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1、汽轮发电机系统汽轮机在火电厂中的地位 自然界中能够产生能量的资源称为能源。电力工业是能源转换的工业，它把一次能源（如煤炭、石油、天然气、水能风能、核聚变能等）转化为电能，使之成为通用性更强的二次能源。汽轮机是以水蒸汽为工质，将热能转变为机械能的外燃高速旋转式原动机。它具有单机功率大、效率高、运转平稳、单位功率制造成本低和使用寿命长等优点。在现代火电厂和核电站中，汽轮机是用来驱动发电机生产电能的，故汽轮机与发电机的组合称为汽轮发电机组，全世界由汽轮发电机组发出的电量约占各种形式发电总量的80%左右。汽轮机还可用来驱动泵、风机、压气机和螺旋浆等。所以汽轮机是现代化国家重要的动力机械设备。汽轮机设备
2、是火电厂的三大主要设备之一，汽轮机设备及系统包括汽轮机本体、调节保安油系统、辅助设备及热力系统等。汽轮机本体是由汽轮机的转动部分（转子）和固定部分（静体或静子）组成；调节保安油系统主要包括调节汽阀、调速器、调速传动机构、主油泵、油箱、安全保护装置等；辅助设备主要包括凝汽器、抽气器（或水环真空泵）、高低压加热器、除氧器、给水泵、凝结水泵、凝升泵、循环水泵等；热力系统主要指主蒸汽系统、再热蒸汽系统、凝汽系统、给水回热系统、给水除氧系统等。汽轮机的分类：一、按工作原理分类： 冲动式汽轮机。主要由冲动级组成，蒸汽主要在喷嘴叶栅（或静叶栅）中膨胀，在动叶栅中只有少量膨胀。 反动式汽轮机。主要由反动级组成
3、，蒸汽在喷嘴叶栅（或静叶栅）和动叶栅中都进行膨胀，且膨胀程度相同。二、 按热力特性分： 凝汽式汽轮机：蒸汽在汽轮机中膨胀作功后，进入高度真空状态下的凝汽器，凝结成水。 背压式汽轮机：排汽压力高于大气压力，直接用于供热，无凝汽器。当排汽作为其他中、低压汽轮机的工作蒸汽时，称为前置式汽轮机。 调整抽汽式汽轮机：从汽轮机中间某几级后抽出一定参数、一定流量的蒸汽(在规定的压力下)对外供热，其排汽仍排入凝汽器。根据供热需要，有一次调整抽汽和二次抽汽之分。 中间再热式汽轮机：蒸汽在汽轮机内膨胀作功过程中被引出，再次加热后返回汽轮机继续膨胀作功。背压式汽轮机和调整抽汽式汽轮机统称为供热式汽轮机。目前凝汽式汽
4、轮机均采用回热抽汽和中间再热。三、按主蒸汽参数分 进入汽轮机的蒸汽参数是指进汽的压力和温度，按不同的压力等级可分为： 低压汽轮机：主蒸器压力小于1.47Mpa; 中压汽轮机：主蒸器压力为1.96-3.92Mpa; 高压汽轮机：主蒸器压力为5.88-9.8Mpa; 超高压汽轮机：主蒸器压力为11.77-13.93Mpa; 亚临界压力汽轮机：主蒸器压力为15.69-17.65Mpa; 超临界压力汽轮机：主蒸器压力大于22.15Mpa; 超超临界压力汽轮机：主蒸器压力大于32Mpa。 此外按汽流方向分类可分为轴流式、辐流式、周流式汽轮机；按用途分类可分为电站汽轮机、工业汽轮机、船用汽轮机；按汽缸数目
5、分类可分为单缸、双缸和多缸汽轮机；按机组转轴数目分类可分为单轴和双轴汽轮机；按工作状况分类可分为固定式和移动式汽轮机。汽轮机本体汽轮机本体是汽轮机设备的主要组成部分，它由转动部分（转子）和固定部分（静体或静子）组成。转动部分包括动叶栅、叶轮（或转鼓）、主轴和联轴器及紧固件等旋转部件；固定部件包括汽缸、蒸汽室、喷嘴室、隔板、隔板套（或静叶持环）、汽封、轴承、轴承座、机座、滑销系统以及有关紧固零件等。 本节将主要介绍国产优化引进型300MW 汽轮机组（指阳逻电厂机组，简称本机组）本体部分各主要零部件的作用、构造特点及有关系统，并同国内外同类型机组作一简要比较。一、 叶片1、 叶片的分类 叶片按用途
