华电汽轮机复习资料

考试宝典

华电11级 孙旭鸿

●滞止参数：具有一定流速的蒸汽，如果假想蒸汽等熵地制止到速度为0时的状态，该状态为滞止状态，其参数叫滞止参数

●气流在斜切部分方向偏转的根本原因：喉部截面之后继续膨胀的气流是超音速气流，它膨胀时，比容的增大比流速的增大要快，必须在渐扩通道内才能膨胀，在喷嘴高度变化不大而另一侧又有壁面阻挡情况下，气流只有偏向另一侧才能扩大通流面积

●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 ●假想速比：圆周速度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

●余速利用对最佳速比与轮周关系的影响：增大了轮周效率；最佳速比附近轮周效率敏感度下降，提高了适应工况变化的能力；使速比向增大方向移动；使轮周效率失去了对应于最高的基本对称性

●复速级效率低原因及优点：增加了导叶和第二列动叶中的能量损失，而且使第一列动叶中的损失增大。在圆周速度相同时，能承担比单列级大得多的理想比焓降，故采用复速级能使汽轮机的级数减少，结构紧凑；当它作为多级汽轮机的调节级时，蒸汽压力和温度在这一级下降较多，减少了汽轮机在高温高压蒸汽下工作的区域，不仅能减少高温材料，降低制造成本，而且有利于改善汽轮机的变工况性能

●叶型损失：附面层中的摩擦损失；附面层脱离引起的涡流损失；尾迹损失；冲波损失。影响因素：进汽角、相对节距（节距增大时，腹面对汽流约束减弱，背面出口段扩压范围和扩压程度增加，是叶型损失增大；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）和汽流马赫数。

●叶轮摩擦损失：叶轮两侧及围带表面的粗糙度引起的摩擦损失；子午面内的涡流运动引起的损失。

部分进汽损失：由鼓风损失（与部分进气度成反比）和斥汽损失（与喷嘴组数成正比）两部分组成。级的部分进气度：装有喷嘴的弧段长度与整个圆周长度的比值。

●漏气损失：由隔板漏气损失和动叶顶部漏气损失组成。减小措施：尽量减小径向间隙，但汽轮机在启动等情况下，静止部分和转动部分受热不均，温差较大，为避免两者摩擦，径向间隙不能太小。因此采用径向和轴向气封结构。对于较长的扭叶片级，在无围带的情况下，往往将动叶顶部削薄，缩短动叶与气缸的间隙，从而达到气封的作用。此外还应减小叶顶反动度，使动叶顶部前后压差不至过大。叶轮上开设平衡孔。

●湿气损失：饱和蒸汽汽轮机的各级和普通凝气式汽轮机的最后几级都工作在湿蒸汽区，从而对干蒸汽的工作造成能量损失。减少湿汽损失措施：1）去湿方法：由捕水口捕水室和输水通道组成的级内捕水装置；采用具有吸水缝的空心喷嘴；采用出汽边喷射蒸汽的空心喷嘴。2）提高动叶本身抗冲蚀能力：采用耐侵蚀性能强的叶片材料；在叶片进汽边背弧上镶焊硬质合金；对叶片表面镀铬、局部高频淬硬、电火花强化和氮化等。

▲多级汽轮机的优点：1）循环热效率大大提高:蒸汽初参数大大提高，排气压力降得很低，还可采用回热循环和中间再热循环2）相对内效率明显提高：设计工况下每级均在最佳速比附近工作；余速动能可被下级利用；叶高损失减小，喷嘴流动效率高；上面级的损失可被下级部分利用（重热现象）3）单机功率大，故单位功率汽轮机组造价、材料消耗及占地面积减小，故投资小。缺点：1）增加了隔板漏气损失，由于焓降大，最后几级的湿汽损失大2）级数多，增加了机组的长度和质量3）初参数提高，使前几级对金属材料的要求提高了4）级数增加，零部件增多，使全机造价成本提高。 ▲低压段反动度增大原因：低压段叶片高度很大，为保证叶片根部不出现负反动度，平均直径处的反动度较大；级的比焓降大，为避免喷嘴出口流速超过临界速度过多而采用缩放喷嘴，只有增大级的反动度，才能增大动叶比焓降。

