《汽轮机原理》作业集习题及答案(专本科函授).doc 87页

'4.汽轮机的轴向位置是依靠______确定的？【D】A.靠背轮B.轴封C.支持轴承D.推力轴承5.蒸汽流动过程中，能够推动叶轮旋转对外做功的有效力是______。【C】A.轴向力B.径向力C.周向力D.蒸汽压差6.在其他条件不变的情况下，余速利用系数增加，级的轮周效率ηu【A】A.增大B.降低C.不变D.无法确定7.工作在湿蒸汽区的汽轮机的级，受水珠冲刷腐蚀最严重的部位是：【A】A.动叶顶部背弧处B.动叶顶部内弧处C.动叶根部《汽轮机原理》目录第一章汽轮机级的工作原理第二章多级汽轮机第三章汽轮机在变动工况下的工作第四章汽轮机的凝汽设备第五章汽轮机零件强度与振动第六章汽轮机调节模拟试题一模拟试题二 参考答案第一章汽轮机级的工作原理一、单项选择题1.汽轮机的级是由______组成的。【C】A.隔板+喷嘴B.汽缸+转子C.喷嘴+动叶D.主轴+叶轮2.当喷嘴的压力比εn大于临界压力比εcr时，则喷嘴的出口蒸汽流速C1【A】A.C1CcrD.C1≤Ccr3.当渐缩喷嘴出口压力p1小于临界压力pcr时，蒸汽在喷嘴斜切部分发生膨胀，下列哪个说法是正确的？【B】A.只要降低p1，即可获得更大的超音速汽流B.可以获得超音速汽流，但蒸汽在喷嘴中的膨胀是有限的 C.蒸汽在渐缩喷嘴出口的汽流流速等于临界速度CcrD.蒸汽在渐缩喷嘴出口的汽流流速小于临界速度Ccr4.汽轮机的轴向位置是依靠______确定的？【D】A.靠背轮B.轴封C.支持轴承D.推力轴承5.蒸汽流动过程中，能够推动叶轮旋转对外做功的有效力是______。【C】A.轴向力B.径向力C.周向力D.蒸汽压差6.在其他条件不变的情况下，余速利用系数增加，级的轮周效率ηu【A】A.增大B.降低C.不变D.无法确定7.工作在湿蒸汽区的汽轮机的级，受水珠冲刷腐蚀最严重的部位是：【A】A.动叶顶部背弧处B.动叶顶部内弧处C.动叶根部背弧处D.喷嘴背弧处8.降低部分进汽损失，可以采取下列哪个措施？【D】A.加隔板汽封B.减小轴向间隙C.选择合适的反动度D.在非工作段的动叶两侧加装护罩装置9.火力发电厂汽轮机的主要任务是：【B】A.将热能转化成电能B.将热能转化成机械能C.将电能转化成机械能D.将机械能转化成电能10.在纯冲动式汽轮机级中，如果不考虑损失，蒸汽在动叶通道中【C】A.相对速度增加B.相对速度降低；C.相对速度只改变方向，而大小不变D.相对速度大小和方向都不变11.已知蒸汽在汽轮机某级的滞止理想焓降为40kJ/kg，该级的反动度为0.187，则喷嘴出口的理想汽流速度为【D】 A.8m/sB.122m/sC.161m/sD.255m/s12.下列哪个说法是正确的【C】A.喷嘴流量总是随喷嘴出口速度的增大而增大；B.喷嘴流量不随喷嘴出口速度的增大而增大；C.喷嘴流量可能随喷嘴出口速度的增大而增大，也可能保持不变；D.以上说法都不对13.冲动级动叶入口压力为P1，出口压力为P2，则P1和P2有______关系。【B】A.P1＜P2B.P1＞P2C.P1＝P2D.P1=0.5P214.工作段弧长为1037mm，平均直径1100mm，该级的部分进汽度:【A】A.0.3B.0.5C.0.66D.115.汽机中反动度为0.5的级被称为：【D】A.纯冲动级B.带反动度的冲动级C.复速级D.反动级16.蒸汽在某反动级喷嘴中的滞止理想焓降为30kJ/kg，则蒸汽在动叶通道中的理想焓降为：【C】A.0kJ/kgB.15kJ/kgC.30kJ/kgD.45kJ/kg17.在反动式汽轮机级中，如果不考虑损失，则：【B】A．蒸汽在动叶通道中的绝对速度增大B．蒸汽在动叶通道中绝对速度降低C．蒸汽在动叶通道中相对速度只改变方向，而大小不变D．以上说法都不对18.假设喷嘴前的蒸汽滞止焓为3350kJ/kg，喷嘴出口蒸汽理想比焓值为3304.4kJ/kg，则喷嘴实际出口速度为【A】A.9.5m/sB.81.3m/sC.81.9m/sD.320m/s 19.关于喷嘴临界流量，在喷嘴出口面积一定的情况下，请判断下列说法哪个正确：【C】A．喷嘴临界流量只与喷嘴初参数有关B．喷嘴临界流量只与喷嘴终参数有关C．喷嘴临界流量与喷嘴压力比有关D.喷嘴临界流量既与喷嘴初参数有关，也与喷嘴终参数有关20.反动级中，若喷嘴出口汽流角=15°，当速比取下列哪个值时，该级的轮周效率最高。【D】A.0.24B.0.48C.0.6D.0.96621.在喷嘴出口方向角和圆周速度相等时，纯冲动级和反动级在最佳速比下所能承担的焓降之比为【B】A.1：2B.2：1C.1：1D.1：422.汽轮机级采用部分进汽的原因是【B】A.叶片太长B.叶片太短C.存在鼓风损失D.存在斥汽损失23.下列哪几项损失不属于叶栅损失。【C】A.喷嘴损失B.动叶损失C.余速损失D.叶高损失24.在圆周速度相同的情况下，作功能力最大的级为【C】A.纯冲动级B.带反动度的冲动级C.复速级D.反动级25.在各自最佳速比下，轮周效率最高的级是【D】A.纯冲动级B.带反动度的冲动级C.复速级D.反动级26.蒸汽在喷嘴斜切部分膨胀的条件是【A】A.喷嘴后压力小于临界压力B.喷嘴后压力等于临界压力C.喷嘴后压力大于临界压力D.喷嘴后压力大于喷嘴前压力 27.在反动级中，下列哪种说法正确【C】A.蒸汽在喷嘴中理想焓降为零B.蒸汽在动叶中理想焓降为零C.蒸汽在喷嘴与动叶中的理想焓降相等D.蒸汽在喷嘴的理想焓降小于动叶的理想焓降28.下列哪个措施可以减小叶高损失【A】A.加长叶片B.缩短叶片C.加厚叶片D.减薄叶片29.下列哪种措施可以减小级的扇形损失【C】A.采用部分进汽B.采用去湿槽C.采用扭叶片D.采用复速级30.在汽轮机工作过程中，下列哪些部件是静止不动的？【C】A叶轮B叶片C隔板D轴31.哪些措施可以减小斥汽损失？【B】A.采用扭叶片B.减少喷嘴组数C.在叶轮上开孔D.在动叶非工作弧段加装护罩32.纯冲动级内能量转换的特点是【B】A.蒸汽只在动叶栅中进行膨胀B.蒸汽仅对喷嘴施加冲动力C.喷嘴进出口蒸汽压力相等D.喷嘴理想焓降等于动叶理想焓降33.汽在叶片斜切部分膨胀的特点包括【B】A.蒸汽汽流方向不变B.其叶片前后的压力比ε＜εcrC.其叶片前后的压力比ε＞εcrD.叶片出口只能得到音速汽流34.大型气轮机低压末级的反动度一般为【D】A0B0.3C0.5D〉0.5二、填空题 1.汽轮机级内漏汽主要发生在隔板和动叶顶部。2.叶轮上开平衡孔可以起到减小轴向推力的作用。3.部分进汽损失包括鼓风损失和斥汽损失。4.汽轮机的外部损失主要有机械损失和轴封损失。5.湿气损失主要存在于汽轮机的末级和次末级。6.在反动级、冲动级和速度级三种方式中，要使单级汽轮机的焓降大，损失较少，应采用反动级。7.轮周损失包括：喷嘴损失、动叶损失、余速损失。三、简答题1．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。2．假想速比答：圆周速度u与假想全级滞止理想比焓降都在喷嘴中等比熵膨胀的假想出口速度的比值。3．汽轮机的级答：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．级的轮周效率答：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。5．滞止参数 答：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。6．临界压比答：汽流达到音速时的压力与滞止压力之比。7．级的相对内效率答：级的相对内效率是指级的有效焓降和级的理想能量之比。8．喷嘴的极限膨胀压力答：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。9．级的反动度答：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。10．余速损失答：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。11．临界流量答：喷嘴通过的最大流量。12．漏气损失答：汽轮机在工作中由于漏气而产生的损失。13．部分进汽损失答：由于部分进汽而带来的能量损失。 14．湿气损失答：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。15．盖度答：指动叶进口高度超过喷嘴出口高度的那部分叶高。16．级的部分进汽度答：装有喷嘴的弧段长度与整个圆周长度的比值。17．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：/=（）im/（）re=（）/=/／=1/2上式说明反动级的理想焓降比冲动级的小一倍18．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。 19．简述蒸汽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。20．汽轮机级内有哪些损失？造成这些损失的原因是什么？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。造成这些损失的原因：（1）喷嘴损失：蒸汽在喷嘴叶栅内流动时，汽流与流道壁面之间、汽流各部分之间存在碰撞和摩擦，产生的损失。（2）动叶损失：因蒸汽在动叶流道内流动时，因摩擦而产生损失。（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，称为余速损失。（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，对动叶栅产生制动作用，阻止叶轮的旋转，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，水滴就四处飞溅，扰乱主流，进一步加大水滴与蒸汽之间的摩擦，又损耗一部分蒸汽动能。以上这些损失称为湿汽损失。21．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。22．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。23．什么是速度比？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Ωm=0，则其轮周效率可表示为：ηu=2叶型选定后，φ、ψ、α1、β1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。24．什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。25．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。26．分别绘出纯冲动级和反动级的压力p、速度c变化的示意图。答：纯冲动级：C2P2P0C0C11P1反动级： C1P0C0P1C2P227．