6、可分为动叶片（又称工作叶片，简称叶片）和静叶片（又称喷嘴叶片）两种。动叶片安装在转子叶轮（冲动式汽轮机）或转鼓（反动式汽轮机）上，接受喷嘴叶栅射出的高速汽流，把蒸汽的动能转换为机械能，使转子旋转。 静叶片安装在隔板或汽缸上，在反动式汽轮机中，起喷嘴作用；在速度级中，作导向叶片，使汽流改变方向，引导蒸汽进入下一列动叶片。2、 叶片的结构： 叶片一般由叶根、工作部分（或称叶身、叶型部分）、叶顶连接件（围带或拉金）组成。（1） 叶根 叶片通过叶根安装在叶轮或转鼓上。叶根的作用是紧固动叶，使其在经受汽流的推力和旋转离心力作用下，不至于从轮缘沟槽里拔出来。因此要求它与轮缘配合部分要有足够的强度且应力集中
7、要小。它的结构型式取决于转子的结构型式、叶片的强度、制造和安装工艺要求和传统等。常用的结构型式有T型、叉树型和枞树型等。（2） 工作部分（或称叶身、叶型部分） 叶型部分是叶片的基本部分，它构成汽流通道。叶型部分的横截面形状称为叶型，其周线称为型线。为了提高能量转换效率，叶型部分应符合气体动力学要求，同时还要满足结构强度和加工工艺的要求。 由于工作原理的差别，冲动式叶片与反动式叶片的叶型不同。二、转子 汽轮机的转动部分总称转子，它是汽轮机最重要的部件之一，担负着工质能量转换及扭矩传递的重任。转子的工作条件相当复杂，它处在高温工质中，并以高速旋转，因此它承受着叶片、叶轮、主轴本身质量离心力所引起的
8、巨大应力以及由于温度分布不均匀引起的热应力（不平衡质量的离心力还将引起转子震动）。另一方面，蒸汽作用在动叶栅上的力矩，通过转子的叶轮、主轴和联轴节传递给发电机或其它工作机。所以转子要有很高的强度和均匀的质量，以保证它安全工作。运行中要特别注意转子的工作状况。任何设计、制造、安装、运行等方面的工作上的疏忽，均会造成重大事故。按主轴与其它部件间的组合方式，转子可分为套装转子、整锻转子、焊接转子和组合转子四大类。一台机组采用何种类型转子，由转子所处的温度条件及各国的锻冶技术来确定。三、汽缸与滑销系统1、汽缸 汽缸即汽轮机的外壳。其作用是将汽轮机的通流部分与大气隔开，以形成蒸汽热能转换为机械能的封闭汽
9、室。汽缸内装有喷嘴室、喷嘴（静叶）、隔板套（静叶持环）、汽封等部件。在汽缸外连接有进汽、排汽、回热抽汽等管道以及支承座架等。为了便于制造、安装和检修，汽缸一般沿水平中分面分为上、下两个半缸。两者通过水平法兰用螺栓装配紧固。另外为了合理利用材料以及加工、运输方便，汽缸也常以垂直结合面分为两或三段，各段通过法兰螺栓连接紧固。 汽缸工作时受力情况复杂，它除了承受缸内外汽（气）体的压差以及汽缸本身和装在其中的各零部件的重量等静载负荷外，还要承受蒸汽流出静叶时对静止部分的反作用力，以及各种连接管道冷热状态下，对汽缸的作用力以及沿汽缸轴向、径向温度分布不均匀所引起的热应力。特别是在快速启动、停机和工况变化
10、时，温度变化大，将在汽缸和法兰中产生很大的热应力和热变形。2、 汽缸的支承、膨胀和滑销系统 汽缸的支承要平稳，因其自重而产生的挠度应与转子的挠度近似相等，同时要保证汽缸受热后能自由膨胀，而其动、静部分对中不变或变动很小。汽缸的支承定位包括外缸在轴承座和基础台板（座架、机架）上的支持定位；内缸在外缸的支持定位；以及滑销系统的布置等。四、 汽封与汽封系统 汽轮机运转时，转子高速旋转，汽缸、隔板等静体固定不动，因此转子和静体之间需要留有适当的间隙，从而不相互碰磨。然而间隙的存在就要导致漏气，这样不仅会降低机组效率，还会影响机组安全。为了减少蒸汽泄露和防止空气漏入，需要有密封装置，通常称为汽封。汽封按
