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汽轮机原理知识点
汽轮机级的工作原理
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，比较二者的做功能力的大小并说明原因。
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。
反动级做功原理的特点是：蒸汽在动叶汽道中不仅改变流动方向，而且还进行膨胀加速。
动叶中既有动能向机械能的转化同时有部分热能转化成动能。
在同等直径和转速的情况下，纯冲动级和反动级的最佳速比比值：
使
天
u u 1 1
(x ) / (x ) =（ ）im/（ ）re=（ cosα）/cosα= ∆小h re / ∆him
1 op 1 op c c 2 1 1 2小 t t
1 1 使
蓝
天
蔚
∆hre／∆him=1/2 小
t t ：
小
服 使
上式说明反动级的理想焓降比冲动级的小一倍 蓝
客 天
蔚
分别说明高压级内和低压级内主要包括哪几项损失？旺 小
：
答：高压级内：叶高损失、喷嘴损失、动叶损失、 旺 余速损失、扇形服损失、漏气损失、小叶轮摩擦损失等；
宝 蓝
低压级内：湿气损失、喷嘴损失、动叶损失、淘余速损失，扇形损客失、漏气损失、
蔚
叶轮摩擦损失很小。
旺
简述蒸汽在汽轮机的工作过程。 一 ：
旺
唯 服
答：具有一定压力和温度的蒸汽流经喷嘴，并在其中膨胀宝，蒸汽的压力、温度不断降低，速度不断升高，使蒸
， 客
淘
汽的热能转化为动能，喷嘴出口的品高速汽流以一定的方向进入装在叶轮
旺
上的通道中，汽流给动叶片一作用力，
一
推动叶轮旋转，即蒸汽在汽轮机 出 中将热能转化为了机械功。 旺
唯
室 宝
汽轮机级内有哪些损失？造成这些损失的原因，是什么？
作 淘
品
答：汽轮机级内的损失有工： 一
出
喷嘴损失、动叶损失、 英 余速损失、叶高室损失、叶轮摩擦损唯失、部分进汽损失、漏汽损失、扇形损失、湿气损失
精 ，
9种。 场 作 品
工
造成这些损职失的原因： 出
英
室
（1）喷嘴损失：蒸汽在精喷嘴叶栅内流动时，汽流与流道壁面之间、汽流各部分之间存在碰撞和摩擦，产
作
场
生的损失。
工
职
（2）动叶损失：因蒸汽在动叶流道内流英动时，因摩擦而产生损失。
精
（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
场
速损失。 职
（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
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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
使
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
天
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，对小动叶栅产生制动作用，阻止叶轮的旋转，
小
为克服水滴的制动作用力，将损耗一部分轮周功；当水滴撞击在动叶片的背弧上时，使水滴就四处飞溅，扰乱主
蓝
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蔚能。以上这些损失称天为湿汽损失。
小
指出汽轮机中喷嘴和动叶的作用。 ：
小
服 使
答：蒸汽通过喷嘴实现了由热能向动能的转换，通过动叶将动能转化为机蓝械功。
客 天
蔚
据喷嘴斜切部分截面积变化图，请说明： 旺 小
：
（1）当喷嘴出口截面上的压力比p
1
/p
0
大于
宝
或 旺 等于临界压比时服，蒸汽的膨胀特
蓝
点小；
（2）当喷嘴出口截面上的压力比p
1
/p
0
小于淘临界压比时，蒸汽客的膨胀特点。
蔚
旺
一 ：
旺
唯 服
宝
， 客
淘
品 旺
一
出 旺
唯
室 宝
，
作 淘
品
工 一
出
英
室
唯
精 ，
答：（1）p
1
/p
0
大于场或等于临界压比时作，喷嘴出口截面
品
AC上的气流速度和方向与喉部界面AB相同，斜切部分不
工
发生膨胀，只起职导向作用。 出
英
室
（2）当喷嘴出口截面上的精压力比p/p 小于临界压比时，气流膨胀至AB时，压力等于临界压力，速度为临
