1、1汽轮机原理及运行思考解答题第一章 汽轮机的热力特性思考题答案1 什么是汽轮机的级？汽轮机的级可分为哪几类？各有何特点？解答：一列喷嘴叶栅和其后面相邻的一列动叶栅构成的基本作功单元称为汽轮机的级，它是蒸汽进行能量转换的基本单元。根据蒸汽在汽轮机内能量转换的特点，可将汽轮机的级分为纯冲动级、反动级、带反动度的冲动级和复速级等几种。各类级的特点：hb =0；m=0。 （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。在这种级中：p1 = p2；（2）反动级：蒸汽的膨胀一半在喷嘴中进行，一半在动叶中进行。它的动叶栅中不仅存在冲击力，蒸汽在动叶中进行膨胀还产生较
2、大的反击力作功。反动级的流动效率高于纯冲动级，但作功能力较小。在这种级中：p1 ht；m=0.5。hb0.5hn p2；（3）带反动度的冲动级：蒸汽的膨胀大部分在喷嘴叶栅中进行，只有一小部分在动叶栅中进行。这种级兼有冲动级和反动级的特征，它的流动效率高于纯冲动级，作功能力高于反动级。在这种级中：p1 hn p2；hb 0；m=0.05 0.35。（4）复速级：复速级有两列动叶，现代的复速级都带有一定的反动度，即蒸汽除了在喷嘴中进行膨胀外，在两列动叶和导叶中也进行适当的膨胀。由于复速级采用了两列动叶栅，其作功能力要比单列冲动级大。2 说明冲击式汽轮机级的工作原理和级内能量转换过程及特点。解答：蒸
3、汽在汽轮机级内的能量转换过程，是先将蒸汽的热能在其喷嘴叶栅中转换为蒸汽所具有的动能，然后再将蒸汽的动能在动叶栅中转换为轴所输出的机械功。具有一定温度和压力的蒸汽先在固定不动的喷嘴流道中进行膨胀加速，蒸汽的压力、温度降低，速度增加，将蒸汽所携带的部分热能转变为蒸汽的动能。从喷嘴叶栅喷出的高速汽流，以一定的方向进入装在叶轮上的动叶栅，在动叶流道中继续膨胀，改变汽流速度的方向和大小，对动叶栅产生作用力，推动叶轮旋转作功，通过汽轮机轴对外输出机械功，完成动能到机械功的转换。由上述可知，汽轮机中的能量转换经历了两个阶段：第一阶段是在喷嘴叶栅和动叶栅中将蒸汽所携带的热能转变为蒸汽所具有的动能，第二阶段是在
4、动叶栅中将蒸汽的动能转变为推动叶轮旋转机械功，通过汽轮机轴对外输出。3 什么是冲击原理和反击原理？在什么情况下，动叶栅受反击力作用？解答：冲击原理：指当运动的流体受到物体阻碍时，对物体产生的冲击力，推动物体运动的作功原理。流体质量越大、受阻前后的速度矢量变化越大，则冲击力越大，所作的机械功愈大。反击原理：指当原来静止的或运动速度较小的气体，在膨胀加速时所产生的一个与流动方向相反的作用力，称为反击力，推动物体运动的作功原理。流道前后压差越大，膨胀加速越明显，则反击力越大，它所作的机械功愈大。当动叶流道为渐缩形，且动叶流道前后存在一定的压差时，动叶栅受反击力作用。4 什么是最佳速度比？纯冲动级、反
5、动级和纯冲动式复速级的最佳速度比的值是多少？解答：轮周速度与喷嘴出口汽流速度的比值，称为速度比。级效率最高时，所对应的速度比称为最佳速度比。纯冲动级的最佳速度比约为 0.40.44；反动级的最佳速度比约为 0.650.75；纯冲动式复速级的最佳速度比约为 0.210.22。5 汽轮机的能量损失有哪几类？各有何特点？解答：汽轮机内的能量损失可分为两类，一类是汽轮机的内部损失，一类是汽轮机的外部损失。汽轮机的内部损失主要是蒸汽在其通流部分流动和进行能量转换时，产生的能量损失，可以在焓熵图中表示出来。汽轮机的外部损失是由于机械摩擦及对外漏汽而形成的能量损失，无法在焓熵图中表示。6 汽轮机的级内损失一
6、般包括哪几项？造成这些损失的原因是什么？解答：汽轮机的级内损失一般包括：喷嘴损失；动叶损失；余速损失；叶高损失；扇形损失；叶轮摩擦损失；部分进汽损失；漏汽损失；湿汽损失。造成这些损失的原因：（1）喷嘴损失：蒸汽在喷嘴叶栅内流动时，汽流与流道壁面之间、汽流各部分之间存在碰撞和摩擦，产生的损失。（2）动叶损失：因蒸汽在动叶流道内流动时，因摩擦而产生损失。（3）余速损失：当蒸汽离开动叶栅时，仍具有一定的绝对速度，动叶栅的排汽带走一部分动能，称为余速损失。（4）叶高损失：由于叶栅流道存在上下两个端面，当蒸汽流动时，在端面附面层内产生摩擦损失，使其中流速降低。其次在端面附面层内，凹弧和背弧之间的压差大于