11、其安装位置的不同，可分为通流部分汽封、隔板（或静叶环）汽封、轴端汽封。反动式汽轮机还装有高、中压平衡活塞汽封和低压平衡活塞汽封。 汽封的结构形式有曲径式、碳精式和水封式等。现代汽轮机均采用曲径式汽封，或称迷宫汽封，它有以下几种结构形式：梳齿形、J形（又叫伞柄形）、枞树形。五、 轴承 汽轮机采用的轴承有径向支持轴承和推力轴承两种。径向支持轴承用来承担转子的重量和旋转的不平衡力，并确定转子的径向位置，以保持转子旋转中心一致，从而保证转子与汽缸、汽封、隔板等静止部分的径向间隙正确。推力轴承承受蒸汽作用在转子上的轴向推力，并确定转子的轴向位置，以确保通流部分动静之间正确的轴向间隙。所以推力轴承被看成转
12、子的定位点，或称汽轮机转子对静子的相对死点。六、 盘车装置 在汽轮机启动冲转前和停机后，使转于以一定的转速连续地转动，以保证转子均匀受热和冷却的装置称为盘车装置。 汽轮机启动时，为了迅速提高真空，常需在冲动转子以前向轴封供汽。这些蒸汽进人汽缸后大部分滞留在汽缸上部，造成汽缸与转子上下受热不均匀，如果转子静止不动，便会因自身上下温差而产生向上弯曲变形。弯曲后转子重心与旋转中心不相重合，机组冲转后势必产生很大的离心力，引起振动，甚至引起动静部分的摩擦。因此，在汽轮机冲转前要用盘车装置带动转于作低速转动，使转子受热均匀，以利机组顺利启动。 对于中间再热机组，为减少启动时的汽水损失，在锅炉点火后，蒸汽
13、经旁路系统排入凝汽器，这样低压缸将产生受热不均匀现象。为此，在投入旁路系统前也应投入盘车装置，以保证机组顺利启动。启动前盘动转子，可以用来检查汽轮机是否具备运行条件，如动静部分是否存在康擦，主轴弯曲度是否正常等。 汽轮机停机后，汽缸和转子等部件由热态逐渐冷却，其下部冷却快，上部冷却慢，转于因上下温差而产生弯曲，弯曲程度随着停机后的时间而增加，对于大型汽轮机，这种热弯曲可以达到很大的数值，并且需要经过几十个小时才能逐渐消失，在热弯曲减小到规定数值以前，是不允许重新启动汽轮机的。因此，停机后，应投入盘车装置，盘车可搅合汽缸内的汽流，以利于消除汽缸上、下温差，防止转子变形，有助于消除温度较高的轴颈对
14、轴瓦的损伤。七、汽轮机本体疏水系统 汽轮机组在启动、停机和变负荷工况下运行时，蒸汽与汽轮机本体和蒸汽管道接触时受热或被冷却，蒸汽被冷却后，当蒸汽温度低于与蒸汽压力相对应的饱和温度时，凝结成水，若不及时排出凝结水，它会存积在某些管段和汽缸中。运行中，由于蒸汽和水的密度、流速都不同，管道对它们的阻力也不同，这些积水可能引起管道发生水冲击，轻者使管道振动，产生噪声，噪声污染环境；重者使管道产生裂纹，甚至破裂。更为严重的是，一旦部分积水进入汽轮机，将会使动叶片受到水的冲击而损伤，甚至断裂，使金属部件急剧冷却而造成永久变形，甚至使大轴弯曲。 为了有效地防止汽轮机进水事故和管道中积水而引起的水冲击，必须及
15、时地把汽缸中和蒸汽管道中存积的凝结水排出，以确保机组安全运行。同时还可回收洁净的凝结水，这对提高机组的经济性是有利的。为此，汽轮机都设置有本体疏水系统，它包括汽轮机的高、中压自动主汽阀前后、各调节汽阀前后、内外缸及抽汽逆止阀前后、轴封供汽母管、阀杆漏汽管以及汽缸法兰螺栓加热联箱等的疏水管道、阀门和容器等。汽 轮 机 控 制 的 内 容 1、监视系统 监视系统是保证汽轮机安全运行的必不可少的设备，它能够连续监测汽轮机运行中各参数的变化。属于机械量的有：汽轮机转速、轴振动、轴承振动、转子轴位移、转子与汽缸的相对胀差、汽缸热膨胀、主轴晃度、油动机行程等。属于热工量的有：主蒸汽压力、主蒸汽温度，凝汽器
