汽轮机原理简答题

分析喷嘴面积的变化规律

当Ma<1时，即气流为亚声速。因为Ma 2-1<0所以气道截面积的变化同气流速度变化符号相反，就是说亚声速汽流在汽道中的膨胀加速时，通道的横截面积随气流速而逐渐减少，这样喷嘴成为渐缩喷嘴。

当Ma>1时，即汽流为超声速时，因为Ma 2-1>0所以汽道横截面积的变化同汽流速度的变化符号相同。与亚声速汽流相反，超速波汽流的汽道横截面积应随汽流加速而逐渐增加。这样的喷嘴称为渐扩喷嘴。

当Ma=1时，即汽流速度等于当地声速，此时汽道的横截面积变化等于0，即dA=0喷嘴的横截面积达到最小值。

何为多级汽轮机的重热现象和重热系数

答 重热现象：各级累计理想比焓降t h ?∑大于整机理想比焓降t H ?的现象。 重热系数：增大那部分比焓降与没有损失时整机总理想比焓降之比：0>=

??-?∑t t t H H h a

其大小与下列因素有关：

1) 和级数有关，级数多，α大；

2) 与各级内效率有关，级内效率低，则α大；

3) 与蒸汽状态有关，过热区α大，湿汽区α小。

汽轮机的相对内效率 蒸汽实际比焓降与理想比焓降之比 。

电功率：el m el P P η?=轴端功率乘以发电机效率

轴端功率:汽轮机内功率Pi 减去机械损失δPm 即为了汽轮机主轴输出的轴端功率。

热耗率 每生产1kW.h 电能所消耗的热量 。

汽耗率：每产生1KW*h 电能所消耗的蒸汽量

汽轮发电机组的汽耗率 汽轮发电机组每发1KW ·h 电所需要的蒸汽量。

汽轮机的极限功率

在一定的初终参数和转速下?单排气口凝汽式汽轮机所能发出的最大功率。

汽轮机的绝对内效率 蒸汽实际比焓降与整个热力循环中加给1千克蒸汽的热量之比。 汽轮发电机组的相对电效率和绝对电效率

答 1千克蒸汽所具有的理想比焓降中最终被转化成电能的效率称为汽轮发电机组的相对电效率。 1千克蒸汽理想比焓降中转换成电能的部分与整个热力循环中加给1千克蒸汽的热量之比称为绝对电效率。

轴封装置中齿形汽封的基本原理

答 齿形气封的基本原理：漏入的蒸汽从高压侧流向低压侧，当流经第一个汽封片形成的齿隙时，通道的面积减少，蒸汽流速增大，压力由p0降低到p1，然后蒸汽进入汽封片的环形汽室，通道面积突然扩大，流速降低，产生涡流和碰撞，使蒸汽具有的动能损失转变为热能。汽封的作用是将一个较大的压差分割成若干个减少的压差，从而达到降低漏气的速度，减少漏气量的作用。

影响凝汽器内压力的因素有哪些？是怎么影响的？

1.冷却水进口温度1w t :在其它条件不变的情况下，冷却水进口温度越低，凝汽器压力c P 越低。

2.冷却水温升Δt ：冷却水温升Δt 与冷却水倍率成反比，冷却倍率m 增大，冷却水温升Δt 就减少，凝汽器压力就降低；

3.凝汽器传热端差δt ：δt 升高，凝汽器内温度s t 增大，凝汽器压力c P 升高，真空降低 什么是多压凝汽器？和单压凝汽器相比，它有什么优点？

答：有两个以上排气口的大容量机组的凝汽器科制成多压凝汽器。汽侧有密封的分隔板隔开。 与淡雅凝汽器相比，它的有点是：

1.多压凝汽器的折合压力低于单压凝汽器压力，循环热效率得以改善；

2.在其它条件相同情况下，冷却水进口温度1w t 越高，采用多压凝汽器获得的效益就越大；

3.在其他条件相同情况下，多压凝气室数目越多，其折合压力也越低。

当汽轮机的初压发生变化时，会对汽轮机的安全性构成什么影响？应采取什么措施？

当新蒸汽初压升高而从初温不变时，其在H-S 图上的热力过程曲线会向左移，左移的结果是机内湿蒸汽区前移，在湿蒸汽区工作的级的湿度增加，对机组最末几级工作不利。因此汽轮机在蒸汽初压增加较大的工况下运行时，应校核调节级叶片强度。

