一文学习汽轮机基础知识

一、热力基础篇：

1、什么是表压力?什么是绝对压力?

用压力表测量压力所得的数值,是高于大气压力的数值,即表压力。它指的是在大气压力的基础上测得的压力值。

将大气压力计算在内的数值才是压力的真正数值,工程上称这个压力为绝对压力。

表压力和绝对压力的关系如下:

P表 = P绝—B 或 P绝 = P表 + B

式中 P表----工质的表压力

P绝----工质的绝对压力

B---当时当地的大气压力(近似等于1工程大气压)

2、什么是真空?什么是真空度?

当密闭容器中的压力低于大气压力时,称低于大气压力的部分为真空。

用百分数表示的真空,叫真空度.即:用测得的真空数值除以当地大气压力的数值再化为百分数。用公式表示：

真空度 = --h真空--×100%h/大气

3、什么是经济真空? 什么是极限真空?

所谓经济真空是提高真空使汽轮发电机增加的负荷与循环水泵多消耗的电功率之差为最大时的真空。

如真空再继续提高,由于汽轮机末级喷嘴的膨胀能力已达极限,汽轮机的功率不再增加,此时真空称为极限真空。

4、气体的比容 与压力、温度有什么关系?

气体的比容与压力、温度有密切的关系,当温度不变,压力提高时,气体的比容缩小；如果压力保持不变,只提高温度,则气体的体积膨胀,比容增大.它们之间的关系式为:

Pv= RT

式中 P -------  压力

v-------  比容

T-------  绝对温度

R-------  气体常数

5、什么是汽化现象?什么是凝结现象?

物质从液态变为汽态的过程叫汽化。汽化方式有两种：蒸发；沸腾。

物质从汽态变为液态的现象叫凝结。

在一定的压力下,液态的沸点也就是蒸汽的凝结温度.凝结与汽化是两个相反的热力过程。

6、什么是过热蒸汽?什么是蒸汽的过热度?

在同一压力下,对饱和蒸汽再加热,则蒸汽温度开始上升,超过饱和温度,这时的蒸汽就叫过热蒸汽。

过热蒸汽的温度与饱和蒸汽的温度之差叫蒸汽的过热度.过热度越大,则表示蒸汽所储存的热能越多,对外做功的能力越强。

7、什么是焓?

焓是汽体的一个重要的状态参数.焓的物理意义为:在某一状态下汽体所具有的总能量,它等于内能和压力势能之和。

8、什么是熵?

熵是热力学中的一个导出参数，熵的微小变化起着有无传热的标志作用。熵的引入可以方便地反映出热力过程热量的转换及循环的热效率。

9、什么是液体的汽化潜热?

在定压下把1千克的饱和水加热成1千克干饱和蒸汽所需要的热量,叫做该液体的汽化潜热。

10、什么是凝结热?

在定压下,1千克蒸汽完全凝结成同温度的水所放出的热量叫做凝结热。

11、汽化热与凝结热有什么关系?

在一定的压力和温度下,液体的汽化热与相同压力、温度下的凝结热相等,即在温度相等、压力相同的情况下,1千克饱和蒸汽凝结时放出的热量等于1千克饱和水汽化时所吸收的热量。

12、什么是循环热效率?它说明了什么?

工质每完成一个热力循环所做的有功和工质在每个热循环过程中从热源吸收的热量的比值叫做循环热效率。

循环热效率说明了循环中热能转变为功的程度,效率越高,说明工质从热源吸收的热量转变为有用功的比例越高；反之,效率越小,说明转变为有用功的热量越少。

13、卡诺循环是由哪些过程组成的?它在T--S 图上如何表示？

卡诺循环是由两个可逆的定温过程和两个可逆和绝热过程组成的。它在 T---- S 图上所示

1---2 过程是可逆的等温吸热过程；

2---3 过程是可逆的绝热膨胀过程；

3---4 为可逆的等温放热过程；

4---1 为可逆的绝热压缩过程。

14、朗肯循环是通过哪些设备实现的?各热力设备在热力循环中起什么作用?

