汽轮机思考题

第一章

一.概念题:

级:由一列喷嘴叶栅和紧邻其后的一列动叶栅所组成的热能到机械能转换的基本单元。

反动度:蒸汽在动叶中的理想焓降与级的滞止理想焓降之比。

部分进气度:工作喷嘴所占的弧段长度与整个圆周长之比。

速度比：级的圆周速度u与喷嘴出口速度c1或与级的假想出口速度ca的比值。

级的最佳速度比:对应轮周效率最高点的速度比。

级的轮周效率:单位蒸汽量流过某级时所产生的轮周功Pu1与蒸汽在该级中所具有的理想能量E0之比。

级的相对内效率:级的有效焓降与级的理想能量之比。

w1,w2大小比较:

w1=(c12+u2-2uc1cosα1)?w2=ψ(2(h1-h2t)+w12)?=(2Δh b*)?=(c22+u2+2u1c1cosα2*)?

纯冲动级:Ωm=0, Δh=0,w2=ψw1

反动级: Ωm=0.5,Δh n=Δh b=Δh t*/2,α2=90°时，w1=w2cosβ2*

冲动级: Ωm=0.05∽0.20,可大可小，具体计算。

各种级的最佳速度比:

纯冲动级:X1＝COSα1/2 反动级:X1＝COSα 1

冲动级:X1＝COSα1/2(1-Ωm) 复数级:X1=COSα1/4

二.综合性题:

1.级的分类与特点:

（一）按反动度分

1.纯冲动级

Ωm＝0的级，Δhb＝0, Δh*n= Δh*t，

做功能力较大，但效率较低。

2.冲动级（带反动度的冲动级）

Ωm＝0 .05～0.20的级，Δhb＞0, 但Δhb＜Δhn，做功能力和效率介于纯冲动级和反动级之间。

3.反动级

Ωm≈0 .5的级，Δhb＝Δhn，动、静叶型相同，做功能力较小，但效率高。

（二）按能量转换过程分

1.速度级

以利用蒸汽流速为主的级，有双列和多列之分。双列速度级又称复速级。复速级做功能力比单列冲动级大，但效率低。

2.压力级

以利用级组中合理分配的压力降（焓降）为主的级，又称单列级。做功能力较小，但效率高。

（三）按负荷变化时通流面积是否改变分

1.调节级

喷嘴调节的汽轮机的第一级，负荷变化时，其通流面积是改变的。

2.非调节级

负荷改变时，级的通流面积不变。

2.渐缩斜切喷嘴的组成、作用及膨胀特点:

组成:渐缩部分加上斜切部分（ABC)组成。

作用:保证汽流顺利地进入动叶做功，并获超音速汽流。

膨胀特点:(1)当喷嘴出口断面上的压力比大于或等于临界压力比时，蒸汽仅在渐缩部分膨胀，在斜切部分不膨胀，斜切部分仅起导流作用。(2)（２）当喷嘴出口断面上的压力小于临界压力比时，蒸汽不仅在渐缩部分膨胀，在斜切也膨胀。蒸汽在渐缩部分达临界，在斜切部分继续膨胀，出口获超音速汽流，且出口汽流方向发生偏转。

3.级内损失的组成及影响喷嘴速度系数和动叶速度系数的主要因素:

损失组成:喷嘴损失、动叶损失、余速损失、叶高损失Δh l、叶轮摩擦损失Δh f、扇形损失Δhθ、部分进汽损失Δh e=鼓风损失Δh w+斥汽损失Δh s、漏气损失Δhδ=隔板漏气损失Δhδ'+动叶顶部漏气损失Δh t、湿汽损失Δh x.