▲进汽阻力损失：由于蒸汽在汽轮机进气机构中节流，造成蒸汽在汽轮机中的理想焓降减少，称为进气机构的阻力损失。措施：控制阀门与管道中蒸汽流速；采用带扩压管的单座阀。

▲排汽阻力损失：汽轮机的乏汽从最后一级动叶排出后，由于排气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，使其汽轮机的理想焓降减少。措施：通过扩压把排气动能转化为静压，以补偿排气管中的压力损失

汽轮机的极限功率：在一定的初中参数和转速下，单排气口凝气式汽轮机所能发出的最大功率

▲轴封系统的原理、作用、组成、特点：1）原理：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。2）作用:利用轴封漏气加热给水或到低压处作功；防止蒸汽自气封处漏气；冷却轴封，防止高压端轴封处过多传至主轴承而造成轴承温度过高，影响轴承安全；防止空气漏入汽轮机真空部分3）组成：轴封，供气母管急均压箱，轴封加热器和轴封抽气器4）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者风机维持低于大气压力，紧邻的腔室压力由压力调节器维持高与大气压力，从而保证蒸汽不外泄，空气不内漏。 ▲轴向推力组成和平衡：1）（冲动式）蒸汽作用在动叶上的轴向力；蒸汽作用在叶轮轮面上的轴向力；蒸汽作用在转子凸肩上的轴向力；蒸汽作用隔板汽封和轴封套筒上的轴向推力组成。（反动式）作用在叶片上的轴向推力；作用在轮股锥型面上的轴向推力；作用在转子阶梯上的轴向推力。2）平衡活塞法；相反流动布置法；叶轮上开平衡孔；采用推力轴承。

▲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。泵浦效应：高速旋转的叶轮带动周围蒸汽旋转运动，离心力使部分蒸汽产生指向叶根的径向运动，叶轮和叶根间隙两侧增加一压差，其效应相当于增大腔室中的压力

▲提高单机最大功率的途径：提高新汽参数使全机理想比焓降增大，以及降低凝汽器真空使末级排气比容减小；使用高强度、低密度材料；增加汽轮机的排气口，即进行分流；采用低转速

■弗留格尔公式使用条件：保持设计工况和变工况下通气面积不变，若由于其他原因，使通气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，流过各级的气流为一股均质流。

■节流配气和特点：进入汽轮机的所有蒸汽都通过一个调节气门，然后进入汽轮机的配方式。 负荷小于额定值时，所有蒸汽节流；同样复合下，背压越高，节流效率越低。优点：结构简单，启动或变负荷时第一级受热均匀，且温度变化小，热应力小。

■喷嘴配气和特点：喷嘴配气是依靠几个调节控制相应的调节级喷嘴来调节汽轮机的进气量。部分进气，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气门中蒸汽节流较大，而其余全开气门中的蒸汽节流已减少到最小，故定压运行时，喷嘴配气与节流配汽相比，节流损失较少，效率较高。缺点：调节级存在部分进气损失且受热不均，调节级余速不能利用，负荷下降时高压缸各级温度变化大

■凝汽式汽轮机和背压机的轴向推力随负荷的变化规律：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。背压机非调节级的压力与流量不成正比，且流量减少时各级理想比焓降变小，反动度增大，故轴向推力与流量不成正比，其最大轴向推力在某一中间负荷处。

■滑压运行：调节气门全开或开度不变，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。 ■定滑定运行优点：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，这时没有部分开启汽门，节流损失较小，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。

■最危险工况：第一调节气门全开，而其他调节气门全关的情况，当只有在上述情况下，不仅⊿htI最大，且流过第一喷嘴组的流量是第一喷嘴前压力等于调节气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，使每个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。（结合图考虑） ■汽轮机初压升高时，为什么末级叶片危险性最大：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，则初压升高，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最多，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。

■初温不变，初压降低一般不会带来危险，但所发功率不减小，甚至仍要发出额定功率，必将使全机蒸汽流量超过额定

值，这时各监视段压力超过最大允许值，使轴向推力增大，这是危险的。所以初压降低时，功率必须相应减小。

■初压不变，初温升高使锅炉过热器和再热器管壁、新汽和再热蒸汽管道、高中压主汽门和调节汽门、导管及高中压缸部件的温度都升高，温度越高，钢材蠕变速度越快，蠕变极限越小。汽温过高将使钢材蠕变的塑性变型过大，从而发生螺栓变长，法兰内开口，预紧力变小等问题，既影响安全又缩短机组寿命。