16、真空，高压缸速度级后压力，再热蒸汽压力和温度，汽缸温度，润滑油压，调节油压，轴承温度等。汽轮机的参数监视通常由DAS系统实现，测量结果同时送往调节系统作限制条件，送往保护系统作保护条件，送往顺序控制系统作控制条件。2、保护系统 保护系统的作用是，当电网或汽轮机本身出现故障时，保护装置根据实际情况迅速动作，使汽轮机退出工作，或者采取一定措施进行保护，以防止事故扩大或造成设备损坏。大容量汽轮机的保护内容有：超速保护、低油压保护、位移保护、胀差保护、低真空保护、振动保护等。3、调节系统 汽轮机的闭环自动调节系统包括转速调节系统、功率调节系统、压力调节系统+如机前压力调节和再热汽压力调节,，等等。闭环
17、调节是汽轮机EHC系统的主要功能，调节品质的优劣将直接影响机组的供电参数和质量，并且对单元机组的安全运行也有直接影响。4、热应力在线监视系统 汽轮机是在高温高压蒸汽作用下的旋转机械，汽轮机运行工况的改变必然引起转子和汽缸热应力的变化。由于转子在高速旋转下已经承受了比较大的机械应力，因此热应力的变化对转子的影响更大，运行中监视转子热应力不超过允许应力显得尤为重要。热应力无法直接测量，通常是用建立模型的方法通过测取汽轮机某些特定点的温度值来间接计算热应力的。热应力计算结果除用于监视外，还可以对汽轮机升速率和变负荷率进行校正。5、汽轮机自启停控制系统 汽轮机自启停控制（Turbine Automat
18、ic Control，简称TAC）系统是牵涉面很大的一个系统，其功能随设计的不同而有很大差别。原则上讲，汽轮机自启停控制系统应能完成从启动准备直至带满负荷或者从正常运行到停机的全部过程，即完成盘车、抽真空、升速并网、带负荷、带满负荷以及甩负荷和停机的全部过程。可见实现汽轮机自启停的前提条件是各个必要的控制系统应配备齐全，并且可以正常投运。这些系统为自动调节系统、监视系统、热应力计算系统以及旁路控制系统等。6、液压伺服系统 液压伺服系统包括汽轮机供油系统和液压执行机构两部分。供油系统向液压执行机构提供压力油。液压执行机构由电液转换器、油动机、位置传感器等部件组成，其功能是根据电调系统的指令去操作
19、相应阀门的动作。 由上述汽轮机控制所涉及的内容可以看出，现代大型单元机组的汽轮机控制系统涉及面很广，系统复杂，技术要求高，既包括了模拟量的反馈调节，又包括开关量的逻辑控制，是集过程控制、顺序控制、自动保护、自动检测于一体的复杂控制系统。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：（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
20、击力来作功。在这种级中：p1 = p2；Dhb =0；m=0。（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 p2；DhnDhb0.5Dht；m=0.5。（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 p2；Dhn Dhb 0；m=0.050.35。（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
21、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
22、，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