朗肯循环是火力发电厂的基本热力循环,它是通过蒸汽锅炉、汽轮机、凝汽器和给水泵这四个主要热力设备实现的。

各热力设备所起的作用如下:

(1) 锅炉的作用: 锅炉包括省煤器、炉膛水冷壁和过热器,它将给水定压加热,最终产生过热蒸汽,即主蒸汽,然后通过主蒸汽管路送入汽轮机；

(2) 汽轮机的作用: 蒸汽进入汽轮机进行绝热膨胀做功,将热能转变为机械能,做完功的排汽排入凝汽器；

(3) 凝汽器的作用:将汽轮机的排汽加以冷却,使其在定压下凝结成饱合水,其压力等于汽轮机排汽压力；

(4) 给水泵将凝结水进行绝热压缩,升高压力送回锅炉,送入锅炉的水称为给水。

15、怎样在 T --S 图上表示朗肯循环?

如图所示: 4 --- 5 --- 6 --- 1 过程是工质 (水) 在锅炉中被定压加热、汽化和过热过程；1 --- 2 过程是过热蒸汽在汽轮机中等熵膨胀做功过程；2 --- 3 过程是做完功的蒸汽 (排汽) 排入凝汽器中定压凝结放热过程；3 --- 4 过程是凝结水在给水泵中等熵压缩过程。

16、什么叫汽耗率?汽耗率的计算公式是怎样的?

汽轮发电机组每发出1千瓦小时的电能所消耗的蒸汽量称为汽耗率。用字母 d 表示。

计算公式 :  d = D/Nf

式中 d ---汽耗率,   千克/千瓦·时

D-----汽轮机每小时的汽耗量,  千克/时

Nf---发电量,  千瓦

17、什么是热耗率? 凝汽式汽轮机的热耗率怎样计算?

汽轮发电机组每发1千瓦小时的电能,所需要的热量叫热耗率，用字母 q 表示。

计算公式 :q = d (io --- t )

式中 q ----热耗率,   千焦/千瓦·时

d----汽耗率,   千克/千瓦·时

io-----蒸汽初焓,   千焦/千克

t------给水焓,    千焦/千克

18、什么是导热?

直接接触的物体或物体本身各部之间的热量传递现象叫导热。

火力发电厂中常见的导热现象如管壁、汽缸壁、汽包壁内外表面间的热量传递。

19、什么是对流换热?

流动的流体与固体壁面之间的热量交换或流动的流体与流体之间的热量交换均称为对流换热。

火力发电厂中常见的对流换热现象如:烟气对省煤器；工质对水冷壁；汽机排汽对凝汽器铜管；循环水对铜管；空气对暖器等。

20、什么是热辐射?

波长在0.4 ---- 40 微米的射线能被物体吸收后又可能转变为热能,这样的射线叫热射线.热射线传播热能的过程叫热辐射.热辐热是一种不需要物质直接接触而进行的热量传递方式.如火电厂中,炉膛内火焰与水冷壁屏式过热式,墙式再热式之间的传热。

21、什么叫热应力?

对厚重的金属部件受单向加热和冷却时,其各部分的温度是不均匀的,这样,热膨胀也不均匀.作为部件的整体是有连续性的,各部分之间有着相互约束和牵制的作用力,这使热的部分膨胀不出去而受到压缩；冷的部分被拉长,因而在部件内部产生了应力.这种由于加热不均而产生的应力称为热应力。

22、什么叫金属疲劳?

