汽轮机原理试题汇总

1、汽轮机原理- 学习指南一、单项选择题（每题4分）1蒸汽在某反动级喷嘴中的滞止理想焓降为 30 kJ/kg ，则蒸汽在动叶通道中的理想焓降为（ ） 。A. 0 kJ/kgB. 30 kJ/kgC. 15 kJ/kgD. 45 kJ/kg2汽轮机定压运行时喷嘴配汽与节流配汽相比，节流损失少，效率（ ） 。A. 低B.不变C. 高D.以上都不是3在多级汽轮机中重热系数越大，说明（ ） 。A. 各级的损失越大B.机械损失越大C. 轴封漏汽损失越大D. 排汽阻力损失越大4蒸汽在喷嘴斜切部分膨胀的条件是（ ） 。A. 喷嘴后压力等于临界压力 B. 喷嘴后压力小于临界压力C. 喷嘴后压力大于临界压力 D.

2、喷嘴后压力大于喷嘴前压力5在汽轮机工作过程中，下列（ ）是静止不动的？A. 叶片B.叶轮C. 隔板D.轴6. 要使单级汽轮机的焓降大，损失较少，应采用（ ） 。A. 速度级B. 冲动级C. A、B、D都不是 D. 反动级7. （ ）可以用来评价不同类型汽轮发电机组的经济性？A.热耗率B.机械效率C.汽耗率D.汽耗率8. 凝汽器采用回热式凝汽器的目的是（）。A.提高传热效果B.提高真空C.减小凝结水过冷度D.提高循环水出口温度9. 在多级汽轮机中， 全机理想比焓降为 1200 kJ/kg ， 各级的理想焓降之和为 1230 kJ/kg ，则重热系数为（ ） 。A. 2%B. 1.5%C. 5%D

3、. 2.5%10. 汽轮发电机组中，以全机理想比焓降为基础来衡量设备完善程度的效率为（ ）效率。A. 绝对B. 相对C. 机械D.热11. 负荷变化时， 采用滑压运行于采用定压喷嘴调节方式相比， 调节级后各级温 度变化（ ） 。A.很小B. 很大C.不变D. 以上都不是12. 假设喷嘴前的蒸汽滞止焓为3350 kJ/kg ， 喷嘴出口蒸汽理想比焓值为 3304.4kJ/kg ，则喷嘴实际出口速度为（ ） 。A. 81.3 m/sB. 81.9 m/sC. 320 m/sD. 9.5 m/s13. 反动级中，若喷嘴出口汽流角1 =15°，当速比取（）时，该级的轮周效率最高。A. 0.4

4、8B. 0.966C. 0.24D. 0.6714. 短喉部射水抽汽器中，当外界压力增大时，真空度（ ） 。A不变B.升高C降低D.以上都不是15. 某凝汽器的冷却倍率为 80，汽轮机排汽焓和凝结水比焓分别为 2450 kJ/kg和 300 kJ/kg ，冷却水的定压比热为 4.1868kJ/kg, 则其冷却水温升为（ ）。A 3.2 B. 4.2C. 5.4D. 6.416. DEH 调节系统指的是（ ）调节系统。A 机械式B.数字式电液C 液压式D.模拟式电液17. 具有一定压力和温度的蒸汽在喷嘴中膨胀时, 压力下降，速度（ ） 。A下降B.上升C不变D.不确定18. 凝结水过冷度增大的可

5、能原因是（ ） 。A 冷却水量减少B. 冷却水量增加C. 冷却水管结垢D. 凝汽器水位过高19. 当各种条件相同时，冲动式汽轮机与反动式汽轮机的级数比约为（ ） 。A 1:1 B. 1:4 C. 2:1 D. 1:220. 两台额定功率相同的并网运行机组 A, B 所带的负荷相同，机组A 的速度变动率小于机组B 的速度变动率， 当电网周波下降时， 两台机组一次调频后所带功率为Pa和Pb,则Pa （） PBoA.不确定 B. < C. > D.21. 在喷嘴出口方向角 1 和圆周速度u 相等时， 纯冲动级和反动级在最佳速比下所能承担的焓降之比为（ ） 。A 2:1 B. 1:2 C

