汽轮机原理复习题

1 一 填空题 1 汽轮机按热力过程可分为 凝汽式 汽轮机 背压式 汽轮机 调节抽汽式 汽轮机 抽汽背压式 汽轮机 多压式 汽轮机等 2 汽轮机是一种将蒸汽 的热能 转变为机械功 的旋转式原动机 3 当M 1时 要想使气流膨胀 通流截面应渐缩 要想扩压通流截面应渐扩 当M 1时 要想使气流膨胀 通流截面应渐扩 要想扩压通流截面应渐缩 4 根据级所采用的反动度的大小不同 可将级分为 纯冲动级 反动级 带反动度的 冲动级 三种 5 蒸汽在动叶中的理想焓降 与这一级总的理想焓降 之比 称为汽轮机的反动度 6 动叶片中理想焓降的大小 通常用级的反动度 来衡量 动叶中的焓降越大 级的反动 度就越大 7 为了减小余速损失 在设计时一般要求动叶片出口绝对排汽角接近于90 8 习惯上把圆周速度 与喷嘴出口速度 的比值称为速度比 通常把对应轮周效率 最大 时的速比称为最佳速比 9 反动级 纯冲动级的最佳速比分别为 r 1 op1 cosx c 1 op1 cos 2x 10 级内损失除了蒸汽在通流部分中流动时所引起的喷嘴 损失 动叶 损失 余速 损失 外 还有叶高 损失 扇形 损失 部分进汽 损失 叶轮摩擦 损失 湿汽 损失以及 漏汽 等损失 11 汽轮机转子主要包括主轴 叶轮 或转鼓 动叶栅 联轴器 以及其他转动零件 12 汽轮机的轴承分推力 轴承和径向支承 轴承两大类 13 汽轮机的损失可分为内部损失和外部损失 外部损失包括 端部漏汽 损失 机械 损失 14 蒸汽在多级汽轮机中工作时 除存在各种级内损失外 还要产生进汽结构中的节流 损 失和排汽管中的压力 损失 15 汽轮机采用中间再热 可以提高循环热效率 又能减小排汽的湿度 16 危急遮断器的动作转速通常应在额定转速的110 112 范围内 17 DEH控制系统要实现对汽轮机组转速和负荷的控制 必须获得的反馈信号是 汽轮机转 速 信号 发电机输出电功率 信号以及调节级后压力 信号 二 选择题 1 某台汽轮发电机组的新蒸汽参数为3 43MPa 435 该机组属于 B A 高温高压机组 B 中温中压机组 C 低温低压机组 2 若要蒸汽在通道中膨胀加速 必须 C A 提供压降 B 提供压升 C 提供压降并使通流截面渐变 3 动叶中的焓降越大 级的反动度就 B A 越小 B 越大 C 可能大也可能小 4 对于纯冲动式汽轮机 蒸汽 A A 仅在喷嘴中膨胀 B 仅在动叶栅中膨胀 C 在喷嘴和动叶栅中都膨胀 5 汽轮机汽缸的膨胀死点是由以下两个部件中心线的交点形成的 C A 立销与横销 B 立销与纵销 C 横销与纵销 6 压水堆核电站汽轮机不能采用过热蒸汽的根本原因是 C A 汽轮机功率太大 B 一回路冷却水压力太高 C 一回路冷却剂不允许沸腾 7 汽轮机工作转速为3000转 分 危急遮断器超速试验时动作转速为3210转 分 你认为 B A 偏高 B 偏低 C 合适 三 判断题 2 1 对于纯冲动式汽轮机 蒸汽不仅在喷嘴中而且也在动叶栅中进行膨胀 2 反动级动叶片前后蒸汽压力不相等 3 汽轮机在启动冲转前及停机后 可以使转子处于静止状态 4 某汽轮机的调节方式为喷嘴调节 它是由四个调节阀同时启闭来改变功率的 5 汽轮发电机组的转子都是用联轴器相连的 且均采用刚性连接 6 汽机交流润滑油泵低油压联动启动 系统油压恢复正常后 交流油泵将自动停止 7 一旦发生甩负荷 超过30 或者当机组转速超速到额定值103 时 则DEH将脉冲给两只 OPC电磁阀以信号 将OPC保护油压快速泄放 使调节阀与再热主汽阀迅速关闭 8 危急遮断系统装有4只AST电磁阀 其中任何一只电磁阀动作均可使AST总管泄油 造成 停机 9 电超速保护的整定值应为103 额定转速 10 汽轮机送轴封蒸汽前盘车应运行正常 四 简答题 1 说明汽轮机型号CB25 8 83 1 47 0 49的含义 答 抽汽背压式汽轮机 额定功率25MW 初压8 83MPa 抽汽压力1 47MPa 背压 0 49MPa 2 动叶速度系数和哪些因素有关 其中哪些因素影响最大 答 与动叶片高度 进 出口角 动叶理想出口速度 叶型 反动度以及表面光洁度等 因素有关 其中 b m和w2t影响最大 3 何谓轮周功率 答 轮周功率即指周向力在动叶片上每秒所作的功 