸汽的理想焓降最大，且流过第一喷嘴组的流量是最大临界流量，这段流量集中在第一喷嘴后的少数动叶上，使每片动叶分摊的蒸汽流量最大。动叶的蒸汽作用力正比于流量和比焓降之积，此时调节级受力最大，是最危险工况。
3．什么是节流配汽？节流配汽方式有哪些特点？
答：进入汽轮机的所有蒸汽都通过一个调节汽门或几个同时启闭的汽门，然后进入汽轮机的配汽方式。负荷变动时节流配汽效率下降较多，但调节级汽室温度变化小负荷适应性强。
四、思考题、习题及习题解答
（一）思考题、习题
1.简述弗留格尔公式及其适用条件？
2.滑压运行有几种形式？各有何优缺点？
3.主蒸汽压力变化对机组安全运行有何影响？
（二）习题解答
略
第4章汽轮机的凝汽设备
一、本章的核心、重点及前后联系
（一）本章的核心
熟悉凝汽器设备的组成、工作原理及其任务，掌握凝汽器内真空形成原因、真空计算与影响因素，了解凝汽器内管束布置原则与凝汽器变工况运行特性。
多级汽轮机变工况下压力与流量的关系，了解汽轮机配汽方式及其特点与优缺点，掌握滑压运行方式的种类，及其经济性与安全性；掌握初终参数变化对机组工作的安全性和经济性的影响；
（二）本章重点
凝汽设备的工作原理与任务；凝汽器的真空形成原因、真空计算及其影响因素；凝汽器管束的布置与真空除氧；凝汽器的变工况运行特性。
（三）本章前后联系
本章内容相对独立，前三章提供了汽轮机的理论基础，结合已学过的传热学知识，学习掌握凝汽设备的组成与真空工作原理。
二、本章的基本概念、难点及学习方法指导
（一）本章的基本概念
汽阻，水阻，双流程凝汽器，端差，循环倍率，最佳真空，过冷度，过冷现象，双压式凝汽器
（二）本章难点及学习方法指导
凝汽器内高度真空形成原因；凝汽器内压力计算方法；凝汽器内最佳真空；空气对凝汽器工作的危害；凝汽器管束布置原则；凝汽器的变工况运行特性。
学习方法：理论联系实际，多看书，多从现场实际运行角度分析问题。
三、典型例题分析
1．凝汽器系统的任务是什么？
答：（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
2．凝汽器系统的组成包括哪些设备？
答：凝汽器，凝结水泵，循环水泵，抽气设备及相连的管道和阀门。
3．抽气设备的任务是什么？常用的抽气设备有哪几种类型？
答：抽气器的任务是抽出凝汽器内不凝结气体，维持凝汽器内高度真空。
常用的抽气器有：射水抽气器，射汽抽气器，水环式真空泵。
4．汽轮机在负荷不变的情况下运行，若凝汽器真空逐渐下降，分析可能存在哪些原因？
答：汽轮机在运行过程中引起凝汽器真空缓慢下降的原因有：
冷却水量缓慢减少
冷却水管结垢或脏污
冷却水温缓慢升高
凝汽器的真空系统漏入空气
抽气器效率下降
部分冷却水管被堵
四、思考题、习题及习题解答
（一）思考题、习题
简答题
1．分析凝结水过冷的危害，并说明减小的办法。
2．某机组运行过程中发现凝汽器真空下降，且伴有凝结水过冷度增大，分析说明凝汽器真空下降的可能原因。
论述题
1．结合蒸汽和水的温度沿凝汽器冷却表面的分布，分析凝汽器内压力的计算与影响因素。
（二）习题解答
略
第5章汽轮机运行
一、本章的核心、重点及前后联系
（一）本章的核心
掌握汽轮机起停的关键问题，汽轮机启动方式分类，启动中控制的主要参数，冷态启动的主要操作步骤，超速试验对转子温度的要求。
（二）本章重点
起停过程汽缸和转子的受热特点，热应力，热膨胀，热变形产生的原因，对运行的危害，影响因素和控制措施
（三）本章前后联系
在前面学习完成原理知识的基础上，学习本章内容，利用理论知识对汽轮机运行控制的主要参数和起停特点进行学习。
二、本章的基本概念、难点及学习方法指导
（一）本章的基本概念
热应力，热膨胀，热变形、胀差，
（二）本章难点及学习方法指导
热应力概念和热应力影响因素，启动中胀差的监视和控制措施
学习方法：理论联系实际，熟悉汽轮机操作规程，多看书，
三、典型例题分析
1．胀差的定义和胀差的危害是什么？
答：胀差的定义：启动、停机过程中因为转子、汽缸的质面比和加热条件不同导致的轴向热膨胀的差值。
胀差的危害：动、静部分轴向间隙减小易造成碰磨。
2．什么是汽轮机的热变形？热变形对运行的危害？
答：汽缸或转子金属内部同一截面存在温差，引起热应力，同时产生热变形。
热变形的危害：转子和汽缸的变形增大，动静径向间隙发生变化，碰磨，引起大的振动，造成转子弯曲。
3．引起汽轮机转子弯曲的原因有哪些？
答：转子存在径向温差，静止状态下进蒸汽，动静碰磨，局部加热，存在冷态原始
弯曲，汽缸进水。
4．启动过程控制弯曲的基本措施有哪些？
答：做好动平衡；严禁在转子静止状态下进汽；控制振动，防止碰摩；控制蒸汽温升率。
四、思考题、习题及习题解答
（一）思考题、习题
选择题
1．汽轮机寿命是指，从初次投运到【】出现第一条宏观裂纹期间的总工作时间。
A．汽缸 B. 叶片 C. 转子 D. 抽汽管道
2．通常汽轮机允许的正胀差值是【】负胀差值的。
A．大于 B.小于 C.等于 D. 以上都有可能
3．汽轮机低压缸喷水装置的作用是降低【】的温度。
A．凝汽器 B. 排汽缸 C.汽轮机排汽 D. 以上都是
简答题
1．大机组汽缸为什么布置成双层缸结构？
2．汽轮机做超速试验应该选择在什么时候进行？为什么？
3．引起汽轮机组转子振动的常见原因有哪些？
4．什么是转子的临界转速？汽轮机启动过程中过临界转速应该注意什么？
5．大轴弯曲有何危害？引起大轴弯曲的原因有哪些？
论述题
胀差的定义是什么？胀差过大有何危害？胀差的影响因素有哪些？
（二）习题解答
略