7、弯曲流道造成的离心力，产生由凹弧向背弧的二次流动，其流动方向与主流垂直，进一步加大附面层内的摩擦损失。（5）扇形损失：汽轮机的叶栅安装在叶轮外圆周上，为环形叶栅。当叶片为直叶片时，其通道截面沿叶高变化，叶片越高，变化越大。另外，由于喷嘴出口汽流切向分速的离心作用，将汽流向叶栅顶部挤压，使喷嘴出口蒸汽压力沿叶高逐渐升高。而按一元流动理论进行设计时，所有参数的选取，只能保证平均直径截面处为最佳值，而沿叶片高度其它截面的参数，由于偏离最佳值将引起附加损失，统称2为扇形损失。（6）叶轮摩擦损失：叶轮在高速旋转时，轮面与其两侧的蒸汽发生摩擦，为了克服摩擦阻力将损耗一部分轮周功。又由于蒸汽具有粘性，紧贴着
8、叶轮的蒸汽将随叶轮一起转动，并受离心力的作用产生向外的径向流动，而周围的蒸汽将流过来填补产生的空隙，从而在叶轮的两侧形成涡流运动。为克服摩擦阻力和涡流所消耗的能量称为叶轮摩擦损失。（7）部分进汽损失：它由鼓风损失和斥汽损失两部分组成。在没有布置喷嘴叶栅的弧段处，蒸汽对动叶栅不产生推动力，而需动叶栅带动蒸汽旋转，从而损耗一部分能量；另外动叶两侧面也与弧段内的呆滞蒸汽产生摩擦损失，这些损失称为鼓风损失。当不进汽的动叶流道进入布置喷嘴叶栅的弧段时，由喷嘴叶栅喷出的高速汽流要推动残存在动叶流道内的呆滞汽体，将损耗一部分动能。此外，由于叶轮高速旋转和压力差的作用，在喷嘴组出口末端的轴向间隙会产生漏汽，而
9、在喷嘴组出口起始端将出现吸汽现象，使间隙中的低速蒸汽进入动叶流道，扰乱主流，形成损失，这些损失称为斥汽损失。（8）漏汽损失：汽轮机的级由静止部分和转动部分组成，动静部分之间必须留有间隙，而在间隙的前后存在有一定的压差时，会产生漏汽，使参加作功的蒸汽量减少，造成损失，这部分能量损失称为漏汽损失。（9）湿汽损失：在湿蒸汽区工作的级，将产生湿汽损失。其原因是：湿蒸汽中的小水滴，因其质量比蒸汽的质量大，所获得的速度比蒸汽的速度小，故当蒸汽带动水滴运动时，造成两者之间的碰撞和摩擦，损耗一部分蒸汽动能；在湿蒸汽进入动叶栅时，由于水滴的运动速度较小，在相同的圆周速度下，水滴进入动叶的方向角与动叶栅进口几何角
10、相差很大，使水滴撞击在动叶片的背弧上，对动叶栅产生制动作用，阻止叶轮的旋转，为克服水滴的制动作用力，将损耗一部分轮周功；当水滴撞击在动叶片的背弧上时，水滴就四处飞溅，扰乱主流，进一步加大水滴与蒸汽之间的摩擦，又损耗一部分蒸汽动能。以上这些损失称为湿汽损失。7 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？解答：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 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
11、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。8 什么叫余速利用？余速在什么情况下可被全部利用？解答：蒸汽从上一级动叶栅流出所携带的动能，进入下一级参加能量转换，称为余速利用。如果相邻两级的直径相近，均为全周进汽，级间无回热抽汽，且在下一级进口又无撞击损失，则上一级的余速就可全部被下一级利用，否则只能部分被利用。当上一级的余速被利用的份额较小时，视为余速不能被利用。9 什么是多级汽轮机的重热现象？由于多级汽轮机内存在重热现象，可以从损失中回收一部分可用能量，是否可以说重热系数愈大愈好？解答：蒸汽在多级汽轮机内进行能量转换时，所有的内部损失都因为摩擦而转变为热量，在绝热
12、条件下被蒸汽吸收，使各级的排汽焓和排汽温度相应增加，下一级的热力过程线向右偏移。此时在下一级的前后蒸汽压力不变的条件下，其级内蒸汽的理想焓降相应增加，这种现象称重热现象。重热是多级汽轮机所特有的现象。重热现象实质上是从损失中回收部分能量，而在后面各级内继续进行能量转换，故其可以提高多级汽轮机的效率。因汽轮机内部损失愈大、级数愈多，重热系数愈大，故不能说重热系数愈大愈好。10. 渐缩喷嘴和缩放喷嘴的变工况特性有何差别？解答：缩放喷嘴与渐缩喷嘴的本质区别，是它的临界截面与出口截面不同，且缩放喷嘴设计工况下背压低于临界压力、出口汽流速度大于音速，而在最小截面处理想速度等于音速。缩放喷嘴的变工况与渐缩