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。28．什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。29．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。30．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。31．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。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损失之和最小。32．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级等几种。各类级的特点：（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。它仅利用冲击力来作功。在这种级中：p1=p2；Dhb=0；Ωm=0。（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动级，但作功能力较小。在这种级中：p1>p2；Dhn≈Dhb≈0.5Dht；Ωm=0.5。（3）带反动度的冲动级：蒸汽的膨胀大部分在喷嘴叶栅中进行，只有一小部分在动叶栅中进行。这种级兼有冲动级和反动级的特征，它的流动效率高于纯冲动级，作功能力高于反动级。在这种级中：p1>p2；Dhn>Dhb>0；Ωm=0.05～0.35。（4）复速级：复速级有两列动叶，现代的复速级都带有一定的反动度，即蒸汽除了在喷嘴中进行膨胀外，在两列动叶和导叶中也进行适当的膨胀。由于复速级采用了两列动叶栅，其作功能力要比单列冲动级大。33．什么是冲击原理和反击原理？在什么情况下，动叶栅受反击力作用？答：冲击原理：指当运动的流体受到物体阻碍时，对物体产生的冲击力，推动物体运动的作功原理。流体质量越大、受阻前后的速度矢量变化越大，则冲击力越大，所作的机械功愈大。 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，称为反击力，推动物体运动的作功原理。流道前后压差越大，膨胀加速越明显，则反击力越大，它所作的机械功愈大。当动叶流道为渐缩形，且动叶流道前后存在一定的压差时，动叶栅受反击力作用。34．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。35．汽轮机的能量损失有哪几类？各有何特点？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。36．什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和，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。四、计算题1．已知汽轮机某纯冲动级喷嘴进口蒸汽的焓值为3369.3kJ/kg，初速度c0=50m/s，喷嘴出口蒸汽的实际速度为c1=470.21m/s，速度系数=0.97，本级的余速未被下一级利用，该级内功率为Pi=1227.2kW，流量D1=47T/h，求：（1）喷嘴损失为多少?（2）喷嘴出口蒸汽的实际焓？（3）该级的相对内效率？解：(1)喷嘴损失：(2)喷嘴出口蒸汽的实际焓：(3)级的相对内效率： 2．某冲动级级前压力p0=0.35MPa，级前温度t0=169°C,喷嘴后压力p1=0.25MPa,级后压力p2=0.56MPa,喷嘴理想焓降Δhn=47.4kJ/kg,喷嘴损失Δhnt=3.21kJ/kg,动叶理想焓降Δhb=13.4kJ/kg,动叶损失Δhbt=1.34kJ/kg,级的理想焓降Δht=60.8kJ/kg，初始动能Δhc0=0，余速动能Δhc2=2.09kJ/kg,其他各种损失ΣΔh=2.05kJ/kg。计算：（1）计算级的反动度Ωm（2）若本级余速动能被下一级利用的系数1=0.97，计算级的相对内效率ηri。解：级的反动度Ωm=Δhb/Δht=13.4/60.8=0.22级的相对内效率ηri=(Δht-Δhnζ-Δhbζ-Δhc2-ΣΔh)/(Δht-μ1×Δhc2)=0.923．某反动级理想焓降Δht=62.1kJ/kg，初始动能Δhc0=1.8kJ/kg,蒸汽流量G=4.8kg/s，若喷嘴损失Δhnζ=5.6kJ/kg,动叶损失Δhbζ=3.4kJ/kg，余速损失Δhc2=3.5kJ/kg，余速利用系数μ1=0.5，计算该级的轮周功率和轮周效率。解：级的轮周有效焓降Δhu=Δht*-δhn-δhb-δhc2=62.1+1.8－5.6－3.4－3.5=51.4kJ/kg轮周功率Pu=G×Δhu=4.8×51.4=246.7kW轮周效率ηu=Δhu/E0=Δhu/(Δht*－μ1×δhc2)=51.4/（62.1+1.8－0.5×0.35）=82.7%4．某级蒸汽的理想焓降为Δht=76kJ/kg，蒸汽进入喷嘴的初速度为c0=70m/s，喷嘴出口方向角α1=18°，反动度为Ωm=0.2，动叶出汽角β2=β1－6°，动叶的平均直径为dm=1080mm，转速n=3000r/min，喷嘴的速度系数=0.95，动叶的速度系数=0.94，求： (1)动叶出口汽流的绝对速度c2(2)动叶出口汽流的方向角α2(3)绘出动叶进出口蒸汽的速度三角形。解：=76+0.5×702/1000=76+2.45=78.45kJ/kg336.57m/s169.56m/s182.97m/s=28.64o0.2×78.45=15.69kJ/kg=239.39m/s121.69m/sw1w2c2c1uub2b1a2a170.54°动叶进出口蒸汽的速度三角形5．已知汽轮机某级的理想焓降为84.3kJ/kg，初始动能1.8kJ/kg，反动度0.04，喷嘴速度系数=0.96，动叶速度系数=0.96，圆周速度为171.8m/s，喷嘴出口角1=15°，动叶出口角2=1－3°，蒸汽流量G=4.8kg/s。求：（1）喷嘴出口相对速度？ （2）动叶出口相对速度？（3）轮周功率？解：(1)kJ/kg，kJ/kg，，u=171.8m/skJ/kgm/s喷嘴出口相对速度:m/s(2)动叶出口相对速度:m/s(3)轮周功率:6．已知喷嘴进口蒸汽焓值h0=3336kJ/kg，蒸汽初速度c0=70m/s；喷嘴后理想焓值h1t=3256kJ/kg，，喷嘴速度系数=0.97。试计算(1)喷嘴前蒸汽滞止焓(2)喷嘴出口实际速度解：（1）喷嘴进口动能：⊿hc0=c02/2=702/2=2450（J/kg）=2.45kJ/kg喷嘴前蒸汽滞止焓：h0*=h0+⊿hc0=3336+2.45=3338.5(kJ/kg)(2)喷嘴出口实际速度：7．某冲动级级前压力p0=0.35MPa，级前温度t0=169°C,喷嘴后压力p1=0.25MPa,级后压力p2=0.56MPa,喷嘴理想焓降Δhn=47.4kJ/kg,喷嘴损失Δ hnt=3.21kJ/kg,动叶理想焓降Δhb=13.4kJ/kg,动叶损失Δhbt=1.34kJ/kg,级的理想焓降Δht=60.8kJ/kg，初始动能Δhc0=0，余速动能Δhc2=2.09kJ/kg,其他各种损失ΣΔh=2.05kJ/kg。计算：（1）计算级的反动度Ωm（2）若本级余速动能被下一级利用的系数μ1=0.97，计算级的相对内效率ηri。解：级的反动度Ωm=Δhb/Δht=13.4/60.8=0.22级的相对内效率ηri=(Δht-Δhnζ-Δhbζ-Δhc2-ΣΔh)/(Δht-μ1×Δhc2)=0.928．凝汽式汽轮机的蒸汽初参数：P0=8.83MPa，温度t0=530℃，汽轮机排汽压力Pc=0.0034MPa，全机理想焓降ΔHt=1450kJ/kg，其中调节级理想焓降ΔhtI=209.3kJ/kg，调节级相对内效率ηIri=0.5，其余各级平均相对内效率ηIIri=0.85。假定发电机效率ηg=0.98，机械效率ηm=0.99。试求：(1)该级组的相对内效率。(2)该机组的汽耗率。(3)在h~s(焓~熵)图上绘出该机组的热力过程线。解：（1）因为调节级效率ηIri=0.5=ΔhiI／ΔhtI所以调节级有效焓降：ΔhiI=0.5×ΔhtI=104.65kJ/kg其余各级的有效焓降：ΔHiII=ηIIri×ΔHtII其中：ΔHtII=ΔHt－ΔhtI=1450－209.3=1240.7kJ/kg∴ΔHiII=ηIIri×ΔHtII=0.85×1240.7=1054.6kJ/kghsΔhtIΔHtIIt0=530℃P0=8.83MPaPc=0.0034MPa故整机的相对内效率：ηri=（ΔhiI+ΔHiII）／ΔHt=1159.25／1450=79.9%（2）机组的汽耗率：d=3600／(ΔHt·ηri·ηg·ηm)=3600／（1124.7）=3.2kg／kW.（3）热力过程线 见右图。9．已知某级级前蒸汽入口速度C0=0.0m/s，级的理想焓降△ht=78.0kJ/kg，级的反动度Ω=0.3，1=12°，2=18°，圆周速度u=178m/s,喷嘴速度系数=0.97，动叶速度系数=0.9，余速利用系数0=1.0。（1）计算动叶进出口汽流绝对速度及相对速度。（2）画出动叶进出口速度三角形。（3）画出该级热力过程线并标注各符号。解:(1)=（1-0.3）×78=54.6kJ/kgm/sm/s=149.4m/s=194.7m/s=55.1m/s(2)动叶进出口速度三角形：W2C1uuC2W1P0(3)该级热力过程线： shP1P210．已知某级G=30Kg/s，c0=0.0，w1=158m/s，c1=293m/s，w2=157m/s，c2=62.5m/s，轴向排汽(α2=900),喷嘴和动叶速度系数分别为=0.95，=0.88，汽轮机转速为3000转/分。（1）计算该级的平均反动度。（2）计算轮周损失、轮周力、轮周功率和轮周效率（μ0=0，μ1=0.9）。（3）作出该级的热力过程线并标出各量。解：47.56KJ/KgKJ/Kg（1）（2）=144m/s=160喷嘴损失为：=4.64KJ/Kg 动叶损失为：KJ/Kg余速损失为：1.95KJ/Kg轮周损失为：4.64+3.59+1.95=10.18KJ/Kg轮周力为：Fu==851N（3）热力过程线为：sP1P2h11．已知汽轮机某级喷嘴出口速度c1=275m/s，动也进、出口速度分别为w1=124m/s、w2=205m/s，喷嘴、动叶的速度系数分别为=0.97,=0.94，试计算该级的反动度。解：=40.187KJ/Kg=23.78KJ/Kg=16.1KJ/Kg 第二章多级汽轮机一、单项选择题1.汽轮机的轴向位置是依靠______确定的？【D】A.靠背轮B.轴封C.支持轴承D.推力轴承2.为减小排汽压力损失提高机组经济性，汽轮机的排汽室通常设计成：【D】A.等截面型B.渐缩型 C.缩放型D.渐扩型3.