汽轮机原理缩印

1 汽轮机原理汽轮机原理 目目 录录 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 模拟试题一 模拟试题二 参考答案 2 第一章第一章 汽轮机级的工作原理汽轮机级的工作原理 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 op x 1op x 1 1 c u 1 c u 1 cos 2 1 1 cos re t h 2 1 im t h 1 2 re t h im t h 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 3 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 4 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 m 0 则其轮周效率可表示为 u 2 1 2 111 2 cos cos 1cos 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 5 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 2 cos 1 1 11 cos 下 纯冲动级 ht 2 2 a c 2 1 2 cos 2 1 2 1 2 1 uu a 反动级 ht 2 2 a c 2 1 2 1 2 cos2 1 2 2 1 2 2 1 u c uu a 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 C2 P2 P0 C0 C1 1 P1 反动级 6 P0 C0 P 1 C2 P 2 27 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 C1 7 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 hb 0 m 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 hn hb 0 5 ht m 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 hn hb 0 m 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 8 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 第二章第二章 多级汽轮机多级汽轮机 三 简答题三 简答题 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 9 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 3 2 1 5 4 P3 T2 T1 P2 P1 13 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 h s 节流损失 t 0 P 0 P c Pc P0 排汽阻力损失 10 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 第三章第三章汽轮机在变动功况下的工作汽轮机在变动功况下的工作 11 三 简答题三 简答题 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 22 0 2 1 2 01 1 g g pp PP G G 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 12 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 111 cc 1 w 11 w 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 11 w 1 11 2 21 c c w w 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 11 c 21 w 13 W1 u C1 C11 W11 W11 当比焓降增大时 则有 故由上可知反动度降低 1 11 2 21 c c w w 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 s h A1 A2 D1 D2 C2 C1 B1 B2 P0 t 5400 t 3200 t 2620 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 14 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 15 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 16 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 第四章第四章 汽轮机的凝汽设备汽轮机的凝汽设备 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 1 2 3 4 17 1 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 t Dc 则蒸汽负荷降低时 是常数 t 正比于 Dc降低 另外 由得 当 Dw一定 是常数时 随 Dc的降 c D KA D e t w c 1 4187 t 低而减小 在水温不变的情况下 可知 ts t tw1减小 则蒸汽分压力降低 t 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t 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 18 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 t tw1 t Ac ts t A tw2 其中 ts表示蒸汽凝结温度 且 ts t tw1 t 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 t 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 19 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 模模拟拟试试题题一一 3 3 汽轮机的级可分为哪几类 各有何特点 汽轮机的级可分为哪几类 各有何特点 1010 分 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 20 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