6、1:4 D. 1:122. 汽轮机的进汽节流损失使得蒸汽入口焓（ ） 。A 减小 B.增大C 不确定D.不变23. 考虑整个机组的经济性，提高单机极限功率的主要途径是增大（ ）叶片 轴向排气面积。A 首级B.末级C. 中间级D.不确定24. 若汽轮机的余速利用系数增大，则该机（ ）增大。A 整机理想焓降B.整机相对内效率C.整机循环效率D.重热系数增大25. 汽轮机的轴向位置是依靠（ ）确定的。A 推力轴承B. 轴封 C. 支撑轴承D. 背轮二、 分析计算题1.（25分）已知某级级前蒸汽入口速度 G=0.0m/s,级的理想始降 h t=78.0kJ/kg ,级的反动度Q =0.3,1=12&#

7、176; ,2=18° ,圆周速度u=178m/s,喷嘴速度系数=0.97 ，动叶速度系数=0.9 ，余速利用系数0=1.0 。（ 1）计算动叶进出口汽流绝对速度及相对速度；（ 2）画出动叶进出口速度三角形；（ 3）画出该级热力过程线并标注各符号。2 （ 20 分）汽轮机运行中，其转子承受哪些作用力？哪些因素影响这些作用力的大小？这些作用力过大， 对转子安全工作有何影响？在运行中如何保证转子安全工作，使其具有一定的使用寿命？3 （ 15分）某机组在最大工况下通过的蒸汽流量 G 130.2T/h ，此时计算得到作用 在 动 叶 上 的 轴 向 推 力 FZ1 104900 N， 作 用

8、 在 叶 轮上 的轴 向 推力FZpb150N /cm ，要求的安全系数为 1.51.7 。4 （ 15 分）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。5 （ 25 分）已知汽轮机某纯冲动级喷嘴进口蒸汽的焓值为 3369.3 kJ/kg ，初速度Co = 50 m/s,喷嘴出口蒸汽的实际速度为C1 = 470.21 m/s,速度系数=0.97,本级的余速未被下一级利用，该级内功率为Pi = 1227.2 kW ，流量D1 = 47 T/h ，求：（ 1）喷嘴损失为多少?（ 2）喷嘴出口蒸汽的实际焓？58600n,作用在各凸肩上的轴向推力FZ（

9、3）该级的相对内效率？6 （ 20 分）汽轮机运行中，其动叶栅承受哪些作用力？这些作用力在什么时候最大？如何保证动叶栅安全工作？94400n,机组轴向推力2轴承共装有10 个瓦块，每块面积f 81.5cm ，轴承工作面能承受的最大压力为7. （15分）凝汽式汽轮机的蒸汽初参数：Po=8.83 MPa温度t 0=530C ,汽轮机 排汽压力Pc=0.0034 MPa,全机理想始降A Ht = 1450 kJ/kg ,其中调节级理想始 降Ah tI = 209.3 kJ/kg ,调节级相对内效率”=0.5,其余各级平均相对内效率 JI ri =0.85。假定发电机效率4g=0.98,机械效率4m=

10、0.99o试求：（ 1）该级组的相对内效率；（ 2）该机组的汽耗率；（ 3）在hs“含漏）图上绘出该机组的热力过程线。8 （ 15 分）汽轮机调节系统一般由哪些机构组成？各自的作用分别是什么？9 （25分）某级蒸汽的理想始降为A ht = 76 kJ/kg ,蒸汽进入喷嘴的初速度为c。 =70 m/s,喷嘴出口方向角a i =18° ,反动度为Q m = 0.2 ,动叶出汽角B 2 = B 1-60 ,动叶的平均直径为dm = 1080 mm,转速n = 3000 r/min ,喷嘴的速度系数 = 0.95 ，动叶的速度系数= 0.94 ，求：（ 1）动叶出口汽流的绝对速度c2；（

