15.简述汽轮机初压不变，初温变化对汽轮机经济性和安全性的影响在其他参数不变的情况下并说明汽轮机初压升高时，为什么说末级叶片危险性最大？ 答：初温不变，初压升高过多，将使主蒸汽管道、主汽门、调节汽门、导管等承压部件内部应力增大。若调节汽门开度不变，则除压升高，致使新汽比容减小、蒸汽流量增大、功率增大、零件受力增大。各级叶片的受力正比于流量而增大，流量增大时末级叶片的比焓降增大的更多，而叶片的受力正比于流量和比焓降之积，故此时末级运行安全性危险。同时，流量增大还将使轴向推力增大。

16. 分析说明汽轮机某一中间级在理想焓降减小时其反动度的变化情况。 答：级的反动度变化主要是速比变化引起的，固定转速汽轮机圆周速度不变，此时反动度随级的比焓降变化。

（如图）当比焓降减小即速比增大时，c11?c1,w1减为w11，动叶进口实际有效相对速度为w11,若反动度不变，则

'w21c11?；在喷嘴出口面积和动叶出口面积w2c1不变的情况下，喷嘴叶栅中以流出的汽流，来不及以的速度流出动叶栅，在动叶汽道内形成阻塞，造成动叶汽道与叶栅轴向间隙中压力升高，使反动度增大，从

而使c11减小，w21增大，减轻动叶栅汽道的阻塞。

C1 C11 W’ 11 u

W1 W11

当比焓降增大时，则有

w21c11?，故由上可知反动度降低。 w2c117. 用h-s图上的热力过程线分析说明喷嘴配汽定压运行与滑压运行哪一种运行方式对变负荷的适应性好。

答：如图：以高压缸在设计工况和75%设计负荷的热力过程线为例进行说明。曲

线A1B1C1、A1B2C2是定压运行机组100%设计工况和75%设计负荷的热力过程线，曲线A1D1、A2D2为滑压运行相应工况热力过程线。由图可见，定压运行时排汽温度下降近60度，表明高压缸各级的温度变化较大，热应力和热变形较大，负荷变化时，灵活性和安全性较差；滑压运行下，排气温度保持在320度左右，即负荷变化时，高压缸热应力和热变形很小，从而增强了机组调峰的灵活性和安全性。

P0

A2 t=5400

A1 B1

B2

t=3200

D1 C1

h

s C2

D2 t=2620

18. 某背压式汽轮机才用喷嘴调节方式，其流量由设计工况增加，排汽压力近似不变，变工况前后为亚临界状态，请定性填写下表（只需填写增、减、基本不变）

调节级 中间级 末几级

19.分别指出凝汽式汽轮机和背压式汽轮机的轴向推力随负荷的变化规律。 答：对于凝汽式汽轮机，负荷即流量变化时，各中间级焓降基本不变，因而反动度不变，各级前后压差与流量程正比，即汽轮机轴向推力与流量成正比；同时，末级不遵循此规律，调节级的轴向推力也是随部分进汽度而改变的，且最大负荷时，轴向推力最大，但调节级和末级其轴向推力在总推力中所占比例较小，一般

P2/p0 ⊿ht xa Ωm ηi

忽略，认为凝汽式汽轮机总轴向推力与流量成正比，且最大负荷时轴向推力最大。

20．渐缩喷嘴和缩放喷嘴的变工况特性有何差别？

答：缩放喷嘴与渐缩喷嘴的本质区别，是它的临界截面与出口截面不同，且缩放喷嘴设计工况下背压低于临界压力、出口汽流速度大于音速，而在最小截面处理想速度等于音速。缩放喷嘴的变工况与渐缩喷嘴的差别是：当出口压力大于设计工况下背压时，在喷嘴出口截面或喷嘴渐扩部分将产生冲波，速度系数大大降低。另外，对应临界流量的压力比小于临界压力比。

21．为什么可以利用研究喷嘴变工况特性的结果分析动叶栅变工况特性？ 答：动叶栅为渐缩流道，压力比都用滞止压力比，渐缩喷嘴蒸汽参数与流量的特性完全可适用于动叶栅，所不同的是研究动叶栅变工况时，应使用相对速度w。

22．采用喷嘴调节的汽轮机进汽量减小时，各类级的理想焓降如何变化？反动度、速度比、级效率如何变化？

答：当汽轮机的工况变化时，按各级在工况变化时的特点通常级分为调节级、中间级和末级组三类。

（1）中间级：在工况变化时，压力比不变是中间级的特点。汽轮机级的理想焓降是级前温度和级的压力比的函数，在工况变化范围不大时，中间级的级前蒸汽温度基本不变。此时级内蒸汽的理想焓降不变，级的速度比和反动度也不变，故级效率不变。随着工况变化范围增大，压力最低的中间级前蒸汽温度开始变化，并逐渐向前推移。当流量减小，级前蒸汽温度降低，中间级的理想焓降减小，其速度比和反动度相应增大。由于设计工况级的速度比为最佳值，级内效率最高，当速度比偏离最佳值时，级内效率降低。而且速度比偏离最佳值愈远，级内效率愈低。

（2）末级组：其特点是级前蒸汽压力与其流量的关系不能简化为正比关系，且级组内级数较少。由于在工况变化流量下降时，汽轮机的排汽压力变化不大，级前压力减小较多。且变工况前级组前后的压力差越大，级前压力降低的多，级后压力降低的少。此时级的压力比增大，级内理想焓降减小，而且末级的压力比

