汽轮机习题.doc

概念1.速度比和最佳速比：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。3.汽轮机的级：汽轮机的级是汽轮机中由一列静叶栅和一列动叶栅组成的将蒸汽热能转换成机械能的基本工作单元。4.轮周功率：单位时间内蒸汽推动叶轮旋转所作出的机械功。5.级的轮周效率：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。6.滞止参数：具有一定流动速度的蒸汽，如果假想蒸汽等熵地滞止到速度为零时的状态，该状态为滞止状态，其对应的参数称为滞止参数。7.临界压比：汽流达到音速时的压力与滞止压力之比。8.级的相对内效率：级的相对内效率是指级的有效焓降和级的理想能量之比。9.喷嘴的极限膨胀压力：随着背压降低，参加膨胀的斜切部分扩大，斜切部分达到极限膨胀时喷嘴出口所对应的压力10.级的反动度：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。11.余速损失：汽流离开动叶通道时具有一定的速度，且这个速度对应的动能在该级内不能转换为机械功，这种损失为余速损失。12.临界流量：喷嘴通过的最大流量。13.漏气损失：汽轮机在工作中由于漏气而产生的损失。14.部分进汽损失：由于部分进汽而带来的能量损失。15.湿气损失：饱和蒸汽汽轮机的各级和普通凝汽式汽轮机的最后几级都工作与湿蒸汽区，从而对干蒸汽的工作造成一种能量损失称为湿气损失。17.级的部分进汽度 ：装有喷嘴的弧段长度与整个圆周长度的比值。18.汽轮发电机组的循环热效率：每千克蒸汽在汽轮机中的理想焓降与每千克蒸汽在锅炉中所吸收的热量之比称为汽轮发电机组的循环热效率。19.热耗率：每生产1kW.h电能所消耗的热量。20.发电机组的汽耗率：汽轮发电机组每发1KWh电所需要的蒸汽量。21.汽轮机的极限功率：在一定的初终参数和转速下，单排气口凝汽式汽轮机所能发出的最大功率。22.汽轮机的相对内效率：蒸汽实际比焓降与理想比焓降之比。23.汽轮机的绝对内效率：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。24.汽轮发电机组的相对电效率 ：1千克蒸汽所具有的理想比焓降中最终被转化成电能的效率称为汽轮发电机组的相对电效率。25.汽轮发电机组的绝对电效率：1千克蒸汽理想比焓降中转换成电能的部分与整个热力循环中加给1千克蒸汽的热量之比称为绝对电效率。26.轴封系统：端轴封和与它相连的管道与附属设备。27.叶轮反动度 ：各版和轮盘间汽室压力与级后蒸汽压力之差和级前蒸汽压力与级后压力之差的比值。28.进汽机构的阻力(节流)损失：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，称为进汽机构的阻力（节流）损失。29.多级汽轮机的重热现象：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。30.重热系数：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。31.凝汽器的极限真空 ：凝汽器真空达到末级动叶膨胀极限压力下的真空时，该真空称为凝汽器的极限真空。32.滑压运行：调节汽门全开或开度不变，根据负荷大小调节进入锅炉的燃料量，给水量和空气量，使锅炉出口蒸汽压力和流量随负荷而变化，维持出口蒸汽温度不变的运行方式。（分为纯滑压方式，节流滑压方式，复合滑压方式）33.汽耗微增率：每增加单位功率需多增加的汽耗量。34.空载汽耗：汽轮发电机组保持空转时为克服机械损失所消耗的蒸汽量。35.汽轮机的工况图：汽轮机发电机组的功率与汽耗量间的关系曲线。36.级的临界工况：级内的喷嘴叶栅和动叶栅两者之一的流速达到或超过临界速度。37.级的亚临界工况：级内喷嘴和动叶出口气流速度均小于临界速度。38.级组：流量相等而依次串联排列的若干级称为一个级组。39.级组的临界工况：级组内至少有一列叶栅的出口流速达到或超过临界速度。40.汽轮机的变工况：汽轮机在偏离设计参数的条件下运行，称为汽轮机的变工况。41.阀点：阀门全开的状态点，汽流节流损失最小，流动效率最高的工况点。42.抽气效应：喷嘴中流出的高速气流在叶根处对隔板与叶轮间腔室内的蒸汽产生抽吸作用，其效应相当于增大腔室中的压力。44.节流配汽：进入汽轮机的所有蒸汽都通过一个调节汽门，然后进入汽轮机的配汽方式。 节流配汽特点：1）负荷小于额定值时，所有蒸汽节流。 2）同样复合下，背压越高，节流效率越低。46.抽汽器型式： 射汽抽汽器、 射水抽汽器和 水环式真空泵 47.评价凝汽器优劣的指标有 真空 ， 凝结水过冷度 ， 凝结水含氧量 ， 水阻 ， 空冷区排出的汽气混合物的过冷度 。48.凝汽器的冷却（循环）倍率：进入凝汽器的冷却水量与进入凝汽器的蒸汽量的比值称为凝汽器的冷却倍率。