11、2）动叶出口汽流的方向角a 2；（ 3）绘出动叶进出口蒸汽的速度三角形。10 （ 20分）主蒸汽压力变化，对机组安全经济运行有何影响？11（ 15 分） 某台机组带额定负荷与电网并列运行， 机组的额定转速为 3000r/min ， 由于电网事故，该机组甩负荷至零，如果调节系统的速度变动率6=5%问该级组甩负荷后的稳定转速应是多少？12 （ 15 分）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？13 （25分）已知汽轮机某级的理想焓降为 84.3 kJ/kg ，初始动能1.8 kJ/kg ，反动度 0.04 ， 喷嘴速度系数= 0.96 ， 动叶速度系数=

12、 0.96 ， 圆周速度为 171.8m/s,喷嘴出口角 1 = 15° ,动叶出口角2 = 1-3° ,蒸汽流量G= 4.8 kg/s。求：（ 1）喷嘴出口相对速度？（ 2）动叶出口相对速度？（ 3）轮周功率？14（ 20 分） 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？15 （15分）已知汽轮机某级喷嘴出口速度c=275m/s,动也进、出口速度分别为w=124m/s、w2=205m/s,喷嘴、动叶的速度系数分别为 =0.97,=0.94,试计算该级的反动度。16 （ 15 分）作用在转子上的轴向力包括哪些？如何减小作用

13、在推力轴承上的轴向推力？17 （25 分）已知某级G=30Kg/s， c0=0.0 ， w1=158m/s， c1=293m/s， w2=157m/s，C2=62.5m/s ,轴向排汽（a 2=900）,喷嘴和动叶速度系数分别为=0.95 ,=0.88 ,汽轮机转速为 3000 转/ 分。（ 1）计算该级的平均反动度；（2）计算轮周损失、轮周力、轮周功率和轮周效率（以0=0,仙1=0.9）;（ 3）作出该级的热力过程线并标出各量。18（ 15 分） 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。19 （ 20 分） 试求 凝汽 式汽 轮 机最 末 级的轴向 推力。 已知该级蒸汽流

14、量G 9.5kg/s ， 平均直径 dm 1.6 m， 动叶高度 lb 370mm， 叶轮轮毂直径d 0.6m，轴端轴封直径dl 0.42m,喷嘴后的蒸汽压力pi 0.007MPa动叶后的蒸汽压力 p2 0.0046 MPa根据级的计算，已知其速度三角形为：ci 360m/s, 1 20, 151 ， w1 158m/s，21 10 ， w2327 m/s。20 （ 15 分）何谓临界转速？在发电厂如何确定转子的临界转速？了解转子的临界转速有何意义？临界转速与转子的自振频率有何关系？参考答案一、选择题1 5 BCABC 610 DACDB 1115 ADBCD 16- 20 BBDDC 212

15、5 ADBBA二、分析计算题1 .解：(1) hn01 m ht0= (1-0.3 ) x 78=54.6 kJ/kgc1t2 103 hn02 103 54.6 330.5m/scic1t 330.5 0.97 320.5m/sw1 ；G2 u2 2qucos 1 V32Q52 17炉 2 32Q5 178cos12° =149.4m/s033W22 m ht 100.92 0.3 78 10 =194.7 m/sc2W22 u2 2w2ucos 2194.72 1782 2 194.7 178 cos180 =55.1m/sP(2)动叶进出口速度三角形：该级热力过程线:0htP2

16、s2 .解：汽轮机运行中转子承受其高速旋转产生的离心力； 蒸汽作用在转子叶轮、轴肩和汽封凸肩上的轴向力；转子振动在其中产生的动应力；转子内部温度不均 产生的热应力；传递机械功率的扭矩。旋转产生的离心力与转速的平方成正比；蒸汽作用在叶轮上的轴向力与叶 轮面积和其两侧蒸汽的压力差成正比；蒸汽作用在轴肩上的轴向力与其面积和该 处蒸汽的压力成正比；转子振动在其中产生的动应力与振动的振幅和频率成比 例，振动频率愈高、振幅愈大，动应力愈大；转子内的热应力与转子内、外壁温 差和轴向温差有关，温差愈大，热应力愈大；传递机械功率的扭矩与机组的负荷 成正比，以发电机短路时扭矩最大。离心力过大，将使其合成应力大于许

