汽轮机课后思考题与答案

汽轮机思考题

1汽轮机有那些用途，我国的汽轮机是如何进行分类的，其型号和型式如何表示？

答：汽轮机除了发电，还被用作大型舰船动力设备，并广泛作为工业动力源，用于驱动鼓风机、泵、压缩机等设备。

按做功原理分：冲动式汽轮机、反动式汽轮机。

按热力过程特性分：凝汽式汽轮机、背压式汽轮机、调整抽汽式汽轮机、

中间再热式汽轮机。 按蒸汽压力分：低压汽轮机、中压汽轮机、高压汽轮机、超高压汽轮机、

亚临界压力汽轮机、超临界压力汽轮机、超超临界压力汽轮机。 另外，按气缸数可以分为单缸汽轮机和多缸汽轮机；按机组转轴数可以分为单轴汽轮机和双轴汽轮机；按工作状况可以分为固定式汽轮机和移动式汽轮机等。

我国制造的汽轮机的型号大多包含三部分信息。第一部分信息由汉语拼音字母表示汽轮机的形式，由数字表示汽轮机的容量，即额定功率（MW）；第二部分信息用几组由斜线分割的数字分别表示新蒸汽参数、再热蒸汽参数、供热蒸汽参数等。第三部分为厂家设计序号。

型式表示为：热力过程特性+做功方式+几缸几排气+蒸汽压力。

1. 汽轮机课程研究的主要内容有那些，如何从科学研究及工程应用的不同角度学习该课程？ 答：该课程研究主要内容有：汽轮机级内能量转换过程、汽轮机的变工况特性等、汽轮机零件强度与振动、自动调节基本理论等。从科学研究方面，我们需要细致的了解汽轮机做功原理及每个零部件的运动受力情况，从工程应用方面学习，我们则侧重于汽轮机的安全运行过程。

2. 研究汽轮机原理要用到那些基本假设与基本方程，要用到那些经验及试验修正？ 答：基本假设：①流动是稳定的；②绝热；③理想气体；④一元流。

基本方程：①连续方程；②状态方程；③能量平衡方程。 修正系数：速度系数?、动叶速度系数?

3. 简述汽轮机级的组成及工作过程。

答：级是由一列环排的静叶栅和动叶栅所组成的做功单元。

当蒸汽通过汽轮机级时，首先在喷嘴叶栅中将热能转变成动能，然后在动叶栅中将剩余的热能及动能转变成机械能，使得叶轮和轴转动，从而实现汽轮机的利用蒸汽做功的任务。

4. 汽轮机的喷嘴和动叶流道是何形状，如何判别喷嘴及动叶的流态，如何选用叶型？ 答：叶栅流道截面积的变化满足连续流动方程，叶片的截面为流线型，流道具有良好的几何形状，流道壁面光滑，动叶栅有合理的曲面流道，可以绕轴心线运动，喷嘴叶栅为弯曲流道。

5. 流过喷嘴的流量与喷嘴前后压比之间的函数式可简化为什么公式，其图形有何特点？什么是彭台门系数，有何作用？ 答：Gt=An?1tp1(??1)?2?p*0[1?()] **??1?0p0图形见书本18页图2-10

*当p1=p0时，喷嘴前后的压力相等，无气流流动，既C点；

?n=?cr时，喷嘴出口达到临界状态，此时流量最大，称为临界流量。 ?n＜?cr时，流量始终保持临界流量不变，如图中AB段。

6. 动叶进出口速度三角形由那些速度及角度构成，如何确定和计算各速度及角度? 答：圆周速度u，喷嘴出口速度c1，方向角?1，动叶出口绝对速度c2，初期方向角?2，动叶进口相对速度w1，动叶出口速度w2，动叶进口气流方向角?1，动叶气流出口角?2。 用余弦定理计算。

7. 什么是反动度，如何对汽轮机级进行分类，级的轮周效率与速比间有何图形关系，不同类型的级的热力特性有何不同？

答：级的反动度为蒸汽在动叶栅中的等熵焓降与级的等熵焓降之比

级的分类：一·冲动级——反动度在0到0.5之间 二·反动级——反动度为0.5

图1-11纯冲动级轮周效率曲线

(x1)op=cosα/2

余速利用对轮周效率和最佳速度比的影响

反动级轮周效率与速比x1和xa的关系

在理想情况下，蒸汽从动叶进口状态(即喷嘴出口状态)p1、h1，等比熵膨胀至动叶出口压力p2。由于在流动过程中存在能量损失，因此，蒸汽在动叶通道中实际的膨胀过程是按熵增曲线进行的。与喷嘴相似，此时动叶栅出口汽流的理想相对速度为

Δhb---动叶栅理想比焓降，Δhb*=h1-h2t，J/kg；

Δhb*---动叶栅滞止理想比焓降，Δhb*=Δhb+w12/2，J/kg。

在纯冲动级蒸汽只在喷嘴中膨胀，在动叶珊中蒸汽进出口压力相等，只改变流向；在反动级中蒸汽一半在喷嘴膨胀，

8. 什么是速比和最佳速比？写出纯冲动单列级，纯冲动双列级，反动级及带一定反动度的冲动级的最佳速比表达式；在圆周速度相同的条件下，比较前三种级的作功能力大小。 答：圆周速度与出口速度比x1?u/c1为列速度比