23、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0.4-0.44；反动级的最佳速度比约为0.65-0.75；纯冲动式复速级的最佳速度比约为0.21-0.22。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
24、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
25、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
26、截面的参数，由于偏离最佳值将引起附加损失，统称为扇形损失。（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
27、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
28、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
29、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
30、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？
31、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.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？解答：当汽轮机的工况变化时，按各级在工况变化时的特点通常级分为调节级、中间级和末级组三类。 （1）中间级：在工况变化时，压力比不变是中间级的特点。汽轮机级的理想焓降是级前温度和
32、级的压力比的函数，在工况变化范围不大时，中间级的级前蒸汽温度基本不变。此时级内蒸汽的理想焓降不变，级的速度比和反动度也不变，故级效率不变。随着工况变化范围增大，压力最低的中间级前蒸汽温度开始变化，并逐渐向前推移。当流量减小，级前蒸汽温度降低，中间级的理想焓降减小，其速度比和反动度相应增大。由于设计工况级的速度比为最佳值，级内效率最高，当速度比偏离最佳值时，级内效率降低。而且速度比偏离最佳值愈远，级内效率愈低。（2）末级组：其特点是级前蒸汽压力与其流量的关系不能简化为正比关系，且级组内级数较少。由于在工况变化流量下降时，汽轮机的排汽压力变化不大，级前压力减小较多。且变工况前级组前后的压力差越大，
33、级前压力降低的多，级后压力降低的少。此时级的压力比增大，级内理想焓降减小，而且末级的压力比和理想焓降变化最大。级的速度比和反动度随理想焓降的减小而增大，速度比偏离最佳值，级效率相应降低。（3）调节级：调节级前后压力比随流量的改变而改变，其理想焓降亦随之变化。当汽轮机流量减小时，调节级的压力比逐渐减小，调节级焓降逐渐增大。在第一调节阀全开而第二调节阀刚要开启时，级的压力比最小，故此时调节级理想焓降达到最大值。级的理想焓降增大，其速度比和反动度随之减小，速度比偏离最佳值，级效率相应降低。13.主蒸汽压力变化，对机组安全经济运行有何影响？解答：在初压变化时，若保持调节阀开度不变，此时除少数低压级之外