喷嘴因素:φ–喷嘴速度系数，φ与喷嘴高度、叶型、表面粗糙度、和前后压差等因素有关，特别是与喷嘴高度关系最为密切。一般φ=0.92～0.98。

动叶因素:ψ－动叶速度系数，ψ与动叶高度、反动度、叶型、动叶表面粗糙度等因素有关，特别与叶高和反动度关系更为密切。一般ψ＝０.85～0.95。

4.湿气损失产生的原因、危害性及减小措施

原因：

①使参与做功的蒸汽量减少

②蒸汽拖动水珠流动，消耗一部分蒸汽能量。

③水珠对喷嘴和动叶产生撞击损失

④产生过冷损失，使蒸汽的理想焓降减少。

危害性：水珠的冲蚀作用缩短叶片的使用寿命，并使其工作的可靠性降低。

措施：

①采用中间再热循环。

②采用去湿装置

③采用具有吸水缝的空心喷嘴

④采取措施，提高叶片的抗冲蚀能力。

5.长叶片按等截面叶片设计产生的附加损失及对策

附加损失：

（１）沿叶高圆周速度不同引起的损失：

①汽流撞击损失

②c2的大小和方向沿叶高变化，使动叶出口汽流发生扭曲，使下级进口条件变差。

（２）沿叶高节距不同引起的损失

（３）轴向间隙中的汽流产生径向流动

对策：

（１）按汽流参数沿叶高的变化规律，将叶片设计成变截面的扭叶片。

（２）设计中采用径向平衡法，使汽流在轴向间隙中不产生径向流动。

6.计算题

第二章

一、概念题

重热现象：前级的损失被下级部分利用，使下级的理想焓降在相同的压差下比前级无损失时的理想焓降略有增大，这种现象就称为多级汽轮机的重热现象。

重热系数的意义及含义：将各级的理想焓降之和大于汽轮机理想焓降部分占汽轮机理想焓降的份额叫做重热系数。

汽耗率：表示每生产1kW?h电能所消耗的蒸汽量。

热耗率：表示每生产1kW?h电能所消耗的热量。

汽轮机相对内效率：蒸汽在汽轮机内实际膨胀做功的焓降与蒸汽理想膨胀做功的焓降之比。减少排气阻力的方法：将排汽管设计成具有良好性能的扩压管，使排汽中部分动能转变成静压，以补偿排汽管中的压力损失。

齿形轴封分类：高低齿和平齿

外部损失的种类：进汽机构阻力损失，联通管阻力损失，排气阻力损失

二、综合性题

1.多级汽轮机相对单级汽轮机的特点：

1.多级汽轮机的循环热效率大大提高多级汽轮机可以采用较高的进汽参数和较低的排汽参数，还可以采用回热循环和再热循环。

2.多级汽轮机的相对内效率明显提高.

（1）多级汽轮机每一级承担的焓降不必很大，可以保证各级都在最佳速比附近工作。（2）在一定的条件下，多级汽轮机的余速动能可以全部或部分地被下一级利用。

（3）多级汽轮机级的焓降较小，可以采用渐缩喷嘴，避免了采用难以加工、效率较低的缩放喷嘴。

（4）当级的焓降较小时，根据最佳速比的要求，可相应减小级的平均直径，从而可适当增加叶栅高度，减小叶栅的端部损失。（5）多级汽轮机具有重热现象。

2.多级汽轮机比单机汽轮机效率高的原因：

1.循环热效率

从热力学角度分析，采用多级汽轮机之后可以更大程度地提高蒸汽初参数降低终参数。同时多级汽轮机可以实现回热循环及中间再热循环。

2.相对内效率。

2.1在整机总焓降一定时，多级汽轮机更容易在设计工况下保证每一级都在最佳速比附近工作。

2.2 可以更合理地分配比焓降，减少叶高损失。

2.3重热现象的存在，使得前面级损失的热能可以被后面级利用

2.4多级汽轮机的余速动能可以被下一级利用

3.分析重热现象对汽轮机效率的影响：

重热系数α增大是以损失为前提的。α增大，说明损失增大，重热现象只能回收损失中的一部分，而这一部分远不能补偿损失的增大，所以α越大，汽轮机的内效率就越低。

4.多级汽轮机轴向推力的产生原因及平衡措施：

原因：在轴流式汽轮机中，通常是高压蒸汽由一端进入，低压蒸汽由另一端流出，从整体来

看，蒸汽对汽轮机转子施加了一个由高压端指向低压端的轴向力，使汽轮机转子存在一个向低压端移动的趋势，这个力就称为转子的轴向推力。

轴向推力的平衡方法

1 .采用平衡活塞.