圆周速度也当量喷嘴出口理想速度比

最佳速度比是从获得最大轮周效率出发选择的速度比 纯冲动单列级的最佳速度比 (x1)op=cosα/2

纯冲动双列级x1)op=cosα/4

反动级最佳速度比(x1)op=cosα

1

为级速度比

对于带反动度的冲动级，当φ=ψ=1，以及α1=α2时，其最佳速度比为

做功能力由大到小是复速级 冲动级 反动级

9.什么是速度系数，其与那些因素有关，如何确定喷嘴及动叶的速度系数？

答：由于蒸汽在实际流动过程中总是有损失的，所以喷嘴出口蒸汽的实际速度c1总是要小于理想速度clt，速度系数正是反映喷嘴内由于各种损失而使汽流速度减小的一个修正值

?。

喷嘴中的动能损失Δhn*与速度系数φ之间的关系可用下式表示：

蒸汽流经动叶的能量损失

ψ为动叶速度系数，它与级的反动度Ωm和动叶出口汽流的理想速度w2t有关 11. 什么是临界状态和临界参数，临界参数只与那些因素有关？

蒸汽在膨胀流动的过程中，一定会在汽道某一截面上达到当地声速，这

是汽流所处的状态为临界状态，汽流的参数为临界参数，临界参数只与汽流的初始参数和等熵指数ｋ有关。

12. 什么是余速利用系数，余速利用与不利用对轮周效率和最佳速比有何影响？ 余速利用系数是用来表示余速动能被利用的程度的。余速利用对最佳速度比的影响：余速利用可以提高级的轮周效益；余速利用使速度比在较大范围对轮周效益的影响显著减弱；余速利用使最佳速度比增大。

13. 蒸汽在喷嘴和动叶栅斜切部的膨胀流动有何特点，什么是极限压力？ 蒸汽在斜切部的膨胀特点：当 大于或等于 时，汽流为亚音速流动，斜切部无膨胀， 的出汽角等于结构角；当 小于 时，喉部达临界状态，之后继续膨胀，产生超音速流动，并产生偏转，方向角为 ＋ 。喷嘴的极限压力是斜切部分内超声速流动时所产生的特性曲线到出口边Ac时的出口压力，也就是汽流在斜切部分内进行膨胀的极限压力。

14. 喷嘴和动叶流道的通流面积如何计算，喷嘴和动叶高度如何计算，影响叶高的因素有那些；什么是部分进汽度，为何要采用部分进汽？

答：影响叶高的因素有：容积流量，部分进气度，平均直径，结构角度 。

部分进汽度是用来确定整个喷嘴环形叶栅上布置喷嘴通道的比例，它的定义为布置喷嘴弧段的长度 与整个圆周长的比值。采用部分进汽可以根据负载的情况调节汽轮机的进汽量，提高汽轮机的效益，同时合理的部分进汽可以减小损失。 15. 影响汽轮机运行安全经济性的内部动静间隙有那些，如何合理确定这些间隙？

答：间隙：轴向间隙（开式轴向间隙和闭式轴向间隙）、径向间隙。 使汽轮机运行在最佳状态来确定间隙的大小

16. 汽轮机级的热功转换损失有那九项，减小这些损失的措施有那些？ 答：损失：

喷嘴损失 动叶损失 叶高损失 扇形损失 部分进汽损失 叶轮摩擦损失 漏汽损失 湿汽损失 余速损失

减小损失措施：喷嘴损失 动叶损失 叶高损失 扇形损失合称流动损失，要减小流动损失需要采用合理的叶片，减小流道摩擦，合理选择反动度等，减少叶轮摩擦损失，可以通过减少叶轮周围的蒸汽空间，提高叶轮表面的粗糙度等，减少部分进汽损失，应该选择合理的部分进气度，同时在没有布置喷嘴的弧度所对应的动叶叶栅两侧用护套罩起来这样可以减少间隙，使动叶只在护套内的少量蒸汽中转动，从而可以使鼓风损失大为减少。减少斥气损失，应尽量减少喷嘴组数，同时还尽可能使得两组喷嘴之间的间隙不大于喷嘴叶栅的节距。减少漏气损失，可以在隔板与主轴之间采用高低齿汽封，在喷嘴和动叶根部设置轴向汽封减少漏气进入动叶通道。或在叶轮上开平衡孔并使也根有适当的反动度。减少湿气损失，可以增大喷嘴出口到工作叶栅的轴向间隙，减少对于叶片背狐的冲击作用，还可以采用叶片自身的防护方法。

17. 评价级的热功转换经济性的最终指标是那一个，级内损失对最佳速比有何影响？如何计算汽轮机级的相对内效率和内功率？

答：评价级的热功转换经济性的最终指标是级的相对内效率。级内损失会使最佳速比减小。相对内效率是级的有效比焓降和级的理想能量（滞止理想比焓降减去余速利用的能量）之比。可用定义直接计算或用1减去各个损失系数。内功率计算则是用级的实际比焓降乘以实际流量。错误！未找到引用源。。

18．与单级汽轮机相比，多级汽轮机有那些特点？多级汽轮机的高、中、低压段有那些不同的性能特点？

答：特点：循环热效率高、相对内效率高、单位功率投资运行成本低、便于先进控制技术和环保技术的应用等。

高压段特点是蒸汽压力温度高，比体积较小，叶高损失较大，通流面积小还会导致漏汽损失增大，效率较低。

中压段蒸汽参数适中，各种损失较小，效率比低压级和高压级高。

低压段比体积急剧增大，体积流量增大迅速叶片高度增加。在低压段中由于存在了湿汽损失，反动度变大使余速损失变大，且末级余速未被利用，因此效率较低 。

19．多级冲动式汽轮机和多级反动式汽轮机相比，在本体结构及热力特性上有何不同？

答：在本体结构上，多级反动式汽轮机为了减小轴向推力，一般采用转鼓式转子，将动叶安装在转鼓上，而冲动式汽轮机则一般将动叶安装在叶轮上。

在热力特性上，反动式汽轮机反动度大，在动叶中比焓降近似等于在喷嘴中的比焓降

20．什么是重热系数，凝汽式汽轮机的重热系数一般为多少？

答：由于等压线沿着比熵增大方向逐渐扩散，因此各级的理想比焓降之和比整机的理想比焓降大。重热系数就是增大部分比焓降和整机的总理想比焓降之比。凝汽式汽轮机的重热系数一般为0.03~0.08左右。

21．什么是汽封，汽轮机的那些部位要装设汽封？什么是轴封系统，如何组成，如何工作？

答：汽封是装设在汽轮机动、静部分之间，减少或防止蒸汽外泄及真空侧空气漏入的装置。汽轮机的轴端，汽阀阀杆端部，隔板和主轴之间，叶片顶部和隔板外缘之间一般都要设置汽封。

