汽轮机考试试题及答案

汽轮机考试试题及答案考试说明考试时间：120分钟总分：100分适用对象：能源与动力工程专业学生、电力系统运行人员、汽轮机维护技术人员试题部分一、选择题（每题2分，共20分）1.汽轮机是将蒸汽的热能转换为机械能的设备，其工作原理基于（）。A.热力学第一定律B.热力学第二定律C.牛顿第三定律D.伯努利方程2.下列哪项不是汽轮机的主要组成部分？（）A.汽缸B.转子C.凝汽器D.燃烧室3.汽轮机的级是指（）。A.一个完整的汽轮机B.一列喷嘴和一列动叶C.一组汽轮机叶片D.一个轴承和轴封4.反动式汽轮机的主要特点是（）。A.蒸汽只在喷嘴中膨胀B.蒸汽在喷嘴和动叶中都膨胀C.蒸汽只在动叶中膨胀D.蒸汽在凝汽器中膨胀5.汽轮机的调节级通常采用（）。A.纯冲动级B.纯反动级C.冲动级与反动级组合D.复合级6.汽轮机热力系统中，回热加热器的主要作用是（）。A.提高蒸汽温度B.提高蒸汽压力C.提高循环热效率D.降低蒸汽湿度7.汽轮机凝汽器的主要作用是（）。A.冷却给水B.排除不凝结气体C.建立并维持真空D.降低蒸汽温度8.汽轮机的轴向推力主要由（）产生。A.转子重量B.蒸汽压力作用在转子上的轴向分力C.轴承反力D.电磁力9.汽轮机轴承温度异常升高的可能原因不包括（）。A.润滑油不足B.轴瓦磨损C.冷却水不足D.蒸汽流量增加10.汽轮机叶片的振动通常分为（）。A.自由振动和强迫振动B.横向振动和纵向振动C.扭转振动和弯曲振动D.以上都是二、填空题（每空1分，共20分）1.汽轮机按照热力过程可分为_________和_________两种基本类型。2.汽轮机级内损失主要包括喷嘴损失、_________损失、余速损失、_________损失、漏汽损失和湿汽损失。3.汽轮机叶片按照工作原理可分为_________叶片和_________叶片。4.汽轮机调节系统的基本功能是_________和_________。5.汽轮机的临界转速是指转子在_________下振幅最大的转速。6.汽轮机热经济性指标主要有_________、_________和_________。7.汽轮机轴封系统的主要作用是减少_________和防止_________。8.汽轮机启动过程中，主要控制参数包括_________、_________和_________。9.汽轮机轴承按照工作原理可分为_________轴承和_________轴承。10.汽轮机叶片的腐蚀形式主要有_________腐蚀、_________腐蚀和_________腐蚀。三、判断题（每题1分，共10分）1.汽轮机的级数越多，热效率越高。（）2.汽轮机的调节级通常采用反动式设计。（）3.汽轮机运行中，凝汽器真空越高越好。（）4.汽轮机叶片的频率主要取决于叶片的材料和几何形状。（）5.汽轮机的轴向位移保护装置是为了防止转子轴向移动过大。（）6.汽轮机甩负荷时，主汽门会迅速关闭。（）7.汽轮机轴承温度过高一定是由于润滑油质量下降引起的。（）8.汽轮机叶片的颤振是一种自激振动。（）9.汽轮机的滑参数启动是指蒸汽参数随负荷变化的启动方式。（）10.汽轮机叶片的出汽边通常比进汽边薄，以减少流动损失。（）四、简答题（每题5分，共25分）1.简述冲动式汽轮机与反动式汽轮机的主要区别。2.汽轮机级内损失有哪些？它们对汽轮机效率有什么影响？3.简述汽轮机调节系统的工作原理。4.汽轮机运行中，轴承温度异常升高可能的原因有哪些？如何处理？5.简述汽轮机叶片振动的危害及防止措施。五、计算题（共15分）1.