研究生汽轮机思考题含答案汇总Word格式.docx

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2）部分经济比较发达的东部地区（如山东等），受水力资源限制，基本没有可供经济开发的水电站站址

抽水蓄能电站的建设要有合适的地形和水源，条件好的抽水蓄能电站的站址越来越少，而且抽水蓄能电站一般建设周期长

3）受油气资源限制，一些地区没有燃油或天然气的燃气轮机发电用于调峰。

4）电网结构不合理，受区域电网潮流及负荷联络线稳定极限的制约，导致电网局部地区负荷分配不合理，造成局部“窝电”、“欠电”现象，被迫加大电网调峰的现象普遍发生。

5）电源结构不合理，火电机组所占比例大，但没有相应的火电调峰电站

6）供热机组多数是以热定电，调峰能力差，大批200MW及以下凝汽机组退役。

7.试分析电力系统调峰对机组运行提出的要求。

启、停频繁、负荷变动范围大、对外界负荷变化的响应迅速

8.燃煤火电机组参加电力系统调峰的方式有哪些？

低负荷运行方式、两班制运行或周末停机运行方式、低速旋转热备用调峰方式

9.夜间低负荷运行调峰方式的特点是什么？

机组具有负荷快速变化（5~10%/分钟）的适应能力

低负荷运行稳定性好（特别是锅炉的低负荷稳定性），并能保持较高的热效率

10.两班制运行调峰方式的特点是什么？

机组启停损失小，停运比低负荷运行经济；

机组启停迅速，能在8小时内顺利启动；

机组具有一定自动化程度，运行人员操作工作量不过于繁重。

优点：

机组调负荷幅度大，特别是在低谷时间较长时经济性好。

缺点：

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。

11.低速旋转热备用调峰方式的特点是什么？

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。

这种方式调峰需要引入低压蒸汽，保持在低速运转时转速稳定。

12.机组带厂用电运行的优缺点是什么？

系统故障时，可加快恢复电网供电，进一步提高厂用电源的可靠性，保证重要地区符合的需要。

对机组是一种恶劣工况，会影响机组的寿命。

因此，应尽可能缩短运行时间，一般推荐带负荷运行时间为10~20min。

13.热应力是如何产生的？

热变形受到约束时，在物体内部产生热应力；

当物体的温度不均匀时，即使没有外界约束，也将产生热应力。

14.根据换热系数变化规律，说明汽轮机启动过程中蒸汽温度与转子表面间温差的变化规律。

蒸汽的热量以对流方式传给转子外表面，再以导热方式传到中心孔，通过中心孔散给周围环境，转子外表面温度上升快，中心孔与外表面存在温差，温差大小主要与蒸汽温度变化率以及转子本身的热容量（转子的结构、材料的特性）有关。