金属材料在长期交变应力的作用下,虽然应力数值远比强度极限小,但是仍能使金属材料遭到破坏,这种现象称为金属疲劳.汽轮机在启动、停机过程中,如果蒸汽温度变化较大,与金属温差加大,转子表面和汽缸壁都要受到很大的热应力的冲击.冲击时间虽短,但其冲击力很大,如果材料呈现脆性时更为危险,不仅要校检材料的屈服极限,也要考虑所引起的热疲劳损伤。

汽轮机动叶片在冲击汽流力的多次反复作用发生共振现象,如果发生共振,严重时可能导致疲劳断裂.由于转子遭受到的热疲劳损伤则是由于多次交变的热应力所造成的.由于热应力循环的频率非常低,例如,启、停一次或负荷升、降一次做为一个同期，就整缎转子而言，启动时有热拉应力，停机时则有热压应力，整缎转子热应力方向与内孔相反，其热应力幅值叠加。在温度突变时可以达到8---10倍，所以容易产生热疲劳裂纹，在工况突变时使转子损坏。

23、什么是金属的蠕变?蠕变过程分哪几个阶段？

金属材料在长期高温和静应力的作用下,逐渐产生塑性变形的过程称为金属的蠕变，其典型过程如图所示：

材料在一定压力、温度下被加上一定的载荷后，就会产生弹性变形，其过程为OA，这段不是蠕变造成的。第Ⅰ阶段AB为不稳定阶段，塑性变形发展很快，但为时不久。第Ⅱ阶段BC为稳定阶段，塑性变形发展缓慢，而且蠕变速度不变。第Ⅲ阶段CD不加速阶段，蠕变速度又迅速加快，到达D点时材料破裂损坏。我们决不允许材料在第Ⅲ阶段的状态下工作。

二、设备原理篇：

1、什么是离心泵的特性曲线?

表示主要性能参数间关系的曲线称为特性曲线或叫性能曲线.特性曲线包括 : 在一定转速下的流量-----扬程曲线 (Q---H)、流量----功率曲线(Q---N) 和流量----效率曲线 (Q---η)。

在泵的特性曲线上可以查出每种流量下的扬程 H、 功率 N 和泵效率η的数据。

2、什么是离心式泵的比例定律?

对同一台泵,当转速变化时,其流量、扬程、功率与转速的变化关系如下:

Q/Q'=   n/n'

H/H'= ( n/n' )2

N/N'= ( n/n' )3

从以上公式可以看出,当泵转速变化时,流量与转速成正比；扬程与转速平方成正比。功率与转速的立方成正比。这个关系就叫做离心泵的比例定律。

3、什么是汽蚀? 泵汽蚀时有什么现象发生?

水泵的入口处是液体压力最低的地方,因此有可能出现入口处的液体压力低于与其温度相对应的饱合压力,这时就会出现汽化现象,有气泡逸出.在液体的高压区域,气泡周围压力大于汽化压力,气泡被压破而凝结,如在金属表面附近,则液体质点就连续打击金属表面,使金属表面变成蜂窝状或海绵状。另外,空气中的氧气又借助凝汽放热而对金属表面产生化学腐蚀作用，这种现象就是汽蚀。

泵发生汽蚀的现象是产生噪音的原因,使泵的流量、扬程、和效率明显下降,电流表指针摆动。

4、为什么有的汽轮机调速系统要用抗燃油作为介质？

随着机组功率和蒸汽参数的不断提高，调节系统的调节汽门提升力越来越大，提高油动机的油压是解决调节汽门提升力增大的一个途径。但油压的提高、容易造成油的泄漏，普通汽轮机油的燃点低，容易造成火灾。抗燃油的自燃点较高，即使它落在炽热高温蒸汽管道表面也不会燃烧起来，抗燃油还具有火焰不能维持及传播的可能性。从而大大减小了火灾对电厂威胁。抗燃油的最大特点是它的抗燃性，但也有它的缺点，如有一定的毒性，价格昂贵，粘温特性差（即温度对粘性的影响大）。所以一般将调节系统与润滑系统分成两个独立的系统。调节系统用高压抗燃油，润滑系统用普通汽轮机油。