目前，我国火力发电厂先进机组的绝对电效率可达【B】A.30%左右B.40%左右C.50%左右D.80%左右4.下列说法正确的是【A】A.增加轴封齿数可以减少轴封漏汽B.减少轴封齿数可以减少轴封漏汽C.加大轴封直径可以减少轴封漏汽D.以上途径都不可以5.在多级汽轮机中，全机理想比焓降为1200kJ/kg，各级的理想比焓降之和为1242kJ/kg，则重热系数为【D】A.0.5%B.1.5%C.2.5%D.3.5%6.汽轮机的进汽节流损失使得蒸汽入口焓【C】A.增大B.减小C.保持不变D.以上变化都有可能7.现代汽轮机相对内效率大约为【C】A.30%~40%B.50%~60%C.90%左右D.98%~99%8.评价汽轮机热功转换效率的指标为【C】A.循环热效率B.汽耗率C.汽轮机相对内效率D.汽轮机绝对内效率9.在多级汽轮机中重热系数越大，说明【A】A.各级的损失越大B.机械损失越大C.轴封漏汽损失越大D.排汽阻力损失越大10.关于多级汽轮机的重热现象，下列哪些说法是不正确的？【A】A.设法增大重热系数，可以提高多级汽轮机的内效率B.重热现象是从前面各级损失中回收的一小部分热能C.重热现象使得多级汽轮机的理想焓降有所增加 D.重热现象使机组的相对内效率大于各级的平均相对内效率11.哪些指标可以用来评价不同类型汽轮发电机组的经济性？【A】A.热耗率B.汽耗率C.发电机效率D.机械效率二、填空题1.压力反动度是指喷嘴后与级后蒸汽压力之差和级前与级后压力之差之比。2.某机组在最大工况下通过的蒸汽流量G=130.2T/h，得到作用在动叶上的轴向推力ΣFz1=104339N，作用在叶轮上的轴向推力ΣFz2=56859N,作用在各凸肩上的轴向推力ΣFz3=-93901N，则机组总的轴向推力为67297N3.在多级汽轮机中，全机理想比焓降为1200kJ/kg，各级的理想焓降之和为1230kJ/kg，则重热系数为2.5%。4.减小汽轮机进汽阻力损失的主要方法是：改善蒸汽在汽门中的流动特性。5.汽轮机损失包括级内损失和进汽阻力损失，排气损失，轴端漏气损失，机械摩擦损失。6.汽轮发电机组中，以全机理想比焓降为基础来衡量设备完善程度的效率为相对效率以整个循环中加给1kg蒸汽的热量为基准来衡量的效率为绝对效率。7.汽轮机机械效率的表达式为ηm=pe/pi8.若应用汽耗率和热耗率来评价汽轮机经济性，对于不同初参数的机组，一般采用热耗率评价机组经济性。9.考虑整个机组的经济性，提高单机极限功率的主要途径是增大末级叶片轴向排气面积。三、简答题1.汽轮发电机组的循环热效率 答：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。2.热耗率答：每生产1kW.h电能所消耗的热量。3.汽轮发电机组的汽耗率答：汽轮发电机组每发1KW·h电所需要的蒸汽量。4.汽轮机的极限功率答：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。5.汽轮机的相对内效率答：蒸汽实际比焓降与理想比焓降之比。6.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。7.汽轮发电机组的相对电效率和绝对电效率答：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。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。8.轴封系统答：端轴封和与它相连的管道与附属设备。9.叶轮反动度答：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。 10.进汽机构的阻力损失答：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，称为进汽机构的阻力损失。11.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）对置布置法；（3）叶轮上开平衡孔；（4）采用推力轴承。12.大功率汽轮机为什么都设计成多级汽轮机？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： 32154P3T2T1P2P113.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。hs节流损失t0P’0P’cPcP0排汽阻力损失 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。14.轴封系统的作用是什么？答：(1)利用轴封漏汽加热给水或到低压处作功。(2)防止蒸汽自汽封处漏入大气；(3)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；(4)防止空气漏入汽轮机真空部分。15.何为多级汽轮机的重热现象和重热系数？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。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。16.说明汽轮机轴封间隙过大或过小对汽轮机分别产生什么影响？答：减小轴封漏气间隙，可以减小漏气，提高机组效率。但是，轴封间隙又不能太小，以免转子和静子受热或振动引起径向变形不一致时，汽封片与主轴之间发生摩擦，造成局部发热和变形。17．什么叫余速利用？余速在什么情况下可被全部利用？答：蒸汽从上一级动叶栅流出所携带的动能，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用，否则只能部分被利用。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。四、计算题1．某50MW汽轮机全机理想比焓降为1428.6kJ/kg，各级的理想焓降之和为1514.57kJ/kg，求该汽轮机的重热系数为多少？ 解：根据重热系数的定义：各级的理想焓降之和/全机理想比焓降所以该多级汽轮机的重热系数为：2．一反动式汽轮机，蒸汽流量T/h,蒸汽初压MPa，初温，排汽压力MPa，排汽恰好是饱和蒸汽。全机共有14级，每级效率相同，焓降相同，重热系数。试计算各级效率、汽轮机内功率。解：由和在h-s图上可查得：蒸汽初始焓：kJ/kg，理想出口焓：kJ/kg由此可得汽轮机理想焓降：(kJ/kg)图1汽轮机热力过程线根据题意知排汽为干饱和蒸汽，则由MPa的等压线与饱和线相交点得实际排汽状态点C，该点的焓kJ/kg故汽轮机有效焓降：(kJ/kg)汽轮机相对内效率：由于各级焓降相同、效率相同，所以各级效率与整机相对内效率存在如下关系：则各级效率：汽轮机内功率： 3．凝汽式汽轮机的蒸汽初参数为：蒸汽初压MPa，初温；排汽压力MPa，其第一级理想焓降kJ/kg，该级效率，其余各压力级内效率（包括末级余速损失在内）。设进汽节流损失，假定发电机效率，机械效率。试求：（1）该机组的相对内效率，并绘出在h-s上的热力过程线。（2）该机组的汽耗率。解：由和在h-s图上可查得蒸汽初始焓kJ/kg，理想排汽焓=2025kJ/kg因进汽节流损失为5%，节流后的压力MPa，节流过程中焓值不变，∴kJ/kg，汽轮机第一级实际入口点为已知第一级理想焓降，所以：第一级出口压力可确定h已知第一级效率，而s所以第一级实际出口焓：图3级的热力过程线(kJ/kg)第一级实际出口点为2（，），此点即是压力级的入口点。又因排汽压力MPa，查h-s图可得压力级理想出口焓：kJ/kg已知所有压力级的相对内效率：所以压力级的实际出口焓（即整机的实际出口焓）： （kJ/kg）故，整机有效焓降：(kJ/kg)整机理想焓降：(kJ/kg)整机相对内效率：由于汽轮机输出电功率：所以汽轮机汽耗量：汽耗率：=（kg/kW.s）=3.13（kg/kW.h）4．试求蒸汽初参数为MPa，初温，终参数MPa，的背压式汽轮机的相对内效率和各压力级的相对内效率。已知：第一级级后压力MPa，内效率，其余四个压力级具有相同的焓降和内效率，进汽机构和排汽管中的损失可忽略不计。（重热系数） 解：由和，可在h-s图上查得，蒸汽初始焓kJ/kg；第一级理想出口焓kJ/kg；汽轮机的理想出口焓kJ/kg又已知汽轮机实际排汽参数，，可查得kJ/kg整机有效焓降（kJ/kg）hs整机理想焓降（kJ/kg）图4级的热力过程线整机相对内效率：由于已知整机的重热系数，且各压力级焓降相等，所以有：故：=各压力级的理想焓降：各压力级的有效焓降：所以，各压力级的相对内效率为：5．凝汽式汽轮机的蒸汽初参数为：蒸汽初压MPa，初温，汽轮机排汽压力MPa，进汽节流损失，试问进汽节流损失使理想焓降减少多少？解：由和在h-s图上可查得, 蒸汽初始焓kJ/kg，理想排汽焓kJ/kg则汽轮机理想焓降：（kJ/kg）因节流损失，所以节流后的初压：MPa，又由于节流过程焓值不变，图2进汽节流过程示意图所以节流后的焓值kJ/kg，对应的理想排汽焓：kJ/kg此时的汽轮机理想焓降：(kJ/kg)所以节流造成的理想焓降减少为：(kJ/kg6．试求凝汽式汽轮机最末级的轴向推力。已知该级蒸汽流量kg/s，平均直径m，动叶高度mm，叶轮轮毂直径m，轴端轴封直径m，喷嘴后的蒸汽压力MPa，动叶后的蒸汽压力MPa。根据级的计算，已知其速度三角形为：m/s，，，m/s，，m/s。解：（1）蒸汽作用在动叶上的轴向推力：==4074（N）（2)作用在叶轮轮面上的作用力（近似）：= =2173（N）（3)蒸汽作用在轴封上的作用力：（N）故总的轴向推力为：（N）7．某机组在最大工况下通过的蒸汽流量T/h，此时计算得到作用在动叶上的轴向推力N，作用在叶轮上的轴向推力N,作用在各凸肩上的轴向推力N，机组轴向推力轴承共装有10个瓦块，每块面积，轴承工作面能承受的最大压力为，要求的安全系数为1.5~1.7。解：机组总的轴向推力：（N）推力轴承瓦块上所承受的压力为：由已知得，轴承工作面最大能承受的压力。所以其轴承安全系数为：>1.5,故此推力瓦工作是安全的。8．一台多缸凝汽式汽轮机如图所示，推力轴承位于高、中压缸之间，它共有10个瓦块，每块面积。最大工况下动叶轴向力为：高压部分N，中低压部分N；叶轮上的轴向力：高压部分N，中低压部分 N；转子凸肩与轴封凸肩上的总轴向推力：高压缸侧N，中低压部分N。轴承工作面最大能承受的压力N/cm2，中低压部分N，试判断推力瓦工作的安全性。（要求的安全系数为1.5∽1.7）。高压缸轴承中低压缸低压缸轴承图某汽轮机汽缸分布图解：轴向推力以高压侧指向低压侧为正，则总的轴向推力为：=（N）推力轴承瓦块上所承受的压力为：由已知得，轴承工作面最大能承受的压力。所以其轴承安全系数为：>1.5故此推力瓦工作是安全的。第三章汽轮机在变动功况下的工作 一、单项选择题1.背压式汽轮机和调整抽汽式汽轮机的共同点包括下列哪几项？【C】A.排汽压力大于1个大气压B.有冷源损失C.能供电和供热D.没有凝汽器二、填空题1.滑压运行方式是指当机组复合变化时，主汽压力滑动，主汽温度基本不变。