轴封系统是确保汽轮机轴端和进汽阀阀杆端部处严密性，收集利用汽轮机轴封进气阀杆漏汽，防止蒸汽向外泄露以及空气漏入低压缸内的一种装置。轴封系统根据功能可分为轴封供汽，轴封漏汽，轴封回汽三部分，设备主要包括轴封、轴封冷却器、轴封风机、轴封蒸汽压力和温度调节器、压力调节阀、减温器及相连的管道阀门等。

轴封系统工作时，先由轴封供汽系统向各个轴封装置供汽，经过轴封装置的工作蒸汽和漏汽一起由管道送往轴封冷却器在其中冷却，疏水送去凝结水收集水箱循利用，不凝结气体由轴封风机抽出。轴封蒸汽压力和温度调节器、压力调节阀、减温器调节轴封蒸汽的温度和压力，使轴封蒸汽压力和温度合适。

22．轴封孔口的流动状态如何判别，轴封漏汽量及汽封齿数如何计算？高低齿汽封和平齿汽封各用在汽轮机的那些部位？

答：判别轴封孔口的流态时，近似认为各齿隙面积相等，又通过齿隙的流量相等，通过流量相等可得各个孔口的速度。

pz?p00.82

z?1.25轴封漏气量计算则可以分两种情况： 1）最后一个齿的出口速度低于临界速度

p?p?G1??1A1??1A1zRT0202z?0?p02?pz2?zp0 2） 最后一个齿的出口速度达到临界速度

p0p0?0 1?G1??1A1??1A

z?1.25RT0z?1.25

23．中间再热汽轮机有哪些进、排汽机构损失，请在h-s热力过程图上标示出来。如何减小这些损失？

答： 有压力损失，排气阻力损失和阀杆漏气损失。

减少压力损失，通常把排气段设计成扩压段，使排气的动能转变成静压，以补偿排气管中的压力损失，另外也可以采用限制流速，设置导流环，导流板等。

减少阀杆漏气损失，通常把阀杆套筒设计成锯齿形，将阀杆间隙分成若干段，构成气封，并将阀杆漏气与轴封系统相连，回收其漏气的热量和工质；阀杆商装有阀杆套筒；阀芯阀杆套筒与阀盖之间设叠片式阻汽片。

24．多级汽轮机装置的经济性用那些指标来评价，中间再热汽轮机的热耗率如何表示？

1） 相对效率：汽轮机相对内效率、机械效率、发电机效率、汽轮发电机组的相对电效率

2） 绝对效率：循环热效率、绝对电效率、电厂热效率

汽耗率 、热耗率等

3）中间再热汽轮机的热耗率：

??Dq?d??h0?h'fw??r?hr?hr'??

D0?? 25．什么是汽轮机的极限功率，提高汽轮机单机功率的措施有那些，有的核电汽轮机为何采用半速机？

答：极限功率：在一定的蒸汽初参数和转速下，单排汽口凝汽式汽轮机所能发出的最大功率

提高单机功率措施： 1） 提高新蒸汽参数

2） 采用高强度、低质量密度的合金材料 3） 采用多排汽口 4） 采用低转速

5） 提高机组的相对内效率 6） 采用给水回热循环 7） 采用中间再热循环

在核电站汽轮机中，因为新蒸汽的体积流量很大，为了解决末级排气的困难，采用半速汽轮机。

26．多级汽轮机的轴向推力是如何形成的，如何计算，如何平衡？

答：轴向推力形成：对于轴流式汽轮机，在蒸汽沿轴向从高压端向低压端流动做功时，蒸汽压差作用在转子凸出部件（叶片，叶轮等）两侧引起从高压端指向低压端的轴向力，这个力称为转子的轴向推力。对于多级汽轮机，轴向推力就是各级轴向力的叠加。 计算：

(1) 蒸汽作用于动叶片上的轴向推力Fz1

Fz1??dblb?m?p0?p2?

(2) 蒸汽作用于叶轮轮面上的轴向推力Fz2

2Fz2????db?lb??d2??pd?p2?

4??(3) 蒸汽作用于主轴凸肩上的轴向推力Fz3

2Fz3???d12?d2??p 4(4) 汽轮机某一级的轴向推力Fz'

Fz'?Fz1?Fz2?Fz3

（1） 整个汽轮机转子上的轴向推力等于各级轴向推力的总和Fz

Fz??Fz'

平衡方法： 1） 平衡活塞法 2） 转子设计成转鼓式 3） 叶轮上开平衡孔 4） 气缸对称布置 5） 采用推力轴承

27. 简述凝汽设备的组成及作用；凝汽式汽轮机的排汽冷凝方式有那几种，各有何特点？ 答：组成：

1） 凝汽器 是凝汽系统的主要部件 作用是将低压缸来的乏汽凝结，并在汽轮机末级排汽口建立真空

2） 抽气设备 作用是正常运行时抽出凝汽器中的不凝结气体，维持真空度，在机组启动时抽出凝汽器汽轮机和管路中的空气。 3） 循环水泵 作用是作为循环水的驱动力来源

4） 凝结水泵 作用是抽出凝汽器中的凝结水并送往低加和除氧器 冷凝方式：

1） 水冷（直流供水 循环供水）直流供水用水量大，水来自天然水源，循环供水需要冷却塔，用水量小。

2） 空冷（直接空冷 间接空冷）直接空冷不需要水等中间冷却介质传热温差大，可获得较低排汽压力，但是体积庞大且易泄漏，同时一般要采用强制通风，增加了用电量和噪声。

28. 水冷表面式凝汽器的凝结压力用何理论表达式表达？影响凝汽器压力的主要因素有那些，如何影响？凝汽器的主要特性指标有那些？多压凝汽器的凝结温度用何式表示？什么是凝汽器的热力特性曲线？ 答：表达式：

影响凝汽器压力的主要因素：

1） 冷却水进口温度tw1，在其他条件不变的情况下，冷却水进口温度tw1越低，凝汽器压力越低，凝汽器的真空度越低。

2） 冷却水温升?t ， 冷却水温升?t 减小，凝汽器压力降低 3） 凝汽器传热端差?t，传热端差?t升高，凝汽器内温度ts增大，凝汽器压降低，真空降低。

主要特性指标：凝汽器传热端差?t，冷却倍率m

多压凝汽器的凝结温度用何式表示：以双压凝汽器为例， 经过双压凝汽器各汽室的冷却

水

温

升

为

pchc?hc'?t1??t2??D4.187?W??Dc?2hc?hc'?t?? ?4.187?2m2????双压那个七七两汽室的平均传热端差分别为

?t1?e?t1??k1Ac??2?4.187D??w????1?t?2??e????k1Ac??2?4.187D??w??? ?1???两汽室蒸汽凝结温度分别为

?t2?e?t2??k2Ac??2?4.187D??w????1?t?2??e????k2Ac??2?4.187D??w????1?

