2025年汽轮机试题及答案

2025年汽轮机试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.下列关于冲动式汽轮机的描述中，正确的是（）。A.蒸汽在动叶栅中仅发生速度变化，压力基本不变B.蒸汽在静叶栅和动叶栅中均发生显著的压力下降C.反动度通常大于0.5D.级效率随负荷变化波动较小答案：A2.汽轮机调节系统的主要作用是（）。A.维持汽轮机转速稳定，适应负荷变化B.提高蒸汽初参数以提升效率C.防止汽轮机超速至危险范围D.平衡转子轴向推力答案：A3.汽轮机临界转速是指（）。A.转子一阶固有振动频率对应的转速B.汽轮机设计额定转速C.蒸汽流量达到临界值时的转速D.轴承油膜失稳时的转速答案：A4.汽轮机叶片最易发生疲劳断裂的区域是（）。A.叶顶围带连接部位B.叶根与轮缘结合处C.叶身中部D.叶栅出气边答案：B5.朗肯循环中，汽轮机排汽在凝汽器中经历的过程是（）。A.等压吸热B.等熵膨胀C.等压放热D.等温压缩答案：C6.汽轮机高压缸采用双层缸结构的主要目的是（）。A.减少缸体重量B.降低内外缸温差，减小热应力C.提高缸体强度D.便于安装检修答案：B7.下列参数中，不属于汽轮机运行监视“五段抽汽”范围的是（）。A.除氧器加热抽汽B.高压加热器抽汽C.低压加热器抽汽D.再热器减温抽汽答案：D8.汽轮机轴向推力增大的主要原因不包括（）。A.主蒸汽压力升高B.通流部分结垢C.汽轮机负荷突降D.隔板汽封磨损答案：C9.汽轮机启动过程中，暖机的主要目的是（）。A.防止转子弯曲B.使汽缸与转子温度均匀，减小热应力C.提升润滑油温度至正常范围D.检查各轴承振动是否超标答案：B10.汽轮机凝汽器真空严密性试验时，若每分钟真空下降值超过（），则视为严密性不合格。A.1.33kPaB.0.67kPaC.2.67kPaD.0.33kPa答案：B二、填空题（每空1分，共20分）1.汽轮机的主要部件可分为（转子）和（静子）两大部分，其中转子包括主轴、叶轮、叶片等，静子包括汽缸、隔板、汽封等。2.衡量汽轮机经济性的指标主要有（热耗率）和（汽耗率），其中热耗率反映单位发电量的热量消耗。3.汽轮机级的反动度是指（动叶栅中的理想焓降）与（级的总理想焓降）的比值，反动式汽轮机的反动度通常大于（0.5）。4.汽轮机临界转速分为（一阶）、（二阶）等，实际运行中应确保工作转速避开临界转速（±15%~20%）的范围，防止共振。5.汽轮机轴向推力的平衡方法主要有（开设平衡孔）、（采用平衡活塞）、（设置推力轴承）等。6.汽轮机调节系统的动态特性指标包括（超调量）、（过渡时间）和（振荡次数），用于评价系统对负荷变化的响应能力。7.凝汽器的主要作用是将汽轮机排汽（凝结成水）并形成（真空），提高循环效率。8.汽轮机启动方式按冲转时的进汽方式可分为（高压缸启动）、（中压缸启动）和（高中压缸联合启动）。三、简答题（每题8分，共40分）1.简述反动度对汽轮机级效率的影响。答：反动度（Ωm）是动叶栅理想焓降（Δhb）与级总理想焓降（Δht）的比值（Ωm=Δhb/Δht）。当Ωm=0时为纯冲动级，蒸汽仅在静叶中膨胀，动叶通道近似为等截面，流速变化小，叶型损失较低，但级焓降小、做功能力弱；当Ωm增大时，动叶中膨胀加剧，汽流在动叶通道中加速，叶型损失增加，但汽流对动叶的反作用力增大，做功能力提升。存在一个最佳反动度（通常0.05~0.3），此时叶型损失与动能利用效率达到平衡，级效率最高。若反动度过大（如>0.5，反动级），动叶膨胀过度，可能导致汽流分离，损失反而增加。2.说明高压缸采用双层缸结构的原因及设计要点。答：原因：高压缸内蒸汽压力高（可达25MPa以上）、温度高（566℃），单层缸内外壁温差大（可达200℃以上），会产生巨大热应力，导致缸体变形甚至裂纹。双层缸结构将高压缸分为内缸和外缸，内缸承受高压高温，外缸仅承受内缸泄漏的较低压力（约1~2MPa）和温度（约300℃），大幅降低内外壁温差（内缸温差≤50℃，外缸≤30℃），减小热应力，同时外缸厚度减薄，节省材料。设计要点：①内缸与外缸之间采用径向或轴向定位，允许自由膨胀；②内缸进汽部分采用高镍铬钼钒钢（如12Cr1MoV），外缸采用中碳钢（如25Cr2MoVA）；③内外缸之间通以冷却蒸汽（如高压缸排汽或中压缸进汽），控制温差；④内缸与静叶持环采用红套或螺栓连接，确保密封性。3.简述汽轮机组甩负荷时超速保护的动作逻辑。答：当机组突然甩负荷（如发电机解列），汽轮机进汽量未及时调整，转子转速将迅速上升。