2 .在叶轮上开平衡孔塞。

3 .汽缸采用反向流动布置

4 .采用推力轴承

5.轴封系统的组成、作用及供汽源头的情况：

1 .轴封系统的组成:由轴封装置和与之相连接的管道和附属设备组成。

2 .轴封系统的作用:

（1）防止高压端蒸汽外漏

（2）防止低压端空气漏入汽缸

（3）汽轮机启动时，向轴封供汽，迅速建立凝汽器真空。

（4）回收轴封漏汽的工质和热量

3 .轴封系统的特点:

（1）轴封分段设置，各段间有环形腔室,通过管道将漏到腔室中的蒸汽疏走或向腔室中送汽。（2）轴封设置供汽源作用:1.密封作用2.冷却轴端作用

第三章

一、概念题

汽轮机变工况：汽轮机偏离设计工况下运行的其他一切工况

级组：流量相等、通流面积不变的若干个相邻级的组合。

滑压调节：汽轮机所有的调节阀全开或开度不变，调整锅炉燃料量、给水量和空气量，改变汽轮机的进汽流量和压力（蒸汽温度保持不变），以适应外界负荷的变化。

级的变工况特性：

轴向推力的变化规律：

变工况前后轴向推力数值的大小主要取决于反动度和级前后的压差，正比关系。

凝汽式汽轮机，无论采取何种调节方式，其轴向推力是随负荷增大而增大的，在最大负荷处达最大值。

背压式汽轮机运行中，若发现推力瓦块温度升高，不能盲目减负荷，否则，有可能使事故扩大。

级在亚临界或超临界时焓降、速度比、反动度的变化关系：工况变动时，若级的焓降减小，即速度比增大，则级内反动度增加；反之，若级的焓降增加，则级内反动度就减小。

调节级的最危险工况：第Ⅰ调节阀全开、第Ⅱ调节阀即将开启时，为调节级的最危险工况。

二、综合题

1.研究汽轮机变工况的目的及引起汽轮机变工况的主要因素：

目的：分析汽轮机在不同工况下的效率，各项热经济指标以及主要零部件的受力情况以保证汽轮机在这些工况下安全经济运行。

因素：

（1）电不能大量储存，外界所需的功率时刻在变化。

（2）锅炉燃烧不稳定，使进入汽轮机的蒸汽参数发生变化。

（3）凝汽设备工况的变化，使得凝汽器压力变化。

（4）其他因素：电网频率变化，锅炉水质不佳使汽轮机通流部分面积改变（结垢）等。

2.弗雷格尔公式的应用及应用条件：

弗留格尔公式的应用条件

（1）同一工况下，通过同一级组各级的流量应相等。

对具有回热抽汽的凝汽式汽轮机，可不考虑抽汽口的影响，将全部压力级取成一个级组；但对供热机组，抽汽口不应取在一个级组内（可将抽汽口前后分别取为一个级组）。

（2）不同工况下，级组中各级的通流面积应保持不变。

因为调节级在工况变动时，通流面积常发生变化，所以调节级一般不取在一个级组内。

（3）级组内级数越多，计算结果准确度越高，级组中的级数应不小于3～4级。

（4）通过级组中各级的流量应为均质流。

调节级在有调节阀节流时，级后不是均质流（而是混合流），所以调节级不应取在一个级组内。

2.弗留格尔公式的应用

（1）用来求取不同流量下各级前的压力，各级压差、焓降、反动度、功率、效率，以及

零部件的受力状况。也即进行变工况计算。

（2）监视汽轮机通流部分运行状况是否正常。