1 0 作
场
界速度。且蒸汽在斜切部分ABC的稍前面部分继续膨胀，压力降低，速度增加，超过临界速度，且气流的方向
工
职
偏转一个角度。 英
精
什么是速度比？什么是级的轮周效率？试分析纯冲动级余速不利用时，速度比对轮周效率的影响。
场
答：将（级动叶的）圆周速度u与职喷嘴出口（蒸汽的）速度c的比值定义为速度比。
1
1kg蒸汽在轮周上所作的轮周功与整个级所消耗的蒸汽理想能量之比称为轮周效率。
在纯冲动级中，反动度Ω=0，则其轮周效率可表示为：
m
cosβ
η=2ϕ2χ ( cosα −χ )1+Ψ 2
u 1 1 1
cosβ
1
叶型选定后，φ、ψ、α、β 数值基本确定，由公式来看，随速比变化，轮周效率存在一个最大值。同
1 1
时，速比增大时，喷嘴损失不变，动叶损失减小，余速损失变化最大，当余速损失取最小时，轮周效率最大。
什么是汽轮机的最佳速比？并应用最佳速度比公式分析，为什么在圆周速度相同的情况下，反动级能承担的焓
降或做功能力比纯冲动级小？
答：轮周效率最大时的速度比称为最佳速度比。
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cosα
对于纯冲动级， ( χ ) = 1 ；反动级 ( χ ) =cosα；在圆周速度相同的情况下，
1 ΟΡ 2 1 ΟΡ 1
2
c 2 1 u 2 1 u
纯冲动级△h= a = =
t
2 2 χ 2 1
a cosα
2 1
c 2 1 u 2 1 u 2 1 u 2
反动级△h= a = = 2× = 2×
t
2 2 χ 2c 2cosα
a 1 1
使
由上式可比较得到，反动级能承担的焓降或做功能力比纯冲动级小。
天
简述蒸汽在轴流式汽轮机的冲动级、反动级和复速级内的能量转换特点小，并比较它们的效率及作工能力。
小
答：冲动级介于纯冲动级和反动级之间，蒸汽的膨胀大部分发生在喷嘴中，只有少部使分发生在动叶中；反动级
蓝
蒸汽在喷嘴和动叶中理想比焓降相等；复速级喷嘴出口流速很蔚高，高速气流流经第天一列动叶作功后其具有余速
小
的汽流流进导向叶柵，其方向与第二列动叶进汽方向一致后：，再流经第二列动叶作功。
小
服 使
作功能力：复速级最大，冲动级次之，反动级最小； 蓝
客 天
蔚
效率：反动级最大，冲动级次之，复速级最小。旺 小
：
分别绘出纯冲动级和反动级的压力p、速度c变化 旺 的示意图。 服 小
宝 蓝
答：纯冲动级： 淘 客 蔚
旺
一 ：
旺
C 1 唯 服
宝
P ， 客
0 淘
品
一
旺
出 旺
室 C 2 唯 宝
，
作 品P
2
淘
工C 一
0 P 出
英 1
室
唯
精 ，
反动级：场 作
品
工
职 出
英
室C
精 1
作
场
工
职
P
0 英
精
场
职 C
2
P
C
0
P
减小汽轮机中漏气损失的措施。
答：为了减小漏气损失，应尽量减小径向间隙，但在汽轮机启动等情况下采用径向和轴向轴封；对于较长的扭
叶片将动叶顶部削薄，缩短动叶顶部和气缸的间隙；还有减小叶顶反动度，可使动叶顶部前后压差不致过大。
什么是动叶的速度三角形？
答：由于动叶以圆周速度旋转，蒸汽进入动叶的速度相对于不同的坐标系有绝对速度和相对速度之分，表示动
叶进出口圆周速度、绝对速度和相对速度的相互关系的三角形叫做动叶的速度三角形。
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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。
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。
汽轮机的调节级为什么要采用部分进汽？如何选择合适的部分进汽度？
答：在汽轮机的调节级中，蒸汽比容很小，如果喷嘴整圈布置，则喷嘴高度过小，而喷嘴高度太小会造成很大
的流动损失，即叶高损失。所以喷嘴高度不能过小，一般大于15mm。而喷嘴平均直径也不宜过小，否则级的焓
降将减少，所以采用部分进汽可以提高喷嘴高度，减少损失。
使
由于部分进汽也会带来部分进汽损失，所以，合理选择部分进汽度的原则，应该是使部分进汽损失和叶高
天
损失之和最小。 小
小
汽轮机的级可分为哪几类？各有何特点？ 使
蓝
答：根据蒸汽在汽轮机内能量转换的特点，可将汽轮机的级分蔚为纯冲动级、反动级天、带反动度的冲动级和复速