13、喷嘴的差别是：当出口压力大于设计工况下背压时，在喷嘴出口截面或喷嘴渐扩部分将产生冲波，速度系数大大降低。另外，对应临界流量的压力比小于临界压力比。11. 为什么可以利用研究喷嘴变工况特性的结果分析动叶栅变工况特性？解答：动叶栅为渐缩流道，压力比都用滞止压力比，渐缩喷嘴蒸汽参数与流量的特性完全可适用于动叶栅，所不同的是研究动叶栅变工况时，应使用相对速度 w。12. 弗留盖尔公式中各符号代表什么意义？该公式在什么条件下可以简化，简化为什么形式？解答：弗留盖尔公式为： 式中 p0、pz、T0、G0 工况变化前级组前后蒸汽压力、级组前蒸汽绝对温度和蒸汽流量；p01、pz1、T01、G01工况变化后级组
14、前后蒸汽压力、级组前蒸汽绝对温度和蒸汽流量。当 pzQ s l 则 (t) s l (t) n , 若 Q 0 Q s l 则 (t) s s l (t) n 。由此得出结论：滑压运行汽轮机在部分负荷时，相对于喷嘴调节汽轮机而言其热经济性的高低取决于 Q 0 和 Q s l 的相对大小。12。什么是复合滑压运行？为什么要采用复合滑压运行？解答：复合滑压运行是滑压和定压相结合的一种运行方式，即在不同的负荷区采用不同的运行方式，这样可充分发挥两种负荷调节方式的优点，优化出最佳的负荷调节方式。理论上，复合滑压运行有三种方式：第一种是低负荷时滑压运行，高负荷时定压运行；第二种是低负荷时定压运行，高负荷
15、时滑压运行；第三种是高负荷和低负荷区定压运行，中间负荷区滑压运行。采用最多的是第三种复合滑压运行方式，低负荷时，在较低压力下定压运行，中间负荷时，则关闭 12 个调速汽门，其余调节阀全开，而转入滑压运行，高负荷时，主蒸汽压力采用额定值，又转而采用喷嘴调节定压运行。此即所谓的“定- 滑-定”方式。由于在高负荷区两种运行方式的经济性差别不大，特别是亚临界机组喷嘴调节定压运行的经济性较好。另外，高负荷区采用喷嘴调节，降负荷时关闭一 、两个调节阀，可使机组在中间负荷区实现机、炉协调控制，提高负荷调节能力。在低负荷区采用定压运行，可保证锅炉低负荷稳定运行。复合滑压运行方式既具有较高的经济性，又具有较强的
16、负荷适应性，故应用最广泛。13。机组调峰有那些方式？它们各有什么特点？解答：机组调峰的方式主要有以下四种：变负荷运行方式；两班制启停方式，又简称为两班制方式；两班制低速热备用方式； 两班制调相运行方式，又称为电动机方式。它们的特点分别是：汽轮机变负荷运行是带基本负荷机组参与调峰的主要运行方式之一，机组根据电网负荷的要求改变其负荷。这种调峰方式主要要解决的问题是：增大调峰能力（降低锅炉最低稳定负荷和提高变负荷速度） ，提高机组低负荷的经济性。机组两班制启停调峰，白天正常运行，夜间电网负荷低谷时停机（一般不超过 8 小时） ，次日清晨再重新启动并网。这种方式的优点是机组调负荷幅度大，特别是在低谷时
17、间较长时经济性好。缺点是启停操作频繁，对设备的健康状况影响比较大，发生故障的可能性增加，有时会影响正常的调峰。这种调峰方式需要解决的问题是：提高机组自动化水平，在保证安全性的前提下尽可能加快启停速度，减少启停损失。机组两班制低速热备用调峰是指电网低谷时机组与电网解列后，用蒸汽推动汽轮发电机组低速旋转，而处于热备用状态。这种调峰方式可以使机组在下次启动升速时，金属处于较高的温度水平（与极热态启动相当） ，以加快升速和带负荷的速度。启动时的运行操作比两班制启停方式调峰要简单得多。这种方式调峰需要解决的问题是：要引入低压蒸汽，保持在低速运转时转速稳定。两班制调相运行是指调峰时停炉、停机，而发电机与电
18、网不解列，以电动机方式带动汽轮机以额定转速转动。此时，发电机从电网中汲取必要的电能，用于克服汽轮机的机械损失和摩擦损失，同时向电网补偿无功功率。两班制调相运行方式与两班制启停调峰方式相比，12在向正常运行方式过渡时，具有一定的优势。首先，机组无须再并网，其次金属温度变化量较小，故启动时汽轮机部件的金属温度水平比较高，接近于极热态启动的水平，可以很快过渡到正常带负荷运行方式。同时，发电机改为电动机方式运行，可以调节电网无功分量。这种方式调峰需要解决的问题是：由于高速旋转摩擦鼓风损失产生的热量必须带走，否则有可能导致通流部分过热，因此必须依据汽轮机结构和热力系统正确地组织冷却汽流，对通流部分实施冷