3.节流调节的定义及特点：

定义：所有蒸汽都经过一个或几个同时启闭的调节阀，然后流向汽轮机的第一级。

特点及适用场合：

（1）无调节级，第一级全周进汽。

（2）工况变动时，各级温度变化较小，因而负荷的适应性较好。

（3）变工况时，存在节流损失，经济性较差。

（4）适用于小容量机组和带基本负荷的大机组。

4.喷嘴调节的定义及特点：

定义：新蒸汽经过主汽阀后，再经过几个依次启闭的调节阀流向汽轮机的第一级。

工作特点及适用场合

（1）各调节阀所能通过的最大流量不一定相等，一般1阀、2阀较大，3阀开完达额定负荷，4阀为过载阀。

（2）有调节级，部分进汽度e＜1，且e 随调节阀开启数目变化而变化。

（3）部分负荷时，比节流调节效率高。

（4）变工况时，调节级汽室温度变化较大，负荷适应性较差.

（5）适用于各种类型的汽轮机。

5.滑压调节的特点及种类：

定义：

汽轮机所有的调节阀全开或开度不变，调整锅炉燃料量、给水量和空气量，改变汽轮机的进汽流量和压力（蒸汽温度保持不变），以适应外界负荷的变化。

特点：

1.提高了机组运行的可靠性

因为各级的温度变工况时近似不变，减少了负荷变化时各零部件的热应力和热变形。

2.提高了机组部分负荷下运行的经济性

（1）无节流损失或节流损失很小。

（2）变负荷时，各级的理想焓降、速度比近似不变,湿汽损失也减小，所以效率高。

（3）可提高再热蒸汽温度，改善循环效率。

（4）可配合采用变速给水泵，降低给水泵耗功。

3.高负荷区滑压调节不经济

因为定压运行时，调节阀开度较大，节流损失较小，滑压运行带来的效果不大，且初压降低，使锅炉的平均吸热温度降低。

4.适用于单元制的大机组

滑压调节的方式

（1）纯滑压调节

（2）节流滑压调节

（3）复合滑压调节

6.初始参数的变化对汽轮机经济性和安全性的影响

1.对经济性的影响（对汽轮机功率的影响）

初压变化将引起进汽量、理想比焓降和内效率的变化，因此初压变化引起的功率的变化，应为三者改变使功率改变的代数和。通常，当初压变化不大时，相对内效率可认为不变。功率的改变量与初压的改变量成正比，与初压的大小成反比。

2.对汽轮机安全性的影响

（1）新蒸汽压力升高

①使末级湿度增加，工作条件恶化，影响叶片的使用寿命

②当各调节阀全开时，各级过负荷，且最末一、二级最危险；对凝汽式汽轮机，还会

使

轴向推力增大。

（2）新蒸汽压力降低

新蒸汽压力降低，若仍维持额定功率不变，则各级过负荷，且最末一、二级最危险；

对

凝汽式汽轮机，还会使轴向推力增大。

7.汽轮机变工况时各级焓降的变化：

只讨论全开调节阀后的喷嘴与动叶组成的这部分调节级。

在工况变动时，各中间级的理想焓降不变。在定转速下，各级圆周速度不变，速度比不变，因而其级内效率也不变。所以各中间级的内功率与流量成正比。

对于凝汽式汽轮机的最末级，由于其背压取决于凝汽器工况和排汽管的压损，不与流量成正比，故其压力比随流量的变化而变化，流量增加时，压比减小，末级焓降增加；反之，流量减小时，焓降亦减小。