小
级等几种。 ：
小
服 使
各类级的特点： 蓝
客 天
蔚
（1）纯冲动级：蒸汽只在喷嘴叶栅中进行膨胀旺，而在动叶栅中蒸汽不膨胀。它仅利小用冲击力来作功。在
：
这种级中：p 1 = p 2 ；∆h b =0；Ω m =0。 宝 旺 服 蓝 小
（2）反动级：蒸汽的膨胀一半在喷嘴中淘进行，一半在动叶客中进行。它的动
蔚
叶栅中不仅存在冲击力，蒸汽
旺
在动叶中进行膨胀还产生较大的反击力作功一。反动级的流动效率高于纯冲动级：，但作功能力较小。在这种级中：
旺
唯 服
p > p；∆h≈∆h≈0.5∆h；Ω=0.5。 宝
1 2 n b t m ， 客
淘
（3）带反动度的冲动级：蒸汽品的膨胀大部分在喷嘴叶栅中进行，
旺
只有一小部分在动叶栅中进行。这种级
一
兼有冲动级和反动级的特征，它的 出 流动效率高于纯
唯
冲动级，作功能力高旺于反动级。在这种级中：p
1
> p
2
；∆h
n
>∆h
b
>0；
室 宝
Ω=0.05～0.35。 ，
m 作 淘
品
（4）复速级：复速级工有两列动叶，现代的复速级都带有一一定的反动度，即蒸汽除了在喷嘴中进行膨胀外，
出
在两列动叶和导叶中也 英 进行适当的膨胀室。由于复速级采用唯了两列动叶栅，其作功能力要比单列冲动级大。
精 ，
什么是冲击原理和场反击原理？在什么作情况下，动叶栅
品
受反击力作用？
工
答：冲击原理：职指当运动的流体受到物体阻碍时，出对物体产生的冲击力，推动物体运动的作功原理。流体质量
英
室
越大、受阻前后的速度矢量变精化越大，则冲击力越大，所作的机械功愈大。
作
场
反击原理：指当原来静止的或运动速度较小的气体，在膨胀加速时所产生的一个与流动方向相反的作用力，
工
职
称为反击力，推动物体运动的作功原理。英流道前后压差越大，膨胀加速越明显，则反击力越大，它所作的机械
精
功愈大。
场
当动叶流道为渐缩形，且动叶职流道前后存在一定的压差时，动叶栅受反击力作用。
说明冲击式汽轮机级的工作原理和级内能量转换过程及特点。
答：蒸汽在汽轮机级内的能量转换过程，是先将蒸汽的热能在其喷嘴叶栅中转换为蒸汽所具有的动能，然后再
将蒸汽的动能在动叶栅中转换为轴所输出的机械功。具有一定温度和压力的蒸汽先在固定不动的喷嘴流道中进
行膨胀加速，蒸汽的压力、温度降低，速度增加，将蒸汽所携带的部分热能转变为蒸汽的动能。从喷嘴叶栅喷
出的高速汽流，以一定的方向进入装在叶轮上的动叶栅，在动叶流道中继续膨胀，改变汽流速度的方向和大小，
对动叶栅产生作用力，推动叶轮旋转作功，通过汽轮机轴对外输出机械功，完成动能到机械功的转换。
由上述可知，汽轮机中的能量转换经历了两个阶段：第一阶段是在喷嘴叶栅和动叶栅中将蒸汽所携带的热
能转变为蒸汽所具有的动能，第二阶段是在动叶栅中将蒸汽的动能转变为推动叶轮旋转机械功，通过汽轮机轴
对外输出。
汽轮机的能量损失有哪几类？各有何特点？
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答：汽轮机内的能量损失可分为两类，一类是汽轮机的内部损失，一类是汽轮机的外部损失。
汽轮机的内部损失主要是蒸汽在其通流部分流动和进行能量转换时，产生的能量损失，可以在焓熵图中表
示出来。
汽轮机的外部损失是由于机械摩擦及对外漏汽而形成的能量损失，无法在焓熵图中表示。
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？
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。
多级汽轮机
多级汽轮机每一级的轴向推力是由哪几部分组成的？平衡汽轮机的轴向推力可 以采用哪些方法？
使
答：多级汽轮机每一级的轴向推力由
天
（1）蒸汽作用在动叶上的轴向力 小
小
（2）蒸汽作用在叶轮轮面上的轴向力 使
蓝
（3）蒸汽作用在转子凸肩上的轴向力 蔚 天
小
（4）蒸汽作用隔板汽封和轴封套筒上的轴向推力组成。：
小
服 使
平衡汽轮机的轴向推力可以采用： 蓝
客 天
蔚
（1） 平衡活塞法； 旺 小
：
（2） 对置布置法； 旺 服 小
宝 蓝
（3） 叶轮上开平衡孔； 淘 客 蔚
旺
（4） 采用推力轴承。 一 ：
旺
唯 服
大功率汽轮机为什么都设计成多级汽轮机？在h-s图上说宝明什么是多级汽轮机的重热现象？
， 客
淘