17、用应力，严重时造成转子飞车；轴向力的合力过大，使推力轴承承受的轴向推力超过其承载能力，推力轴承因温度过高而烧损，造成汽轮机轴向动、静间隙消失，而发生摩擦或叶片断裂；转子振动 的动应力和热应力过大，可能使其合成应力大于许用应力，并将加快其材料的疲 劳，使转子应力集中部位出现裂纹，缩短使用寿命，甚至发生断裂；转子振动过 大，动、静间隙消失，而发生摩擦，造成转子弯曲，诱发更强烈的振动；转子扭 转振动和传递机械功率的扭矩，在转子内部产生剪切应力，此应力过大，特别是 转子扭转振动发生共振，会造成联轴节连接螺栓断裂，出现重大事故。在运行中只要超速保护正常，控制转速不超过额定转速的120%发电机设置 短路保

18、护；控制蒸汽的温升率和升负荷率不超过允许值，可保证转子安全工作， 并使其具有一定的使用寿命。3 .解:机组总的轴向推力：FzFzi Fz2Fz3 104900 58600 94400 69100(2推力轴承瓦块上所承受的压力为：PzFz10 f6910010 81.584.8( N / cm2)由已知得，轴承工作面最大能承受的压力pb 150N/Cm 。所以其轴承安全系数为：n Pz/pb 150/84.8 1.77>1,5,故此推力瓦工作是 安全的。4 .解：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始降相等；

19、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 叶栅，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。CitCi5.解：(1)470.210.97484.75m/ s喷嘴损失:hn1 2C1t (122484 752(1 0.97 ) 6.94 kJ/kg1000hc0(2)2C021250 J/kg1.25kJ / kg*h0h0hC03369.3 1.253370.55kJ / kghit*h。1 2二 C1t23370.55 1 484.7510003253 k

20、J / kg喷嘴出口蒸汽的实际始：h1h1thn3253 6.94 3260 kJ / kg* *hthth1t 3370.553253117.55 kJ/kg3600PhiiD13600 1227.247 100094kJ / kgri级的相对内效率:hi*ht940.80117.556 .解：汽轮机运行中，具动叶栅承受作用力有：蒸汽作用在动叶栅上的力；高 速旋转产生的离心力；动叶围带产生的反弯矩和离心力； 叶片振动时产生的动应 力。调节级在第一组调节阀（一个或两个）趋近全开时，级内蒸汽理想始降最大， 每一个动叶流道的流量也最大，此时蒸汽产生的作用力最大；对于各压力级，在 最大流量时，级内的

21、理想始降也最大，此时蒸汽产生的作用力最大。离心力与转 速平方成正比，在超速条件下最大。围带对动叶的反弯矩与围带的结构和动叶的 变形量有关。叶片振动时产生的动应力在其共振条件下最大。设计时：保证转速在额定值的 120%寸，动叶片内最大静应力小与许用应力；控制汽轮机在第一组调节阀趋近全开或流量达最大值的工况下， 蒸汽作用在动叶栅 上的弯曲应力小与允许值；使动叶片避开共振，不能避开共振时，应使其安全倍 率A大于许用安全倍率A。运行中严格控制汽轮机不超速(n<3600rpmj)；不在 第一组调节阀趋近全开的工况下长期运行；调节级后压力不超过允许值；在启动 升速过程中，不在叶片共振条件下暖机，可保

22、证动叶栅安全工作。7 .解：(1)因为调节级效率“Iri =0.5= A h iI/Ah tI所以调节级有效始降：A h iI=0.5 X A h tI=104.65 kJ/kg 其余各级的有效始降：A HII=JIriXAHII其中：A H tII=AH t-Ah tI=1450- 209.3=1240.7 kJ/kg见右图8 .解：汽轮机的调节系统，由感应机构、传动放大机构、执行机构和定值机构 组成。它们各自的作用如下：感应机构接受调节信号的变化，并将其转换为可传递 的信号。采用转速变化为调节信号时，感应机构称为调速器。传动放大机构将感 应机构送来的调节信号进行幅值放大和功率放大，并进行综