2.负荷变化时，采用滑压运行于采用定压喷嘴调节方式相比，调节级后各级温度变化很小，因而热应力很小。3.凝汽式汽轮机中间级，流量变化时级的理想比焓降不变，反动度不变。背压式汽轮机非调节级，流量增大，级的理想比焓降增大，反动度降低。4.汽轮机定压运行时喷嘴配汽与节流配汽相比，节流损失少，效率高。5.两种配汽方式，汽轮机带高负荷时，宜采用喷嘴配汽，低负荷时宜采用节流配汽。6.节流配汽凝汽式汽轮机，全机轴向推力与流量成正比。三、简答题1.凝汽器的极限真空答：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。2.滑压运行答：汽轮机的进汽压力随外界的负荷增减而上下“滑动”。3.汽耗微增率答：每增加单位功率需多增加的汽耗量。 4.汽轮机的工况图答：汽轮机发电机组的功率与汽耗量间的关系曲线。5.级的临界工况答：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。6.级的亚临界工况答：级内喷嘴和动叶出口气流速度均小于临界速度。7.级组的临界工况答：级组内至少有一列叶栅的出口流速达到或超过临界速度。8.汽轮机的变工况答：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。9.阀点答：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。10.节流配汽答：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。11.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， 12.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：1—锅炉；2—汽轮机；3—发电机；4—凝汽器；5—给水泵13.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）。14.何种工况为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⊿htI最大，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。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，,减为，动叶进口实际有效相对速度为,若反动度不变，则；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，从而使减小，增大，减轻动叶栅汽道的阻塞。W1uC1C11W11’W11当比焓降增大时，则有，故由上可知反动度降低。17.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=262018.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）P2/p0⊿htxaΩmηi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。第四章汽轮机的凝汽设备 一、单项选择题1.凝汽器内设置空气冷却区的作用是：【C】A.冷却被抽出的空气B.避免凝汽器内的蒸汽被抽走C.再次冷却凝结被抽出的蒸汽和空气混合物D.降低空气分压力2.凝结水的过冷度增大，将引起凝结水含氧量：【A】A.增大B.减小C.不变D.无法确定3.在凝汽器的两管板之间设中间隔板，是为了保证冷却水管有足够的：【B】A.热膨胀B.刚度C.挠度D.强度4.实际运行中在其它条件不变的情况下，凝汽器传热端差冬季的比夏季大的可能原因是：【B】A.夏季冷却水入口温度t1升高B.夏季冷却水管容易结垢C.冬季冷却水入口温度t1低，凝汽器内真空高，漏气量增大D.冬季冷却水入口温度t1低，冷却水管收缩5.在其它条件不变的情况下，凝汽器中空气分压力的升高将使得传热端差【A】A.增大B.减小C.不变D.可能增大也可能减小6.某凝汽器的冷却倍率为80，汽轮机排汽焓和凝结水比焓分别为2450kJ/kg和300kJ/kg，冷却水的定压比热为4.1868kJ/kg,则其冷却水温升为【D】A.3.2℃B.4.2℃C.5.4℃D.6.4℃7.凝汽器采用回热式凝汽器的目的是【C】A.提高真空B.提高传热效果C.减小凝结水过冷度D.提高循环水出口温度 8.某凝汽设备的循环水倍率为40，当凝汽量为500T/h时，所需的循环水量【D】A.12.5T/hB.500T/hC.1000T/hD.20000T/h9.下列哪个因素是决定凝汽设备循环水温升的主要因素。【A】A.循环水量B.凝汽器的水阻C.凝汽器的汽阻D.冷却水管的排列方式10.关于凝汽器的极限真空，下列说法哪个正确？【B】A.达到极限真空时，凝汽器真空再无法提高B.达到极限真空时，汽轮机功率再无法提高C.达到极限真空时，汽轮机综合效益最好D.以上说法都不对11.凝汽器的冷却倍率是指【A】A.进入凝汽器的冷却水量与进入凝汽器的蒸汽量之比B.进入凝汽器的蒸汽量与进入凝汽器的冷却水量之比C.冷却水在凝汽器中的流程次数D.冷却水吸热量与蒸汽放热量之比12.在其它条件不变的情况下，进入凝汽器的蒸汽量减少，则【B】A.凝汽器的真空度降低B.凝汽器的真空度提高C.凝汽器的真空度不变D.真空度变化不能确定13.在其它条件不变的情况下，冷却水量越大，则【A】A.凝汽器的真空度越高B.凝汽器的真空度越低C.机组的效率越高D.机组的发电量越多14.凝结水过冷度增大的可能原因是【A】A.凝汽器水位过高B.冷却水量减少C.冷却水量增加D.冷却水管结垢二、填空题 1.抽汽器有射汽抽汽器、射水抽汽器和水环式真空泵三种型式。2.真空除氧过程中，机组满负荷时除氧效果较好，机组低负荷时除氧效果较差。3.相同条件下，冬季与夏季相比，凝汽器效果较好的是冬季。4.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。5.短喉部射水抽汽器中，当外界压力增大时，真空度降低。三、简答题1.凝汽器的冷却倍率答：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。2.凝汽器的过冷度答：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。3.凝汽器的汽阻答：凝汽器入口压力与空气抽出口的压力的差值是蒸汽空气混和物的流动阻力。4.多压凝汽器答：有两个以上排气口的大容量机组的凝汽器科制成多压凝汽器，汽侧有密封的分隔板隔开。5.最佳真空 答：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。6.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7.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：汽轮机排汽抽气器工作介质冷却水汽气混合物凝结水12341——凝汽器；2——抽气器；3——循环水泵；4——凝结水泵任务：(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8.试述凝汽器的最佳真空是如何确定的。 答：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，就说凝汽器达到了最佳真空。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水泵耗功的增加量之差来确定的。9.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？答：凝汽器内压力Pc，近似认为等于蒸汽分压力Ps，可由蒸汽凝结温度ts确定。当冷却水量Dw一定时，Δt=αDc，则蒸汽负荷降低时，α是常数，Δt正比于Dc降低；另外，由得，当Dw一定，α是常数时，随Dc的降低而减小；在水温不变的情况下，可知ts=+Δt+tw1减小，则蒸汽分压力降低，由总压力Pc与Ps近似相等可知，此时凝汽器内压力降低，真空升高。10.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，从而使升高，真空降低；空气分压力Pa使Pc升高，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。11.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： 蒸汽水δttw1⊿tActstAtw2其中，ts表示蒸汽凝结温度，且ts=⊿t+tw1+δt；tw1表示冷却水进口处温度，tw2表示冷却水出口温度，⊿t=tw2-tw1，为冷却水温升;δt为凝汽器端差；Ac表示凝汽器总传热面积。12.什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。13．机组运行对凝汽器的要求有哪些？答：（1）从提高凝汽器的热经济性角度提出的要求：传热效果好；过冷度小；汽阻小。（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；减少凝结水中的含氧量。 （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。14．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。15．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。16．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。17．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。 第五章汽轮机零件强度与振动一、简答题1.调频叶片答：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。2.不调频叶片答：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。3.耐振强度答：表示材料在承受动应力时的一种机械性能。在某一温度和某一静压力下试件在空气环境中，作弯-弯试验，循环107次不被破坏可承受的最大动应力。4.安全倍率答：表征叶片抵抗疲劳破坏的系数。5.叶片的动频率答：考虑离心力影响后的叶片震动频率。6.热应力答：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。7.分析说明不调频叶片的安全准则。