其温差与蒸汽温度变化率成正比；

且热容量越大，温差越大；

转子中心孔与外表面的温差越大；

转子的热应力也越大。

启动时转子外表面产生热压应力，中心产生热拉应力。

15.根据导热的变化规律，说明汽轮机转子内外温差与蒸汽温度变化率之间的关系。

温差与蒸汽温度变化率成正比

16.简述汽轮机启动/停机过程中，汽轮机转子内外表面热应力的变化规律与影响因素。

启动时，蒸汽的热量以对流方式传给转子外表面，再以导热方式传到中心孔，通过中心孔散给周围环境，转子外表面温度上升快，中心孔与外表面存在温差。

转子中心孔与外表面的温差越大，转子的热应力也越大。

启动时转子外表面产生热压应力，中心产生热拉应力；

停机时，刚好相反；

而正常运行时，由于径向温差变得很小，转子内的热应力基本消失。

温差大小主要与蒸汽温度变化率以及转子本身的热容量（取决于转子的结构、材料的特性）有关。

温差与蒸汽温度变化率成正比，且热容量越大，温差越大。

17.汽轮机转子的热应力集中部位一般在什么地方？

在汽轮机转子外表面的叶轮根部圆角、轴肩以及槽沟等部位都存在不同程度的热应力集中现象。

18.汽轮机转子上热应力的重点监测部位有哪些？

为什么？

转子高、中压轴封段和前几级，弹性槽以及叶轮根部的过渡圆角和轴肩等处。

在机组启停过程中，转子高、中压轴封段和前几级所经过的温度变化最为剧烈，因而产生的热应力也最大。

弹性槽以及叶轮根部的过渡圆角和轴肩等处，由于热不匹配会存在着不同程度的热应力集中现象，因而也应视为机组启停时的监督重点。

19.汽轮机转子上热应力集中的特点是什么？

应力集中均密集在槽底1～2mm深度以内，在这个深度以外，应力迅速衰减至公称应力水平。

因此初始裂纹深度常为1～2mm。

在这个深度以外，原有的应力水平很低，当加工车去表面裂纹后，新表面还可有相当高的疲劳寿命。

20.热应力集中与机械应力集中有什么区别？

热应力集中系数与一般的机械应力集中系数不同，其值除与几何形状有关外，还与热载荷有关。

热应力集中主要表现在转子的轴向应力，切向应力集中现象轻微。

在相同的几何尺寸下，热应力集中系数要比机械应力集中系数大；

轴的直径越大，两者相差越多；

当轴径较小时，两者趋于相等。

21.对热应力变化产生影响的主要因素是什么？

如何影响热应力？

转子的结构材料、温度的变化、压力的变化

温升率越大，热应力水平越高，而且热应力在开始阶段迅速达到最大值，随后呈下降趋势。

调节级汽温对汽缸和转子热应力的影响，除了汽温变化幅度外，汽温的变化频率也是一个重要的因素。

计算表明，如果汽温波动不超过25℃，在转子和汽缸上不会产生有害的热应力。

蒸汽的压力往往影响放热系数，压力越大，对流系数就越大。

22.什么是热冲击？

哪些因素可能导致热冲击？

金属材料受到剧烈的加热或冷却，引起内部产生很大的温差，形成很大的冲击热应力的现象称为热冲击。

汽轮机热态启动时，如主蒸汽管道暖管、疏水不充分或正常运行中，锅炉汽包水位失调而造成满水等均可能产生汽轮机的热冲击。

同样，当电网或发电机故障而引起汽轮机甩负荷后带厂用电或空负荷运行，也将造成汽轮机的热冲击。

23.什么是热力设备的有效寿命？

什么是残余寿命？

什么是低周疲劳？

工程上，将致裂疲劳循环周次（致裂寿命）称为：

有效寿命。

工程上，将产生宏观初始裂纹至断裂之间的循环周次（即断裂寿命与致裂寿命之差）称为：

残余寿命。