19、却。14什么是微增热耗率？它与热耗率有那些区别和联系，它们各适用于什么场合？解答：微增热耗率是指机组功率变化时热耗量的变化率，即：rqlim (Q /P ) = dQ/dP （kJkWh）热耗率则是指机组生产单位功率电能所耗热量，即：q=Qn/P。这两个指标都与热耗曲线 Q=f（P）有关，某一工况的微增热耗率是热耗曲线在该工况点的斜率，而此时的热耗率是热耗曲线在该工况点的比值。热耗率是一个综合性的热经济性指标，其热耗量 Q 由两部分组成：一是用于生产电能的有效热耗量 Qi ；另一部分与空载热耗量 Qn(维持机组空转的热耗量)，与负荷无关。生产电能的有效热耗率 ri= Qi/ P。而微增热耗率
20、rq 与空载热耗量 Qn 无关，只与有效热耗量 Qi 有关。当热耗曲线为直线时，微增热耗率与生产电能的效热耗率相等。热耗率 q 用于定量评价、衡量和比较机组的热经济性，而微增热耗率 rq 则用于并列运行的机组间负荷的经济分配。15如何考虑与计算两班制运行中机组启动停机引起的煤耗增加？解答：机组两班制运行的启停过程，一般可以分为 6 个阶段，即：机组停机降负荷过程；机组停运持续过程和准备启动过程；从锅炉点火到汽轮机冲转升速直至并网的过程；机组由并网到满负荷过程；机组运行工况趋于稳定的过程等。两班制运行的机组启动、停机引起的煤耗增加值，是这 6 个阶段煤耗增加值的总和。机组启停过程中各阶段的燃料损
21、失分别按如下方法进行计算：机组停机降负荷过程：从机组开始降负荷到与电网解列。该过程的燃料损失是由于机组偏离额定工况造成的，但此时设备要向蒸汽释放一定的蓄热，基本上可以补偿这部分损失；而且该过程一般只有 3040min，因此这部分损失可以忽略不计。机组停运和启动准备过程：从机组解列到再次并入电网。此期间内有部分耗电、耗汽的辅助设备仍在运行，如盘车装置、油泵、疏水泵等，另外还包括在锅炉点火之前，要投入除氧器、启动给水泵、抽真空设备等辅机。它们所耗电能、热能全部为损失，应统计计算。锅炉点火至机组并网过程：从锅炉点火，汽轮机冲转、升速，直至并网。此过程无功率输出，所消耗的能量全部是损失，约占有整个启停
22、过程损失的 60%。在机组由并网到满负荷过程中，由于蒸汽参数和机组功率偏离额定值，效率低于设计工况，造成损失。可将整个升负荷过程的热耗率曲线离散成若干个线性变化段，分段按热耗率的增量和该段持续的时间计算其燃料损失。运行工况趋于稳定过程中，机组刚刚达到满负荷，各个部件金属内部的温度分布还没有达到稳定状态，需要消耗一定的热能进行加热，一直到热稳定状态。这段时间的热损失为机组在该过程的煤耗率与机组稳定运行时的煤耗率之差与这段时间的发电量的乘积。各阶段的燃料损失值确定后，将其相加即得到机组整个启动、停机阶段的煤耗增加值。16.机组间负荷分配的目的是什么？母管制汽轮发电机组和中间再热机组负荷分配的原则有
23、何差别？解答：并列运行机组间进行负荷经济分配的条件是全厂机组负荷没有带满，其目的是在满足电网需求和保证设备安全的前提下，将电网给定的全厂负荷，最经济的分配给各台机组，使得总的能量消耗最少，以取得全厂和整个电力系统的最大经济效益。由于汽轮机的动力特性可简化为连续的折线，故母管制汽轮发电机组的负荷经济分配是按其微增汽耗率的大小，从小到大地依次进行分配，使得总能耗为最小。而中间再热式机组（包括锅炉在内）是以单元制方式运行。单元机组的动力特性是连续向上凹的曲线，应按各机组的微增煤耗率相等的原则进行其负荷经济分配，即当总负荷一定时，各单元机组所分配的负荷使其微增煤耗率相等时，总能耗达到最小。第四章 汽轮