??双压蒸汽凝结室的平均凝结温度温度为

ts1?tw1??t1??t1?tw1?t???t12 ?t?t?)???t222ts2?(tw1??t1)??t2??t2?(tw1凝汽器的热力特性曲线：就是凝汽器的压力，真空，排气压力循环水量流量，温

度，压力之间的关系曲线。

29. 什么汽轮机的变工况及变工况特性，引起汽轮机运行工况变化的原因有那些？对变工况前后的G－P关系研究有那些重要结论，这些结论有何用途？ 答：汽轮机的变工况：由于各种因素影响，运行参数偏离设计值的工况 变工况特性：变工况运行时汽轮机的特性 引起汽轮机运行工况变化的原因： 1） 外扰：外部需求变化。

2） 内扰：初终参数变化 通流部分结构变化（结垢磨损等）进汽调节方式变化 热力系统热力系统运行方式变化

对变工况前后的G－P关系研究重要结论及用途：弗留格尔公式 用途：

1） 监视汽轮机通流部分运行是否正常

2） 推算出不同功率（流量）时各级的压差和比焓降，从而计算出相应的功率速比效率及零部件的受力情况\\

30．当汽轮机进汽量增大时，凝汽式汽轮机各非调节级的中间级和末级的级前后压差如何变化；调整抽汽式汽轮机调整抽汽口前一级的级前后压差如何变化？ 答：当汽轮机进气量增大时，凝气式汽轮机非调节级的各中间级前后压力比不变，即各中间级焓降不变，或者变化不大。末级前后压差增大。（调整抽气式的同理） 31. 当汽轮机进汽量变化时，凝汽式汽轮机非调节级的各中间级和末级的比焓降如何变化；背压式汽轮机非调节级的各中间级和末级的比焓降如何变化？ 答：凝汽式汽轮机非调节级各中间级在汽轮机进汽量变化时，比焓降不变；背压式汽轮机中间级当流量减小时，级的比焓降减小，当流量增大时，级的比焓降增大；末级当流量增大时，比焓降减小，当流量减小时，比焓降增大。 32. 汽轮机各级的比焓降或速比变化时其反动度如何变化，冲动级与反动级相比其变化有何不同？

当工况变动级的理想比焓降减小（或速度比增大）时，级的反动度增大；相反，工况变动级的理想比焓降增大时，则级的反动度减小。另外，原设计反动度小的级，比焓降变化较大，原设计反动度大的级，比焓降变化较小。速度比变化引起的反动度变化主要发生在反动度不大的冲动级。

33. 喷嘴调节汽轮机流量变化时其经济性和安全性如何变化，有何注意事项?

答：喷嘴调节的凝气式汽轮机，在工况变动引起流量变化，比焓降变化主要发生在调节级和末级，个中间级的比焓降几乎不变，由于个中间级的速度比不变，则级的效率不变。而调节级与末级的比焓降变化了，其速度偏离了最佳速度比，级的内效率降低，从而导致整个机组的经济性降低。

另一方面，在工况变动引起流量变化时，喷嘴调节的凝气式汽轮机调节级和末级除比焓降的变化以外，其手里情况也要发生变化。当流量减少时，调节级前的压力为新蒸气压力，而级后压力降低，级的比焓降增加，调节级动静叶片收到的气流力增加。相反，当流量增加时，末级级前压力升高，末级级后压力受凝气器控制几乎不变，则级的比焓降增加。末级动静叶片收到的气流力增加，因此，在工况变化时，必须对调节级和末级动静叶片收到的受流力进行进行认真的核算，以保证机组的安全性。

34. 什么是滑参数运行与定参数运行，各有何特点？什么是喷嘴调节和节流调节，各有何特点？喷嘴调节汽轮机流量变化时，级后压力和级的比焓降如何变化？答：滑参数与定参数，一般是指开停机或升降负荷过程中的一种运行方式。定参数运行，是指保持汽压不变的运行方式。主要通过汽机调门来实现汽压的相对稳定，随着锅炉燃烧的调整，汽温上升或下降到某一温度时，再通过调整汽机调门开度来调整汽压，定参数阶段，汽压的变化是阶段性的，变化之后维持一定时间。定参数运行时汽机的喷嘴节流损失相对较大。滑参数运行，主要是指汽温、汽压随着机组负荷变化而变化的运行方式。滑参数运行时，汽机主汽门和调门一般保持全开，汽温、汽压随锅炉燃烧工况而变化，主要通过燃料两、风量、燃烧器摆角等调节汽温、汽压。

节流调节和喷嘴调节对应的是“单阀”控制（节流调节全周进汽）和“顺序阀”控制（喷嘴调节部分进汽）方式，即在外负荷变化时，通过改变调节阀的开

度，使进汽量变化，改变机组的功率，与外负荷的变化相适应。 采用喷嘴调节的汽轮机，在外负荷变化时，各调节阀按循序逐个开启或关闭。由于在部分负荷下，几个调节阀中只有一个或两个调节阀未全开，因此在相同的部分负荷下，汽轮机的进汽节流损失较小，其内效率的变化也较小。从经济性的角度，当机组负荷经常变动时，这种调节方式较为合理。