答：（1）大功率汽轮机多采用多级的品原因为：多级汽轮机的循环热效率
旺
大大高于单机汽轮机；多级汽轮机的相
一
对内效率相对较高；多级汽轮机 出 单位功率的投资大大减小。 旺
唯
室 宝
（2）如下图： ，
作 淘
品
工 一
出
英 P1 唯
室
精1
，
作
场 品
工
职 出
英 P2
室
精5 T1
作
场
2 T2 工
职
英
精
场
职 P
3
3 4
何为汽轮机的进汽机构节流损失和排汽阻力损失？在热力过程线（焓~熵图）上表示出来。
答：由于蒸汽在汽轮机进汽机构中节流从而造成蒸汽在汽轮机中的理想焓降减小，称为进汽机构的节流损失。
汽轮机的乏汽从最后一级动叶排出后，由于排汽要在引至凝汽器的过程中克服摩擦、涡流等阻力造成的压
力降低，该压力损失使汽轮机的理想焓降减少，该焓降损失称为排汽通道的阻力损失。
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h P P’ 0
0 t
0
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P
c
使
天
排汽阻力损失 小
节流损失
小
使
蓝 s
第一级存在损失，使第二级进口温度由升高到，故5-4的焓降蔚大于2-3的焓降。也天就是在前一级有损失的情况
小
下，本级进口温度升高，级的理想比焓降稍有增大，这就是：重热现象。
小
服 使
蓝
客 天
蔚
轴封系统的作用是什么？ 旺 小
：
答：(1) 利用轴封漏汽加热给水或到低压处作功。 旺 服 小
宝 蓝
(2) 防止蒸汽自汽封处漏入大气； 淘 客 蔚
旺
(3) 冷却轴封，防止高压端轴封处过多一的热量传出至主轴承而造成轴承温：度过高，影响轴承安全；
旺
唯 服
(4) 防止空气漏入汽轮机真空部分。 宝
， 客
淘
何为多级汽轮机的重热现象和重热品系数？
旺
一
答：所谓多级汽轮机的重热现象 出 ，也就是说在多级汽轮机中，前面各旺级所损失的能量可以部分在以后各级中被
唯
室 宝
利用的现象。因重热现象而增加的理想焓降占，汽轮机理想焓降的百分比，称为多级汽轮机的重热系数。
作 淘
品
说明汽轮机轴封间隙过大工或过小对汽轮机分别产生什么影响一？
出
答：减小轴封漏气间隙 英 ，可以减小漏气室，提高机组效率。唯但是，轴封间隙又不能太小，以免转子和静子受热或
精 ，
振动引起径向变形场不一致时，汽封片作与主轴之间发生
品
摩擦，造成局部发热和变形。
工
什么叫余速利用职？余速在什么情况下可被全部利用出？
英
室
答：蒸汽从上一级动叶栅流出精所携带的动能，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
作
场
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
工
职
用，否则只能部分被利用。 英
精
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。
场
汽轮机在变动功况下的工作 职
说明汽轮机喷嘴配汽方式的特点
答：喷嘴配汽是依靠几个调门控制相应的调节级喷嘴来调节汽轮机的进汽量。 这种配汽方式具有如下特点：
部分进汽，e﹤1,满负荷时，仍存在部分进汽，所以效率比节流配汽低；部分负荷时，只有那个部分开启的调
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小，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，
绘图说明最简单的发电厂生产过程示意图并说明各主要设备的作用？
答：
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使
1—锅炉；2—汽轮机；3—发电机；4—凝汽器；5—给水泵 天
小
小
写出分析汽轮机变工况运行的弗里格尔公式，并说明其使用的条件。 使
蓝
天
蔚
G P 2 −P 2 小
答：弗留格尔公式为： 1 = 01 g1 。 ： 小
G p 2 − p 2 服 蓝 使
0 g 客 天
蔚
使用条件为：保持设计工况和变工况下通汽面积旺不变。若由于其他原因，使通汽面小积发生改变时应进行修
：
正；同一工况下，各级的流量相等或成相同的比例 旺 关系；流过各级服的汽流为一股均质小流（调节级不能包括在级
宝 蓝
组内）。 淘 客 蔚
旺
一 ：