24、机的安全运行思考题解答1 何谓材料的屈服极限、持久极限、蠕变极限和疲劳极限。解答：材料的屈服极限：金属材料在受力较大时，可能产生塑性变形，称为屈服现象。过大的塑性变形将改变零件的形状，影响零件正常工作。材料试件受恒定拉力作用，卸载后产生 0.2%的残余塑性变形（应变） ，试件受的拉应力值，称为材料的屈服极限。材料的持久极限：金属材料在一定的温度和拉力持续作用下，会发生断裂。温度愈高、应力愈大，其断裂前的承力时间愈短。材料试件在一定温度下受恒定拉力作用，持续 105 小时断裂，此时试件的初始应力称为材料的持久极限。材料的蠕变极限：金属材料在高温条件下（碳素钢在温度超过 300350，合金钢在温度
25、超过 350400） ，受恒定拉力持续作用，即使应力小于屈服极限，也会产生缓慢的塑性变形，这种现象称为高温蠕变。工程上将材料试件在一定温度下，受恒拉力作用 105 小时，试件产生 1%塑性变形的初始应力，定义为蠕变极限。（4）材料的疲劳极限：金属在交变应力（应力循环变化）作用下，会产生裂纹，这种现象称为机械疲劳，简称疲劳。其裂纹的出现与应13力循环次数和应力变化幅值的大小有关；应力变化幅值愈大，其产生裂纹所经历的循环次数愈少。工程上定义材料试件经历 107 次应力循环才断裂的应力变化幅值为材料的疲劳极限。2 零件安全的强度准则是什么？材料的许用应力如何确定？各种应力状态的零件，其最大应力如何确
26、定？解答：零件安全工作的强度准则是：零件内最大的合成应力小于或等于材料的许用应力。材料的许用应力是材料的强度极限除以安全系数，相应有屈服许用应力、持久许用应力、疲劳许用应力和蠕变许用应力。对于工作温度不高、承受非交变应力的零件，其许用应力为屈服许用应力与持久许用应力的最小值；对于在高温下工作的零件，其许用应力为以上两种许用应力和蠕变许用应力的最小值；若零件承受交变应力，其许用应力为以上两种，或三种许用应力和疲劳许用应力中的最小值。首先确定零件的最大应力工况，计算该工况下零件的应力状态。对于受单向应力的零件（包括单向拉伸、压缩、挤压、剪切，或拉弯联合作用） ，其合成应力为危险截面各单向应力的代数
27、和。对于内部为平面应力状态的零件，根据第三强度理论：若两向应力同号（拉应力为正、压应力为负） ，取其中最大值作为校核应力；若两向应力异号（一为拉应力、另一为压应力） ，则取两者的代数差作为校核应力。对于其内部为三向应力状态的零件(如汽缸和转子) ，则要根据第四强度理论求取其等效当量合成应力作为校核应力。3 零件安全工作的刚度准则是什么？刚度不合要求有什么危害？解答：对于零件刚度的要求是在力的作用下产生的变形量不超过允许值。而受交变作用力的零件，对其刚度的要求主要是避开共振，使其自振频率与激振力的频率之间有一定的差值。万一无法避开共振，也要使零件在振动条件下振幅不超过允许值，以保证其动应力在允许
28、范围内。零件刚度不合要求时，在力的作用下产生的弹性变形量可能超过允许值，改变各相关零件的相对位置，影响其配合关系，甚至使动、静零件之间的间隙消失，而产生摩擦。对于受交变作用力的零件，其振幅加大，动应力增加，可能大于疲劳许用应力；若发生共振，其振幅急剧增大，不但动应力增加，而且会使动、静零件之间的间隙消失，而产生摩擦。4 机组运行可靠性的指标有哪些？这些指标如何进行统计和计算？解答：为了评价机组运行的可靠性，常采用以下指标：（1）可用系数：在统计时间段内，机组处于可用状态的时间所占的百分比。机组处于可用状态的时间等于机组实际运行时间与停机备用时间之和。（2）计划停运系数：在统计时间段内，计划大修
29、、小修和节假日维修的时间所占的百分比。（3）非计划停运系数：在统计时间段内，机组因故障或事故停机维修和计划维修工期延迟的时间之和所占的百分比。（4）强迫停运系数：在统计时间段内，汽轮机因故障或事故被迫停机持续的时间所占的百分比。（5）运行系数：在统计时间段内，汽轮机运行时间所占的百分比。（6）强迫停运率：在统计时间段内，汽轮机被迫停机持续的时间占机组应运行时间的百分比。机组应运行时间等于机组实际运行时间与汽轮机被迫停机持续时间之和。从安全角度，汽轮机运行的可靠性指标主要是可用系数和强迫停运系数，它们反映汽轮机设计、安装和运行维护的水平。可靠性指标的计算，首先要确定统计时间段 PH（一年或一个大