某汽轮机进口蒸汽压力为8.5MPa，温度为535℃，出口压力为0.008MPa。假设汽轮机为理想等熵膨胀，求汽轮机的等熵焓降和等熵效率为85%时的实际焓降。（10分）2.一台汽轮机额定功率为300MW，主蒸汽流量为900t/h，循环效率为42%，求该汽轮机的热耗率。（5分）六、论述题（共10分）论述汽轮机运行中常见的振动类型、原因及处理方法。答案部分一、选择题答案1.答案：B解释：汽轮机的工作原理基于热力学第二定律，即热能可以部分地转换为机械能。热力学第一定律是能量守恒定律，适用于所有能量转换过程；牛顿第三定律是作用力与反作用力定律；伯努利方程是流体力学中的能量方程，不是汽轮机的基本工作原理。2.答案：D解释：燃烧室是燃气轮机的组成部分，而不是汽轮机。汽轮机的主要组成部分包括汽缸、转子、喷嘴、动叶、凝汽器、轴承、轴封等。燃烧室用于燃烧燃料产生高温燃气，适用于燃气轮机。3.答案：B解释：汽轮机的级是指一列喷嘴和一列动叶组成的做功单元。一个完整的汽轮机由多级组成；一组汽轮机叶片可能只是动叶或静叶；一个轴承和轴封是汽轮机的部件，但不是级的定义。4.答案：B解释：反动式汽轮机的主要特点是蒸汽在喷嘴和动叶中都膨胀，产生反作用力推动转子转动。纯冲动式汽轮机中，蒸汽只在喷嘴中膨胀，动叶中只改变方向不做功；蒸汽只在动叶中膨胀不符合汽轮机的工作原理；蒸汽在凝汽器中膨胀是冷凝过程，不是做功过程。5.答案：A解释：汽轮机的调节级通常采用纯冲动级设计，因为冲动级对蒸汽参数变化比较敏感，便于调节。纯反动级对参数变化相对不敏感；冲动级与反动级组合通常用于中间级；复合级不是标准术语。6.答案：C解释：回热加热器的主要作用是提高循环热效率，通过利用汽轮机抽汽加热给水，减少锅炉吸热量。提高蒸汽温度和压力是锅炉的功能；降低蒸汽湿度是再热循环的作用，不是回热加热器的主要作用。7.答案：C解释：汽轮机凝汽器的主要作用是建立并维持真空，提高汽轮机的有效焓降，增加做功能力。冷却给水是回热加热器的功能；排除不凝结气体是凝汽器的辅助功能；降低蒸汽温度是冷凝过程的结果，不是凝汽器的主要目的。8.答案：B解释：汽轮机的轴向推力主要由蒸汽压力作用在转子上的轴向分力产生。转子重量主要引起径向力；轴承反力是抵抗其他力的结果；电磁力是发电机的特性，不是汽轮机的主要轴向力来源。9.答案：D解释：蒸汽流量增加不会直接导致轴承温度升高，反而可能因为轴承负载增加而略微降低温度。润滑油不足、轴瓦磨损和冷却水不足都是导致轴承温度升高的常见原因。10.答案：D解释：汽轮机叶片的振动可以从不同角度分类。按振动原因可分为自由振动和强迫振动；按振动方向可分为横向振动和纵向振动；按变形形式可分为扭转振动和弯曲振动。因此，以上都是正确的分类方式。二、填空题答案1.答案：冲动式汽轮机；反动式汽轮机解释：汽轮机按照热力过程可分为冲动式和反动式两种基本类型。冲动式汽轮机中，蒸汽主要在喷嘴中膨胀，动叶中只改变方向；反动式汽轮机中，蒸汽在喷嘴和动叶中都膨胀。2.答案：动叶；摩擦解释：汽轮机级内损失主要包括喷嘴损失、动叶损失、余速损失、摩擦损失、漏汽损失和湿汽损失。这些损失会导致汽轮机效率下降。3.答案：冲动；反动解释：汽轮机叶片按照工作原理可分为冲动叶片和反动叶片。冲动叶片主要改变蒸汽方向，反动叶片既改变方向又利用蒸汽的反作用力做功。4.答案：调节功率；控制转速解释：汽轮机调节系统的基本功能是调节功率和控制转速，以适应电网负荷变化和保持电网频率稳定。5.答案：共振解释：汽轮机的临界转速是指转子在共振下振幅最大的转速。