汽轮机在启停和工况变化过程中，转子承受交变热应力。

这种交变热应力循环的特点是：

交变循环周期长，频率低，疲劳裂纹萌发的循环次数少，故称为低周疲劳。

24.影响汽轮机寿命的因素有哪些？

主要影响因素是哪些？

蠕变断裂、热脆性、热疲劳以及高温介质的氧化和腐蚀等。

主要的影响因素是受到交变热应力作用引起的低周疲劳寿命损耗，以及受到高温和工作应力作用而产生的蠕变损耗。

25.什么是金属材料的疲劳损伤？

由材料力学可知，金属材料在交变应力反复作用下，会出现疲劳损伤。

即使应力不超过材料的屈服极限，经过一定次数的循环（交变应力反复作用），金属材料也将产生微观裂纹。

如果应力足够大，则循环次数不多，材料也将断裂。

26.如何根据高温合金钢的低周疲劳特性曲线估算金属材料的疲劳损伤？

依据材料的低周疲劳特性曲线进行计算，首先求

式中，

——计算点的公称当量应力；

——材料的弹性模量；

——弹、塑性应变集中系数；

算出

后，即可查得

，则启动（或停机）一次的寿命损耗为

27.什么是金属材料的高温蠕变？

高温蠕变的发展过程呈现哪几个阶段？

高温蠕变即金属在高温下，长期承受一定的工作应力，即使应力不超过金属在该温度下的许用应力，也将发生缓慢而连续的塑性变形。

减速蠕变阶段：

蠕变速率随时间而逐渐减小；

恒速蠕变或稳态蠕变阶段：

蠕变速率保持恒定；

加速蠕变阶段：

蠕变速率随时间延长急剧增大直至断裂。

28.如何估算汽轮机转子的高温蠕变寿命损耗？

汽轮机稳定运行时，转子热应力趋于零，转子工作应力主要是离心应力和传递扭矩的剪切应力。

因为蠕变寿命是应力和温度的函数，因此，汽轮机转子的最小蠕变寿命部位为转子上温度最高的部位，即高压转子调节级时轮根部或中压转子第一级叶轮根部附近。

为此，高温蠕变对汽轮机转子的寿命损耗可用下式表达：

t——累计运行时间

ta——汽轮机满负荷时，调节级根部在金属温度和工作应力下的蠕变寿命

29.影响汽轮机转子寿命损耗的因素有哪些？

高温蠕变、低周疲劳、和低温脆性等。

30.什么叫低温脆性？

什么叫低温脆性转变温度？

低温脆性是指高强度合金钢在某一低温范围内，韧性特性显著下降的一种现象。

在工程应用上，把进行材料冲击试验时断口形貌中韧性和脆性破坏面积各占50％时所对应的试验温度，称为材料的脆性转变温度，记作FATT。

31.预防低温脆性破坏，机组运行实践中有哪些措施？

ABB规定冷态启动时低速暖机和带初负荷暖机；

东芝要求机组在冷启时盘车状态下高压缸暖机和带初负荷暧机；

G／A公司机组冷启的中速暖机和中压缸启动方式等都是为了在低应力状态下加热转子，使转子金属温度超过材料的FATT后再转向高应力状态下工作。

32.对汽轮机寿命评估时，一般如何综合考虑低周疲劳损伤和高温蠕变损伤？

对汽轮机寿命的评估方法，一般采用线性累积损伤法，即转子的累积总寿命损耗率Ｍ为低周疲劳损伤与高温蠕变损伤之和：

33.对汽轮机进行寿命管理的内涵包括什么内容？

1、在国家宏观指定的服役年限内，根据机组的带负荷方式进行寿命预分配，制定汽轮机寿命分配表，指导运行，以取得最大的经济效益；

2、进行汽轮机寿命的离线或在线监测

在汽轮机启、停和变负荷运行时，控制蒸汽温度和负荷的变化率，控制汽轮机部件的热应力，使机组的寿命损耗不超过其预分配值，在机组规定的使用年限内，实现最佳的安全经济运行，使机组发挥最佳的经济效益，实现机组运行寿命的科学管理。