5、主油箱的容量是根据什么决定的？什么是汽轮机油的循环倍率？

汽轮机主油箱的贮油量决定于油系统的大小，应满足润滑及调节系统的用油量。机组越大，调节、润滑系统用油量越多。油箱的容量也越大。汽轮机油的循环倍率等于每小时主油泵的出油量与油箱总油量之比，一般应小于12。如循环倍率过大，汽轮机油在油箱内停留时间少，空气、水分来不及分离，致使油质迅速恶化，缩短油的使用寿命。

6、汽轮机的润滑油压是根据什么来确定？

汽轮机润滑油压根据转子的重量、转速、轴瓦的构造及润滑油的粘度等，在设计时计算出来，以保证轴颈与轴瓦之间能形成良好的油膜，并有足够的油量来冷却，因此汽轮机润滑油压一般取0.12～0.15MPa。润滑油压过高可能造成油挡漏油，轴承振动。油压过低使油膜建立不良，甚至发生断油损坏轴瓦。

7、汽轮机油箱为什么要装排油烟风机？

油箱装设排油烟风机的作用是排除油箱中的气体和水蒸气。这样一方面使水蒸气不在油箱中凝结；另一方面使油箱中压力不高于大气压力，使轴承回油顺利地流入油箱。反之，如果油箱密闭，那么大量气体和水蒸气积在油箱中产生正压，会影响轴承的回油，同时易使油箱油中积水。排油烟风机还有排除有害气体使油质不易劣化的作用。

8、汽轮机油油质劣化有什么危害？

汽轮机油质量的好坏与汽轮机能否正常运行关系密切。油质变坏使润滑油的性能和油膜力发生变化，造成各润滑部分不能很好润滑，结果使轴瓦乌金熔化损坏；还会使调节系统部件被腐蚀、生锈卡涩，导致调节系统和保护装置动作失灵的严重后果。所以必须重视对汽轮机油质量的监督。

9、什么是汽轮机油的粘度？粘度指标是多少？

粘度是判断汽轮机油稠和稀的标准。粘度大，油就稠，不容易流动；粘度小，油就稀、薄容易流动。粘度以恩氏度作为测定单位，常用的汽轮机油粘度为恩氏度2.9～4.3。粘度对于轴承润滑性能影响很大，粘度过大轴承容易发热，过小会使油膜破坏。油质恶化时，油的粘度会增大。

10、为什么汽轮机轴承盖上必须装设通气孔、通气管？

一般轴承内呈负压状态，通常这是因为从轴承流出的油有抽吸作用所造成的。由于轴承内形成负压，促使轴承内吸入蒸汽并凝结水珠。为避免轴承内产生负压，在轴承盖上设有通气孔或通气管与大气连通。另一方面，在轴承盖上设有通气管也可起着排除轴承中汽轮机油由于受热产生的烟气的作用，不使轴承箱内压力高于大气压。运行中应注意通气孔保持通畅防止堵塞。

11、什么调节系统的静态特性和动态特性？

调节系统的工作特性有两种：即动态特性和静态特性。在稳定工况下，汽轮机的功率和转速之间的关系即为调节系统的静态特性。从一个稳定工况过渡到另一个稳定工况的过渡过程的特性叫做调节系统的动态特性，是指在过渡过程中机组的功率、转速、调节汽门的开度等参数随时间的变化规律。

12、什么是调节系统的静态特性曲线？对静态特性曲线有何要求？

调节系统的静态特性曲线即在稳定状态下其负荷与转速之间的关系曲线。调节系统静态特性曲线应该是一条平滑下降的曲线，中间不应有水平部分，曲线两端应较陡。如果中间有水平部分，运行时会引起负荷的自发摆动或不稳定现象。曲线左端较陡，主要是使汽轮机容易稳定在一定的转速下进行发电机的并列和解列，同时在并网后的低负荷下还可减少外界负荷波动对机组的影响。右端较陡是为使机组稳定经济负荷，当电网频率下降时，使汽轮机带上的负荷较小，防止汽轮机发生过负荷现象。