30、修期） ；其次统计在此时间段内机组处于可用状态的时间 AH；机组实际运行时间 SH；计划大修、小修和节假日维修的时间 POH；汽轮机被迫停机持续的时间 FOH；故障或事故停机维修和计划维修工期延迟的时间 UOH。可用系数 AF=（AH/PH）100%；计划停运系数 POF=（POH/PH）100%；非计划停运系数 UOF=（UOH/PH）100%；强迫停运系数FOF=（FOH/PH）100%；强迫停运率 FOR=（FOH/（FOH+SH ） ） 100%；运行系数 SF=（SH/PH ）100% 。5 汽轮机运行中，其汽缸受哪些作用力？这些作用力在汽缸内产生什么样的应力状态？这些作用力在什么条
31、件下最大？它们对汽缸安全工作有何影响？在运行中如何保证汽缸安全工作？解答：汽轮机运行中，其汽缸承受的作用力有：蒸汽与大气压力差产生的作用力；隔板或隔板套作用在汽缸上的力；汽缸内、外壁温差产生的热应力；连接管道作用在汽缸上的力。蒸汽与大气压力差产生的作用力，在汽缸壁内部产生切向、轴向和径向应力；在高、中压汽缸的法兰内还产生弯曲应力；在其螺栓内产生拉应力。隔板或隔板套作用在汽缸上的力，在其与汽缸的接触面产生挤压应力；蒸汽喷射对隔板产生的反作用力，通过隔板的挂耳传递给汽缸，在汽缸内产生剪切应力；汽缸内、外壁温差产生切向、轴向和径向热应力。连接管道作用在汽缸上的力，在汽缸壁内产生局部的拉、压应力或剪切
32、应力。除凝汽式汽轮机的最末几级和低压排汽室外，其内部蒸汽压力大于大气压力，承受蒸汽表压力在其内壁产生的作用力，其中以进汽部分蒸汽压力最高，特别是在其进汽超压的最大流量工况，汽缸、法兰和螺栓承受的蒸汽作用力最大。对于其低压最末几级和低压排汽室，内部压力低于大气压力，主要承受大气的作用力，它随凝汽器真空升高而增大。隔板或隔板套作用在汽缸上的力，以最大流量工况时最大。汽缸内的热应力，与汽缸内、外壁温差成比例，温差愈大，热应力愈大。连接管道作用在汽缸上的力，与管道连接的状态有关。对于汽缸的高、中压部分，若运行中其内、外压力差过大而超过最大许用值，其最大应力可能超过材料的许用应力；螺栓因变形而使预紧力消
33、失，法兰结合面出现张口，产生漏汽，冲刷法兰结合面，破坏结合面的严密性。对于汽缸的低压部分，其内部压力低于大气压力，14主要解决刚度问题，同时防止排汽压力高于大气压力。因为排汽压力升高，排汽温度随之升高，排汽缸的垂直膨胀量增大，破坏转子或汽缸中心线的自然垂弧，可能引起机组振动，造成动、静部分摩擦；而且可能造成凝汽器铜管泄漏，影响凝结水的质量。在汽轮机启停和变负荷过程中热应力为交变应力，热应力过大将使材料提前出现疲劳裂纹，还可能使合成应力超过许用应力。连接管道作用在汽缸上的力过大将阻碍汽轮机自由膨胀，严重时会引起汽缸中心线偏斜，或与台板脱离，造成推力轴承烧毁，或激起机组强烈振动。只要在安装时注意控
34、制连接管道作用在汽缸上的力；在运行中控制主蒸汽和调节级后蒸汽的参数不超过最大许用值；汽缸内、外壁温差和法兰内、外壁温差不超过最大允许值，可以保证汽缸的安全。6 汽轮机运行中，其隔板受哪些作用力？这些作用力在什么条件下最大？它们对隔板的安全工作有何影响？在运行中如何才能保证隔板安全工作？解答：汽轮机运行中隔板承受其前后蒸汽压力差产生的作用力；隔板喷嘴内蒸汽加速产生的反作用力。这些作用力在最大流量工况下最大。隔板前后蒸汽压力差产生的作用力，使隔板产生弯曲变形，隔板体内孔产生轴向位移；喷嘴叶栅顶部截面产生较大的弯曲应力。蒸汽加速对喷嘴叶栅产生的反作用力，在叶栅顶部和根部截面产生较大的弯曲应力。隔板体
35、内孔轴向位移过大，可能使汽轮机动、静部分发生摩擦；喷嘴叶栅弯曲应力过大，可能产生裂纹。 运行中控制汽轮机调节级汽室蒸汽压力不超过允许值，即能保证隔板安全工作。 7 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？解答：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
36、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
37、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。8 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？解答：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
