汽轮机课后思考题与答案资料

1、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

2、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

3、，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：流动是稳定的；绝热；理想气体；一元流。 基本方程：连续方程；状态方程；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

4、 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 1t 2 1 p00* 1 (pp10*)( 1) 图形见书本 18 页图 2-10 当 p1=p*0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。 n20 4.1 4.0 3.9 3.8 3.7 3.5 3 2) 第二种不调频叶片的

5、许用安全倍率：b 3) 第三种不调频叶片的许用安全倍率：允许在切向 A0型与高频激振力 zn 共振 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

6、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，

7、 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 Ab ，许用安全倍率 Ab 10。 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 =45，部分进汽级 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 fd1k 1 n1 7.5Hz ， kn2 fd2

8、 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 zn 时 fs1 zn zn 100% 15% 当 fs1 zn zn fs2 100% 12% zn 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

9、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 w 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？ dw J Mst Mem M f 答： dt 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

10、？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； 传递系数。 P 因迟缓率引起的机组负晃动值的表达式：P0 m， f p为配汽特性 n0 n0 PP0 54.

11、 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 n 其中：non n0 n1 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

12、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。 T4 1）转子时间常数 T4 M st0 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。 （ 2）中间容积时间常数 T3。 D0 G0 G0 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

13、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。 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。 mmax Am T2 （3）液压伺服执行机构时间常数 T2 。 Qmax 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。 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

14、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

15、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

16、。 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

17、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

18、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%（