汽轮机采用节流调节，在部分负荷下，所有的调节阀均关小，进汽节流损失较大，在相同的部分负荷下，其内效率相应较低，因此这种调节方式仅适应于带基本负荷的汽轮机。另外，许多采用节流调节的汽轮机没有调节级，在工况变化时，高、中压级的温度变化较小，故启动升速和低负荷时对零件加热均匀。当然，目前的机组一般在启停阶段或新机组投运时都考虑采用节流（单阀）全周进汽调节，其目的也是为了对金属零部件加热或冷却均匀，减少热应力的产生。 喷嘴调节汽轮机调节级的焓降是随汽轮机的流量变化而变化的，流量增加时，部分开启汽阀所控的喷嘴焓降增大，全开汽阀所控制的喷嘴焓降减少，而节流调节汽轮机，在工况变动时，因第一级流通面积不随进汽量的改变而变化，因而其变工况特性和中间级完全相同，既第一级级前压力与流量成正比，焓降，反动度，速比和效率等在变工况时近于保持不变，只有最末级的焓降随着工况的变化而发生改变

35．理解并画出喷嘴调节汽轮机调节级的G－P0－PCR－P2关系曲线；说明调节级

动叶的危险受力工况在那个工况点？ 答：

P

3 P`0 4 5 6

P0ii P0III P0IV P0I m E A n k 8 d

Pcr s 7 pcr

2 R O D1 D2 D3 D4 调节级变工况曲线

最危险工况点在第一节调节阀全开而第二调节阀即将开启之前，即是图中的2点

?D

B```

B`` DIV

g`` B` C` DIII g` B C DII DI g A 各级喷嘴组流量与总流量的关系曲线

36．当进汽量变化时节流调节和喷嘴调节凝汽式汽轮机的轴向推力如何变化；反动式汽轮机的轴向推力如何变化？

答：凝气式汽轮机：节流配气方式时，汽轮机的轴向力随负荷增加而增加，在最大负荷时，轴向力达到最大值。喷嘴调节时，除调节级外，其余各级的轴向力的变化规律与节流调节方式相同，喷嘴调节凝气式汽轮机的最大轴向力在最大负荷工况。

反动式汽轮机：反动式汽轮机由于各级的涉及反动度大，在变工况时，即使的的比焓降变化大，反动度变化却小，故反动级的轴向力与级压差成正比的变化，最大轴向力在最大负荷工况下。

37.凝汽式汽轮机的汽耗特性方程是何形式，什么是凝汽式汽轮机的工况图？

el?Dnl，d1为微增率，d1=答 ：气耗特性方程为：D0?d1P3600?H?r1?th?g；

Dn1?3600?P`?H?ri?thm

工况图：汽轮发电机组的功率与汽耗量间的关系曲线称为汽轮发电机组的工况图，也称汽耗线。

1. 节流配汽凝汽式汽轮机工况图：

空载汽耗量：3%～10%，机组容量越大，空载汽耗量越小。

汽耗微增率：每增加单位功率所需增加的汽耗量。

1. 喷嘴配汽凝汽式汽轮机工况图：

38.影响中间再热凝汽式汽轮机功率的初终参数是指那几个参数？如何确定这些参数变化时汽轮机功率的变化量，有何意义？写出主蒸汽压力变化时引起的功率变化量的偏微分表达式。

答：一、 初压变化对功率的影响（初温、背压不变） 流量保持不变

流量不变，则要改变调节阀的开度，可采用喷嘴调节和节流调节方法。 节流调节：G不变，则第一级前压力不变，ΔHt不变，Pi不变，只是阀门开度改

变，节流损失改变。

喷嘴调节：初压变化，改变最后一个调节阀开度。 若忽略最后一个调节阀的节流损失，则

?p2??p0D?i??Pi?p0v0???3600p0 ?p0?对于中间再热机组，初压的改变只影响高压缸的理想焓降，对汽轮机的功率的影响较小

k?1k初温变化对功率的影响（初压、背压不变）

初温变化→功率变化→蒸汽在锅炉内吸热量变化→初焓变化

初温变化→功率变化→蒸汽在锅炉内吸热量变化→初焓变化。 假设：蒸汽在锅炉中吸收的总热量Q?D(h0?hfw)不变，则：

D?Ht?iQ?Ht?i?36003600h0?hfw

背压变化对功率的影响（初压、初温不变） 凝汽设备变化→背压变化→汽轮机内功率变化。变化情况与末级汽流是否达到临界有关。

'?P?G?H?ti??hc2?xmx 背压改变前：iPi?''P?G?H???hi1tic2xmx 背压改变后：

`?P（?Ht）?ri??(?hc2)]xm? i?Pi1?Pi?G[???39.超临界压力汽轮机在结构设计上有那些技术特点?

答：(一)高性能材料:超临界压力汽轮机在高温部分普遍采用了含W.Nb.V.N.Co.b等元素。

（二）冷却技术：对高中压合缸的机组，可以将高压调节级后的蒸汽通过平衡活塞漏气冷却通道引入到中压部分，冷却转子的表面。

（三）高压部件设计：1 高压汽缸：汽缸法兰更厚，螺栓更粗，采用圆筒形汽缸结构。2 高压进气阀门：将低参数的蒸汽引入内外阀壳夹层。3 双流调节级。 （四）固粒腐蚀防护：采用直流锅炉，减少了固粒腐蚀。

（五）气流激振预防：科学设计，优化转子设计与分布，合理的开启顺序，提高制造质量。

（六）末级优化：采用先进的末级长叶片设计提高效率与可靠性。

40.热电联产汽轮机有哪几种型式？热电联产的原则是什么？热电联产的主要经济指标有那两个，如何计算，其限额值各为多少？什么是一次调整抽汽汽轮机的工况图，如何使用工况图？画出一次调整抽汽汽轮机的工况图。