和理想焓降变化最大。级的速度比和反动度随理想焓降的减小而增大，速度比偏离最佳值，级效率相应降低。

（3）调节级：调节级前后压力比随流量的改变而改变，其理想焓降亦随之变化。当汽轮机流量减小时，调节级的压力比逐渐减小，调节级焓降逐渐增大。在第一调节阀全开而第二调节阀刚要开启时，级的压力比最小，故此时调节级理想焓降达到最大值。级的理想焓降增大，其速度比和反动度随之减小，速度比偏离最佳值，级效率相应降低。

23．主蒸汽压力变化，对机组安全经济运行有何影响？

答：在初压变化时，若保持调节阀开度不变，此时除少数低压级之外，绝大多数级内蒸汽的理想焓降不变，故汽轮机的效率基本保持不变，但其进汽量将随之改变。对于凝汽式机组或某一级叶栅为临界状态的机组，其进汽量与初压的变化成正比，由于此时汽轮机内蒸汽的理想焓降随初压升高而增大，机组功率的相对变化大于机组进汽量的相对变化。对于不同背压的级组，背压越高，初压改变对功率的影响越大。

当主蒸汽温度不变，主蒸汽压力升高时，蒸汽的初焓减小；此时进汽流量增加，回热抽汽压力升高，给水温度随之升高，给水在锅炉中的焓升减小，一公斤蒸汽在锅炉内的吸热量减少。此时进汽量虽增大，但由于进汽量的相对变化小于机组功率的相对变化，故热耗率相应减小，经济性提高，反之亦然。

采用喷嘴调节的机组，初压改变时保持功率不变。当初压增加时，一个调节阀关小，其节流损失增大，故汽轮机的内效率略有降低。虽然初压升高使循环效率增高，但经济性不如调节阀开度不变的工况。

采用节流调节的机组，若保持功率不变，初压升高时，所有调节阀的开度相应减小，在相同条件下，进汽节流损失大于喷嘴调节。初压升高使循环效率增大的经济效益，几乎全部被进汽节流损失相抵消。

初压升高时，所有承压部件受力增大，尤其是主蒸汽管道、主汽门、调节阀、喷嘴室、汽缸等承压部件，其内部应力将增大。初压升高时若初温保持不变，使在湿蒸汽区工作的级湿度增大，末级叶片的工作条件恶化，加剧其叶片的侵蚀，并使汽轮机的相对内效率降低。若初压升高过多，而保持调节阀开度不变，由于

此时流量增加，轴向推力增大，并使末级组蒸汽的理想焓降增大，会导致叶片过负荷。此时调节级汽室压力升高，使汽缸、法兰和螺栓受力过大，高压级隔板前后压差增大。因此对机组初压和调节级汽室压力的允许上限值有严格的限制。

当初压降低时，要保持汽轮机的功率不变，则要开大调节阀，增加进汽量。此时各压力级蒸汽的流量和理想焓降都相应增大，则蒸汽对动叶片的作用力增加，会导致叶片过负荷，并使机组的轴向推力相应增大。现代汽轮机在设计工况下，进汽调节阀的富余开度不大，保证在其全开时，动叶片的弯曲应力和轴向推力不超限。

六、计算题

1. 某汽轮机渐缩喷嘴流量网图的最大临界流量G0m=100kg/s, 最大初压

P*0m=12MPa和设计工况时的临界流量Gcr=65kg/s。在某工况时，相对背压ε1=0.7,相对初压ε0=0.9,查得βm=0.77。求该工况时的初压、背压、流量、临界流量以及设计工况的初压。（10分） 2. 已知某汽轮机级已达临界状态，并知设计工况时的临界流量、级前滞止初压、

级前实际压力和另一工况时的临界流量分别为：

Gcr=85kg/s,P0*=10MPa,P0=8MPa, Gcr1=100kg/s,求另一工况的级前滞止初压、级前实际压力。（5分）

3. 已知某渐缩喷嘴设计工况和变工况均为临界工况，相应的流量分别为，

Gcr=70kg/s, Gcr1=84kg/s,还知设计工况的初压P0*=9MPa。确定变工况时的初压（不考虑初温变化的影响）。

4. 已知某渐缩喷嘴设计工况和变工况均为临界工况，相应的流量分别为，

Gcr=78kg/s, Gcr1=89kg/s,还知设计工况的初压P0*=9MPa、初温T0*=723(k),变工况时的初温T0*=700(k)，确定变工况时的初压。

5. 已知某渐缩喷嘴的相对背压、相对初压ε1=0.8,ε0=0.9,并已知最大流量

G0m=95kg/s在流量网图上查得βm=0.58，计算该工况的流量。

6. 已知某渐缩喷嘴的相对背压ε1=0.8和βm=0.8,并已知最大初压P0m=16 MPa

在流量网图上查得ε0=0.86，计算该工况的初压；当不变βm=0.8而ε1=0.4时，又查得ε0=0.8，该变工况的初压又为多少。 7. 已知某级组设计工况和变工况均在临界状态下工作，流量分别为Gcr=78kg/s,

Gcr1=85kg/s，并知其中某个级的设计工况的初压Pi=8MPa，确定该级变工况时的初压Pi1。