34.对于承担不同负荷的机组，如何合理分配汽轮机转子的寿命损耗？

目前通常认为汽轮机的服役年限为30年。

在这30年的时间里，如何合理分配汽轮机的寿命，充分利用汽轮机的寿命，以取得最大的经济效益是汽轮机寿命分配的出发点。

对于带基本负荷的机组，汽轮机寿命的损耗主要为高温蠕变和正常检修启停所需低周疲劳对汽轮机寿命的损耗。

对调峰机组，除检修、维护需要正常启停以外还应根据电网要求，安排一定次数的热态启动和一定范围内的负荷变化。

负荷变化量（率）和热态启停次数（速区）应视电网的要求而定。

在分配寿命损耗时，既要考虑汽轮机寿命的合理损耗，又要考虑到电网的调峰需要。

35.机组启动时，匹配汽轮机的金属温度与蒸汽温度的目的是什么？

蒸汽与金属温度匹配（28~56℃），以免造成热冲击

36.机组盘车预热的目的是什么？

在盘车的状态下通入蒸汽加热转子和汽缸，使其温度达到150℃，这样不仅避免冲转时热冲击，同时转子已渡过了材料脆性转变温度。

37.机组启动过程中，应该关注的控制指标有哪些？

温度变化率，主汽温度变化率≯2℃/min；

汽缸、法兰温度差，过大会导致热应力和热变形；

振动；

胀差，超标会导致动静碰摩；

转子热应力，影响寿命损耗

38.汽轮机启动前，一般需要完成的准备工作有哪些？

设备、系统检查；

暖管；

油系统循环；

调节保护装置试验；

盘车投入；

启动辅机、凝汽器建立真空

39.为什么有的机组设置中速暖机和高速暖机？

中速暖机（1200rpm）和高速暖机（2500rpm）的目的是防止材料脆性破坏和避免过大的热应力

40.机组带厂用电运行方式的优点和缺点是什么？

系统故障时，可加快恢复电网供电，进一步提高厂用电源的可靠性，保证重要地区负荷的需要。

41.汽轮机异常工况运行指什么？

常见的异常工况有哪些？

汽轮机处于正常工况容许变动范围之外，但尚不至于立即发生设备损坏事故的工况下运行。

会导致汽轮机效率的显著恶化并加速设备运行寿命的损耗。

常见的异常工况有：

主蒸汽参数偏差过大、高背压低真空运行、回热加热器停运、叶片截短或缺级运行和超出力运行等。

42.汽轮机转子质量不平衡故障的一般特征是什么？

最关键的特征是：

稳定的工频振动在整个信号中占主要成分。

工频振幅为主的状况应该是稳定的，这包括：

各次启机；

升降速过程；

不同的工况，如负荷、真空、油温、氢压、励磁电流等。

工频振动的相位同时也是稳定的。

第二个主要依据是这种状况的重复性。

43.转子热弯曲故障的振动特征是什么？

转子热弯曲产生的原因是什么？

工频振动随时间的变化：

随机组参数的提高和高参数下运行时间的延续，工频振幅逐渐增大，相位也随之缓慢变化，一定时间后这种变化趋缓，最终基本不变。

存在热弯曲的转子降速过程的振幅，尤其是过临界转速时的振幅，要比转子温度低启机升速时的振幅大。

一旦转子温度降低，转子的弯曲会很快恢复。

新机转子的热弯曲一般来自材质热应力；

有时运行原因也会导致热弯曲，如：

汽缸进水、进冷空气、动静碰摩等；

发电机转子也常会因为通风道堵塞引起转子一测温度高于对面一侧，转子发生类似于一阶振型的弯曲。

44.什么是转子永久性弯曲故障？

转子永久性弯曲故障产生的原因有哪些？

防止汽轮机主轴弯曲的措施有哪些？

当转子最大内应力超过材料的屈服极限，使转子局部产生塑性变形，当外力和热应力消除后，变形不能消失，称为：

塑性弯曲，也称永久性弯曲。

动静摩擦→转子径向局部过热膨胀→弯曲

停机后，汽缸、转子金属温度较高，汽缸内任何意外原因进冷水，会造成主轴弯曲。

转子的原材料存在过大的残余内应力，在较高的温度下经过一段时间的运行后，内应力逐渐得到释放，从而使转子产生弯曲变形。

另外，套装转子在装配时，由于偏斜，蹩劲也会造成主轴弯曲。

汽轮机安装时，必须考虑热状态变化，合理调整动静间隙，以保证在正常运行工况下不会发生动静摩擦。

汽缸应具有良好的保温条件，保证在正常起动和停机过程中不产生过大的上下部温差。

主蒸汽、再热蒸汽及抽汽管道必须有完善的疏水系统。

在停机后注意切断与公用系统相连的各种水源，严防汽缸进水。

运行中加强对机组振动的监视，及早发现动静摩擦。

在第一临界转速以下汽轮机轴承振动达到0.04mm时，必须打闸停机，不得盲目升速或降速暖机。

起动前必须认真检查主轴的晃度、上下缸温差及冲转参数，在冲转条件不具备情况下，严禁起动。

45.机组碰摩故障产生的原因有哪些？

汽轮机碰摩故障的振动信号特征是什么？

防止汽轮机动静碰磨故障的技术措施有哪些？

转轴振动过大；

由于不对中等原因使轴颈处于极端的位置，整个转子偏斜；

动静间隙不足；

缸体跑偏、弯曲或变形。

碰摩具有多种征兆，易变的信号特征与外界条件有密切的关系，在某一时刻出现的征兆，在其它时刻可能不再复现，这使得碰摩故障的表现带有一些不确定性。

•根据机组的结构特点及运行工况，合理地设计和调整各部位的动静间隙

•认真分析转子和汽缸的膨胀特点和变化规律，在起动、停机和变工况时注意对胀差的控制和调整

•在机组起停过程中，应严格控制上下缸温差、蒸汽参数的变化、监视段压力及轴的窜动

•在运行中防止水冲击，停机后严防汽缸进冷汽冷水

•起动前及升速过程中，应严格监视转子晃度和振动，不得在超限情况下强行起动

46.汽轮机自激振动和强迫振动的区别是什么？

自激振动中，维持振动的扰动力是由它自身的运动所产生并受其控制的，一旦运动停止，扰动力随之消失；

自激振动以它本身的固有频率振动，与外界激振力频率无关。

强迫振动中，持续作用的交变力独立于运动存在着，即使振动停止，它仍然会存在。

系统振动的频率与交变作用力的频率相等。

47.什么是结构共振？

汽轮发电机组的共振结构通常有哪几种形式？

机组结构共振的特点及应对措施有哪些？

如果结构系统存在和激振力一致的固有频率，发生共振现象，这就是结构共振。

汽轮发电机组的共振结构通常有三种形式：

转子—支撑结构系统；

转子—支撑—缸体结构系统；

转子—支撑—台板结构系统。

机组结构共振是小激振力的输入产生高振幅的输出。

共振时的响应取决于结构系统的频响特性，激振力的大小不起关键作用。

机组结构设计时应使与转子关联的结构自振频率避开50Hz和其他一些特殊频率点、频率区，如发电机、励磁机结构应避开100Hz，汽轮机结构应避开25Hz、100Hz等。