答：两种形式，背压式与调节抽气式汽轮机。原则是将燃料的化学能转变为高品位的热能来发电，同时将已在汽轮机做功后的低品位热能用于对外供热，提高热利用率，节约能源。经济指标为热电比和热化发电率，其中热电比为供热量Q/供电量Pel，热化发电率w为热化发电率Ph/供热量Q，热电比的额限值为40%，热化发电率的值在1000Kwh/GJ左右。一次调节抽气式汽轮机的进汽量，调节抽气量和功率三者之间，在各种运行工况下的关系曲线成为一次调节抽气式汽轮机的工况图。根据机组抽汽量与低压缸流量的值可以找出凝气工况线、背压工况线、等抽汽量工况线、等凝气工况线等线，然后查出相应值。

41.压水堆核电机组由那两个回路组成，各有那些主要设备？两个回路的工质各有何特点，工质参数各为多少？画出常规火电再热汽轮机及压水堆核电汽轮机的h—s图，标出各点参数。

答：一回路核岛，主要包括蒸汽发生器、稳压器、核反应堆、循环水泵；二

回路常规岛，主要包括汽轮机、凝汽器、上水泵。回路工质为纯净的普通水，一回路工质有辐射性，二回路工质没有辐射性；一回路工质压力一般为6.71MPa,x=0.783;再热工质温度为265摄氏度,乏汽压力为7.5.

42. 压水堆核电汽轮机有那些特点，简述大亚湾压水堆核电汽轮机的结构组成。

答：.答：A.蒸汽初参数低，理想比焓降小，汽轮机进排气尺寸大，低压缸大；B.多数级工作在湿蒸汽区;C.高低压缸之间需要装汽水分离再热器；D.汽机

多为半转速机；E.为避免汽轮机甩负荷超速，其进汽部件结构紧凑，尽量缩短连接管道，或在低压缸进口安装截止阀。

大亚湾压水堆核电汽轮机结构：汽轮机本体由转动部分和固定部分组成，转动部分包括动叶栅、叶轮、主轴、联轴器等，固定部分包括气缸、蒸气室、喷嘴室、隔板、汽封等组成。

43.汽轮机动叶片工作时受到那作用些力，对叶片强度有何影响？

答：汽轮机工作时的应力有以下几种： 1、 离心力引起的拉升应力。

2、 离心力、汽流力和叶片振动引起的弯曲应力 3、 离心力、汽流力和叶片振动引起的弯曲应力 4、 不均匀受热引起的热应力

在应力的持续作用下，叶片的连接部位可能会产生应力松弛，若应力是一个交变应力，则可能会引起叶片的疲劳，这均会造成叶片强度下降。

对于拉升应力，应该对叶片进行抗拉强度计算，对受到的弯曲应力，应对动叶进行相应的刚度计算。而热应力一般则用一个系数整合在上述计算中。在校核动叶强度时，应该注意选择叶片最危工况进行校核。

44,激振力分为两种：

答：第一类激振力----低频激振力：是由于汽轮机级轮周上某处气流的方向或大小异常，叶片每经过此处受到的干扰力。

第二类激振力----高频激振力：是由于喷嘴静叶出口边缘有一定的厚度，使进入动叶的气流沿圆周作用力不均匀，叶片每经过一喷嘴出口边时气流作用力要变化一次。

第一类激振力频率： 第二类激振力频率：

f?1?anT，其中a为有a个均匀分布的加强筋。

zne?De1znn''T?/?Dn?,f???znn,zn?znznnTee，其中e为部分进气度，

zn为喷嘴数，zn为假想喷嘴数。

叶片振动的形式有：1,单个叶片（自由叶片）的振动：切向振动，轴向振动，扭转振动

2,叶片组的振型：切向振动，轴向振动及轴向扭转振动，扭转振动

'

45.什么是叶片共振，等截面自由叶片的A型自振频率由何式确定，影响叶片自振频率的因素有那些。危害较大的叶片共振形式是那三种？

答：叶片是一个弹性体，若在外力作用下迫使其离开原平衡位置，当外力除去时，叶片将在原平衡位置两侧做往复自由振动，其振动频率为叶片的自振频率。当外力为简谐激振力时，若没有阻尼且激振频率等于或接近叶片自振频率时，发生叶片共振。当叶片的自振频率等于或接近扰动力频率的整数倍是，也可能发生共振。

等截面自由叶片的A型自振频率

f?kl??2?2EIml3 影响自振频率的因素有：1 工作温度；2 叶根牢固性 危害最大的叶片共振形式是：轴向振动，扭转振动，切向振动

46.写出叶片振动强度的安全准则式；什么是叶片的安全倍率，如何计算，要作那些修正？许用安全倍率是如何得到的？什么是叶片的共振倍率? 答：叶片破坏的主要原因是振动疲劳，即与交变动应力所破坏：

2?合??d??d??m

?max??m??d,?mi?n?m?? d*a?m为静应力，?max为最大应力，?min为最小应力。

安全准则式为：

k1k2kd?Ab???Ab?k3k4k5ku?s,bk 式中：1介质腐蚀修正

?kkkk系数，2表面质量修正系数，d尺寸系数，s,b弯应力，3应力集中系数，4通

*kk?道修正系数，u成组影响系数，5流场不均匀系数，a耐振强度。

安全倍率：式指一个特定的数值，它能保证叶片在共振条件下安全运行。

*?aAb???ns?s,b定义：

在确定安全倍率时，应当考虑影响材料耐振强度及弯应力大小的各种因素，要做修正有：介质腐蚀修正系数，表面质量修正系数，尺寸系数，应力集中系数，通道修正系数，成组影响系数，流场不均匀系数修正。

?Ab?为许用安全倍率，可以分为三种情况计算：

A0型与低频激振力kn共振

下工作的叶片。

1） 第一种不调频叶片的许用安全倍率：允许在切向

k [错误！未找到引用源。]

2） 第二种不调频叶片的许用安全倍率：

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13~20 >20 3 10.0 7.8 6.2 5.0 4.4 4.1 4.0 3.9 3.8 3.7 3.5 ?Ab??10