旺
唯 服
何种工况为调节级的最危险工况，为什么？ 宝
， 客
淘
答：调节级最危险工况为：第一调品节汽门全开，而其他调节汽门全关的旺情况。
一
当只有在上述情况下，不仅⊿ 出 hI最大，而且，流过第一喷嘴组的旺流量是第一喷嘴前压力等于调节汽门全开
室 t 唯 宝
时第一级前压力情况下的临界流量，是第一喷，嘴的最大流量，这段流量集中在第一喷嘴后的少数动叶上，使每
作 淘
品
片动叶分摊的蒸汽流量最工大。动叶的蒸汽作用力正比于流量和一比焓降之积，因此此时调节级受力最大，是最危
出
险工况。 英 室 唯
精 ，
场
作
品
工
简述汽轮机初压职不变，初温变化对汽轮机经济性和出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
英
室
高时，为什么说末级叶片危险精性最大？
作
场
答：初温不变，初压升高过多，将使主蒸汽工管道、主汽门、调节汽门、导管等承压部件内部应力增大。若调节
职
汽门开度不变，则除压升高，致使新汽比英容减小、蒸汽流量增大、功率增大、零件受力增大。各级叶片的受力
精
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
场
时末级运行安全性危险。同时，流职量增大还将使轴向推力增大。
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，c 〈c ,w 减为w ，动叶进口实际有效相对速度为w ',若反动度
11 1 1 11
11
w c
不变，则 21 〈 11 ；在喷嘴出口面积和动叶出口面积不变的情况下，喷嘴叶栅中以流出的汽流，来不及以的速
w c
2 1
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c
11
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减小，w 增大，减轻动叶栅汽道的阻塞。
21
C 11 W ’
11
W
C
1
11
W
u 1
w c 使
当比焓降增大时，则有 21〉 11 ，故由上可知反动度降低。
天
w c
2 1 小
小
使
蓝
天
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蔚行哪一种运行方式对变负荷的适应性好。
小
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 ABC、ABC 是定压运行机
小 1 1 1 1 2 2
服 使
组 100%设计工况和 75%设计负荷的热力过程线，曲线 AD、AD 为滑压运蓝行相应工况热力过程线。由图可见，
客1 1 2 2 天
蔚
定压运行时排汽温度下降近 60 度，表明高压缸各级旺的温度变化较大，热应力和热变形小较大，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 旺 320度左右，即服负荷变化时，高压小缸热应力和热变形很小，
宝 蓝
从而增强了机组调峰的灵活性和安全性。 淘 客 蔚
旺
一 ：
唯
旺 t=5400
服
， P 0 A 2 宝 客
A 淘
品1 旺
一
出 旺
唯
室 宝
，
作 淘
品
工 一
出B
英 1 唯
室
精 B 2 ，
作
场 品
工
职 出
英
室
t=3200
精
作
场 D 1 工 D 2
职 C
英1
t=2620
精
C
h 场 2
职
s
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。
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
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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。
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。
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
使
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