■初压不变，初温下降，影响安全的关键是汽温下降速度，新汽温度下降过快，往往是锅炉满水等事故引起的，应防止汽轮机水冲击。若调节汽门开度不变，则比容减小将使流量增大，但比焓降随温度减小而减小，故功率变化不大。然而比焓降减小后反动度增大，使轴向推力增大。 ■极限真空：P2降到由于末级动叶斜切部分膨胀而多发的功率等于最低压回热抽汽量增大使最末级组少发的功率时的真空。

■汽轮机排气参数升高对运行的影响：汽轮机的循环效率和相对内效率降低，经济型下降；排气温度升高可能造成凝汽器泄露；引起叶片颤振；功率若维持不变，流量增大，使末级处于危险工况；引起转子不对称，转子振动变大

■凝汽式汽轮机当流量减小时P2/p0⊿ht xaΩmηi\\P的变化：调节级—、+、-、+、-、-中间级=、=、=、=、=、-末几级+、-、+、基本不变、-、-。背压式流量增大时的变化：调节级+、-、+、+、-、+中间级：-、+、-、-、-、+

▼凝汽器形成高度真空原因：凝汽器内的蒸汽凝结空间是汽水两相共存的，其压力是蒸汽凝结温度下的饱和压力。只要冷却水温度不高，在正常条件下，蒸汽凝结温度也就不高，如30度左右蒸汽凝结温度所对应的饱和压力只有4-5千帕，大大低于大气压力，就形成了高度真空。

▼凝汽设备及其任务：1)凝汽器、抽汽器、循环水泵和凝结水泵以及它们之间的连接管道、阀门和附件等组成。2)在汽轮机的排气管内建立并维持高度真空；供应洁净的凝结水作为锅炉给水；真空除氧。

▼凝汽器的汽阻、水阻、循环倍率：1）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2）凝汽器冷却水入口压力与冷却水出口压力的差值3）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

▼影响凝汽器真空的因素：冷却水进口温度（影响因素：环境、冷却塔的冷却效果、水热回流情况、热风再循环情况）；冷却水温升（汽轮机排气量、冷却水量：凝汽器管板被堵塞、冷却水管内侧结垢，流动阻力大、循环水泵局部故障、循环水吸水井水位太低，吸不上水）；凝汽器端差（冷却面积、传热系数：结垢情况、凝汽器内空气含量）

▼凝汽器传热过程及影响因素：管外凝结放热（水膜厚度、汽侧空气含量）；管壁导热（管壁厚度及材质、管内结垢情况）；管内对流换热（冷却水流速）

▼凝汽器最佳真空及极限真空：1）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2）凝气器真空达到末级动叶膨胀极限压力下的真空时称为极限真空。 ▼汽轮机负荷不变，凝汽器真空逐渐下降，原因是：冷却水量缓慢减少；冷却水管结垢或脏污；冷却水温缓慢升高；凝汽器的真空系统漏入空气；抽气器效率下降；部分冷却水管被堵。

▼凝汽器空气来源及对凝汽器的工作的影响：1）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2）空气阻碍蒸汽放热，使传热系数降低，从而使?t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。

▼凝结水的过冷度、对机组运行危害、减小方法：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。

▼产生过冷度正常和非正常原因：1)管子外表蒸汽分压低于管束之间平均蒸汽分压，使蒸汽凝结温度低于管束之间混合气流的温度；管子外表面的水膜包括上排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；汽组使管束内层压力降低，也使凝结温度降低2）冷却水管束排列不合理；漏入空气多和抽气器工作不正常，使空气分压增大；凝结水水位过高，淹没冷却水管，使凝结水被进一步冷却。

▼凝汽器优劣指标及运行要求：1）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。2）A热经济性角度：传热效果好；过冷度小；汽阻小B长期安全运行角度：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C节省配套设备耗能角度：尽量减轻抽气器的负荷；水阻要小。

▼凝汽设备中抽气器的任务及主要类型：1）在机组启动时使凝汽器内建立真空；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2）射水式抽汽器、射汽式抽汽器和水环式真空泵。

▼多压凝汽器及优点及适用地点：1）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，且汽侧有密封的分隔板隔开2）一定条件下，多压式凝汽器的平均折合压力比单压式低；多压式凝汽器可将低压侧凝结水引入高压侧加热，以提高凝结水温，减少低压加热器的抽汽量，减少发电热耗率3）汽温高的地区、缺水地区、回流供水的机组。