运行中应避开临界转速，以免引起过大振动。6.答案：热效率；汽耗率；热耗率解释：汽轮机热经济性指标主要有热效率、汽耗率和热耗率。热效率是输出功与输入热量的比值；汽耗率是单位功率消耗的蒸汽量；热耗率是单位功率消耗的热量。7.答案：蒸汽泄漏；空气进入解释：汽轮机轴封系统的主要作用是减少蒸汽泄漏和防止空气进入汽缸。蒸汽泄漏会降低效率，空气进入会降低真空度。8.答案：温度；压力；转速解释：汽轮机启动过程中，主要控制参数包括温度、压力和转速。这些参数需要按照规定速率变化，以避免热应力和机械应力过大。9.答案：滑动；滚动解释：汽轮机轴承按照工作原理可分为滑动轴承和滚动轴承。大型汽轮机通常采用滑动轴承，因为它们能承受更大的载荷。10.答案：电化学；应力；腐蚀疲劳解释：汽轮机叶片的腐蚀形式主要有电化学腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳。这些腐蚀会降低叶片强度，缩短使用寿命。三、判断题答案1.答案：×解释：汽轮机的级数增加可以提高热效率，但并非级数越多效率越高。当级数增加到一定程度后，效率提升有限，同时会使结构复杂、成本增加。此外，级间损失也会随级数增加而累积。2.答案：×解释：汽轮机的调节级通常采用冲动式设计，而不是反动式。这是因为冲动级对蒸汽参数变化比较敏感，便于调节负荷和转速。3.答案：×解释：汽轮机运行中，凝汽器真空并非越高越好。真空过高会导致末级湿度增加，加剧叶片水蚀；同时，真空提高需要增加循环水量，增加厂用电消耗。最佳真空应综合考虑经济性和安全性。4.答案：√解释：汽轮机叶片的频率主要取决于叶片的材料和几何形状。叶片的固有频率是其固有属性，由材料弹性模量、密度和几何尺寸决定。5.答案：√解释：汽轮机的轴向位移保护装置是为了防止转子轴向移动过大。轴向位移过大可能导致动静部分摩擦，甚至损坏设备。6.答案：√解释：汽轮机甩负荷时，主汽门会迅速关闭，以防止转子超速。这是汽轮机保护系统的重要功能。7.答案：×解释：汽轮机轴承温度升高不一定是由于润滑油质量下降引起的。其他可能的原因包括：轴承负载过大、冷却不足、轴瓦磨损、轴系不对中、轴承间隙不当等。8.答案：√解释：汽轮机叶片的颤振是一种自激振动，不需要外部持续激励，而是由叶片与气流相互作用产生的。颤振可能导致叶片疲劳断裂。9.答案：√解释：汽轮机的滑参数启动是指蒸汽参数随负荷变化的启动方式，与定参数启动相对应。滑参数启动可以减小热应力，更适合大型机组。10.答案：√解释：汽轮机叶片的出汽边通常比进汽边薄，以减少流动损失。较薄的出汽边可以降低尾迹湍流，提高流动效率。四、简答题答案1.答案：冲动式汽轮机与反动式汽轮机的主要区别在于：(1)蒸汽膨胀方式：冲动式汽轮机中，蒸汽主要在喷嘴中膨胀，动叶中只改变方向；反动式汽轮机中，蒸汽在喷嘴和动叶中都膨胀。(2)叶片形状：冲动式叶片较厚，通道面积变化小；反动式叶片较薄，通道面积沿流动方向逐渐减小。(3)级反动度：冲动式级反动度接近0；反动式级反动度在0.5左右。(4)效率特性：冲动式级效率较低但结构简单；反动式级效率较高但结构复杂。(5)轴向推力：冲动式轴向推力较小；反动式轴向推力较大，需要平衡活塞。2.答案：汽轮机级内损失主要包括：(1)喷嘴损失：蒸汽在喷嘴中流动时的摩擦损失和涡流损失。(2)动叶损失：蒸汽在动叶中流动时的摩擦损失和涡流损失。(3)余速损失：蒸汽离开动叶时的动能损失。(4)摩擦损失：蒸汽与转子、汽缸等部件摩擦产生的损失。