天
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，小级内效率降低。而且速度比偏离最佳值
小
愈远，级内效率愈低。 使
蓝
（2）末级组：其特点是级前蒸汽压力与其流量的关系不能蔚简化为正比关系，天且级组内级数较少。由于在
小
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，
小
服 使
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，级内理想蓝焓降减小，而且末级的压力比和理想
客 天
蔚
焓降变化最大。级的速度比和反动度随理想焓降的减旺小而增大，速度比偏离最佳值，级小效率相应降低。
：
（3）调节级：调节级前后压力比随流量的改 旺 变而改变，其理服想焓降亦随之变化小。当汽轮机流量减小时，
宝 蓝
调节级的压力比逐渐减小，调节级焓降逐渐增淘大。在第一调节阀客全开而第二调节
蔚
阀刚要开启时，级的压力比最
旺
小，故此时调节级理想焓降达到最大值。级一的理想焓降增大，其速度比和反动：度随之减小，速度比偏离最佳值，
旺
唯 服
级效率相应降低。 宝
， 客
淘
主蒸汽压力变化，对机组安全经济品运行有何影响？
旺
一
答：在初压变化时，若保持调节 出 阀开度不变，此时除少数低压级之外旺，绝大多数级内蒸汽的理想焓降不变，故
唯
室 宝
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
作 淘
品
汽量与初压的变化成正比工，由于此时汽轮机内蒸汽的理想焓降一随初压升高而增大，机组功率的相对变化大于机
出
组进汽量的相对变化。 英 对于不同背压的室级组，背压越高，唯初压改变对功率的影响越大。
精 ，
当主蒸汽温度场不变，主蒸汽压力作升高时，蒸汽的
品
初焓减小；此时进汽流量增加，回热抽汽压力升高，给水
工
温度随之升高，职给水在锅炉中的焓升减小，一公斤出蒸汽在锅炉内的吸热量减少。此时进汽量虽增大，但由于进
英
室
汽量的相对变化小 于机组功率精的相对变化，故热耗率相应减小，经济性提高，反之亦然。
作
场
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
工
职
汽轮机的内效率略有降低。虽然初压升高英使循环效率增高，但经济性不如调节阀开度不变的工况。
精
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
场
节流损失大于喷嘴调节。初压升高职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。
汽轮机的凝汽设备
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汽轮机在负荷不变的情况下运行，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：
（1） 冷却水量缓慢减少
（2） 冷却水管结垢或脏污
（3） 冷却水温缓慢升高
（4） 凝汽器的真空系统漏入空气
（5） 抽气器效率下降
（6） 部分冷却水管被堵
画图并说明汽轮机凝汽设备的组成及其任务。
答：汽轮机凝汽设备的组成图如下所示：
抽气器工作介质 汽轮机排汽 使
天
小
1 小
使
蓝
冷却水
蔚
天
小
2
：
小
服 使
蓝
汽气混合 客 天
蔚
旺 小
4 3 旺 服
：
小
宝 蓝
淘
客
蔚
旺
一 ：
凝结水
唯
旺
服
宝
， 客
淘
1——凝汽器；2——抽气器；品3——循环水泵；4——凝结水泵
旺
一
出 旺
唯
室 宝
任务：(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；
作 淘
品
(2) 将汽轮机的排工汽凝结成洁净的凝结水，回收工质一
出
试述凝汽器的最佳真空 英 是如何确定的。室 唯
精 ，
答：在其它条件不场变的情况下，如增作加冷却水量，则
品
凝汽器的真空就会提高，汽轮发电机组输出的功率就会增
工
加，但同时循环职水泵的耗功也会增加，当汽轮发电出机组输出功率的增加量与循环水泵耗功的增加量之差达到最
英
室
大时，就说凝汽器 达到了最佳精真空。也就是说，凝汽器的最佳真空是由汽轮发电机组输出功率的增加量与循环
作