34、，绝大多数级内蒸汽的理想焓降不变，故汽轮机的效率基本保持不变，但其进汽量将随之改变。对于凝汽式机组或某一级叶栅为临界状态的机组，其进汽量与初压的变化成正比，由于此时汽轮机内蒸汽的理想焓降随初压升高而增大，机组功率的相对变化大于机组进汽量的相对变化。对于不同背压的级组，背压越高，初压改变对功率的影响越大。当主蒸汽温度不变，主蒸汽压力升高时，蒸汽的初焓减小；此时进汽流量增加，回热抽汽压力升高，给水温度随之升高，给水在锅炉中的焓升减小，一公斤蒸汽在锅炉内的吸热量减少。此时进汽量虽增大，但由于进汽量的相对变化小于机组功率的相对变化，故热耗率相应减小，经济性提高，反之亦然。采用喷嘴调节的机组，初压改变时
35、保持功率不变。当初压增加时，一个调节阀关小，其节流损失增大，故汽轮机的内效率略有降低。虽然初压升高使循环效率增高，但经济性不如调节阀开度不变的工况。采用节流调节的机组，若保持功率不变，初压升高时，所有调节阀的开度相应减小，在相同条件下，进汽节流损失大于喷嘴调节。初压升高使循环效率增大的经济效益，几乎全部被进汽节流损失相抵消。初压升高时，所有承压部件受力增大，尤其是主蒸汽管道、主汽门、调节阀、喷嘴室、汽缸等承压部件，其内部应力将增大。初压升高时若初温保持不变，使在湿蒸汽区工作的级湿度增大，末级叶片的工作条件恶化，加剧其叶片的侵蚀，并使汽轮机的相对内效率降低。若初压升高过多，而保持调节阀开度不变，
36、由于此时流量增加，轴向推力增大，并使末级组蒸汽的理想焓降增大，会导致叶片过负荷。此时调节级汽室压力升高，使汽缸、法兰和螺栓受力过大，高压级隔板前后压差增大。因此对机组初压和调节级汽室压力的允许上限值有严格的限制。当初压降低时，要保持汽轮机的功率不变，则要开大调节阀，增加进汽量。此时各压力级蒸汽的流量和理想焓降都相应增大，则蒸汽对动叶片的作用力增加，会导致叶片过负荷，并使机组的轴向推力相应增大。现代汽轮机在设计工况下，进汽调节阀的富余开度不大，保证在其全开时，动叶片的弯曲应力和轴向推力不超限。14.主蒸汽温度变化，对机组安全经济运行有何影响？解答：初温变化对安全经济运行的影响：汽轮机的初温升高，
37、蒸汽在锅炉内的平均吸热温度提高，循环效率提高，热耗率降低。另外，由于初温升高，凝汽式汽轮机的排汽湿度减小，其内效率也相应提高。循环效率和汽轮机的效率提高，运行经济性相应提高。反之，汽轮机的初温降低，运行经济性相应降低。 由于初温的变化，汽轮机的进汽量和进汽比焓值均变化，汽轮机的功率也相应变化。在汽轮机的进汽压力和调节阀开度不变时，进汽量与主蒸汽绝对温度的二次方根成反比。对于非再热机组，在进排汽压力不变时，其理想焓降与主蒸汽绝对温度成正比。汽轮机功率的相对变化与主蒸汽温度的的二次方根成正比。对于再热机组，由于假定主蒸汽压力和再热蒸汽温度不变，此时再热蒸汽压力因流量减少而降低，主蒸汽温度变化时对机
38、组功率的影响小于非再热机组，但其功率的变化仍与主蒸汽温度的的二次方根成比例。汽轮机的进汽部分和高压部分与高温蒸汽直接接触，蒸汽初温升高时，金属材料的温度升高，机械强度降低，蠕变速度加快，许用应力下降，从而使机组的使用寿命缩短。在调节阀开度不变，主蒸汽温度降低时，汽轮机功率相应减小。要保持机组功率不变，要开大调节阀，进一步增加进汽量。此时对于低压级、特别是末级，流量和焓降同时增大，导致动叶栅上蒸汽的作用力增加，其弯曲应力可能超过允许值，且转子的轴向推力相应增大。另外，主蒸汽温度的降低，导致低压级的湿度增大，使湿气损失增大，对动叶片的冲蚀作用加剧。若蒸汽初温突然大幅度降低，则可能产生水冲击，引起机