★静应力及强度校核：1）与叶型自身质量和围带、拉筋质量有关的离心力产生的离心应力；高速气流通过叶型通道时产生的蒸汽作用力，以及围带、拉筋发生弯曲变形时对叶片

的作用力产生的弯曲应力；当叶片离心力作用点不通过计算截面的形心时，还产生离心力偏心导致的弯曲应力2）一般以材料在各种温度下的屈服极限、蠕变极限和持久强度极限，分别除以相应的安全系数得到各自的许用应力，并取这三个许用应力中最小的一个作为强度校核依据。

★变截面扭叶片优点：采用变截面是为了降低叶型截面上的离心应力，变截面叶片的最大离心应力比等截面叶片小50%左右；采用扭叶片是为了满足气动特性的要求，提高级的流动效率。

★叶片离心力引起的弯矩特点及其偏装：1）叶片弯曲变形引起的离心力弯矩可抵消部分蒸汽力弯矩，使叶片截面进出汽边的合成弯曲应力有所减小，意味着叶片承载能力提高，但对于扭曲长叶片，离心力弯矩方向不一定与蒸汽弯矩方向相反，也可能相同，所以需要对叶片进行安装计算2）使叶型部分顺着叶轮旋转的轮周方向倾斜一角度；将叶型部分相对于叶根截面逆叶轮转动方向，在轮缘上平移一段距离，这称为叶片的偏装。

★叶根类型及优缺点：1）T型：结构简单，加工方便，适用于离心力较小的短叶片，但叶片离心力对轮缘两侧产生弯矩，产生较大的弯曲应力，此应力使轮缘向两侧张开，为此将轮缘厚度增大，以减小弯曲应力，但增大了汽轮机的轴向长度2）外包T型叶根：叶片较长，离心力较大时，可在T型叶根两侧加铣两个凸肩，做成外包T型叶根以减小轮缘弯曲应力3）叉型叶根：适用于中长叶片，加工简单，拆除方便，可用在大型机组末级叶片上，但装配费工，在整锻转子和焊接转子上钻铆钉孔不便4）纵树型叶根：叶根与轮缘接近于等强度，适用于尺寸相同的叶根与轮缘。

★动应力及产生原因：1）周期性激振力引起的振动应力2）叶栅尾迹扰动：即气流绕流叶栅时，由于附面层的存在，叶栅表面气流速度近于零，附面层以外气流速度为主流区速度，当气流流出叶栅时在出口边形成尾迹，所以在动静叶栅间隙中气流的速度和压力沿圆周向分布是不均匀的；结构扰动：如部分进汽、抽气口、进排汽管以及叶栅节距有偏差等

原因引起汽流流场不均匀，都将对叶片产生周期性的激振力，因而使叶片发生振动。

★低频和高频激振力产生原因：1）与结构因素有关，个别喷嘴损坏或其加工尺寸有偏差；上下两隔板接合面处喷嘴错位；级前后有抽气口，在抽气口附近喷嘴出口汽流的轴向速度比其他地方小，从而引起扰动；高压级采用窄喷嘴时，为保证隔板强度和刚度，在窄喷嘴前圆周向均匀设置了加强筋，扰动了汽流；喷嘴配汽方式，每两个喷嘴组之间被不通汽的弧段隔开，且沿圆周向不一定对称。2）喷嘴尾迹引起，是由于蒸汽与喷嘴叶栅壁面的摩擦造成蒸汽速度沿圆周方向分布不均匀而产生的交变力

★叶片在激振力作用下的振动类型：1）弯曲振动：切向弯曲振动：叶片在激振力作用下绕最小主惯性轴的振动，包括A型振动（若叶片在激振力作用下振动，其顶端也振动）和B型振动；轴向弯曲振动：叶片绕最大主惯性轴的振动2）扭转振动：叶片在激振力的作用下，其截面绕径向线所作的往复扭转运动。

★叶片组B型振动分类及特点：1)B01型：叶片组中心线两侧等距离的叶片振动相位双双相反；B02：略2) 叶片组同一振型的B型振动有若干个自振频率: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。 ★1.调频叶片、不调频叶片、耐振强度、安全倍率：1）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）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）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

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环境中，作弯-弯试验，循环10次不被破坏可承受的最大动应力4）修正后的耐振强度和蒸汽弯曲应力的比值，表征叶片抵抗疲劳破坏的系数。

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