答：不调频叶片的动应力幅值应小于许用耐振强度，即： ；我们一般认为叶片的激振力幅值正比于作用在该叶片的蒸汽弯曲应力，动应力是激振力引起的，因此叶片的动应力幅值也正比于蒸汽弯曲应力，即：；由两式可得到：用比值作为评价动强度的指标，考虑其影响因素后，可对它们进行修正用表示，其比值定义为安全倍率，用Ab表示，即不调频叶片的安全准则为：Ab≥[Ab]8.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。9.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。10.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: 11.分析说明转子找平衡的两个线性条件是什么？答：转子找平衡的两个线性条件是：在转子转速一定，阻尼系数一定时，（1）转子振动振幅与不平衡质量大小成正比；（2）偏心离心力超前振幅的相位角为一常数。12．何谓材料的屈服极限、持久极限、蠕变极限和疲劳极限。答：材料的屈服极限：金属材料在受力较大时，可能产生塑性变形，称为屈服现象。过大的塑性变形将改变零件的形状，影响零件正常工作。材料试件受恒定拉力作用，卸载后产生0.2%的残余塑性变形（应变），试件受的拉应力值，称为材料的屈服极限。材料的持久极限：金属材料在一定的温度和拉力持续作用下，会发生断裂。温度愈高、应力愈大，其断裂前的承力时间愈短。材料试件在一定温度下受恒定拉力作用，持续105小时断裂，此时试件的初始应力称为材料的持久极限。材料的蠕变极限：金属材料在高温条件下（碳素钢在温度超过300~350℃，合金钢在温度超过350~400℃），受恒定拉力持续作用，即使应力小于屈服极限，也会产生缓慢的塑性变形，这种现象称为高温蠕变。工程上将材料试件在一定温度下，受恒拉力作用105小时，试件产生1%塑性变形的初始应力，定义为蠕变极限。材料的疲劳极限：金属在交变应力（应力循环变化）作用下，会产生裂纹，这种现象称为机械疲劳，简称疲劳。其裂纹的出现与应力循环次数和应力变化幅值的大小有关；应力变化幅值愈大，其产生裂纹所经历的循环次数愈少。工程上定义材料试件经历107次应力循环才断裂的应力变化幅值为材料的疲劳极限。13．零件安全的强度准则是什么？材料的许用应力如何确定？各种应力状态的零件，其最大应力如何确定？ 答：零件安全工作的强度准则是：零件内最大的合成应力小于或等于材料的许用应力。材料的许用应力是材料的强度极限除以安全系数，相应有屈服许用应力、持久许用应力、疲劳许用应力和蠕变许用应力。对于工作温度不高、承受非交变应力的零件，其许用应力为屈服许用应力与持久许用应力的最小值；对于在高温下工作的零件，其许用应力为以上两种许用应力和蠕变许用应力的最小值；若零件承受交变应力，其许用应力为以上两种，或三种许用应力和疲劳许用应力中的最小值。首先确定零件的最大应力工况，计算该工况下零件的应力状态。对于受单向应力的零件（包括单向拉伸、压缩、挤压、剪切，或拉弯联合作用），其合成应力为危险截面各单向应力的代数和。对于内部为平面应力状态的零件，根据第三强度理论：若两向应力同号（拉应力为正、压应力为负），取其中最大值作为校核应力；若两向应力异号（一为拉应力、另一为压应力），则取两者的代数差作为校核应力。对于其内部为三向应力状态的零件(如汽缸和转子)，则要根据第四强度理论求取其等效当量合成应力作为校核应力。14．零件安全工作的刚度准则是什么？刚度不合要求有什么危害？答：对于零件刚度的要求是在力的作用下产生的变形量不超过允许值。而受交变作用力的零件，对其刚度的要求主要是避开共振，使其自振频率与激振力的频率之间有一定的差值。万一无法避开共振，也要使零件在振动条件下振幅不超过允许值，以保证其动应力在允许范围内。零件刚度不合要求时，在力的作用下产生的弹性变形量可能超过允许值，改变各相关零件的相对位置，影响其配合关系，甚至使动、静零件之间的间隙消失，而产生摩擦。对于受交变作用力的零件，其振幅加大，动应力增加，可能大于疲劳许用应力；若发生共振，其振幅急剧增大，不但动应力增加，而且会使动、静零件之间的间隙消失，而产生摩擦。15．汽轮机运行中，其汽缸受哪些作用力？这些作用力在汽缸内产生什么样的应力状态？这些作用力在什么条件下最大？它们对汽缸安全工作有何影响？在运行中如何保证汽缸安全工作？ 答：汽轮机运行中，其汽缸承受的作用力有：蒸汽与大气压力差产生的作用力；隔板或隔板套作用在汽缸上的力；汽缸内、外壁温差产生的热应力；连接管道作用在汽缸上的力。蒸汽与大气压力差产生的作用力，在汽缸壁内部产生切向、轴向和径向应力；在高、中压汽缸的法兰内还产生弯曲应力；在其螺栓内产生拉应力。隔板或隔板套作用在汽缸上的力，在其与汽缸的接触面产生挤压应力；蒸汽喷射对隔板产生的反作用力，通过隔板的挂耳传递给汽缸，在汽缸内产生剪切应力；汽缸内、外壁温差产生切向、轴向和径向热应力。连接管道作用在汽缸上的力，在汽缸壁内产生局部的拉、压应力或剪切应力。除凝汽式汽轮机的最末几级和低压排汽室外，其内部蒸汽压力大于大气压力，承受蒸汽表压力在其内壁产生的作用力，其中以进汽部分蒸汽压力最高，特别是在其进汽超压的最大流量工况，汽缸、法兰和螺栓承受的蒸汽作用力最大。对于其低压最末几级和低压排汽室，内部压力低于大气压力，主要承受大气的作用力，它随凝汽器真空升高而增大。隔板或隔板套作用在汽缸上的力，以最大流量工况时最大。汽缸内的热应力，与汽缸内、外壁温差成比例，温差愈大，热应力愈大。连接管道作用在汽缸上的力，与管道连接的状态有关。对于汽缸的高、中压部分，若运行中其内、外压力差过大而超过最大许用值，其最大应力可能超过材料的许用应力；螺栓因变形而使预紧力消失，法兰结合面出现张口，产生漏汽，冲刷法兰结合面，破坏结合面的严密性。对于汽缸的低压部分，其内部压力低于大气压力，主要解决刚度问题，同时防止排汽压力高于大气压力。因为排汽压力升高，排汽温度随之升高，排汽缸的垂直膨胀量增大，破坏转子或汽缸中心线的自然垂弧，可能引起机组振动，造成动、静部分摩擦；而且可能造成凝汽器铜管泄漏，影响凝结水的质量。在汽轮机启停和变负荷过程中热应力为交变应力，热应力过大将使材料提前出现疲劳裂纹，还可能使合成应力超过许用应力。连接管道作用在汽缸上的力过大将阻碍汽轮机自由膨胀，严重时会引起汽缸中心线偏斜，或与台板脱离，造成推力轴承烧毁，或激起机组强烈振动。 只要在安装时注意控制连接管道作用在汽缸上的力；在运行中控制主蒸汽和调节级后蒸汽的参数不超过最大许用值；汽缸内、外壁温差和法兰内、外壁温差不超过最大允许值，可以保证汽缸的安全。16．汽轮机运行中，其隔板受哪些作用力？这些作用力在什么条件下最大？它们对隔板的安全工作有何影响？在运行中如何才能保证隔板安全工作？答：汽轮机运行中隔板承受其前后蒸汽压力差产生的作用力；隔板喷嘴内蒸汽加速产生的反作用力。这些作用力在最大流量工况下最大。隔板前后蒸汽压力差产生的作用力，使隔板产生弯曲变形，隔板体内孔产生轴向位移；喷嘴叶栅顶部截面产生较大的弯曲应力。蒸汽加速对喷嘴叶栅产生的反作用力，在叶栅顶部和根部截面产生较大的弯曲应力。隔板体内孔轴向位移过大，可能使汽轮机动、静部分发生摩擦；喷嘴叶栅弯曲应力过大，可能产生裂纹。运行中控制汽轮机调节级汽室蒸汽压力不超过允许值，即能保证隔板安全工作。17．汽轮机运行中，其转子承受哪些作用力？哪些因素影响这些作用力的大小？这些作用力过大，对转子安全工作有何影响？在运行中如何保证转子安全工作，使其具有一定的使用寿命？答：汽轮机运行中转子承受其高速旋转产生的离心力；蒸汽作用在转子叶轮、轴肩和汽封凸肩上的轴向力；转子振动在其中产生的动应力；转子内部温度不均产生的热应力；传递机械功率的扭矩。旋转产生的离心力与转速的平方成正比；蒸汽作用在叶轮上的轴向力与叶轮面积和其两侧蒸汽的压力差成正比；蒸汽作用在轴肩上的轴向力与其面积和该处蒸汽的压力成正比；转子振动在其中产生的动应力与振动的振幅和频率成比例，振动频率愈高、振幅愈大，动应力愈大；转子内的热应力与转子内、外壁温差和轴向温差有关，温差愈大，热应力愈大；传递机械功率的扭矩与机组的负荷成正比，以发电机短路时扭矩最大。 离心力过大，将使其合成应力大于许用应力，严重时造成转子飞车；轴向力的合力过大，使推力轴承承受的轴向推力超过其承载能力，推力轴承因温度过高而烧损，造成汽轮机轴向动、静间隙消失，而发生摩擦或叶片断裂；转子振动的动应力和热应力过大，可能使其合成应力大于许用应力，并将加快其材料的疲劳，使转子应力集中部位出现裂纹，缩短使用寿命，甚至发生断裂；转子振动过大，动、静间隙消失，而发生摩擦，造成转子弯曲，诱发更强烈的振动；转子扭转振动和传递机械功率的扭矩，在转子内部产生剪切应力，此应力过大，特别是转子扭转振动发生共振，会造成联轴节连接螺栓断裂，出现重大事故。在运行中只要超速保护正常，控制转速不超过额定转速的120%；发电机设置短路保护；控制蒸汽的温升率和升负荷率不超过允许值，可保证转子安全工作，并使其具有一定的使用寿命。18．作用在转子上的轴向力包括哪些？如何减小作用在推力轴承上的轴向推力？答：蒸汽作用在转子上的轴向力包括：蒸汽作用在叶轮轮面和动叶片上的轴向力、蒸汽作用在转子轴肩和汽封凸肩上的轴向力，以及推力轴承作用在转子上的轴向反作用力。减小作用在推力轴承上轴向推力的方法有：设计时，在冲动级叶轮上开平衡孔，减小叶轮两侧的压力差；也可在转子上设置平衡盘，利用其两侧的压力差产生的反向推力平衡一部分轴向推力；对于中间再热式多缸汽轮机，常将其高、中压缸和分流的低压缸分别反向布置，使它们的轴向推力方向相反，相互平衡一部分轴向推力。在运行中必要时可采用降负荷的办法，减小作用在推力轴承上的轴向推力。19．汽轮机运行中，其动叶栅承受哪些作用力？这些作用力在什么时候最大？如何保证动叶栅安全工作？答：汽轮机运行中，其动叶栅承受作用力有：蒸汽作用在动叶栅上的力；高速旋转产生的离心力；动叶围带产生的反弯矩和离心力；叶片振动时产生的动应力。调节级在第一组调节阀（一个或两个）趋近全开时，级内蒸汽理想焓降最大，每一个动叶流道的流量也最大，此时蒸汽产生的作用力最大；对于各压力级，在最大流量时，级内的理想焓降也最大，此时蒸汽产生的作用力最大。离心力与转速平方成正比，在超速条件下最大。围带对动叶的反弯矩与围带的结构和动叶的变形量有关。叶片振动时产生的动应力在其共振条件下最大。 设计时：保证转速在额定值的120%时，动叶片内最大静应力小与许用应力；控制汽轮机在第一组调节阀趋近全开或流量达最大值的工况下，蒸汽作用在动叶栅上的弯曲应力小与允许值；使动叶片避开共振，不能避开共振时，应使其安全倍率A大于许用安全倍率[A]。运行中严格控制汽轮机不超速（n<3600rpm）；不在第一组调节阀趋近全开的工况下长期运行；调节级后压力不超过允许值；在启动升速过程中，不在叶片共振条件下暖机，可保证动叶栅安全工作。20．汽缸、隔板、转子和动叶栅在强度校核时考虑了哪些作用力？是什么工况下的作用力？许用应力如何确定？答：在强度校核时，汽缸仅考虑超压时最大流量工况，其内、外压力差产生的作用力；隔板仅考虑最大流量工况其前、后压力差产生的作用力和蒸汽对喷嘴叶栅的作用力；转子考虑其在120%额定转速下的离心力，并使其工作转速避开临界转速，其键和联轴节螺栓考虑发电机短路的剪切力；动叶片考虑其在120%额定转速下的离心力和单通道最大流量工况蒸汽产生的作用力，以及振动产生的动应力（避开共振，或使其安全倍率A大于许用安全倍率[A]）。