超速保护逻辑如下：①转速升至103%额定转速（如3090r/min）时，电液调节系统（DEH）动作，关闭高压调门（GV）和中压调门（IV），切断进汽；②若转速继续升至110%额定转速（如3300r/min），危急遮断系统（ETS）触发机械超速保护（飞锤或飞环动作），关闭主汽门（TV）和再热主汽门（RSV），彻底切断汽源；③同时，抽汽逆止门快速关闭，防止抽汽管道内蒸汽倒流入汽轮机；④转速降至3000r/min以下后，DEH重新开启调门，维持空转。4.分析凝汽器真空下降的主要原因及处理措施。答：主要原因：①循环水量不足（如循环水泵故障、进口滤网堵塞、管道泄漏）；②凝汽器换热效果下降（铜管结垢、水侧堵塞、汽侧积空气）；③真空系统泄漏（低压缸轴封供汽压力低、法兰结合面漏汽、抽气设备故障）；④排汽量突然增大（如旁路阀误开、轴封溢流增加）。处理措施：①检查循环水泵运行状态，清理滤网，调整循环水流量；②投入凝汽器胶球清洗装置，清除铜管垢层；③启动备用真空泵，检查真空系统严密性（如用烛火或氦质谱检漏），修复泄漏点；④调整轴封供汽压力至正常值（0.02~0.03MPa），关闭旁路阀；⑤若真空持续下降至极限值（如-86kPa），按规程减负荷直至停机，防止低压缸排汽温度超限（>80℃）。四、计算题（每题10分，共20分）1.某凝汽式汽轮机的主蒸汽参数为：压力p0=16.7MPa，温度t0=538℃，排汽压力pc=0.005MPa。已知主蒸汽焓h0=3390kJ/kg，排汽焓hc=2300kJ/kg，汽轮机内效率ηri=0.85，机械效率ηm=0.98，发电机效率ηg=0.99，求该汽轮机的内功率、轴功率和发电功率（流量D=500t/h）。解：（1）理想焓降Δht=h0-hc0（需查h-s图，假设pc=0.005MPa时，理想排汽焓hc0=2050kJ/kg），但题目直接给出实际排汽焓hc=2300kJ/kg，实际焓降Δhi=h0-hc=3390-2300=1090kJ/kg。（2）内功率Pi=D×Δhi×1000/3600=500×1000×1090×1000/(3600×1000)=500×1090/3.6≈151388.89kW≈151.39MW。（3）轴功率Psh=Pi×ηm=151.39×0.98≈148.36MW。（4）发电功率Pg=Psh×ηg=148.36×0.99≈146.88MW。（注：若题目未提供hc0，可直接用实际焓降计算内功率；若需计算相对内效率ηri=Δhi/Δht，则需补充Δht=h0-hc0的值。）2.某汽轮机调节级的静叶出口速度c1=450m/s，动叶进口速度w1=300m/s，动叶出口速度w2=280m/s，动叶进口绝对速度c1的方向角α1=15°，动叶出口绝对速度c2的方向角α2=90°（即c2无周向分量）。求该级的轮周效率ηu和反动度Ωm（取动叶平均直径处的圆周速度u=250m/s）。解：（1）轮周效率ηu=（轮周功Wu）/（级的理想能量E0），其中Wu=u(c1cosα1+c2cosα2)（因α2=90°，cosα2=0），故Wu=u×c1cosα1=250×450×cos15°≈250×450×0.9659≈108663.75J/kg。级的理想能量E0=（c1²）/2+Δhb（Δhb为动叶理想焓降），但反动度Ωm=Δhb/(Δhn+Δhb)（Δhn为静叶理想焓降=c1²/2），或Ωm=（w1²-w2²）/(2Δht)（Δht=Δhn+Δhb）。另一种方法：轮周效率ηu=Wu/E0，而E0=Δht×1000（Δht单位kJ/kg）。由动叶进出口速度三角形：w1²=c1²+u²-2c1ucosα1=450²+250²-2×450×250×cos15°≈202500+62500-225000×0.9659≈265000-217327.5≈47672.5m²/s²w2²=280²=78400m²/s²动叶中的理想焓降Δhb=（w1²-w2²）/(2×1000)=（47672.5-78400）/(2×1000)=（-30727.5）/(2000)≈-15.36kJ/kg（负号表示计算错误，实际应为w1<w2，可能题目中w1=300m/s应为w1=350m/s，假设修正后w1=350m/s，则w1²=122500，Δhb=(122500-78400)/2000=44100/2000=22.05kJ/kg）。静叶理想焓降Δhn=c1²/(2×1000)=450²/(2000)=202500/2000=101.25kJ/kg级总理想焓降Δht=Δhn+Δhb=101.25+22.05=123.3kJ/kg轮周功Wu=u(c1cosα1-c2cosα2)（因α2=90°，c2无周向分量，故c2u=0），而根据动叶出口速度三角形，c2=√(w2²+u²-2w2ucosβ2)，但α2=90°时