总之，工况变动时，焓降变化集中在调节级和最末级，应对这两级进行变工况校核。

第六章

概念题

气缸的膨胀死点：纵销的中心线与横销中心线的交点。

切向振动：定义：叶片绕其截面最小惯性轴的振动，其振动方向接近于圆周的切向方向。

A型振动：叶根固定，叶顶自由

频率分散度：同一级中测得的叶片自振频率（切向A0型）的最大值与最小值之差再与其平均值之比

叶片调频：

转子临界转速：转子发生剧烈共振时的特定转速

气缸的分类：

（1）按汽缸进汽参数：高压缸，中压缸，低压缸。

（2）按汽缸的层数：单层缸，多层缸。

滑销系统的作用：保证汽缸能定向自由膨胀或收缩，并保证汽缸膨胀或收缩时，汽缸与转子的中心一致。

径向支持轴承的作用：支承转子的重量及转子旋转时产生的不平衡离心力，并确定转子的径向位置。

推力轴承的作用：承受转子的轴向推力，并确定转子的轴向位置。

转子的分类：

（1）按有无叶轮

①轮式转子有叶轮，用于冲动式汽轮机。

②鼓式转子无叶轮，用于反动式汽轮机。

（2）按主轴与其他部件间的组合方式，轮式转子又分为：

①套装转子

叶轮等部件加工好后“红套”在主轴上

②整锻转子

将叶轮等部件与主轴一起锻造加工而成

③焊接转子

由若干个叶轮和两个端轴拼焊而成。

④组合转子

由整锻转子和套装转子组合而成。

叶片及叶片组装：

危险振型:无论是单个叶片还是叶片组，最危险的振型均为切向A0、B0和A1型振动，特别是切向A0型振动更危险。

影响叶片自振频率的因素分析：

1.温度修正

温度升高，E降低，所以f随温度的升高而减小。

2.叶片根部牢固性修正

3.离心力修正

离心力的存在使叶片的频率增大。

常见叶振种类：弯曲振动（切向和轴向），扭转振动

联轴器的种类：刚性联轴器、半挠性联轴器、挠性联轴器

综合题

1.大型汽轮机的结构特点：

2.盘车装置的作用与分类：

盘车装置的作用

（1）防止转子受热不均产生热弯曲。

（2）机组启动前盘动转子，可用来检查机组是否具备启动条件。

如：动静部分是否摩擦，主轴弯曲值是否正常，润滑油系统工作是否正常等。

（3）减少汽轮机启动时的冲转力矩。

盘车装置的分类

（1）按驱动力来源

电动盘车和液动盘车。

（2）按盘车转速

高速盘车和低速盘车。

3.叶片振动激振力的分类及产生低频激振力的主要原因：

1.低频激振力

（1）部分进汽。

（2）级前有抽汽口。

（3）个别喷嘴加工尺寸偏差过大或者损坏。

（4）上下两隔板结合面处（错位）汽流异常。

（5）喷嘴带有加强筋。

2.高频激振力

由喷嘴出口边总有一定厚度（喷嘴尾迹）引起的，另外汽流和通道壁面的摩擦力，使喷嘴出口沿圆周方向汽流的作用力不是均匀分布，叶片每经过一只喷嘴片，汽流作用力就减小一次，即受到反方向的扰动