38、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。9 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？解答：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
39、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 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（
40、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。10 汽缸、隔板、转子和动叶栅在强度校核时考虑了哪些作用力？是什么工况下的作用力？许用应力如何确定？解答：在强度校核时，汽缸仅考虑超压时最大流量工况，其内、外压力差产生的作用力；隔板仅考虑最大流量工况其前、后压力差产生的作用力和蒸汽对喷嘴叶栅的作用力；转子考虑其在 120%额定转速下的离心力，并使其工作转速避开临界转速，其键和联轴节螺栓考虑发电机短路的剪切力；动叶片考虑其在 120%额定转速下的离心力和单通道最大流量工况蒸汽产生的作用力，以及
41、振动产生的动应力（避开共振，或使其安全倍率 A 大于许用安全倍率A） 。15汽缸按屈服、持久、蠕变许用应力中最小值为许用应力，碳素钢和合金钢的安全系数不同。对于汽缸螺栓，在低温区工作时，用屈服许用应力校核；在高温区工作时，用蠕变极限校核。隔板按屈服、持久许用应力中最小值进行校核。工作温度在 450以下的动叶片，按屈服许用应力进行强度校核；工作温度在 450以上的动叶片，按屈服、持久、蠕变许用应力中最小值为许用应力进行强度校核，其各部位的安全系数不同。转子在强度校核中要考虑材料的屈服许用应力、持久许用应力，在高温下工作的转子还要考虑蠕变许用应力，取它们中最小者作为许用应力。工作温度不同的套装转子
42、、整锻转子或焊接转子安全系数不同。11 汽轮机的支撑定位有何要求？汽轮机如何在基础上支撑定位？解答：汽轮机是在室温下进行安装，高温条件下工作的动力机械。启动运行时将因温度升高而膨胀；停机和备用期间，其温度又相应降低而收缩。汽轮机，包括其主要部件，应能自由膨胀和收缩。另外汽轮机又是一种比较精密的动力机械，在膨胀和收缩过程中，汽轮机的中心线应保持不变，以保证汽缸和转子的相对位置及汽轮机和基础之间的相对位置不变。汽轮机的基础上用地脚螺栓固定有表面光滑的基础台板，汽轮机的轴承座和低压缸放置在基础台板上。高压缸和中压缸通过其猫爪支撑在轴承座的平台上。基础台板、轴承座和汽缸之间用一系列的滑销确定它们之间的
43、相对位置，以保证汽轮机在运行中能自由膨胀和收缩，且在膨胀或收缩过程中保持汽轮机的中心线不变。12 何谓转子的相对胀差？运行中产生相对胀差的原因是什么？影响相对胀差的因素有哪些？相对胀差过大有何危害？在运行中如何控制相对胀差不超限？解答：由于转子以推力轴承为基点，相对汽缸进行膨胀，汽缸的膨胀量与相对应的转子膨胀量之差，称为转子的相对膨胀差，或简称的相对胀差。汽轮机的汽缸和转子的结构不同，在运行中转子旋转而汽缸静止，因此两者对应段与蒸汽之间的换热系数和对外散热条件不同，转子表面与蒸汽之间的换热强度较强，体积与面积的比较小，故其平均温度的变化量较大，膨胀量或收缩量均较大，使转子出现相对胀差。影响转子
44、和汽缸加热或冷却过程的一切因素，均影响转子的相对胀差。 （1）主蒸汽和再热蒸汽的温升速度，以及升负荷速度。主蒸汽和再热蒸汽的温升速度，以及升负荷速度加快时，各级蒸汽的温升速度加快，与金属表面之间的温差增大；由于转子表面与蒸汽之间的换热系数较大，换热量增加较多，金属的温升速度也较快，转子和汽缸的平均温度之间差值愈大，转子的相对胀差也愈大。反之亦然。（2） 轴封供汽温度。汽轮机在启动之前，开始向轴封供汽。在汽缸内压力大于大气压力之前，转子轴封段和轴封体的金属温度主要取决于轴封供汽温度。轴封供汽温度高于轴封段的金属温度，轴封段金属被加热，使转子的膨胀量增加。而轴封体嵌装在汽缸内，其膨胀对汽缸的膨胀及