4 何谓轮周效率 答 所谓轮周效率就是指一千克蒸汽通过汽轮机某级动叶片时所作的功与一千克蒸汽通 过该级的理想焓降之比 5 停机后为什么要进行盘车 答案要点 停机后盘车的目的是防止上下汽缸的温差引起轴弯曲 以便汽机随时可以启 动 停机后由于热空气比较轻 上升引起转子和汽缸的上部温度高 下部温度低 转子的轴 就向上弯曲 这时如不盘车 启动时就可发生动静部分摩擦 经测定停机后4 12小时轴弯 曲度最大 6 简述核电汽轮机主要有哪些特点 答 蒸汽参数低 容积流量大 大多数级处于湿蒸汽区 单排汽口极限功率 较小 甩负荷时容易超速 7 提高核电站汽轮机单机功率的途径有哪些 答 增大排汽口通流能力 提高排汽压力或增大余速损失 采用半速汽轮机 采用给水回热加热 8 节流调节有哪些优缺点 答 节流调节汽轮机的优点为 结构简单 制造成本低 负荷变化时级前温度变化较小 与喷嘴调节相比 对负荷变动的适应性较好 另外 与喷嘴调节相比 节流调节汽轮机在满 负荷时有更好的经济性 并且对大功率的汽轮机 若采用节流调节则避免了部分进汽损失 节流调节的缺点是在部分负荷下工作时 由于节流损失使效率下降较多 经济性较差 9 核电站汽轮机为何大都采用节流调节 答 喷嘴调节的优点是在部分负荷时因节流损失较小而有较高的效率 而节流调节汽 轮机在满负荷时既无节流损失又避免了部分进汽损失故效率高 核电厂主要带基本负荷运行 因而采用节流调节在经济性上更为有利 核电站汽轮机容积流量大 第一级叶片的高度大 弯曲应力较大 因此采用部分进汽 困难 故不宜采用喷嘴调节 3 10 汽轮机调节系统的任务是什么 答 保证汽轮发电机组能根据用户的需要及时地提供足够的电力 调整汽轮机的转速使它维持在规定的范围内 11 简述同步器的作用是什么 答 1 在单机运行时 使用同步器可以保证机组在任何负荷下保持转速不变 2 在机组并网运行时 通过同步器可以改变汽轮机的功率 使各台机组承担给定负荷 调整电网频率 以维持电网周波稳定 这称为二次调频 3 在机组并网前 用同步器可改变汽轮机的进汽量来调整汽轮机的转速 使发电机与 电网同步并列 正由于有此用途 故称其为同步器 12 DEH调节系统由哪五大部分组成 答 DEH 调节系统由固态电子控制器柜 操作系统 阀门伺服执行机构 EH 供油系统及 保安系统五大部分组成 13 汽轮机保护系统的功能是什么 答 汽轮机保护系统的功能是 在汽轮机遇到调节系统失灵或其他事故时 能及时动作 迅速停机 避免设备损坏或事故扩大 14 电磁阀危急遮断系统有哪两种动作情况 答 电磁阀危急遮断系统有两种动作情况 一种是超速防护系统 OPC Overspeed Protect Controller 该系统动作时只关闭高调门和 中调门 主汽门并不关闭 不造成汽轮机停机 另一种是自动停机跳闸系统 AST Auto Stop Trip 当该系统动作时 所有汽门全部关闭 实 现紧急停机 AST 危急遮断的项目有 电超速 轴承油压低 EH 油压低 真空低 轴向 位移大 手动跳闸 此外 系统还提供了一个可接受所有的外部遮断讯号的遥控遮断接口 以供现场选用 可选遥控遮断项目有 炉 MFT DEH 失电 轴振动大 轴承瓦温高 差胀 大 高压缸排汽温度高 高压缸排汽压力高 发变组保护动作 旁路不合理操作或故障等 五 论述题 1 什么是汽轮机的级 简述能量在纯冲动级中的转化过程 答案要点 喷嘴和与其配合的动叶栅所构成的汽轮机的基本作功单元称为级 具有一定压力和温度的蒸汽先在固定不动的喷嘴中膨胀加速 蒸汽的压力 温度降低 流速增加 此过程完成了热能到动能的转换 从喷嘴出来的高速汽流 以一定的方向进入装 在叶轮上的动叶栅中 受叶片作用 汽流改变速度及方向后排出 这样 汽流对叶片产生一 作用力 推动叶轮转动作功 完成动能到机械能的转换 2 现代汽轮机如何改进结构设计 以提高机组的变负荷能力和运行安全性 答 设计思想先进的机组采用了窄而高的法兰 使汽缸接近圆筒形 减小了变负荷时 法兰处的热应力 同时将法兰螺栓布置得靠近汽缸壁中心线 从而改善了螺栓的受力条件 设计中还将螺栓的节距取得较小 因而法兰螺栓的直径较小 容易被加热 这种设计思想还 使法兰中分面的蒸汽严密性得以提高 在低压缸中 尽管其进出口蒸汽的压差很小但温降却并不小 