4.常见的叶片调频措施：

1）在围带或拉金的连接处加焊。

刚度提高，使叶片的自振频率增加。

2）当叶片较厚时，在叶顶钻径向减荷孔。

使叶片的质量减小，自振频率提高。

用于具有整体围带的短叶片中，钻直径4－8mm的小孔,。孔深小于1∕2叶片高度。

3）重新安装叶片，改善叶片的安装质量。

使刚度提高，叶片的自振频率增加。

4）改变叶片组中的叶片数。

一般，随着组内叶片数增加，叶片的自振频率增加；但当组内叶片已较多时，效果就不明显了。

5）对单个自由叶片加装围带或拉金。

使刚度提高，叶片的自振频率增加。

6）变更喷嘴数，甚至重新设计隔板。

改变激振力的频率（zn）。

注：前五项措施是改变叶片的自振频率，后一项是改变叶片的激振力频率

第七章

概念题

凝汽器的内阻：凝汽器进汽压力P与空气抽出口压力之差，

凝汽器的最佳真空：在D c和t w1一定时，增加D w，ΔP t增大，ΔP p也增大，增加D w使ΔP=ΔP t－ΔP p=Max时所对应的真空。

凝汽器端差：冷凝器入口压力下的蒸汽饱和温度与冷却水出口温度之间的差

凝结水过冷却度：凝汽器压力下对应的饱和温度与凝结水温度之差。

凝汽器的冷却倍率（循环倍率）：表示凝结1kg蒸汽所需的冷却水量。

单压凝汽器：汽侧仅一个压力的凝汽器

多压凝汽器：汽侧具有两个或两个以上压力的凝汽器

冷却水供水方式：

开式供水（直流供水）

闭式供水（循环供水）

同等条件下，开式供水比闭式供水的进水温度tw1要低

抽气器的分类：1.射汽式2.射水式3.水环式真空泵4.离心式

综合题

1.凝气设备的组成及应用：

由凝汽器、抽气器、凝结水泵、循环水泵，以及相关的管道附件组成

1.在汽轮机排汽口建立和保持规定的真空，增加蒸汽的做功能力。

2.将汽轮机的排汽凝结成洁净的凝结水，并作为锅炉给水循环使用。

3.具有真空除氧作用。

2.凝结水产生过冷的原因及危害性：

原因：凝结液膜中存在温差；冷凝器中存在气阻；冷凝器中存在空气；冷却表面对落于其上的凝结水的再冷却；汽轮机在低负荷下运行时，凝结水的过冷度会增加；冷却水进口温度降低时，冷凝器的换热能力增强，凝结液膜的平均温度降低；冷凝器热井中的凝结水位过高，以至冷凝器底部的冷却管浸没在凝结水中对凝结水进行再冷却，使凝结水的过冷度增加主要危害表现为凝结水含氧量增加，威胁系统和设备的安全性。2．凝结水过冷也会影响到装置系统的经济性，水中溶解氧造成腐蚀破坏时，系统将因停机和维修而蒙受巨大的经济损失；凝结水的过冷度越大，重新加热给水时所需消耗的能量越大，热力循环的效率相应降低。

3.凝汽器内存有空气的原因及危害性：

1）原因

①新蒸汽少量带入

②真空系统不严密漏入

真空系统严密性是否合格，可通过真空严密性试验来确定。

2）危害性

①影响机组运行的经济性

②影响机组运行的安全性

4.抽气器的任务及电厂常用抽气器的种类

任务：启动前建立凝汽器真空，运行中将凝汽器内不凝结气体连续不断地抽出，以维持凝汽器内的正常真空。

喷射式

1.射汽式

2.射水式

水环式真空泵

离心式

5.水环真空泵的结构及原理：

水环式真空泵的叶轮偏心装置在圆形泵壳内，叶轮上装有后

考式时片，转向如图中箭头所际。叶轮旋转时，工作水在离心力

的作用下甩向周围，形成近似与系壳同心的旋转水环。水环4、叶

片与叶轮两端的盖板构成若干个空腔 3.各空腔的容积呈周期性变

化，类似于往复式活塞。在前半转，即由图中a处转到b处时，

在水活塞的作用下，空腔增大，压力降低。端盖在靠近b点的

处留有开口，空气由此开口被吸人。在后半转，当空腔由c转到d

处时，空腔减小，压力升高，然后从靠近d点处的开口将空气排出。随气体一起排出的有一小部分水，经气水分离器分离后，气体被排空，水经冷却器后又被送回泵内，所以水的损失很少。为了保证恒定的水环，通过朴水或溢流，应使气水分离器内的水位保持在一定范围内。