45、乎没有影响，因此转子的相对胀差增加。轴封供汽温度愈高，转子的相对胀差愈大。反之，轴封供汽温度低于轴封段金属温度，转子的相对胀差减小，甚至出现负胀差。 （3） 汽缸法兰内、外壁温差。法兰的宽度比汽缸厚度大得多，在相同的加热条件下，法兰内、外壁温差大于汽缸内、外壁温差。在同一轴向截面内，法兰的平均温度低于汽缸的平均温度，法兰的膨胀量小，制约汽缸的轴向膨胀，使汽缸的轴向膨胀量小于其平均温度对应的膨胀量，造成转子的相对胀差增大。 （4） 汽缸夹层的蒸汽温度。对于双层汽缸的汽轮机，在机组膨胀过程中，轴承座的移动取决于外层汽缸的膨胀，而转子的相对位置由推力轴承确定，因此外缸的膨胀量，直接影响转子的相对胀差
46、。若外缸温度偏低，则相对胀差增大。反之，相对胀差减小。外层汽缸的膨胀量，主要取决于内、外层汽缸间夹层的蒸汽温度。 （5） 汽缸排汽温度。在汽缸排汽室端部的同一轴向截面内，转子裸露在汽缸外。别是低压缸，排汽室的轴向长度比较大，排汽温度的高低，主要影响汽缸排汽室的轴向膨胀量，对转子轴向膨胀几乎没有影响。随着汽缸排汽温度升高，使转子的相对胀差减小。 （6） 低负荷下的摩擦鼓风损失。在低负荷下，蒸汽的膨胀主要是在调节级和若干个高压级内进行，中、低压级，特别是低压级内，蒸汽的流速很低，而是动叶栅带动蒸汽运动，出现很大的鼓风损失。鼓风损失产生的热量被蒸汽吸收，而此时蒸汽流量较小，蒸汽的温升量相应较大。蒸汽
47、温度升高，对汽缸和转子进行加热，使中、低压转子相对胀差增大。转子的相对胀差过大，会使动、静轴向间隙消失而产生摩擦，造成转子弯曲，引起机组振动，甚至出现重大事故。在运行中可通过控制主蒸汽和再热蒸汽的温升速度，以及升负荷速度控制相对胀差。对于具有汽缸夹层加热和法兰加热装置的机组，可通过调整此装置加热蒸汽的温度和流量，调节汽缸的轴向膨胀量，控制相对胀差。13 汽缸产生热变形的原因有哪些？在什么时候可能产生热变形？汽缸热变形过大有何危害？如何减小汽缸的热变形？解答：汽缸产生热变形的原因是上、下缸温差和法兰内、外壁温差。上、下缸温差造成汽缸拱曲变形；法兰内、外壁温差造成法兰翘曲变形，而使汽缸产生椭圆变形
48、。在汽缸内蒸汽流量很小，或停机后汽缸内温度较高时，热汽体的自然对流，使温度高的汽体上升，温度低的汽体下降，上半缸汽体的温度高于下半缸汽体的温度；下缸受车间零米低温汽流的冲刷，又有许多抽汽管道，一般下缸保温质量比上缸差，故下缸散热量较上缸大，出现上、下缸温差，使汽缸产生热变形。热变形过大，使动、静部分径向间隙消失，转子旋转时产生摩擦，造成转子弯曲，引起机组强烈振动。机组振动又会加大摩擦，形成恶性循环，迫使停机。若处理不当，将造成重大事故。当上、下缸温差过大，汽缸热变形过大时，不允许机组启动。减小上、下缸温差和法兰内、外壁温差，可减小汽缸的热变形。停机后汽缸内温度较高时，必须进行盘车；加强下缸保温
49、质量；防止停机时阀门漏汽；热态启动时，加快升速速度，可以避免上、下缸温差过大。对于具有法兰加热装置的机组，可通过调整此装置加热蒸汽16的温度和流量，调节法兰内、外壁温差。对于没有法兰加热装置的机组，可通过控制主蒸汽和再热蒸汽的温升速度，以及升负荷速度控制法兰内、外壁温差。14 转子为什么会产生热弯曲？转子弯曲有何危害？如何防止转子出现热弯曲？万一出现热弯曲如何判断？如何处理？解答：汽轮机转子圆周方向温度分布不均匀会产生热弯曲。转子产生热弯曲的三种直接原因是：停机后盘车装置使用不当；汽轮机发生水冲击；其动、静间隙消失，局部产生摩擦。转子弯曲将引起机组强烈振动，而机组振动又会加大摩擦，形成恶性循环，迫使停机。若处理不当，将造成重大事故。防止转子产生热弯曲，要按规程正确使用盘车装置：在向轴封供汽前，或蒸汽有可能漏入汽缸时，或停机后汽缸温度在 100以上，必须进行盘车。要加强进汽管道疏水、防止汽轮机进水。要控制汽缸的变形量、转子的振幅和晃度，及轴向位移，避免动、静部分产生摩擦。转子产生热弯曲，机组振动加大、其晃度增加。可通过机组振动和转子晃度是否同时变化，判断转子是否产生热弯曲。一旦发现转子产生热弯曲，应立即甩负