13、什么叫调节系统的速度变动率？对速度变动率有何要求？

从调节系统静态特性曲线可以看到，单机运行从空负荷到额定负荷，汽轮机的转速由n2降低到n1，该转速变化值与额定转速n0之比称之为速度变动率，以δ表示。即δ＝(n2－n1)／n0×100% δ较小的调节系统具有负荷变化灵活的优点。适用于担负调频负荷的机组；δ较大的调节系统负荷稳定性也，适用于担负基本负荷的机组；δ太大，则甩负荷时机组容易超速；δ太小的调节系统可以出现晃动，故一般取4%～6%。速度变动率与静态特性曲线越陡，则速度变动率越大，反之则越小。

14、什么是调节系统的迟缓率？

调节系统在动作过程中，必须克服各活动部件内的摩擦阻力，同时由于部件的间隙，重叠度等影响，使静态特性在升速和降速时并不相同，变成两条几乎平行的曲线。换句话说，必须使转速多变化一定数值，将阻力、间隙克服后，调节汽门反方向动作才刚刚开始。同一负荷下可能的最大转速变动Δn和额定转速n0之比叫做迟缓率。通常用字母ε表示 即ε＝Δn／n0×100%

15、调节系统迟缓率过大，对汽轮机运行有什么影响？

调节系统迟缓率过大造成对汽轮机运行的影响有：⑴ 在汽轮机空负荷时，由于调节系统迟缓率过大，将引起汽轮机的转速不稳定，从而使并列困难。⑵ 汽轮机并网后，由于迟缓率过大，将会引起负荷的摆动。⑶ 当机组负荷骤然甩至零时，因迟缓率过大，使调节汽门不能立即关闭，造成转速突升，致使危急保安器（ETS保护）动作。如危急保安器有故障不动作，那就会造成超速飞车的恶性事故。

16、为什么调节系统要做动态、静态特性试验？

调节系统静态特性试验的目的是测定调节系统的静态特性曲线、速度变动率、迟缓率，全面了解调节系统的工作性能是否正确、可靠、灵活；分析调节系统产生缺陷的原因，以正确地消除缺陷。调节系统动态特性试验的目的是测取甩负荷时转速飞升曲线，以便准确地评价过渡过程的品质，改善调节系统的动态调节品质。

17、何谓调节系统的动态特性试验？

调节系统的动态特性是指从一个稳定工况过渡到另一个稳定工况的过渡过程的特性，即过程中汽轮机组的功率、转速、调节汽门开度等参数随时间的变化规律。汽轮机满负荷运行时，突然甩去全负荷是最大的工况变化，这时汽轮机的功率、转速、调节汽门开度变化最大。只要这一工况变动时，调节系统的动态性能指标满足要求，其他工况变动也就能满足要求，所以动态特性试验是以汽轮机甩全负荷为试验工况。即甩全负荷试验就是动态特性试验。

18、为什么通常主汽门都是以油压开启，而以弹簧力来关闭？

这是因为在任何事故情况下，包括在油源断绝时，自动主汽门仍应能迅速关闭。所以一般主汽门都设计成以弹簧力来关闭。

19、汽轮机轴向位移保护装置起什么作用？

汽轮机转子与静子之间的轴向间隙很小，当转子的轴向推力过大，致使推力轴承乌金熔化时，转子将产生不允许的轴向位移，造成动静部分摩擦，导致设备严重损坏事故，因此汽轮机都装有轴向位移保护装置。其作用是：当轴向位移达到一定数值时，发出报警信号；当轴向位移达到危险值时，保护装置动作，切断汽轮机进汽，停机。

20、低真空保护装置的作用是什么？

汽轮机运行中真空降低，不仅会影响汽轮机的出力和降低热经济性，而且真空降低过多还会因排汽温度过高和轴向推力增加影响汽轮机安全。因此大功率的汽轮机均装有低真空保护装置。当真空降低到一定数值时，发出报警信号，真空降至规定的极限时，能自动停机。以保护汽轮机免受损坏。

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