汽缸按屈服、持久、蠕变许用应力中最小值为许用应力，碳素钢和合金钢的安全系数不同。对于汽缸螺栓，在低温区工作时，用屈服许用应力校核；在高温区工作时，用蠕变极限校核。隔板按屈服、持久许用应力中最小值进行校核。工作温度在450℃以下的动叶片，按屈服许用应力进行强度校核；工作温度在450℃以上的动叶片，按屈服、持久、蠕变许用应力中最小值为许用应力进行强度校核，其各部位的安全系数不同。转子在强度校核中要考虑材料的屈服许用应力、持久许用应力，在高温下工作的转子还要考虑蠕变许用应力，取它们中最小者作为许用应力。工作温度不同的套装转子、整锻转子或焊接转子安全系数不同。21．引起汽轮发电机组横向振动的原因有哪些？各种原因引起的振动有何特点？为什么横向受迫振动最大振幅的相位与激振力的相位不一致？答：引起汽轮发电机组横向振动的原因有：（1）不平衡的旋转离心力，包括转子质量不平衡；转子弯曲；转子上套装零件松动产生的不平衡离心力。 （２）发电机电磁力不平衡，包括发电机转子和静子不同心；发电机转子线圈匝间短路造成磁场偏心；发电机静子铁心振动产生的不平衡电磁力。（３）轴承油膜自激振荡。（4）联轴节缺陷或对中不良。（5）通流部分汽流的自激振荡。（6）发电机三相负载不平衡，或电网故障在发电机内产生的脉冲电磁力矩使发电机组的扭转振动。（7）轴承支撑刚度不足。不平衡的旋转离心力产生的振动，其振幅与转子转速的平方成正比；其振动频率与转子旋转频率相等；通过临界转速时振幅达最大值。其中：转子质量不平衡产生的振动，在相同的转速下，最大振幅的相位和转子的晃度不变；转子弯曲，其晃度变化，在相同的转速下，其振动的振幅与其晃度成正比，最大振幅的相位与转子晃度的变化一致。转子上套装零件松动产生的振动发生在高转速，或负荷突然增加的条件下，其最大振幅的相位与其定位键位置的相位有关。发电机电磁力不平衡产生的振动，发电机轴承的振幅最大，且振幅与发电机转子的励磁电流成正比。其中：发电机转子和静子不同心产生的振动，其振动频率为转子旋转频率的两倍，最大振幅的相位与偏心的相位有关。发电机转子线圈匝间短路产生的振动，其振动频率与转子旋转频率相等，且输出电压特性的零点漂移。发电机静子铁心振动诱发转子的振动，是静子铁心与转子之间的偶合振动，其频率为转速的两倍，与转子和静子不同心产生的振动相比其静子的振幅较大。轴承发生油膜自激振荡产生的振动，在转子旋转频率为其横向自振频率的两倍左右时突然发生，且振幅在较大的转速范围内保持不变；轴承发生油膜振荡前，转子振动中含有频率约等于旋转频率一半的谐波；在发生油膜振荡后，其主振频率等于转子的自振频率，而与转速无关，约等于1/2的旋转频率。联轴节本身有缺陷或对中不良，则造成质量不平衡，引起机组振动，具有质量不平衡振动的特点。它与质量不平衡引起的振动之间的差别是：质量不平衡的转子，其两端轴承的振幅较大，而联轴节对中不良引起的振动，联轴节两侧轴承的振幅比较大。若联轴节本身无缺陷仅对中不良，则轴承上的负荷将重新分配，两恻轴承油膜压力差别较大，且轻载一侧转子的临界转速降低，易诱发该轴承失稳，发生油膜振荡。 通流部分汽流发生自激振荡诱发的振动，仅出现在高压转子，而且多出现在机组高负荷工况下。降低机组负荷，振动可很快消失。另外振动频率不是工作转速对应的频率，而是与转子的一阶自振频率相等。发电机三相负载不平衡，或电网故障在发电机内产生的脉冲电磁力矩，使发电机组产生扭转振动，其振动频率与转子某一阶扭转振动的自振频率相等。若发生共振，则会出现严重事故。轴承支撑刚度不足不是激发转子振动的原因，只是使振动放大，合格的振动变为不和格。汽轮发电机组横向振动是交变的不平衡力引起，一旦发生振动，伴随产生振动阻尼力，它与转轴振动速度成正比，其方向与其线速度的方向相反。由于转轴以角速度ω旋转，故阻尼力有与转轴切线方向一致的分力。阻尼力与不平衡激振力的合力是周期性变化的交变力，激起转轴横向受迫振动。转轴横向振动的方向与此合力的方向一致，与不平衡激振力的方向有一夹角φ。此夹角的大小与振动阻尼的大小、转轴旋转频率和其自振频率的比值有关。22．机组发生异常振动有何危害？当机组发生异常振动时如何处理？答：转子横向振动，一方面造成动、静径向间隙变化，另一方向产生动应力。振动的振幅过大，使径向间隙消失，产生摩擦；而摩擦又造成转子弯曲，激起更强烈的振动。如此恶性循环，轻者被迫停机；若处理不当，转子会出现严重的永久性弯曲，甚至出现飞车事故。转子扭转振动一旦但出现共振，振动幅角过大，将使转子内的剪切应力剧增，短时间造成转子疲劳断裂。当机组发生异常振动时，若振幅尚未超标，应加强监视，分析产生振动的原因，采取相应措施。根据振动发展的趋势，决定是降负荷，还是解列降速。通常首先降负荷，因为发电机电磁力不平衡和通流部分汽流的自激振荡产生的振动，其振幅都与负荷有关。如果降负荷无效，则解列降速，在振动合格的条件下暖机。若振动超标或接近超标，应立即解列降速，在振动合格的条件下暖机。若暖机无效，应立即打闸停机，进行连续盘车。23．当机组出现振动故障时，如何进行处理？如何排除故障？ 答：当机组发生异常振动时，若振动尚未超标，应加强监视，分析产生振动的原因，采取相应措施，根据振动发展的趋势，决定是降负荷，还是解列降速。通常首先降负荷，因为发电机电磁力不平衡和通流部分汽流的自激振荡产生的振动，其振幅都与负荷有关。如果降负荷无效，则解列降速，在振动合格的条件下暖机。若振动超标或接近超标，应立即解列降速，在振动合格的条件下暖机。若暖机无效，应立即打闸停机，进行连续盘车。除转子弹性热弯曲产生的振动可以通过暖机或连续盘车进行直轴外，其他故障都必须停机，在大修中针对产生振动的原因进行排除。对于转子质量不平衡，则通过转子找动平衡，在转子适当的位置配适当的重量，使转子质量平衡。对于转子上套装零件松动，则更换套装零件，或镶衬套，增加装配紧力。对于发电机转子和静子不同心，则调整静子中心，使两者同心。对于发电机转子线圈匝间短路，则更换转子线圈。对于发电机静子铁心振动，则增加静子的支撑刚度。对于轴承油膜自激振荡，则首先核对联轴节找中心的状况。若转子找中心无问题，则缩短轴承轴向支撑长度，或更换为多油楔轴承。对于通流部分汽流的自激振荡，则将高压级隔板重新找中心，使其在运行中与转子同心。对于联轴节缺陷或对中不良，则车削联轴节或重新找中心。对于轴承支撑刚度不足，则加固轴承座，或改善轴承座与台板支撑面的接触状态。24．动叶片在运行中为什么会产生振动？激振力的频率如何确定？在什么条件下振动的动应力最大？答：汽轮机在运行过程中，从喷嘴叶栅喷出的高速汽流，进入动叶栅，对动叶栅产生冲击力，其大小与喷嘴叶栅出口蒸汽的流速有关。由于喷嘴叶栅出口蒸汽速度沿圆周方向的分布并不均匀，使动叶片旋转一周时，其受力状态产生周期性的变化。在交变的蒸汽冲击力的作用下，动叶片产生振动。 激起动叶片产生振动的激振力，分高频激振力和低频激振力。高频激振力是由于蒸汽与喷嘴叶栅壁面的摩擦，造成蒸汽的速度沿圆周方向分布不均匀而产生交变的作用力，其频率与该级的当量喷嘴数和转子旋转频率的乘积相等。低频激振力是由于调节级喷嘴分组；上、下隔板水平结合面加工误差，喷嘴叶片的型线可能吻接错位，或结合面处喷嘴流道的宽度与其它流道不同；个别喷嘴叶片的栅距产生误差，造成流道几何形状变化等结构因素引起的。动叶片在旋转一周时，受力状态变化K次，其频率等于转子旋转频率的Ｋ倍。当动叶片的自振频率与激振力的频率相等，发生共振时动应力最大。在非共振条件下，单个喷嘴流道的流量最大时，动应力最大。25．何谓A型振动和B型振动？最易发生的是哪种振型的振动？同一叶片各种振型的自振频率由小到大如何排序？答：动叶片顶部产生位移的振动，称为Ａ型振动。动叶片顶部不产生位移的振动，称为Ｂ型振动。动叶片最易产生的振动为Ａ0型振动。同一动叶片各振型的自振频率，由小到大按Ａ0型、Ｂ0型、Ａ1型、Ｂ1型、Ａ2型、Ｂ2型排列。26．影响叶片自振频率的因素有哪些？为什么叶片组同一振型的B型振动有若干个自振频率？在大修中实测的叶片自振频率要进行哪些修正才能代表叶片在运行时的自振频率？答：影响动叶片自振频率的因素有：（1）动叶片的抗弯刚度，即材料的弹性摸量与叶片截面轴惯性矩的乘积（EI）。抗弯刚度愈大，同一振型的自振频率愈高。（2）叶片的长度愈大，叶片同一振型的自振频率愈低。（3）叶片同一振型的自振频率与其质量的二次方根成反比。（4）动叶片的成组状况，相同的叶片由围带连接成组后，其刚度相应增加，使叶片组的自振频率高于成组前叶片的自振频率。但叶片组产生A型振动时，其围带的质量参于叶片组的振动，使振动部分的质量增加，又使叶片组A型振动的自振频率相应降低。因此叶片组A型振动的自振频率与成组前的叶片相比是提高，还是降低，要具体分析。叶片组产生某一B型振动时，由于同一时刻组内各叶片振动的相位可以不同，其围带的变形不同，所产生的反弯矩也不同，使叶片组的抗弯刚度不同，故叶片组同一振型的B型振动有若干各自振频率。 大修时是在室温条件下测量叶片或叶片组的自振静频率，而运行中叶片在高温条件下高速旋转，因此要对测量的自振静频率进行温度和转速修正，才能代表运行中叶片的自振频率。27．何谓临界转速？在发电厂如何确定转子的临界转速？了解转子的临界转速有何意义？临界转速与转子的自振频率有何关系？答：转子旋转频率与其横向自振频率相等的转速，称为临界转速。在发电厂中通常实测转子的临界转速。在升速过程中监测轴承或轴径振动的振幅，其振幅最大时对应的转速，即为转子的临界转速。了解转子临界转速的数值，是为了升速过程不在临界转速下停留或暖机，以避免发生共振。另外，如果转子临界转速变化，则表明转子的支撑状态变化，或转子产生明显的裂纹。转子临界转速对应的旋转频率与其横向自振频率相等。转子有一阶、二阶．．．横向自振频率，对应有一阶、二阶．．．临界转速。 第六章汽轮机调节一、单项选择题1.并列运行的机组，同步器的作用是______【C】A.改变机组的转速B.改变调节系统油压C.改变汽轮机功率D.减小机组振动2.危急保安器的动作转速是______【C】A.3050rpm~3200rpmB.3200rpm~3300rpmC.3300rpm~3360rpmD.3360rpm~3450rpm3.电液转换器的作用是：【C】A.将发电机电功率信号转换为液压信号B.将发电机电压信号转换为液压信号C.将电信号转化为液压信号D.将测得的转速信号转换为液压信号4.两台额定功率相同的并网运行机组A,B所带的负荷相同，机组A的速度变动率小于机组B的速度变动率，当电网周波下降时，两台机组一次调频后所带功率为PA和PB，则【C】A.PA＝PBB.PA＜PBC.PA＞PBD.无法确定5.一般规定液压调节系统的迟缓率应小于【B】A.0.05%B.0.5%C.1%D.5%6.汽轮机甩全负荷时，机组动态最大转速一般不能超过额定转速的百分之多少？【B】A.(104～106)%B.(107～109)%C.(110～112)%D.(112～115)%7.轴向位移保护的作用是【A】A.