39、组出现事故。15.排汽压力变化，对机组安全经济运行有何影响？解答：在进汽参数和进汽量不变的条件下，排汽压力变化对机组经济性的影响分为：末级未达临界、达临界和排汽压力低于末级动叶栅的极限背压三种情况。在末级未达临界的情况下，排汽压力变化影响到末级组各级的功率，使机组功率变化。排汽压力升高，末级组的理想焓降减小；此时排汽比容和湿度相应减小，使末级组的湿汽损失和末级余速损失减小，末级组的效率有所提高；另外，排汽压力升高，凝汽器内凝结水温度升高，凝结水在低压加热器内的温升减小，低压回热抽汽量相应减少，末级组各级的流量随之增大。由于在正常情况下，排汽压力变化幅度不大，末级组各级的流量增加和效率提高不足以
40、弥补理想焓降减小的影响，故排汽压力升高，末级组的功率相应减小，且呈线性关系；反之亦然。随着排汽压力逐渐降低，若末级组出现临界状态，则首先发生在末级动叶栅。当末级动叶栅达临界状态时，排汽压力降低，末级组中各级级前参数保持不变，蒸汽在末级动叶栅的斜切部分内由临界压力膨胀到排汽压力。由于蒸汽在动叶栅斜切部分内膨胀，动叶的速度系数相应减小，动叶损失随之增加，故级效率降低。而且排汽压力愈低，在动叶栅斜切部分内的膨胀量愈大，级效率也愈低。其次，随着排汽压力的降低，凝汽器内凝结水温度相应降低，而回热抽汽压力不变，因此凝结水在最末一级低压加热器内的焓升增大，最末一段的回热抽汽量相应增大，末级的蒸汽流量随之减少
41、。由于末级效率进一步降低，其蒸汽流量随之减少，使得排汽压力降低时功率的增加量相应减小，功率随排汽压力的变化不再呈线性关系。当排汽压力继续降低至动叶栅斜切部分膨胀的极限压力后，排汽压力继续降低，由极限压力降到排汽压力的膨胀，将在动叶栅后无序进行，损失增加，末级的有效焓降不再增加。而凝结水温度却继续降低，最后一段低压抽汽量继续增加，从而使末级的蒸汽流量进一步减少。此时末级功率不但不再增加，反而减少，对经济性产生负效应，即随着排汽压力的降低，热耗率相应增加。对于具有回热系统的机组，在其排汽压力变化时，蒸汽在锅炉中的吸热量不变，其热耗率随功率的增加而降低，随功率的减小而增加。其变化幅度与功率的变化幅度
42、一致。排汽压力的变化不仅引起机组经济性的改变，同时也将影响机组的安全性。若排汽压力升高较多，使排汽温度大幅度升高，导致排汽室的膨胀量过分增大。若低压轴承座与排汽缸连为一体，将使低压转子的中心线抬高，破坏转子中心线的自然垂弧，从而引起机组强烈振动，若采用独立轴承座，则排汽室抬起影响汽封径向间隙，可能使动、静部分发生摩擦。此外排汽温度大幅度升高，还将导致凝汽器内铜管的胀口松动，造成冷却水漏入汽侧空间，凝结水的水质恶化，影响汽轮机运行的安全。排汽压力升高时，若保持机组功率不变，要相应增大汽轮机的进汽量，使轴向推力增大。16.调节级和压力级各自有何特点？解答：（1）调节级的特点：在工况变化时，通流面积
43、呈阶梯形变化，其理想焓降变化最大。为使其在工况变化时效率相对变化小一些，应尽可能增大调节级的理想焓降。通常其平均直径比高压非调节级大，同时速度比小于最佳值。调节级的效率相对比较低，其理想焓降的取值需考虑汽轮机的效率和整体结构。为了提高调节级的级效率，其应具有一定的反动度。考虑到调节级为部分进汽的级，且叶片较短，为了减小漏汽损失，一般反动度值不宜过大。（2）压力级的特点：压力级一般是指调节级后各非调节级。根据蒸汽容积流量的大小和压力的高低，将压力级分为三种不同的级组：高压级组、中压级组和低压级组。A高压级组：高压级组中蒸汽容积流量不大，其变化相对较小。高压级组的通流部分叶栅高度一般不大，平均直径