A0型与高频激振力zn共振

3） 第三种不调频叶片的许用安全倍率：允许在切向下工作的叶片，推荐全周进汽

?Ab?=45，部分进汽?Ab?=55

当激振力频率等于或接近叶片自振频率时将发生共振，同时当叶片的自振频率等于或接近扰动力频率的整数倍k（k=1,2,3……）时，也可能发生共振。

47.什么是叶片频率分散度，应达到何要求？叶片的动频率由何式确定？

答：叶片频率分散度：指的是同一级叶片中检测出的错误！未找到引用源。型振动自振频率最高、最低值之差与平均值（或最低值）之比的百分数。 制造标准要求：频率分散度小于8%。

动频率错误！未找到引用源。：错误！未找到引用源。

式中：错误！未找到引用源。，错误！未找到引用源。，f为叶片静频。

48.什么是调频叶片和不调频叶片，写出三种不调频叶片的定义及安全准则，写出两种调频叶片的定义及安全准则。

当叶片的自振频率靠近激振力频率，叶片强度又不能满足不调频叶片的安全要求时，应对叶片进行调频，采取必要的措施改变叶片的自振频率，避开共振的可能,这种叶片称为调频叶片。

若叶片强度足够，在共振条件下仍能正常工作。在这种情况下，无需将叶片的自振频率与激振频率调开以避免共振，这种叶片称为不调频叶片。

第一种不调频叶片：允许在切向A0型与低频激振力kn共振下工作的叶片。安全准则，Ab??Ab??Ab?

第二种不调频叶片：允许切向B0型与高频激振为zn共振的叶片。安全准则，

Ab?，许用安全倍率?Ab?? 10。

Ab?=45，部分进汽级?第三种不调频叶片：允许在切向A0型与高频激振力为zn共振下工作的叶片。安全准则，Ab??Ab?。全周进汽级?Ab?=55

对于调频叶片，要调整叶片的自振频率，使其与其整倍数避开一个安全距离，同时还必须满足许用安全倍率?Ab?的要求。

第一种调频叶片，对切向A0型振动，将自振频率与低频激振力频率（kn）调开的叶片（组）（其中k?6）。叶片的动频率应满足以下要求

fd1??k?1?n1?7.5Hzkn2?fd2?7.5Hz。

，

第二种调频叶片，对切向B0型振动调开频率以避开高频激振力（zn）频率的叶片组，其调频要求

fs1?zn?f1??100%?15%f?zn 时 zn当s1

zn?fs2?f2??100%?12%f?zn 时 zn当s1

49.画出第一类调频叶片A0型振动的坎贝尔图，标出其共振避开范围。

50.什么是转子的临界转速，什么是刚性转子和挠性转子；写出单轮盘转子的临界转速表达式。

答：汽轮发电机组在启动和升速过程中，当升到某一定转速时，转子将发生较大振动；待转速升高离开此转速后，转子的振动随即明显减小。这种转子发生较大振动时对应的转速称为转子的临界转速。

汽轮发电机组的工作转速低于第一阶临界转速的转子称为刚性转子。汽轮发电机组的工作转速高于第一阶临界转速的转子称为挠性转子。

48EIw?2ml单轮盘转子的临界转速:

51.写出汽轮发电机转子运动方程，为何发电机负荷变化时会引起转速变化？

dwJ?Mst?Mem?Mfdt答：

发电机负荷变化时，蒸汽驱动力矩

Mst变化，上述三个力矩失去平衡，转

子在不平衡力矩作用下，转速发生变化。

52汽轮机控制系统经历了那三代发展？画出汽轮机调节保护系统

答：第一代:机械液压型

第二代：功率电流调节 第三代：DEH

53.什么是汽轮机调节系统的静态特性，它由那些特性合成？什么是调节系统的四象限图？静态特性指标有那几个，数值是多少？写出因迟缓率引起的机组负晃动值的表达式。

答：汽轮机调节系统的静态特性指额定参数工况下汽轮机的功率与转速之间的对应关系。它由第二象限的转速感受机构特性、第三象限的中间传动放大环节的传递特性和第四象限的配汽机构特性合成。以上四个特性构成了调节系统的四象限图。

静态特性指标：转速?n、调速器滑块位移?z、油动机活塞的行程?m、机组的电功率输出?P。其中?n??150r/min；

?z?fn??n，fn为转速感受传递系数；

?m?fm??z，fm为中间传动放大环节传递系数；?P?fp??m，fp为配汽特性传递系数。

?P???n0??????P??P0? 因迟缓率引起的机组负晃动值的表达式：P0??n0?

54.什么是一次调频和二次调频?写出一次调频的负荷调节量表达式。

答：一次调频：并网运行的机组当电网周波变化时，按自己的n-p特性，自动改变气门开度，调节进气量，从而调节电网周波。

二次调频：在电网周波一定的情况下，通过给定装置（就地或远操），平移n-p特性，人为改变气门开度。 一次调频的负荷调节量表达式：

?PS?n`?Po?·no

?nno , ?n?n0?n1

??其中：

55.什么是汽轮机调节系统的动态特性，动态特性指标有那些？影响动态特性的因素有那两个方面，各有哪些因素？

答：汽轮机调节系统动态特性描述调节系统从一个稳定状态到另一个稳定状态过程中机组转速、油动机行程、调节气阀开度和机组电功率输出等参数随时间的变化规律，由此可研究调节系统的动态稳定性和机组甩负荷后最高飞升转速对安全性的影响。 影响因素： 1、 本体设备。 （1）转子时间常数

T4?J?0Mst0

T4。

转子的惯性越大，蒸汽的驱动力矩越小，转子的时间常数就越大，机组甩负荷后的最高飞升转速就越小。

T（2）中间容积时间常数3。

T3?D0V?0?G0G0

中间容积V越大、蒸汽参数越高，中间容积中储存蒸汽量和能量就越多，这部分蒸汽在机组甩负荷时继续进入汽轮机膨胀做功，将使机组转速进一步飞升。 2、调节系统。

（1）调速器时间常数T1。

调速器时间常数描述了调速器在转速扰动时达到稳定输出的时间大小。其对调节系统的甩负荷特性影响较大，过大的调速器时间常数将使甩负荷后最高飞升转速增大。

（2）速度变动率δ。

δ越大，机组在甩负荷工况下调节气阀的关闭时间延长，最高飞升转速增高。另一方面，大的δ将使油动机的关闭速度迟后于转子转速飞升，从而减小动态超调量和过渡过程的振荡次数，缩短过渡过程的调整时间。 （3）液压伺服执行机构时间常数