防止汽轮机动静部件轴向碰撞B.防止机组发生火灾 C.防止汽轮机超速D.防止汽轮机转子振动超限8.同步器对汽轮机转速的调整范围是【D】A.-2%~+5%B.-3%~+5%C.-4%~+5%D.-5%~+7%9.液压调节系统中油质发生变化时，下列哪个参数不会受到影响？【D】A.汽门动作可靠性B.迟缓率C.错油门动作可靠性D.速度变动率10.DEH调节系统指的是【D】A.机械式调节系统B.液压式调节系统C.模拟量电液调节系统D.数字式电液调节系统11.某300MW并网运行的机组的δ=6%，在电网频率从49.8Hz升到50Hz时，机组的功率变化为【A】A.20MWB.12MWC.10MWD.15MW12.决定调速汽门关闭速度的因素是【A】A.油动机时间常数B.速度变动率C.中间容积时间常数D.转子飞升时间常数13.液压调节系统的迟缓率一般要求【B】A.小于0.03%~0.05%B.小于0.3%~0.5%C.小于3%~5%D.小于30%~50%14.对于汽轮机的动态特性，下列哪些说法是正确的？【D】A.转速调节过程中，动态最大转速可以大于危急保安器动作转速B.调节系统迟缓的存在，使动态超调量减小C.速度变动率δ越小，过渡时间越短D.机组功率越大，甩负荷后超速的可能性越大15.增强机组的一次调频能力，应采取下列哪些措施【A】A.减小速度变动率B.增大速度变动率C.上移静态特性曲线D.下移静态特性曲线16.中间再热器的使用对汽轮机调节的影响有【D】 A.机炉流量不匹配B.主蒸汽参数波动大C.甩负荷时不容易超速D.中、低压缸功率滞后17.下列哪个部件属于汽轮机调节系统的组成部分？【C】A.自动主汽门B.超速保险C.油动机D.危急遮断油门18．高压抗燃油的着火温度【D】A.大于250℃B.大于350℃C.大于450℃D.大于538℃二、填空题1.汽轮机的安全保护装置包括超速保护装置、轴向位移保护装置、低压油保护装置和安全防火保护。2.汽轮机调节系统速度变动率的表达式为。3.某台机组带额定负荷与电网并列运行，机组的额定转速为3000r/min，由于电网事故，该机组甩负荷至零，如果调节系统的速度变动率δ=5%，则该级组甩负荷后的稳定转速应是3150r/min。三、简答题1.二次调频答：二次调频就是在电网周波不符合要求时，操作电网中的某些机组的同步器，增加或减少他们的功率，使电网周波恢复正常。2.调节系统的动态过渡时间答：调节系统受到扰动后，从调节过程开始到被调量与新的稳定值偏差小于允许值时的最短时间称为调节系统的动态过渡时间。 3.一次调频答：因电负荷改变而引起电网频率变化时，电网中全部并列运行的机组均自动地按其静态特性承担一定的负荷变化，以减少电网频率的改变，称为一次调频。4.调速系统的迟缓率答：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。5.影响调节系统动态特性的主要因素有哪些并简述其影响趋势？答：影响调节系统动态特性的主要因素包括：(1)转子飞升时间常数；(2)中间容积时间常数；(3)速度变动率；(4)油动机时间常数；(5)迟缓率。6.什么是调节系统的静态特性曲线？衡量调节系统静态特性性能的指标有哪些？答：表达汽轮机速度变化与功率之间的单值对应关系的曲线叫静态特性曲线。衡量调节系统静态特性性能的指标有：（1）速度变动率；（2）迟缓率；（3）同步器工作范围。7.常用评价调节系统动态特性的指标及其定义是什么？答：稳定性——汽轮机甩全负荷时，其转速随着时间的增长最终趋于由静态特性曲线决定的空负荷转速，这样的过程称为稳定的过程。要求调节系统必须是稳定的。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。 过渡过程时间——调节系统受到扰动后，从调节过程开始到被调量与新的稳定值偏差小于允许值时的最短时间，称为过渡过程时间。8.画图说明调速系统静态特性曲线的合理形状。答：调速系统静态特性曲线的合理形状为：两端斜率大，中间斜率小，没有突变，平滑而连续地向功率增加的方向倾斜。形状如下图所示：nPec9.试述同步器的主要作用。答：同步器的主要作用是通过平移调节系统特性而实现人为改变调节阀开度，做到（1）使孤立运行机组改变转速，起到转速给定作用；（2）使并网运行机组改变负荷，起到功率给定的作用。10.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。11.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。12.简单说明下列三种静态特性线分别使机组处于怎样的运行工况。答：（1）用于机组并网。当机组转速与电网频率不一致时，可通过偏差信号调整，故不应有死区和限幅。（2）用于并网运行。考虑到中间再热机组的负荷适应性受锅炉限制，所以有一定限幅。（1）（2）（3）（3）用于大功率机组。在不影响机组出力的情况下，存在死区。13.对于中间再热机组，在汽轮机从100%负荷甩至70%负荷时，中压调节汽门是如何动作？并简述理由。答：当机组从100%降至80%负荷时，中压调节汽门应先按d0线立即关到e点，以减少流入中低压缸的蒸汽量，然后再由e点慢慢恢复到c点，使汽轮机在80%负荷时中压调节汽门仍然全开，以减小节流损失，提高机组热经济性。（如图）010080dce功率（%）开度 14.简述过调法的基本原理及其作用。答：中低压缸功率延滞是导致中间再热式汽轮机负荷适应性差的主要原因。过调法的原理是通过改变高压段功率的动态变化量以补偿低压段功率的延滞。作用：当负荷增加时，采用过调法，可消除从低功率增到高功率时出现的延滞；当负荷降低时，高压调节汽门“动态过关”，在逐渐减小“过关度”，这就可能消除机组在减负荷时的延滞。15.何谓功频电液调节系统的反调现象，是怎样产生的？可采用什么措施消除？答：在动态过程中，当发电机功率因电力系统的变化而突然改变，如发电机输出功率突然变大，而转子的转速变化较小，转速信号也变化较小时，功频电液调节系统不但不会开大调节汽门来增加负荷，相反却因当时发电机的功率大于给定值而欲关小调节汽门，这就是反调现象。反调现象的产生是因为功率信号的变化快于转速信号的变化。消除措施：加一个延迟器，使功率信号延迟；可加入一个叫速度信号回路，加快转速信号；在功率信号中加上负的功率微分信号；增加逻辑判断回路，切除功率信号。16．汽轮机运行对其调节系统的基本要求有哪些？答：汽轮机运行对其调节系统有如下基本要求：（1）能控制汽转机转速，按要求从零逐步升高到额定转速；并入电网后，能使机组功率在零和额定值之间任一负荷下稳定运行；外负荷不变时，能保持机组功率和转速不变。（2）在外负荷变化时，能迅速改变机组输出功率与外负荷相适应，从原稳定工况过渡到新的稳定工况，保证机组转速的变化在允许范围内。（3）在机组甩负荷（主汽门全开，突然与电网解列，负荷降至零）时，能维持机组转速在3000r/min左右空负荷运行。（4）能按要求控制机组正常停机；当出现危及机组安全的情况时，能迅速切断汽源，实行事故停机。 17．汽轮机调节系统一般由哪些机构组成？各自的作用分别是什么？答：汽轮机的调节系统，由感应机构、传动放大机构、执行机构和定值机构组成。它们各自的作用如下：感应机构接受调节信号的变化，并将其转换为可传递的信号。采用转速变化为调节信号时，感应机构称为调速器。传动放大机构将感应机构送来的调节信号进行幅值放大和功率放大，并进行综合处理，传递给执行机构进行调节。汽轮机调节系统的执行机构是进汽调节阀和操纵机构，也称配汽机构。它根据调节信号，改变调节阀的开度，使机组功率相应变化。定值机构即同步器，对于电液调节系统即转速给定和功率给定。它通过手动产生调节信号，也送入传动放大机构，以改变进汽调节阀的开度。18．研究调节系统动态特性的方法有几种？现场一般采用哪种方法？答：研究调节系统动态特性的方法有三种：理论分析、试验研究和试验仿真。电厂一般采用实验研究法。用理论分析法研究调节系统动态特性，通过建立调节系统各环节和调节对象的数学模型，进行分析计算，判断其动态特性的优劣。在建立调节系统各环节和调节对象的数学模型时，均作了一些简化假设，所以计算结果与实际动态过程存在差异，因此，仅用于新型调节系统的设计和改进方案的预测。对于电厂的汽轮机，调节系统已经存在，通常都用甩负荷试验的方法研究和分析其动态特性。对于大型机组，甩全负荷对电网的影响比较大，也可采用试验仿真的方法，通过甩部分负荷的试验结果，修改理论分析的数学模型，使其趋近实际系统，再进行分析计算，得到甩全负荷时的动态特性。19．中间再热式汽轮机的调节特点是什么？为什么有这些特点？答：由于中间再热式汽轮机与锅炉之间采用单元制连接，并存在很大的中间再热器容积，其调节特点是：在外负荷变化时，导致机组功率的变化“滞后”；对负荷变化的适应能力较差；甩负荷时动态超调量极大。由于中间再热式机组采用单元制连接，主蒸汽系统的储热能力较小，且锅炉调节的迟缓率较大，从改变燃料到蒸汽量的改变，需要的时间长达100～250秒。在外负荷变化、高压调节阀开度变化时，主蒸汽相应变化，造成调节阀过调，高压缸的功率变化“滞后”。另外， 又存在很大的中间再热器容积，高压调节阀开度变化后，要等再热器的压力变化达新工况对应值时在外负荷变化时，中、低压缸的功率才达到新工况的对应值，导致中、低压缸的功率变化“滞后”。由于在外负荷变化时，机组功率变化“滞后”，因此，对负荷变化的适应能力较差。若不采取适当措施，甩负荷时动态超调量极大。20．如何改善中间再热式汽轮机的调节系统动态特性？答：改善中间再热机组调节特性的方法如下：（1）设置动态校正器，在调节的动态过程中，使高压调节阀动态过调，利用主蒸汽系统的蓄能，增加高压缸功率的变化，以弥补中、低压缸功率变化的“滞后”。（2）设置中压调节阀，在低负荷区参与调节；在高、中负荷区，减负荷时参与动态调节；甩负荷时，与高压调节阀一起快速关闭，减弱中间再热器的影响。（3）在外负荷增加的调节过程中，瞬间关闭除氧器的进水和低压加热器的进汽，利用除氧器的蓄热，使中、低压缸的功率提前变化，以弥补中、低压缸功率变化的“滞后”。（4）实现机、炉联合调节，将外负荷变化的信号提前送入锅炉调节器，减缓其调节的迟缓。21．电液转换器的作用是什么？答：来自阀门管理器输出的阀门开度请求值和阀门开度实测值的差值，经伺服放大器进行功率放大后的电信号，是调节阀的阀位调节信号。电液转换器又称电液伺服阀，它的作用是将来自伺服放大器的阀位调节信号，转化为油压信号，以控制高压主汽门、高压调节阀和中压调节阀的开度。22．数字电液调节系统的控制方式有几种？各有什么优点？答：DEH调节系统有自动和手动两类控制方式。由“手动／自动”切换开关进行切换。手动方式一般分为二级手动和一级手动；自动方式又分操作员自动和程控自动。这四种控制方式的级别顺序为：二级手动→一级手动→操作员自动→ 程控自动。其中二级手动为最低级控制方式，操作员自动为最基本控制方式，四种控制方式可以按级别顺序无扰进行切换。二级手动也称模拟手动，是一种备用控制方式，有些机组不设置这种控制方式。在这种方式下直接由操作员手动阀门开度的“增／减”按钮，向阀门控制系统的Vcc卡发送阀门的开度增、减指令，开启或关小相应阀门。