44、和叶栅高度变化比较平缓，其各级的能量损失中叶栅端部损失、级内间隙漏汽损失所占比例较大。当蒸汽容积流量较小，可采用部分进汽的措施来提高叶片高度。对于大容量汽轮机，高压级组通流部分叶栅高度虽较大，但为了保证必要的刚度和强度，往往采用较厚的高压隔板和较宽的喷嘴，这将导致喷嘴相对高度降低，端部损失较大。B中压级组：中压级组介与高压级组与低压级组之间，随着蒸汽的不断膨胀，其容积流量已较大。中压级组一般工作在过热蒸汽区，无湿汽损失，同时各级的端部损失和漏汽损失相对较小，级组中各级的级效率较高。C低压级组：低压级组指包括最末级在内的几个压力级，其蒸汽压力低，容积流量大，一般工作于湿蒸汽区。由于低压级组蒸汽容
45、积流量急剧增大，导致低压级组的叶栅高度和平均直径相应增大。一般加大直径可限制叶栅高度过分增大，又可增加级的理想焓降，减少级数，但末级的余速损失也会相应增大。低压级由于平均直径增加，叶栅高度增大，圆周速度相应增加，使离心力增大。在目前的技术条件下，末级叶片长度可达1000mm左右，末级的平均直径可达2500mm左右。单排汽口的汽轮机，其最大额定功率可达150MW左右。因此大功率汽轮机的低压部分必须进行分流。为减少湿汽损失，降低湿汽对叶片的冲蚀，限制汽轮机排汽的湿度应不超过1213%，并设置去湿装置和采用去湿措施来降低蒸汽湿度对叶栅的冲蚀。17.汽轮机的负荷调节方式有几种？各有什么优点？解答：汽轮
46、机的负荷调节的方式有喷嘴调节、节流调节、滑压调节和复合调节四种。喷嘴调节和节流调节是定压运行机组采用的负荷调节方式，在外负荷变化时，通过改变调节阀的开度，使进汽量变化，改变机组的功率，与外负荷的变化相适应。采用喷嘴调节的汽轮机，在外负荷变化时，各调节阀按循序逐个开启或关闭。由于在部分负荷下，几个调节阀中只有一个或两个调节阀未全开，因此在相同的部分负荷下，汽轮机的进汽节流损失较小，其内效率的变化也较小。从经济性的角度，当机组负荷经常变动时，这种调节方式较为合理。汽轮机采用节流调节，在部分负荷下，所有的调节阀均关小，进汽节流损失较大，在相同的部分负荷下，其内效率相应较低，因此这种调节方式仅适应于带
47、基本负荷的汽轮机。另外，采用节流调节的汽轮机没有调节级，在工况变化时，高、中压级的温度变化较小，故启动升速和低负荷时对零件加热均匀。采用滑压调节的汽轮机，在外负荷变化时，调节阀保持全开，通过改变进汽压力，使进汽量和蒸汽的理想焓降变化，改变机组的功率，与外负荷的变化相适应。在相同的部分负荷下，由于所有的调节阀均全开，节流损失最小。但在部分负荷下，由于进汽压力降低，循环效率随之降低。另外，由于锅炉调节迟缓，在部分负荷下，若所有的调节阀均全开，当负荷增加时，调节阀不能参与动态调节，机组的负荷适应性较差。只有单元机组，或可切换为单元制连接的机组，其汽轮机才能采用复合调节方式。复合调节方式是上述调节方式
48、的组合。它有两种组合方式：其一是高负荷区采用额定参数定压运行喷嘴调节；中间负荷段采用滑压运行；低负荷区，采用低参数定压运行节流调节，即“定滑定”的调节方式。其二是低负荷区，采用低参数定压运行节流调节，其他负荷区采用滑压运行，即“滑定”的调节方式。由于复合调节方式包含滑压调节方式，也只有单元机组，或可切换为单元制连接的机组，其汽轮机才能采用。对于亚临界机组，在高负荷区采用额定参数定压运行喷嘴调节，节流损失不大，循环效率没有降低，其经济性优于滑压运行方式。另外，可使部分负荷下滑压运行的主蒸汽压力相应提高，使循环效率降低较少，提高滑压运行的经济性，而且可以利用已关闭的高压调节阀参与动态调节，提高机组对外界负荷变化的适应能力。在低负荷区采用低参数定压运行节流调节，有利于锅炉稳定运行。对于超临界机组，在高负荷区等压线和等温线很陡，采用滑压调节经济性优于额定参数定压运行喷嘴调节，若不参加电网调频，