49.凝汽器的过冷度：凝结水的温度比凝汽器喉部压力下的饱和温度低的数值，称为凝汽器的过冷度。50.汽阻：凝汽器入口压力与空气抽出口的压力的差值。51.水阻：凝汽器冷却水入口压力与冷却水出口压力差值。52.多压凝汽器：有两个以上排气口的大容量机组的凝汽器可制成多压凝汽器，汽侧有密封的分隔板隔开。53.凝汽器真空：当地大气压与凝汽器内绝对压力的差值。54.最佳真空：在其它条件不变的情况下，如增加冷却水量，则凝汽器的真空就会提高，汽轮发电机组输出的功率就会增加，但同时循环水泵的耗功也会增加，当汽轮发电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大时，即凝汽器达到了最佳真空。55.静应力：稳定工况下不随时间变化的应力。56.动应力：周期性激振力引起的振动应力。57.激振力产生原因：1）叶栅尾迹扰动 2）结构扰动58.临界转速：启动或停机过程中出现振幅峰值的转速，称为临界转速。合拍：当自振频率等于激振力频率或前者是后者的整数倍而共振时，称为两者合拍。59.调频叶片：对于有些叶片要求其某个主振型频率与某类激振力频率避开才能安全运行，这个叶片对这一主振型称为调频叶片。60.不调频叶片：对有些叶片允许其某个主振型频率与某类激振力频率合拍而处于共振状态下长期运行，不会导致叶片疲劳破损，这个叶片对这一主振型成为不调频叶片。62.安全倍率：表征叶片抵抗疲劳破坏的系数。63.叶片的动频率：考虑离心力影响后的叶片震动频率。64.热应力：汽轮机主要零件不能按照温度的变化规律进行自由胀缩，即热变形受到约束，则在零件内部引起应力，这种由温度引起的应力称为热应力。65.热变形：零部件由于温度变化而产生的膨胀或收缩变形称为热变形。66.热应力产生条件：1）有温度变化（必有热变形） 2）热变形受到限制70.调速系统的迟缓率：在同一功率下，转速上升过程与转速下降过程的特性曲线之间的转速差和额定转速之比的百分数，称为调节系统的迟缓率。71.调节系统的静态特性：在稳定状态下，汽轮机的功率与转速之间的关系。72.速度变动率：汽轮机空负荷时所对应的最大转速和额定负荷时所对应的最小转速之差，与汽轮机额定转速之比。73.动态超调量：汽轮机甩全负荷时，其转速在过渡过程中的最大转速与最后的稳定转速之差称为转速超调量。74.速度调节：根据汽轮机的转速来控制调节汽门的开度。简答1.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。 （8分）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：/ =（）im/（）re=（）/=/=1/2上式说明反动级的理想焓降比冲动级的小一倍2.分别说明高压级内和低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；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。3.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。4.汽轮机级内有哪些损失？答：汽轮机级内的损失有：喷嘴损失、动叶损失、余速损失、叶高损失、叶轮摩擦损失、部分进汽损失、漏汽损失、扇形损失、湿气损失9种。5.指出汽轮机中喷嘴和动叶的作用。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械功。6.据喷嘴斜切部分截面积变化图，请说明：（1） 当喷嘴出口截面上的压力比p1/p0大于或等于临界压比时，蒸汽的膨胀特点；（2） 当喷嘴出口截面上的压力比p1/p0小于临界压比时，蒸汽的膨胀特点。 答：（1）p1/p0大于或等于临界压比时，喷嘴出口截面AC上的气流速度和方向与喉部界面AB相同，斜切部分不发生膨胀，只起导向作用。 （2）当喷嘴出口截面上的压力比p1/p0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，且气流的方向偏转一个角度。7.什么是速度比？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。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。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m=0，则其轮周效率可表示为：u=2 叶型选定后，、1、1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。8.余速利用对最佳速比与轮周效率关系的影响：1）增大了轮周效率 2）最佳速比附近轮轴效率敏感度下降，提高了适应工况变化的能力3）使速比向增大方向移动4）使轮周效率失去了对应于最高点的基本对称性 9.