一级手动也称数字手动，它是在两台控制计算机出现故障，转速反馈、功率反馈和调节级压力反馈因故障全部切除后的一种开环控制方式。此时由操作员设置目标转速或目标负荷及其变化率，形成转速给定或负荷给定值，直接送入阀门管理器，控制阀门的开度。在这种方式下，故障减负荷和机组跳闸保护系统均投入。操作员自动控制方式是由操作员设置目标转速或目标负荷及其变化率，由调节系统进行闭环自动调节。DEH调节系统的各种功能回路都投入，系统具有监视功能各种保护功能。程控自动方式与操作员自动控制方式的区别是：目标转速或目标负荷由控制程序设定，其变化率由计算程序根据机组的状态计算其应力水平确定。程控自动方式还可以和操作员自动或遥控方式组成联合控制方式。此时，目标转速或目标负荷及其变化率，由操作员或负荷调度中心设置，控制程序根据机组的状态计算其应力水平确定其变化率，对操作员或负荷调度中心设置的升速率和升负荷率进行修正。23．数字电液调节系统的总体功能是什么？答：数字电液调节系统的总体功能有：实现机组的自动启动；实现机组负荷的自动调节和二次调频；对机组运行状态进行自动监视；对机组进行自动保护。四、计算题1．某台机组带额定负荷与电网并列运行，机组的额定转速为3000r/min，由于电网事故，该机组甩负荷至零，如果调节系统的速度变动率δ=5%，问该级组甩负荷后的稳定转速应是多少？解：根据速度变动率δ的公式： 其中：r/min=3150r/min该机组甩负荷后的稳定转速应为3150r/min。模拟试题一一、单项选择题（每题2分，共20分）1．火力发电厂汽轮机的主要任务是：（B） A.将热能转化成电能B.将热能转化成机械能C.将电能转化成机械能D.将机械能转化成电能2．具有一定压力和温度的蒸汽在喷嘴中膨胀时（C）A.压力下降，速度下降B.压力上升，速度下降C.压力下降，速度上升D.压力上升，速度上升3．汽轮机的级中做功能力最大的级为：（C）A.纯冲动级B.带反动度的冲动级C.复速级D.反动级4．汽轮机除级内各项损失外，还可能发生下列哪些项损失？（D）A.湿汽损失B.隔板漏汽损失C.叶顶漏汽损失D.轴封漏汽损失5．多级汽轮机相对内效率降低的不可能原因是（D）。A.余速利用系数降低B.级内损失增大C.进排汽损失增大D.重热系数降低6．正常运行时，关于凝汽器内真空的形成，判断下列四个答案中哪一个是正确答案？（B）A.抽气器抽成的B.蒸汽在较低的温度下凝结形成的C.凝结水泵将水从凝汽器内抽出形成的D.汽轮机的末级叶片比较长，蒸汽膨胀得比较充分形成的。7．并列运行的机组，同步器的作用是（C）A.改变机组的转速B.改变调节系统油压C.改变汽轮机功率D.减小机组振动8．已知蒸汽在汽轮机某级的滞止理想焓降为40kJ/kg，该级的反动度为0.187，则喷嘴出口的理想汽流速度为（D）A.8m/sB.122m/sC.161m/sD.255m/s9．关于喷嘴临界流量，在喷嘴出口面积一定的情况下，请判断下列说法哪个正确：（C） A．喷嘴临界流量只与喷嘴初参数有关B．喷嘴临界流量只与喷嘴终参数有关C．喷嘴临界流量与喷嘴压力比有关D.喷嘴临界流量既与喷嘴初参数有关，也与喷嘴终参数有关10．当各种条件相同时，冲动式汽轮机与反动式汽轮机的级数比约为：（C）A.2B.1C.1/2D.1/4二、填空题（每题2分，共20分）1．叶轮上开平衡孔可以起到减小轴向推力的作用。2．在多级汽轮机中，全机理想比焓降为1200kJ/kg，各级的理想焓降之和为1230kJ/kg，则重热系数为2.5%。3．背压式汽轮机非调节级，流量增大，级的理想比焓降增大，反动度降低。4．汽轮发电机组中，以全机理想比焓降为基础来衡量设备完善程度的效率为相对效率以整个循环中加给1kg蒸汽的热量为基准来衡量的效率为绝对效率。5．喷射式抽汽器由于采用的工质不同，又分为射汽抽汽器和射水抽汽器两种。6．汽轮机定压运行时喷嘴配汽与节流配汽相比，节流损失少，效率高。三、分析计算题1．已知汽轮机某纯冲动级喷嘴进口蒸汽的焓值为3369.3kJ/kg，初速度c0=50m/s，喷嘴出口蒸汽的实际速度为c1=470.21m/s，速度系数=0.97，本级的余速未被下一级利用，该级内功率为Pi=1227.2kW，流量D1=47T/h，求：（15分）（1）喷嘴损失为多少?（2）喷嘴出口蒸汽的实际焓？（3）该级的相对内效率？ 解：(1)喷嘴损失：(2)喷嘴出口蒸汽的实际焓：(3)级的相对内效率：2．已知汽轮机某级的理想焓降为84.3kJ/kg，初始动能1.8kJ/kg，反动度0.04，喷嘴速度系数=0.96，动叶速度系数=0.96，圆周速度为171.8m/s，喷嘴出口角1=15°，动叶出口角2=1－3°，蒸汽流量G=4.8kg/s。求：（15分）（1）喷嘴出口相对速度？（2）动叶出口相对速度？（3）轮周功率？解：(1)kJ/kg，kJ/kg，，u=171.8m/skJ/kgm/s 喷嘴出口相对速度:m/s(2)动叶出口相对速度:m/s(3)轮周功率:3．汽轮机的级可分为哪几类？各有何特点？（10分）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级等几种。各类级的特点：（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。它仅利用冲击力来作功。在这种级中：p1=p2；Dhb=0；Ωm=0。（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动级，但作功能力较小。在这种级中：p1>p2；Dhn≈Dhb≈0.5Dht；Ωm=0.5。（3）带反动度的冲动级：蒸汽的膨胀大部分在喷嘴叶栅中进行，只有一小部分在动叶栅中进行。这种级兼有冲动级和反动级的特征，它的流动效率高于纯冲动级，作功能力高于反动级。在这种级中：p1>p2；Dhn>Dhb>0；Ωm=0.05～0.35。（4）复速级：复速级有两列动叶，现代的复速级都带有一定的反动度，即蒸汽除了在喷嘴中进行膨胀外，在两列动叶和导叶中也进行适当的膨胀。由于复速级采用了两列动叶栅，其作功能力要比单列冲动级大。4．轴封系统的作用是什么？（10分） 答：(1)利用轴封漏汽加热给水或到低压处作功。(2)防止蒸汽自汽封处漏入大气；(3)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；(4)防止空气漏入汽轮机真空部分。5．何种工况为调节级的最危险工况，为什么？（10分）答：调节级最危险工况为：第一调节汽门全开，而其他调节汽门全关的情况。当只有在上述情况下，不仅⊿htI最大，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。模拟试题二一、单项选择题（每题2分，共20分） 1．蒸汽流动过程中，能够推动叶轮旋转对外做功的有效力是（C）。A.轴向力B.径向力C.周向力D.蒸汽压差2．汽轮机级采用部分进汽度的原因是（B）A.叶片太长B.叶片太短C.存在鼓风损失D.存在斥汽损失3．汽轮机的外部损失主要有（D）。A.排汽阻力损失B.机械损失C.进汽节流损失D.轴封漏汽损失4．若汽轮机的余速利用系数增大，则该机（D）增大。A.整机循环效率B.整机理想焓降C.重热系数增大D.整机相对内效率5．下列哪个因素是决定凝汽设备循环水温升的主要因素。（A）A.循环水量B.凝汽器的水阻C.凝汽器的汽阻D.冷却水管的排列方式6．汽轮机正常运行时，调节系统控制：（C）A.汽轮机自动主汽门B.同步器C.汽轮机调节汽门D.调速器7．假设喷嘴前的蒸汽滞止焓为3350kJ/kg，喷嘴出口蒸汽理想比焓值为3304.4kJ/kg，则喷嘴实际出口速度为（A）A.9.5m/sB.81.3m/sC.81.9m/sD.320m/s8．在其他条件不变的情况下，余速利用系数增加，级的轮周效率ηu（A）A.增大B.降低C.不变D.无法确定9．降低部分进汽损失，可以采取下列哪个措施？（D）A.加隔板汽封B.减小轴向间隙 C.选择合适的反动度D.在非工作段的动叶两侧加装护罩装置10．下列哪些指标可以用来评价不同类型汽轮发电机组的经济性？（A）A.热耗率B.汽耗率C.发电机效率D.机械效率二、填空题（每题2分，共20分）1．汽轮机的外部损失主要有机械损失和轴封损失。2．汽轮机机械效率的表达式为ηm=pe/pi。3．轮周损失包括：喷嘴损失、动叶损失、余速损失。4．考虑整个机组的经济性，提高单机极限功率的主要途径是增大末级叶片轴向排气面积。5．滑压运行方式是指当机组复合变化时，主汽压力滑动，主汽温度基本不变。6．汽轮机调节系统速度变动率的表达式为。三、分析计算题1．某级蒸汽的理想焓降为Δht=76kJ/kg，蒸汽进入喷嘴的初速度为c0=70m/s，喷嘴出口方向角α1=18°，反动度为Ωm=0.2，动叶出汽角β2=β1－6°，动叶的平均直径为dm=1080mm，转速n=3000r/min，喷嘴的速度系数=0.95，动叶的速度系数=0.94，求：（15分）(1)动叶出口汽流的绝对速度c2(2)动叶出口汽流的方向角α2(3)绘出动叶进出口蒸汽的速度三角形。解：=76+0.5×702/1000=76+2.45=78.45kJ/kg 336.57m/s169.56m/s182.97m/s=28.64o0.2×78.45=15.69kJ/kg=239.39m/s121.69m/sw1w2c2c1uub2b1a2a170.54°动叶进出口蒸汽的速度三角形2．试求凝汽式汽轮机最末级的轴向推力。已知该级蒸汽流量kg/s，平均直径m，动叶高度mm，叶轮轮毂直径m，轴端轴封直径m，喷嘴后的蒸汽压力MPa，动叶后的蒸汽压力MPa。根据级的计算，已知其速度三角形为：m/s，，，m/s，，m/s。（15分）解：（1）蒸汽作用在动叶上的轴向推力：==4074（N） （2)作用在叶轮轮面上的作用力（近似）：==2173（N）（3)蒸汽作用在轴封上的作用力：（N）故总的轴向推力为：（N）3．什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？（10分）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。4．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？（10分）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）对置布置法；（3）叶轮上开平衡孔；（4）采用推力轴承。5．为什么采用多级汽轮机能提高效率？（10分）答：多级汽轮机效率大大提高。主要因为：（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段，使循环热效率提高。（2）相对内效率提高。a)多级汽轮机可使各级都设计在最佳速比附近工作，各级相对内效率都较高；b)在一定条件下，各级余速可部分或全部利用，使相对内效率提高；c)多级汽轮机所具有的重热现象也使整机的相对内效率提高。'