场
水泵耗功的增加量之 差来确定的。
工
职
英
精
在冷却水量一点的前提下，当汽轮机负荷减小时，凝汽器真空将如何变化？为什么？
场
答：凝汽器内压力 P，近似认为职等于蒸汽分压力 P，可由蒸汽凝结温度 t 确定。当冷却水量 D 一定时，Δt=
c s s w
α
αD，则蒸汽负荷降低时，α是常数，Δt正比于D 降低；另外，由δt = D 得，当D 一定，α是常
c c AK c w
c
e4187D w −1
数时，δt随 D 的降低而减小；在水温不变的情况下，可知 t=δt+Δt+t 减小，则蒸汽分压力降低，由总压力
c s w1
P 与P 近似相等可知，此时凝汽器内压力降低，真空升高。
c s
凝汽器中空气的主要来源有哪些？空气的存在对凝汽器的工作有什么影响？
答：空气的来源有：新蒸汽带入汽轮机的空气；处于真空状态下的低压各级与相应的回热系统、排汽缸、凝汽
设备等不严密处漏入的。
空气的危害有：空气阻碍蒸汽放热，使传热系数降低，从而使δt升高，真空降低；空气分压力 P 使 P 升
a c
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高，使真空降低；空气使凝结水过冷度增大；凝结水中溶入氧量增大，使管道腐蚀加剧。
画出表面式凝汽器中蒸汽和冷却水的温度沿冷却面的分布曲线，标注曲线上各特征端点的符号，并注释符号的
意义。
答：温度分布曲线为：
蒸汽
t
δt
水
⊿t t 使
t s
w2 天
小
小
t w1 蓝 使
天
蔚
： A 小
A c 服
蓝
小 使
客 天
蔚
其中，t s 表示蒸汽凝结温度，且t s =⊿t +t w1 +δ旺t ；t w1 表示冷却 ： 水进口处温度，t w小2 表示冷却水出口温度，
⊿t = t
w2
- t
w1
，为冷却水温升; δt为凝汽器端
宝
差 旺 ；A
c
表示凝汽器服总传热面积。
蓝
小
淘
客
蔚
旺
什么是凝结水的过冷度？过冷度太大对机组一运行有何危害？在凝汽器设计和运：行中如何减小过冷度？
旺
唯 服
答：（1）凝结水的温度比凝汽器喉部压力下的饱和温度低宝的数值，称为凝汽器的过冷度。
， 客
淘
（2）当过冷度很大时，真品空降低，凝结效果较差；同时，过
旺
冷度增大还会使凝结水中含氧量增大，
一
增加了对低压管道的腐蚀。 出 旺
唯
室 宝
（3）为减小凝汽器的过冷度，设，计凝汽器时力求冷却水管束排列合理，加强凝汽器的密封性；
作 淘
品
机组运行时，选用合适的工抽气器并监视确保正常工作，减少漏一入空气，避免气阻增大，同时还要保证凝结水水
出
位不至过高，使凝汽器 英 处于较好的工作室状态。 唯
精 ，
场
作
品
工
机组运行对凝汽职器的要求有哪些？ 出
英
室
答：（1）从提高凝 汽器的热经精济性角度提出的要求：传热效果好；过冷度小；汽阻小。
作
场
（2）从保证机组 长期安全运行角度提出的要求：凝汽器的密封性要好；冷却水管应具有足够的抗腐蚀性；
工
职
减少凝结水中的含氧量。 英
精
（3）从节省配套设备耗能的角度提出的要求：尽量减轻抽气器的负荷；水阻要小。
场
职
从保证机组长期安全运行角度对凝汽器提出了什么要求？
答：（1）凝汽器的密封性要好；
（2）冷却水管应有足够的抗腐蚀能力；
（3）要减小凝结水中的含氧量。
凝汽设备运行状态的优劣集中表现在哪几个方面？
答：凝汽器内是否保持在最佳真空；
凝结水的过冷度是否最小；
凝结水的品质是否合格。
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凝汽器的热力特性指什么？
答：凝汽器压力随进入凝汽器的蒸汽量 Dc、进入凝汽器的冷却水量 Dw 和冷却水进入凝汽器时的进口温度的变
化而变化的规律，称为凝汽器的热力特性。
凝汽设备中抽气器的任务是什么?其主要类型有哪些？
答：凝汽设备中抽气器的任务是：
（1）在机组启动时使凝汽器内建立真空；
（2）在机组正常运行时不断地抽出漏入凝汽器的空气，以保证凝汽器的正常工作。
抽汽器的主要类型有：射水式抽汽器、射汽式抽汽器和水环式真空泵。
汽轮机的级可分为哪几类？各有何特点？
答：根据蒸汽在汽轮机内能量转换的特点，可将汽轮机的级分为纯冲动级、反 动级、带反动度的冲动级和复速
使
级等几种。
天
各类级的特点： 小
小
（1）纯冲动级：蒸汽只在喷嘴叶栅中进行膨胀，而在动叶栅中蒸汽不膨胀。它使仅利用冲击力来作功。在