23、合处理，传递给执行机构进行调节。汽轮机调节系统的执行机构是进汽调节阀和操纵机构，也称配汽 机构。它根据调节信号，改变调节阀的开度，使机组功率相应变化。定值机构即 同步器，对于电液调节系统即转速给定和功率给定。它通过手动产生调节信号,也送入传动放大机构，以改变进汽调节阀的开度。9.解:*htht2Co2 =76 + 0.5 X 702/1000 = 76 + 2.45 = 78.45 kJ/kgGt.2(1*m) ht0.952 (1 0.2) 78.45 1000 336.57 m/sdmn603.14 1.08 300060169.56 m/sWc2 u2 2C|UCos 1v336572

24、169562 2 33657 16956 cosl8)QV182.9 7 m/s.ci sin 1 arcsin Wi336.57 sin18°0arcsin34.64182.97hbW201 634.646=28.64o,*mht.2-hb0.2 X 78.45=15.69 kJ/kg0.94 2 15.69 1000 182.972 =239.39 m/s22C2W2U2w2u cos 23239392 169562 2 23939 16956 coW864° 121 69 m/s2 arcsinw2 sin 2c270.54 0.239.39 sin 28.64 ar

25、csin121.6910 .解：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始降不变，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始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，蒸汽的初始减小；此时进汽流量增 加，回热抽汽压力升高，给水温度随之升高，给水在锅炉中的始开减小，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

26、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

27、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始降增大， 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始降都相应增大，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

28、曲应力和轴向推 力不超限。11 .解：根据速度变动率6的公式:nn2no100%其中：n1n03000 r/minn2(1)n。=3150r/min该机组甩负荷后的稳定转速应为 3150r/min12 .解：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：(1) 平衡活塞法；(2) 对置布置法；(3) 叶轮上开平衡孔；采用推力轴承。13.解：(1) ht 84.3 kJ/kg ,hc0 1.8 kJ/kg , m 0.04 , u = 1

29、71.8 m/s_ *_ _ _ _ .hththco84.31.886.1kJ/kgG2(1 m)ht* 390.5 m/s喷嘴出 口相对速度：w1c" u2 2uQCOS 1228.9 m/s1 arcsin c1 sin 126.20w1(2)动叶出 口相对速度：w2M2 m % w12243.2 m/s(3)21 3023.20轮周功率：PU G u w1 cos 1 w2 cos 24.8 171.8 2289cos26.2° 224.7cos23.2° /1000 339.66 kW14.解：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

30、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 想始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始降不变，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，中间级的理想始降减小，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。(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

31、， 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，级内理想始降减小，而且末级的压力比 和理想始降变化最大。级的速度比和反动度随理想始降的减小而增大，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， 其理想始降亦随之变化。 当汽轮机流量减小时，调节级的压力比逐渐减小，调节级始降逐渐增大。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，故此时调节级理想始降 达到最大值。级的理想始降增大，其速度比和反动度随之减小，速

32、度比偏离最佳 值，级效率相应降低。15.解:22h 0CitGn 2 1032 103 227522 0.972 =40.187 KJ/Kg 103hb2W2t2 1032W22 103 220522 103 0.942=23.78 KJ/Kghb20W1hbw _ 23.782 1031242-124 =16.1 KJ/Kg 2 103hbhbhn016.116.1 40.180.2916.解：蒸汽作用在转子上的轴向力包括：蒸汽作用在叶轮轮面和动叶片上的轴向力、蒸汽作用在转子轴肩和汽封凸肩上的轴向力，以及推力轴承作用在转子上 的轴向反作用力。减小作用在推力轴承上轴向推力的方法有：设计时，在冲

33、动级叶轮上开平衡 孔，减小叶轮两侧的压力差；也可在转子上设置平衡盘，利用其两侧的压力差产 生的反向推力平衡一部分轴向推力； 对于中间再热式多缸汽轮机，常将其高、中 压缸和分流的低压缸分别反向布置， 使它们的轴向推力方向相反，相互平衡一部 分轴向推力。在运行中必要时可采用降负荷的办法， 减小作用在推力轴承上的轴 向推力。17.解:hn02Ci2 103 229322 IO3 0.95247.56 KJ/Kghb2W22 1032W12 10322157215822 103 0.8822 1033.418KJ/Kg(1) mhbhn0 hb3.4183.418 47.560.072C1arccos一22uw12c1u_2222931441580arccos=162 293 144c262.502 arcsin arcs