为了分担低压缸中的巨 大温压 改善低压缸的膨胀 使汽缸不致产生翘曲变形而影响动 静部分的间隙 大型机组 的低压缸往往采用双层甚至三层缸结构 现代大容量汽轮机采用的下猫爪中分面支承方式 综合了下猫爪支承和上猫爪支承的 优点 既可使受热膨胀后的汽缸与转子中心保持一致 又可减轻法兰螺栓的负担 同时安装 检修也方便 3 压水堆核电厂二回路的蒸汽参数为何较低 压水堆核电厂二回路为何采用低参数饱和蒸 汽 答案要点 压水堆核电厂二回路新蒸汽参数取决于一回路冷却剂温度 为了保证反应堆 的安全稳定运行 不允许一回路冷却剂沸腾 过冷水 即一回路冷却剂温度取决于一回路压 力 而一回路压力应按照反应堆压力容器的计算极限压力选取 另外 核燃料芯块的锆合金 4 Zr 4包壳与水的相容温度不超过350 况且 水的临界温度为374 15 因而一回路冷却剂 温度提高有限 因此压水堆核电厂二回路的蒸汽参数不可能取高 不足300 的初温若选择 过热蒸汽 则初压势必很低 作功能力差 且平均吸热温度低 循环热效率更低 因而只能 采用饱和蒸汽 4 试述核电站汽轮机采用半速有哪些好处 答案要点 提高了单机功率 在不增加动叶应力的情况下 汽轮机转速减半 理论上可以使极限功率提高三倍之多 但由于半速汽轮机的转子 凝汽器 排汽管等的构造尺寸太大 制造工艺上难以实现 所以 实际半速汽轮机的叶片高度和级的平均直径约可增大50 相应功率可提高一倍多一些 提高了汽轮机的可靠性 转速越低 离心应力就越小 因此 在相同材料时 其末级叶片的工作更为可靠 由于叶片在湿蒸汽中侵蚀程度与轮周速度的二次方 三次方甚至四次方成正比 采用 半转速 可使叶片的抗侵蚀能力和可靠性大大提高 另外 从叶片振动特性考虑 低速汽轮机的运行可靠性也更高 提高了经济性 有关不同额定转速对汽轮机组效率影响的研究表明 虽然半速机组在高压部分带来一 些附加损失 但低压部分的效率将得到更多的提高 例如 对于400 600MW汽轮机组 采 用半转速可使汽轮机的经济性提高0 8 1 1 5 间接调速系统由哪些主要机构组成 并说明其基本工作原理 答案要点 主要由转速感应机构 传动放大机构 配汽机构 执行机构 和反馈机构组成 其基本工作原理如下 当外界负荷变化时 由感应机构感受机组转速的变化 并输出相应的变化量 例如离心 式调速器中滑环位移 经传动放大机构放大后 一面带动配汽机构改变调节汽阀的开度 使进汽量作相应变化 改变汽轮机的功率 以满足外界负荷变化的需求 另一方面 在带动 配汽机构动作的同时 通过反馈机构使传动放大机构复位 以保证调节过程稳定 6 图4 4为一最简单的一级放大间接调节系统 试以外界负荷减小使机组转速升高为例分析 该调速系统的工作过程 答案要点 当外界负荷减小使机组转速升高时 调速器 滑环A向上移动 通过杠杆带动错油门滑阀上移 使压力油经错油门a窗口进入油动机的上腔 其 下腔的油经错油门b窗口与回油管路相通 于是 油动机活塞在较大的压差作用下向下移动 关小 调节汽门 减小进汽量 使机组功率与外界负荷 相适应 在油动机活塞下移时 同时通过杠杆带 动错油门滑阀向下移动 当滑阀恢复至居中位置 时 压力油不再与油动机相通 活塞停止运动 此时 调节系统达到了新的平衡状态 油动机活塞的运动是错油门滑阀位移引起的 而活塞位移反过来又影响错油门滑阀的位 移 这种作用称为反馈 这里的反馈元件为杠杆 因为这种反馈是要抵消调速器对滑阀的作 用的 故称为负反馈 如果没有这个负反馈 油动机将一直运动到死点 因而无法实现稳定 调节 因此 负反馈是间接调节系统中必不可少的环节 7 什么是速度变动率 它对汽轮机运行有何影响 答案要点 汽轮机由满负荷稳定减小到零负荷时 转速改变的数值与额定转速之比的百 分数称为速度变动率或速度不等率 即 maxmin0 100 nnn 当 过小时 曲线太平坦 容易造成负荷摆动 过大 单机运行时 负荷变化时速度的改变量偏大 且甩负荷时超调量变大 可能导 致超速保险装置动作 影响机组运行 5 对并列运行的机组 当外界负荷变化时 速度变动率小的机组 负荷变动百分数大 而 速度变动率大的机组 负荷变化百分数小 8 什么是一次调频与二次调频 它们的特点和关系怎样 答案要点 由调速系统自动根据速度变动率的大小来控制