如果初压降低较多但又没有相应限制机组的负荷。汽轮机的流量可能超过额定参数。此时，末级叶片所受汽流作用力增加较多，叶弯曲应力大为增加，可能导致末级叶片应强度不够而损坏。因此，在机组初压降低较多时，应限制其出力。

什么是汽轮机的汽耗特点和工况图？节流配汽凝汽式汽轮机的汽耗特性方程和工况图分别有什么特点？

答：汽轮发电机组功率与流量之间的关系称为汽轮机的汽耗特性，表示这种关系的数学表达式称为汽耗特性方程，而表示这种关系的曲线就是汽轮机的工况图

汽耗特性方程：nl el D P d D +=10

什么是转子的临界转速，它受哪些因素影响？

转子发生较大振动时对应的转速称为转子的临界转速

影响因素：1.温度沿转子轴向分布

2.转子的结构形成

3.叶轮回转效应

4.转子联结成轴系

5.支承弹性

机械液压调节系统主要由哪些部分组成？各个组成部分的作用是什么？

转速感受器：将速度信号转变为一次控制信号的元件。

中间放大器：将一次控制信号（油压信号）放大的元件

液压伺服执行机构：驱动调节汽阀的机构

配汽机构：将液压伺服执行机构的行程转变为汽轮机的进汽量，由调节气阀和传动机构两部分组成。

什么是速度变动率？速度变动率和汽轮机功率的变化有什么关系？

汽轮机空负荷时所对应的最大转速m ax n 与额定负荷时所对应的最小转速m in n 之差，与额速0n 的比，称为调节系统的速度变动率或速度不等率，通常用δ表示，即：

%1000

min max ?-=n n n δ 速度变动率表示了单位转速变化引起的气轮机功率的增（减）量，即机组有功功率的静态频率特性。

什么是汽轮机的动态特性？汽轮机的动态特性有哪些主要指标？

汽轮机的动态特性就是一个稳定点到另一个稳定点的指标。

主要指标：1、稳定性 2、动态超调量 3、过渡过程调整时间

汽轮机的启动方式有哪些？

（1）冷态启动。汽缸金属温度在150℃以下时的启动；

（2）温态启动。汽缸金属温度在150～300℃之间启动；

（3）热态启动。汽缸金属温度在300℃以上启动

热态启动又可分为热态(300～400℃)和极热态(400℃以上)两种。

一般情况下，停机一周后启动为冷态启动；停机48小时后为温态启动；停机8小时后为热态启动；停机2小时后为极热态启动。

单元制火电机组的调峰运行方式有哪些？分别作简单说明

有变负荷调峰、启停调峰、少汽无负荷调峰和低速热备用调峰四种

1.变负荷调峰就是在保持调峰机组连续并网运行的同时，根据电网的调峰指令，通过锅炉或汽轮机的调节控制系统来改变机组负荷的大小

2.启停调峰是指在电网负荷的低谷期将机组停运，当负荷高峰到来时再将机组投入运行的调峰方式

3.少汽无负荷运行调峰是指夜间电网负荷低谷期将汽轮发电机组的有功负荷减到零，汽轮机组转为无功运行热备用，次日晨电网负荷升起时再转为发电机运行方式，接带有功负荷

4.低速热备用调峰运行方式与少汽无负荷运行方式相似，不同在于低速热备用调峰在将机组负荷减至零后同电网解列，而少汽无负荷调峰扔并入网中。

火电厂三大主机：

锅炉：将燃料的化学能转变为蒸汽的热能

汽轮机：将锅炉生产蒸汽热能转化为转子旋转机械能

发电机：将旋转机械能转化为电能

汽轮机的级

答?汽轮机的级是汽轮机中由一列静叶栅和一列动叶栅组成的将蒸汽热能转换成机械能的基本工作单元。

级的反动度

答动叶的理想比焓降与级的理想比焓降的比值。表示蒸汽在动叶通道内膨胀程度大小的指标。

简述郎肯循环的过程？

答：郎肯循环由锅炉、汽轮机、凝汽器核给水泵组成。过程：燃料在锅炉中燃烧释放出热量，水在锅炉中定压吸热，汽化为饱和蒸汽；饱和蒸汽在锅炉过热器重吸热成为过热蒸汽；蒸汽通过汽轮机膨胀做功，并有一定热损失，在汽轮机排汽口，蒸汽呈低压湿蒸汽状态；在汽轮机重膨胀做功后的乏汽进入凝汽器并凝结成水，放出潜热；给水泵将凝结水提高压力并重新泵入锅炉，完成一个循环。

