1、汽轮机原理-学习指南一、单项选择题（每题分）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/kg B. 30 kJ/kgC. 15 kJ/kg D. 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
2、压力 D. 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（
3、） 。A. 2% B. 1.5%C. 5% D. 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3304.4 kJ/kg，则喷嘴实际出口速度为（ ） 。A. 81.3 m/s B. 81.9 m/sC. 320 m/s D. 9.5 m/s13. 反动级中，若喷嘴出口汽流角 =15，当速比取
4、（ ）时，该级的轮周1效率最高。A. 0.48 B. 0.966C. 0.24 D. 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（ ） 。A3.2 B. 4.2C. 5.4 D. 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（ ） 。
5、A下降 B. 上升C不变 D. 不确定18. 凝结水过冷度增大的可能原因是（ ） 。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（ ） 。A1:1 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（ ）P B。A不确定 B. C. D. 21. 在喷嘴出口方向角 和圆周速度 相等时，纯冲动级和反动级在最佳速比1u下所能承担的焓
6、降之比为（ ） 。A2:1 B. 1:2 C1:4 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 C0=0.0m/s，级的理想焓降h t=7
7、8.0kJ/kg，级的反动度 =0.3， 1=12， 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 T/h，此时计算得到2.130G作用在动叶上的轴向推力 N，作用在叶轮上的轴向推力1049
8、ZFN, 作用在各凸肩上的轴向推力 N，机组轴向推力58602ZF 943ZF轴承共装有 10 个瓦块，每块面积 ，轴承工作面能承受的最大压力25.8cmf为 ，要求的安全系数为 1.51.7。2/1cmNpb4 （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 c0 = 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 =
9、 47 T/h，求：（1）喷嘴损失为多少? （2）喷嘴出口蒸汽的实际焓？（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？7 （15 分）凝汽式汽轮机的蒸汽初参数：P 0=8.83 MPa，温度 t 0=530，汽轮机排汽压力 Pc=0.0034 MPa，全机理想焓降 H t = 1450 kJ/kg，其中调节级理想焓降 h tI = 209.3 kJ/kg，调节级相对内效率 Iri=0.5，其余各级平均相对内效率 IIri=0.85。假定发电机效率 g=0.98，机械效率 m=0.99。试求：（1）该级组的相对内效
10、率；（2）该机组的汽耗率；（3）在 hs(焓熵)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）某级蒸汽的理想焓降为 h t = 76 kJ/kg，蒸汽进入喷嘴的初速度为 c0 = 70 m/s，喷嘴出口方向角 1 =18，反动度为 m = 0.2，动叶出汽角 2 = 16，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；（2）动叶出口汽流的方向角 2；（3）绘出动叶进出口蒸汽的速度三角形。10
11、（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=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 = 0.96，圆周速度为 171.8 m/s，喷嘴出口角 1 = 15，动叶出口角 2 = 13
12、，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 c1=275m/s，动也进、出口速度分别为 w1=124m/s、w 2=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？如何减小作用在推力轴承上的轴向推力？17 （25 分）已知某级G=30Kg/s，c 0=0.0，w 1=158m/s，c 1=2
13、93m/s，w 2=157m/s，c 2=62.5m/s，轴向排汽( 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（ 0=0， 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。已知该级蒸汽流量kg/s，平均直径 m，动叶高度 mm，叶轮轮毂直径5.9G6.1d370blm，轴端轴封直径 m，喷嘴后的蒸汽压力 MPa，动叶后60d420l
14、 7.1p的蒸汽压力 MPa。根据级的计算，已知其速度三角形为：.02pm/s， ， ， m/s， ， m/s31c1518w01232w。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15 BCABC 610 DACDB 1115 ADBCD 1620 BBDDC 2125 ADBBA二、分析计算题1解：(1) =（1-0.3）78=54.6 kJ/kg010tmnhhm/s5.306.42233 tcm/s5097.501t=149.4m/s0212 12cos78.78.cosucw=194
15、.7 m/s3302 10tmh=55.1m/s0222 cs.94.94cs2wc(2) 动叶进出口速度三角形：(3) 该级热力过程线：0thnbP1P2hsP0C1u W1 uC2 W22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
16、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
17、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：（N）691045860149321 ZZZZ FF推力轴承瓦块上所承受的压力为：)/(8.5.106912cmNfpZ由已知得，轴承工作面最大能承受的压力 。2/150cpb所以其轴承安全系数为： 1.5, 故此推力瓦工作是7.184/50/bZpn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
18、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焓降相等；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柵，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。5解：(1) smct /75.489.0211喷嘴损失：kgJhtn /94.6)7.01(.2)(2221 (2) kgJkgJc/5./500hc /.3702.13690*0 kgJtt /25.485.721*01 喷嘴出口蒸汽的实际焓： kgJhnt /326094.31(3) kgJhttt
19、 /5.725.3701*kDPhii /9446301级的相对内效率：80.5.17*tirih6解：汽轮机运行中，其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，级内蒸汽理想焓降最大，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，级内的理想焓降也最大，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
20、120%时，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（n3600rpm） ；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，可保证动叶栅安全工作。7解：（1）因为调节级效率 Iri=0.5=h iIh tI 所以调节级有效焓降：h iI=0.5h tI=104.65 kJ/kg其余各级的有效焓降：H iII= IIriH tII其中：H tII=H th tI=1450209.3=1240.7 kJ/kg H iII= IIriH tII =0.851240.7=1054.6 kJ/kg故整机的相对内效率： ri=（h iI +H iII）H t= 1159.251450 = 79.9 %（2）机组的汽耗率：d = 3600(H t ri g m) = 3600（1124.7）= 3.2 kgkW.（3）热力过程线见右图。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hsh tIH tIIt 0=530P0=8.83 MPaPc=0.0034 MPa