什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。 对于纯冲动级，；反动级；在圆周速度相同的情况下，纯冲动级ht= 反动级ht= 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。10.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，并比较它们的效率及作工能力。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，只有少部分发生在动叶中；反动级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高，高速气流流经第一列动叶作功后其具有余速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。 作功能力：复速级最大，冲动级次之，反动级最小； 效率：反动级最大，冲动级次之，复速级最小。12.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。14.影响叶型损失的主要因素，分析节距对损失的影响。影响叶型损失的组要因素有进气角，相对节距，气流马赫数。节距增大时，腹面对气流约束减弱，背面出口段扩压范围和扩压程度增大，使叶型损失增大。节距减小时，单位流量摩擦增厚，出口边相对厚度增加，尾迹损失增大。15.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？ 答：多级汽轮机每一级的轴向推力由（1）蒸汽作用在动叶上的轴向力（2）蒸汽作用在叶轮轮面上的轴向力（3）蒸汽作用在转子凸肩上的轴向力（4）蒸汽作用隔板汽封和轴封套筒上的轴向推力组成。 平衡汽轮机的轴向推力可以采用：（1） 平衡活塞法；（2）相反流动布置法16.大功率汽轮机为什么都设计成多级汽轮机（多级汽轮机的优点）？在h-s图上说明什么是多级汽轮机的重热现象？答：（1）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。（2）如下图： 32154P3T2T1P2P1第一级存在损失，使第二级进口温度由T1升高到T1，故5-4的焓降大于2-3的焓降。也就是在前一级有损失的情况下，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。18.轴封系统的作用，组成及特点是什么？ 答：作用：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。组成：轴封，供气母管及均压箱，轴封调节器，轴封加热器和轴封抽气器等。特点：轴封分成多段多室，与大气环境接近的腔室的压力由抽气器或风机维持略低于大气压力，紧邻的腔室压力由压力调节器维持略高于大气压力，从而保证蒸汽不外泄，空气不内漏20.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：1）部分进汽，e1,满负荷时，仍存在部分进汽，所以效率比节流配汽低；2）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，21.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。答：弗留格尔公式为：。使用条件为：保持设计工况和变工况下通汽面积不变。若由于其他原因，使通汽面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关系；流过各级的汽流为一股均质流（调节级不能包括在级组内）。22. 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。 shA1A2D1D2C2C1B1B2P0t=5400t=3200t=262024.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。25.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。背压式与凝汽式相同。27.节流配汽与喷嘴配气比较：节流配汽：优点：没有调节级，结构简单，制造成本较低，定压运行工况变化时，各级温度变化较小，对负荷变化适应性较好。 缺点：部分负荷时，节流损失较大，效率较低。28.喷嘴配气：优点：部分负荷时效率较高。 缺点：变工况时，温度变化较大，引起的热应力较大。29.定滑定运行方式的优点：汽轮机采用喷嘴配汽，高负荷区域内进行定压运行，用启闭调节汽门来调节负荷，汽轮机组初压较高，循环热效率较高，且负荷偏离设计值不远，相对内效率也较高。