回热循环：把多级汽轮机中做过功的部分蒸汽，逐级抽出来加热给水，减少冷源损失，提高锅炉给水温度，从而提高蒸汽平均吸热温度，循环热效率得到改善

中间再热循环：先让新蒸汽进入汽轮机高压部分膨胀做工，将做工后的蒸汽引到锅炉的再热器中再加热，然后再送到汽轮机的中低压部分继续膨胀做工。

汽轮机的做功过程？

答：汽轮机运行时，从锅炉来的过热蒸汽进入高压缸，逐级做功后排出，送入锅炉再热器；再热蒸汽进入中压缸继续膨胀做功，然后从中压缸排出送到低压缸做功，最后一级的排汽进入凝汽器。蒸汽流过汽轮机级时，首先在喷嘴叶栅中将部分蒸汽的热能转变成动能，然后在动叶栅中将其动能和热能转变为机械能，使得叶轮和轴转动，将蒸汽热能转换为汽轮机转子机械能。

喷嘴的作用是什么？

答：喷嘴的作用是把蒸汽的热能转变成动能，也就是使蒸汽膨胀降压增加流速，按照一定的方向喷射出去，进入动叶栅中做功。

提高汽轮机单机功率的主要措施有哪些？

答：（1）、提高新蒸汽参数、降低终参数；（2）采用高强度、低质量密度的合金材料；（3）采用多排气口；（4）采用低转速；（5）提高机组的相对内效率；（6）采用给水回热循环；（7）采用中间再热循环。

凝汽系统的任务是什么？

答：（1）在汽轮机末级排气口建立并维持规定的真空。（2）凝汽器将汽轮机排汽凝结成水，凝结水经回热抽汽加热、除氧后，作为锅炉给水重复使用。（3）起到真空除氧作用。（4）起到热力系统储水作用。

分别说明高压级内和低压级内主要包括哪几项损失?

答高压级内：叶高损失、喷嘴损失、动叶损失、余速损失、扇形损失、漏气损失、叶轮摩擦损失等?

低压级内：湿气损失、喷嘴损失、动叶损失、余速损失?扇形损失、漏气损失、叶轮摩擦损失很小。

▲汽轮机的级

1 .纯冲动级：蒸汽只在喷嘴叶栅中进行膨胀 ，而在动叶栅中蒸汽不膨胀。它仅利用冲击力来作功。对于纯冲动级来说， p1 =p2、△hb= 0 、Δhn* =Δht*

2 带反动度的冲动级

为了提高级的效率，通常，冲动级也带有一定的反动度（Ω= 0.05 ~0.20 ) 、p1 ＞p2、 Δhn* ＞Δ hb ，这种级称为带反动度的冲动级，它具有作功能力大、效率高的特点

3. 复速级

由一组静叶栅和安装在同一叶轮上的两列动叶栅及一组介于第一、二列动叶栅之间、固定在汽缸上的导向叶栅所组成的级，称为复速级。第一列动叶栅通道流出汽流，其流速还相当大，为了利用这一部分动能，在第一列动叶栅之后装上一列导向叶栅以改变汽流的方向，使之顺利进入第二列动叶栅通道继续作功。复速级也采用一定的反动度。复速级具有作功能力大的特点。

4 .反动级

通常把反动度Ω = 0.5的级称为反动级。对于反动级来说，蒸汽在静叶和动叶通道的膨胀程度相同，即是p1>p2，*21

*t n b h h h ?=?=?。反动级是在冲动力和反动力同时作用

下作功。反动级的效率比冲动级高，但作功能力小。

什么是汽轮机的相对内效率？什么是级的轮周效率？影响级的轮周效率的因素有哪些？ 答 ： 蒸汽在汽轮机内的有效焓降与其在汽轮机内的理想焓降的比值称为汽轮机的相对内效 率。

一公斤蒸汽在级内转换的轮周功和其参与能量转换的理想能量之比称为轮周效率。

影响轮周效率的主要因素是速度系数φ和?，以及余速损失系数?其中余速损失系数的变化范围最大。余速损失的大小取决于动叶出口绝对速度。余速损失和余速损失系数最小时?级具有最高的轮周效率。