(5)漏汽损失：通过级间密封和轴封的蒸汽泄漏损失。(6)湿汽损失：湿蒸汽中水滴对动叶的撞击和制动损失。这些损失会导致汽轮机效率下降，减少有效焓降，降低做功能力。其中，喷嘴损失和动叶损失是主要损失，约占级内总损失的60-70%。3.答案：汽轮机调节系统的工作原理：(1)调节系统由转速感应机构、放大机构和执行机构组成。(2)当电网负荷变化时，汽轮机转速相应变化，转速感应机构（如离心式调速器）感受转速变化。(3)转速变化信号经放大机构放大后，控制执行机构（如油动机）动作。(4)执行机构调节进汽阀开度，改变进汽量，从而改变汽轮机功率。(5)当功率与负荷平衡时，转速恢复稳定，调节过程结束。现代汽轮机多采用电液调节系统，通过计算机控制，响应更快，精度更高。4.答案：汽轮机运行中，轴承温度异常升高可能的原因及处理方法：(1)原因：润滑油不足或油质劣化处理：检查油位，补充润滑油；取样分析油质，必要时更换。(2)原因：轴瓦磨损或损坏处理：停机检查，更换轴瓦。(3)原因：冷却水不足或中断处理：检查冷却水系统，恢复正常供水。(4)原因：轴承负载过大处理：检查轴系对中情况，必要时进行调整。(5)原因：轴承间隙不当处理：测量轴承间隙，必要时进行调整或更换。处理时应根据具体情况分析，必要时停机检查，避免轴承损坏扩大。5.答案：汽轮机叶片振动的危害及防止措施：危害：(1)叶片振动会导致疲劳裂纹，最终可能造成叶片断裂。(2)叶片断裂可能打坏其他叶片，导致重大事故。(3)振动会加剧叶片磨损，缩短使用寿命。(4)振动会产生噪声，影响运行环境。(5)严重振动可能导致轴系振动，影响机组安全稳定运行。防止措施：(1)避开共振区：通过改变叶片频率或运行转速，避开共振。(2)增加阻尼：采用阻尼结构或材料，增加叶片阻尼。(3)改进设计：优化叶片型线和结构，提高抗振性能。(4)加强监测：安装振动监测系统，及时发现异常振动。(5)定期检查：停机检查叶片状况，发现问题及时处理。五、计算题答案1.答案：(1)等熵焓降计算：查水蒸气表，进口参数：p₁=8.5MPa，t₁=535℃h₁=3475.5kJ/kg，s₁=6.685kJ/(kg·K)出口参数：p₂=0.008MPa，s₂=s₁=6.685kJ/(kg·K)查表得h₂=2070.5kJ/kg等熵焓降Δhₛ=h₁-h₂=3475.5-2070.5=1405kJ/kg(2)实际焓降计算：等熵效率ηₛ=85%实际焓降Δh=ηₛ×Δhₛ=0.85×1405=1194.25kJ/kg答：汽轮机的等熵焓降为1405kJ/kg，等熵效率为85%时的实际焓降为1194.25kJ/kg。2.答案：热耗率Q=3600/(ηₜ×ηₘ)其中，ηₜ为循环效率，ηₘ为机械效率（通常取0.99）Q=3600/(0.42×0.99)=3600/0.4158≈8658kJ/(kW·h)答：该汽轮机的热耗率为8658kJ/(kW·h)。六、论述题答案汽轮机运行中常见的振动类型、原因及处理方法：1.振动类型：(1)自由振动：汽轮机转子在受到瞬时扰动后产生的振动，频率等于转子固有频率，振幅随时间衰减。(2)强迫振动：由外部持续激励引起的振动，频率等于激励力频率，振幅与激励力大小和系统阻尼有关。(3)自激振动：由系统内部能量交换引起的振动，如油膜振荡、气流激振等，频率通常接近转子固有频率。(4)非线性振动：由系统非线性特性引起的振动，如摩擦引起的振动，具有复杂的频谱特征。2.振动原因：(1)转子不平衡：质量分布不均引起的离心力，是强迫振动的主要原因