T2??mmaxAmQmax

T2。

油动机活塞直径和行程越大，油动机的时间常数就越大，全行程关闭所需的时间就越长。 （4）迟缓率ε。

其对稳定性和甩负荷动态特性均产生不利影响。迟缓率存在时，只有当转速飞升量超过迟缓值后方能使油动机动作，使油动机表现出动作滞后，不仅使动态飞升转速增加，而且使动态偏差增大，从而过渡过程的振荡次数增多和调整时间延长，严重时可能产生持续震荡。另一方面，迟缓的存在，也是调节系统不稳定晃动等动态故障的重要原因。

56.中间再热汽轮机有那些运行特点? 中间再热汽轮机运行时高调节阀、中压调节阀及旁路调节阀是按何规律调控负荷的？

答：中间再热汽轮机运行特点：

1、再热器及再热蒸汽管道容积影响运行安全，在甩负荷危急工况下，即使高压缸气阀能即使完全关闭，但再热器等容器空间中储存的大量蒸汽仍会进入中、低压缸继续膨胀做功，有可能使机组转速超过额定转速的40%，严重危及机组的运行安全。因此中间再热式汽轮机除设置高压主汽阀和高压调节汽阀外，还要在再热蒸汽进入中压缸的管道上设置中压主汽阀和中压调节汽阀。

2、中间再热机组的功率滞后，在外界负荷变化时，高压缸功率会随高压调

节汽阀的调节很快跟进，但中低压缸由于存在庞大的中间容积，使其蒸汽压力变化缓慢，因此其功率也只能较缓的跟进。

3、中间再热机组只能采用机、炉配套单元制结构和运行方式。 中间再热汽轮机启动时高、中压调节阀和旁路系统协调控制再蒸汽温度与进入中、低压缸的进汽量；运行时采用高、低压旁路调节阀和中压调节阀控制再热蒸汽温度和再热器的冷却；甩负荷工况下，高、中压调节汽阀快速关闭，由旁路系统控制锅炉过热器和再热器压力。

57.汽轮机DEH系统由那几个部分组成？DEH控制系统有那些反馈控制回路？DEH控制系统有那些基本功能？。

答：汽轮机DEH系统由以计算机为中心的数字系统和采用高压抗燃油的液压伺服系统两大部分组成；主要包括：电子控制器，操作和监视系统，油系统，转换、放大和执行机构，保护系统。

DEH控制系统有三个控制回路：调节级压力控制回路（内回路）、发电机功率控制回路（中回路）、转速控制回路（外回路）。

DEH控制系统的基本功能可概括为汽轮机自动启停、汽轮机自动控制、汽轮机运行监控、汽轮机自动保护等四方面。

58.高压调门的执行机构由那些部件组成，调节和保护时如何动作？ 答：高压调门主要由阀碟（或称门芯）、阀座（门座）、阀套（门套）、阀杆（门杆）、扩散管等组成。

高压调门调节保护时工作原理：

经计算机运算处理后的开大或关小高压调节汽阀的电气信号经过伺服放大器放大后，在电液伺服阀中将电气信号转换为液压信号，使电液伺服阀主阀芯移动，并将液压信号放大后控制高压抗燃油油的通道，使高压抗燃油油进入执行机构活塞杆下腔，使执行机构活塞向上移动，带动高压调节汽阀使之开启，或者是使压力油自活塞杆下腔泄出，借弹簧力使活塞下移，关闭高压调节汽阀。当执行机构活塞移动时,同时带动二个线性位移传感器（LVDT），将执行机构活塞的位移转换成电气信号，作为负反馈信号与前面计算机处理后送来的信号相叠加，输入伺服放大器。当伺服放大器输入信号为零时，伺服阀的主阀回到中间位置，不再有高压油通向执行机构活塞杆下腔，此时高压调节汽阀便停止移动，停留在一个新的工作位置。在该执行机构控制块上装有一个卸荷阀。当汽机转速超过103%额定转速或发生故障需紧急停机时，危急遮断系统动作时，使超速保护母管油泄去，卸荷阀快速打开，迅速泄去执行机构活塞杆下腔的压力油，在弹簧力的作用下迅速关闭各高压调节汽阀。汽轮机工作转速达到额定转速的109-111%时危急遮断器动作，关闭高、中压主汽阀和高、中压调节阀。母管油泄去，卸荷阀快速打开，迅速泄去执行机构活塞杆下腔的压力油，在弹簧力的作用下迅速关闭各高压调节汽阀。

59.什么是ETS，如何组成，有哪些自动保护信号？什么是OPC，其功能如何实现？

答：汽轮机的危急遮断系统（ETS），汽轮机运行中，当存在某种可能导致

机组受损害的危险情况时，ETS装置可使汽轮机自动紧急遮断，保护机组的安全。 ETS装置有一个控制柜和一块运行人员试验面板，控制柜中有两排可编程逻辑控制器（PLC）组件，一个超速控制箱，其中有三个带处理和显示功能的转速继电器，一个交流电源箱，一个直流电源箱以及位于控制柜背面的二排输入输出端子 ?? 汽机超速110%（OS） ?? EH油压低（LP） ?? 润滑油压低（LBO） ?? 冷凝器真空度低（LV） ?? 推力轴承磨损（轴向位移RP） ?? 由用户决定的遥控遮断信号（RM）

超速保护控制OPC

当汽轮机转速或转子加速度达到或超过规定值时，自动控制调节汽阀关闭、开启直至正常转速控制回路可以维持额定转速的抑制超速控制功能。

60. 什么是供热汽轮机调压系统的静态特性？写出压力变动率表达式，其值一般为多少? 答：稳定工况下，汽轮机的排气压力与功率ｐ之间的关系称为供热汽轮机调压系统的静态特性。

Pmax?PminPm?aPxmin压力变动率： ?p?×100% ?1Pb(Pma?xPmin)2其值：10%-20%

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