喷嘴叶栅型式的选择

喷嘴叶栅型式的选择主要决定于需要得到多大的出口速度。可根据喷嘴前后压力比εn 来确定：

当需要得到小于或等于音速汽流时，即εn>0.546，可选用渐缩喷嘴。

当需要得到超音速，即0.3≤εn ≤0.546，仍然可选用渐缩喷嘴，这时，可利用喷嘴斜切部分继续膨胀加速，以得到超音速汽流。

当喷嘴前后压力比小于εn<0.3时，则必须选用缩放喷嘴。

什么是汽轮机的最佳速比

答 ?轮周效率最大时的速度比称为最佳速度比。 纯冲动级11cos 21)(α=op x 反动级2

cos )(与cos )(111α?α==op a op x x ? 复速级111cos 4)(与cos 41)(α?α==op a op x x

临界状态

答：蒸汽在膨胀流动过程中，在汽道某一截面上达到当地声速的气流速度称为临界速度。这时汽流所处的状态称为临界状态，汽流的参数称为临界参数。

多级汽轮机的特点：

为了有效地利用蒸汽的理想焓降，唯一的办法就是采用多级汽轮机。多级汽轮机的一级只利用总焓降中的一部分。使每一级都能在最佳速度比附近工作，就能有效地利用蒸汽的理想焓降，提高机组效率。

和单级汽轮机相比较，多级汽轮机具有单机功率大和内效率高的特点。

多级汽轮机在高中低压级段的工作特点

高压级段（高压缸）：叶高损失、漏气损失、部分进汽损失较大，级效率较低

低压级段（低压缸）：余速损失、湿气损失较大，级效率也较低

中压级段（中压缸）：叶高损失、漏气损失、摩擦损失、部分进汽损失、湿气损失都较小，级效率较高。

.

汽轮机在运行过程中引起凝汽器真空缓慢下降的原因有 ?

1冷却水量缓慢减少

2冷却水管结垢或脏污

3冷却水温缓慢升高

4凝汽器的真空系统漏入空气

5抽气器效率下降

6 部分冷却水管被堵 喷嘴的变工况特性****==010*******T T p p G G G G cr cr ββββ

彭台门系数cr G G /1=β 非临界工况：β<1，临界工况：β=1

临界工况：喷嘴或动叶在临界工况下，通过的流量仅与进口初参数有关

亚临界工况：喷嘴和动叶的设计工况与非工况均为亚临界

比焓降变化规律

在临界或低背压情况下，级组流量相对变化等于初压的相对改变。对级组所有满足流量比例于初压的级，由于级的压比没变，故焓降亦不变。

在亚临界或高背压时，如凝汽式汽轮机的末级或末数级，流量与压力为双曲关系，流量的减少将使焓降变小。焓降改变的幅度取决于流量的改变量。级组前压力 较级组后压力 越大，焓降变小则越少，反之亦然。即前几级的焓降降低较缓，后几级则降低较大。

由前分析可知，在机组负荷降低时，调节级的焓降增大，中间级基本不变，末级或末数级焓降减小。

反动度的变化规律

调节级的焓降增大，则反动度下降；中间级焓降基本不变，则反动度亦基本不变；末级或末数级，焓降减小，则反动度增大，但因反动度的本底值较大，反动度的变化不很明显。 节流配汽

利用调节汽门的节流、等焓过程特点，由一个或多个调节汽门同时开启来改变汽轮机的进汽量和焓降。

采用节流配汽的汽轮机，不设专门的调节级，调节汽门后的压力即为汽轮机的进口压力。在部分负荷运行时，阀后压力决定于流量比，进汽温度基本保持不变。节流配汽在部分负荷下相对内效率下降的主要原因是调节汽门的节流损失，并且随负荷下降而损失增大

喷嘴配汽

将汽轮机高压缸的第一级设为调节级，并将该级的喷嘴分成4组或更多组。每一喷嘴组由1个独立的调节汽门供汽，通常认为调节级后的压力相等。为减小喷嘴配汽调节级的漏汽量，调节级采用低反动度(约0.05）的冲动式。