较低负荷区域内仅全关最后一个，两个或三个调节汽门，进行滑压运行，这是没有部分开启汽门，节流损失相对最小，全机相对内效率接近设计值，负荷急剧增减时，可启闭调节汽门进行应急调节。在滑压运行的最低负荷点之下又进行初压水平较低的定压运行，以免经济性降低太多。26.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30.什么是凝结水的过冷度？过冷度太大对机组运行有何危害？在凝汽器设计和运行中如何减小过冷度？答：（1）凝结水的温度比凝汽器喉部压力下的饱和温度低的数值，称为凝汽器的过冷度。 （2）当过冷度很大时，真空降低，凝结效果较差；同时，过冷度增大还会使凝结水中含氧量增大，增加了对低压管道的腐蚀。 （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；机组运行时，选用合适的抽气器并监视确保正常工作，减少漏入空气，避免气阻增大，同时还要保证凝结水水位不至过高，使凝汽器处于较好的工作状态。31.影响凝汽器内压力（真空）的因素：1） 冷却水进口温度（影响因素：环境因素，冷却塔的冷却效果，水热回流情况，热风在循环情况）2） 冷却水温升（影响因素：汽轮机排气量，冷却水量）3） 凝汽器端差（影响因素：冷却面积，传热系数）传热系数影响因素：结垢情况和凝汽器内空气含量32.凝汽器的传热过程及各过程影响因素：1） 管外凝结放热（影响因素：水膜厚度，汽侧空气含量）2） 管壁导热（影响因素：管壁厚度和材质，管内结垢情况）3） 管内对流换热（影响因素：冷却水流速）33.产生过冷度的原因：不正常原因：1） 空气量较多2） 管束布置不合理 3） 凝结水位过高正常原因：1） 管子外表蒸汽分压低于管束之间平均蒸汽分压，使蒸汽凝汽器温度低于管束之间混合气流的温度。2） 管子外表面的水膜包括上管束淋下来的凝结水在内，受管内冷却水冷却因而使水膜平均温度低于水膜外表面的蒸汽凝结温度。3） 汽阻使管束内层压力降低，也使凝结温度降低。34.过冷度变化分析真空下降原因：真空下降伴随过冷度增大：汽侧原因：1）冷却水管束排列不合理2）抽气器失常或漏入空气增多3）凝结水位过高，淹没冷却水管真空下降，过冷度不增大：水侧原因：1）循环水量减小 2）冷却管结垢 3）凝汽器水阻大35.凝气设备的任务及组成：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； (2) 将汽轮机的排汽凝结成洁净的凝结水，回收工质组成：凝汽器，抽气器，循环水泵，凝结水泵以及他们之间的链接管道，阀门和附件等。36.抽气器的作用及类型：作用：1）机组启动时，在汽轮机内部建立真空。 2）抽取凝汽器汽侧空间的不凝结气体，以保持汽侧良好的传热状态和凝汽器真空。类型：射流式凝汽器，水环式真空泵39.简述转子临界转速的概念与物理意义。答：概念：启动或停机过程中出现振幅峰值的转速，称为临界转速。由高到低分别为第一、第二第n阶临界转速。物理意义：转速为转子横向振动的自振频率时，由于转子弯曲力与弹性回复力平衡，而偏心引起的偏心力无力平衡使振幅增大。40.为保证调频叶片的长期安全运行，应该使叶片满足哪些条件？答：调频叶片的安全准则是：（1）叶片的自振频率要避开激振力频率一定范围； （2）还要求安全倍率大于某一许用值。41.指出叶片最危险的三种共振并画出单个叶片最危险振型。答：叶片最危险的三种共振为：切向A0型振动的动频率与低频激振力频率kn合拍时的共振；切向B0型振动的动频率与高频激振力频率znn相等时的共振；切向A0型振动的动频率与znn相等时的共振。 单个叶片最危险振型为A0型: 43.转子寿命（以下两者之和）：1） 无裂痕寿命：无裂纹的心转子投入运行至转子上出现第一条宏观裂纹的工作时间。2） 裂纹扩展寿命：由初始裂纹开始在交变热应力作用下逐渐扩展到临界裂纹的工作时间。44.叶片调频方法：1）重新安装叶片，改善安装质量 2）增加叶片与围带或拉筋的链接牢固度 3）加大拉筋直径或改用空心拉筋 4）增加拉筋数目 5）改变成组叶片数目 6）增设拉筋或围带 7）叶顶钻孔 8）采用长弧围带51.说明汽轮机调节系统速度变动率过大或过小对汽轮机工作的影响。答：若速度变动率过小，即曲线很平坦，则在不打得转速变化范围内，机组负荷的变化很大，机组进汽量的变化也相应很大，机组内部各部件的受力、温度应力等变化也很大，可能损坏部件；同时速度变动率过大，负荷的较小变化都会引起速度的很大幅度的变化，不利于机组的超速保护，而影响机组的安全运行。52.简述旁路系统的作用是什么？答：（1）当汽轮机负荷低于锅炉稳定燃烧的最低负荷时，锅炉多送出的蒸汽可通过旁路减温减压后排入凝汽器，以回收工质。 （2）当汽轮机负荷很第二是流经中间再热器的蒸汽量不足以冷却中间再热器时，绕过高压缸且经过旁路系统减温减压器冷却的蒸汽，可进入中间再热器进行冷却，起到保护中间再热器的作用。