蓝
这种级中：p = p；∆h =0；Ω=0。 蔚 天
1 2 b m
小
（2）反动级：蒸汽的膨胀一半在喷嘴中进行，一半在动：叶中进行。它的动叶栅中不仅存在冲击力，蒸汽
小
服 使
在动叶中进行膨胀还产生较大的反击力作功。反动级的流动效率高于纯冲蓝动级，但作功能力较小。在这种级中：
客 天
蔚
p 1 > p 2 ；∆h n ≈∆h b ≈0.5∆h t ；Ω m =0.5。 旺 ： 小
（3）带反动度的冲动级：蒸汽的膨胀大部分 旺 在喷嘴叶栅中进服行，只有一小部分小在动叶栅中进行。这种级
宝 蓝
兼有冲动级和反动级的特征，它的流动效率高淘于纯冲动级，作功能客力高于反动级。在
蔚
这种级中：p
1
> p
2
；∆h
n
>∆h
b
>0；
旺
Ω=0.05～0.35。 一 ：
m 旺
唯 服
（4）复速级：复速级有两列动叶，现代的复速级都宝带有一定的反动度，即蒸汽除了在喷嘴中进行膨胀外，
， 客
淘
在两列动叶和导叶中也进行适当的品膨胀。由于复速级采用了两列动叶栅
旺
，其作功能力要比单列冲动级大。
一
出 旺
唯
室 宝
轴封系统的作用是什么？ ，
作 淘
答：(1) 利用轴封漏汽加工热给水或到低压处品作功。
一
出
(2) 防止蒸汽自汽英封处漏入大气； 唯
室
精 ，
(3) 冷却轴封，防止高压端轴封作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；
场 品
工
(4) 防止空职气漏入汽轮机真空部分。 出
英
室
精
作
何种工况为调节级的最危险场工况，为什么？
工
职
答：调节级最危险工况为：第一调节汽门英全开，而其他调节汽门全关的情况。
当只有在上述情况下， 不仅⊿hI最精大，而且，流过第一喷嘴组的流量是第一喷嘴前压力等于调节汽门全开
t
场
时第一级前压力情况下的临界 流量，是第一喷嘴的最大流量，这段流量集中在第一喷嘴后的少数动叶上，使每
职
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，因此此时调节级受力最大，是最危
险工况。
什么是汽轮机的最佳速比？并应用最佳速度比公式分析，为什么在圆周速度相同的情况下，反动级能承担的焓
降或做功能力比纯冲动级小？
答：轮周效率最大时的速度比称为最佳速度比。
cosα
对于纯冲动级， ( χ ) = 1 ；反动级 ( χ ) =cosα；在圆周速度相同的情况下，
1 ΟΡ 2 1 ΟΡ 1
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2
c 2 1 u 2 1 u
纯冲动级△h= a = =
t
2 2 χ 2 1
a cosα
2 1
c 2 1 u 2 1 u 2 1 u 2
反动级△h= a = = 2× = 2×
t
2 2 χ 2c 2cosα
a 1 1
由上式可比较得到，反动级能承担的焓降或做功能力比纯冲动级小。
简答多级汽轮机每一级的轴向推力是由哪几部分组成的？平衡汽轮机的轴向推 力可以采用哪些方法？
使
答：多级汽轮机每一级的轴向推力由
天
（1）蒸汽作用在动叶上的轴向力 小
小
（2）蒸汽作用在叶轮轮面上的轴向力 使
蓝
（3）蒸汽作用在转子凸肩上的轴向力 蔚 天
小
（4）蒸汽作用隔板汽封和轴封套筒上的轴向推力组成。：
小
服 使
平衡汽轮机的轴向推力可以采用： 蓝
客 天
蔚
（5） 平衡活塞法； 旺 小
：
（6） 对置布置法； 旺 服 小
宝 蓝
（7） 叶轮上开平衡孔； 淘 客 蔚
旺
（8） 采用推力轴承。 一 ：
旺
唯
宝
服
， 客
为什么采用多级汽轮机能提高效率？ 淘
品 旺
一
答：多级汽轮机效率大大提高。出主要因为： 旺
唯
室 宝
（1）循环热效率提高。多级汽轮机可采用，较高的初参数和较低的终参数，并可采用给水回热和再热等手
作 淘
段，使循环热效率提高。工 品
一
出
（2）相对内效率提高。英 唯
室
精 ，
a) 多级汽轮机可使各级都设计在作最佳速比附近工作，各级相对内效率都较高；
场 品
工
b) 在一定职条件下，各级余速可部分或全部利用出，使相对内效率提高；
英
c) 多级汽轮机 所具有的精重热现象也使整机的室相对内效率提高。
作
场
工
职
英
精
场
职
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