根据机组负荷和运行方式不同，各调门可顺序开启或同时开启。

蒸汽流量调节方式的选择

供热式汽轮机的经济性

供热式机组热电联产的经济性体现在两个方面：

一、是与单独生产热能相比，蒸汽要先发电作功后再供热，需要锅炉将燃料的化学能转换成高参数蒸汽的高位热能，这与分别生产热能只要求燃料在锅炉中转换成低参数蒸汽的低位热能相比，锅炉中的换热温差和相应的损失较小；

二、是与单独生产电能相比，热电联产因利用已作功的低位热能对外供热，从而避免了冷源损失。

热电联产的主要优点有：

（1）热电联产通过综合用能、按质用能，使燃料化学能得到合理利用，节约能源；

（2）减轻大气污染，改善环境；

（3）提高供热质量，改善劳动条件；

（4）获得其他效益，如煤场和灰场面积减小，煤和灰的运输量减少等。

叶片受力情况：

1.离心力引起的拉伸应力

2.离心力、气流力和叶片震动引起的弯曲应力

3.离心力、气流力和叶片震动引起的扭转应力

4.不均匀受热引起的热应力。

A型振动：叶顶自由、并参与振动的振型称为A型振动。

A0型振型：叶顶位移不为零，并且叶片上没有节点，故称为A0型振型；

B型振动：叶顶固定或基本不动的振动称为B型振动。

B2型振型：叶顶的位移为零，并且叶片上有两个节点，故称为B2型振型。

转子的临界转速：激振力频率与转子横向振动和自由振动频率相等时，发生共振，此时转子的转速为转子的临界转速。

迟缓率

在汽轮机调节系统中，相对运动部件间不可避免地存在动、静摩擦，机械传动机构中存在着旷动间隙，滑阀存在一定的盖度，这些非线性因素的存在，使转速感受特性和传递特性发生畸变，最终表现在静态特性曲线上，使之偏离理想工况。

汽缸及转子的热膨胀

（1）汽缸的绝对膨胀——汽缸在升温或降温过程中，从基准点（死点）开始，沿轴向膨胀或收缩的数值。

300MW汽轮机从冷态启动到达到额定负荷，总绝对膨胀值近40mm 。

（2）转子的相对膨胀——转子在升温或降温过程中，从相对死点（推力盘处）开始，沿轴向膨胀或收缩的数值。

（3）汽缸与转子的相对膨胀——在启动或停机过程中，汽缸与转子的绝对膨胀值是不等的，两者的差值称为相对膨胀（胀差或差胀）。胀差过大会使汽轮机的轴向动静间隙消失，造成汽轮机动静摩碰和振动事故。

胀差的变化规律

1.在冷态启动前，要预热，轴封要供汽，汽轮机出现正胀差（转子>汽缸）；

2从冲转到定速阶段，转子加热快，汽轮机正胀差呈均匀上升的趋势；

3启动过程结束时，一般正胀差值达到最大。在启动过程中要进行多次暖机，有足够的膨胀时间，以缓解胀差大的矛盾。

4当甩负荷或停机时，流过汽轮机通流部分的蒸汽温度会低于金属温度，转子比汽缸冷却快、收缩快，出现负胀差；

5停机后，在转子惰走阶段胀差有不同程度的增加。

6热态启动时转子、汽缸的金属温度较高，若冲转时蒸汽温度偏低，则蒸汽进入汽轮机后对转子和汽缸将起到冷却作用，从而出现负胀差。

7胀差变化较大的时候是在机组并网带初始负荷阶段。

汽轮机的热变形

上、下缸温差引起的汽缸热翘曲

1）上下缸具有不同的散热面积。下缸有回热抽汽管道和疏水管道，散热面积大。

2）在汽缸内，温度较高的蒸汽上升。在下缸形成较厚的水膜，使下缸受热条件恶化。

3）停机后汽缸内形成空气对流，温度较高的空气聚集在上缸，下缸内的空气温度较低。4）下缸保温条件和效果不如上缸。

汽轮机的启动方式

按启动前汽轮机金属温度分类

（1）冷态启动。汽缸金属温度在150℃以下时的启动；

（2）温态启动。汽缸金属温度在150～300℃之间启动；

（3）热态启动。汽缸金属温度在300℃以上启动

热态启动又可分为热态(300～400℃)和极热态(400℃以上)两种。

停机一周后启动为冷态启动；

48小时后为温态启动；

8小时后为热态启动；

2小时后为极热态启动。