48.结构共振与过临界转速时机组的振动现象有什么不同？

转子在同步的不平衡力作用下过临界转速时所表现出来的轴振动峰，实际上是转子自身结构的共振响应，如果此时瓦振出现过高的振动峰，甚至瓦振大于轴振，则可以判断轴承支撑结构系统在这个转速下发生了共振。

因为通常情况下，瓦振完全是由于转子作用在其上的力产生的强迫振动，瓦振应该明显地小于轴振。

49.结构刚度不足故障发生的原因是什么？

哪些位置易出现结构刚度不足故障？

结构刚度不足是指机组支撑结构刚度过低。

这里所说的“刚度”，是广义的，泛指转子支撑-缸体-基础整个系统的刚度。

刚度不足多发生在低压转子。

原因是：

设计阶段缺乏足够的刚度校核。

一方面，这种计算有一定的难度，因为结构过于复杂，计算中所要用到的一些系数目前尚缺少，如结合面刚度等；

另一方面，设计阶段没能进行充分的试验。

和结构共振一样，设计存在一定的盲目性，最终导致结构动态特性出现问题。

大机组发电机转子轴承

50.结构共振和结构刚度低的现场表现形式区别有哪些？

共振表现：

在整个转速范围内的某一点或几点瓦振绝对值增大，轴振与瓦振之比减小；

刚度低的表现：

振动在整个可变化的转速范围内偏大。

但一般偏大的量不明显，且往往无从比较，实际中较难认定。

可能使瓦振接近或大于轴振。

而且它应该是同一类型机组的通病。

真空、排汽缸温度、支承系统热状态等参数变化时，轴承座绝对标高或转轴相对轴瓦垂直位置会发生变化。

在无精确测量轴承座绝对标高手段的条件下，要想准确地对刚度低做出判断是不易的。

51.联轴器不对中故障发生的原因是什么？

不对中故障的类别有哪几种？

相邻两根转轴轴线不在同一直线上；

或不是一条连续的光滑曲线，在联轴器部位存在拐点或阶跃点。

平行不对中、角度不对中、综合不对中

52.裂纹转子故障的振动特点有哪些？

如何通过振动监测识别转子裂纹故障？

升降速过程在任一临界转速一半时，出现两倍频共振峰，两倍频相位发生突变。

这个两倍频振动使得转子不再做弓形回转，转子因此要承受交变应力，反向应力加大，转子在低周或高周应力作用下产生疲劳，会进一步促使裂纹迅速扩展。

当裂纹具有一定深度后，转轴一定发生弯曲。

这种弯曲后的转子会引起低速转动时原始晃度发生变化，升降速过程和带载荷时工频分量（1X）振动增大。

动平衡时也可能出现不正常的现象，如影响系数反常、平衡效果与计算值相差太远。

变转速下的两倍频振幅及相位，扭转振动测量可用来诊断轴裂纹的扩展。

53.断轴故障的起因主要有哪些？

材料缺陷、腐蚀疲劳、疲劳损伤、过载损坏和热疲劳等。

54.汽轮机转子中心孔进油故障的发生有什么规律？

工频振动增大；

工频振幅随时间缓慢增大，时间度量大约是数十分钟或1～2小时。

出现的工况一般在定速后空负荷或带负荷过程；

55.水冲击会导致汽轮机发生什么严重后果？

发生水冲击故障的征兆有哪些？

推力轴承损坏、叶片损伤、汽缸和转子热应力裂纹、动静部分碰磨、高温金属部件永久性翘曲或变形，以及由此带来的汽轮发电机组振动，从而导致轴承、基础及油系统损伤等。

蒸汽温度急剧下降、管道振动、负轴向推力增大、金属温度骤降和机组异常振动等。

56.导致汽轮机发生超速故障的可能原因有哪些？

发电机甩负荷，汽轮机调速汽门未能及时关闭或关闭不严；

超速保护或主汽门拒动：

调节、保安系统设计或调整不当，调节、保安部套卡涩，汽门严密性差，运行人员误操作等，是造成调节、保安系统工作不正常，引起机组超速或严重超速的主要因素。

57.DEH的全称是什么？

汽轮机数字电液控制系统（DigitalElectricHydraulicControlSystem）

是一种功率——频率调节系统

给定、比较、PID运算部分在数字计算机内进行

模拟电调—连续控制

DEH—离散控制（采样控制）

58.什么是汽轮机ATC?

汽轮机自动程序控制（ATC）功能：

通过状态监测，计算转子的应力，在机组应力允许的范围内，优化启动程序，用最大的速率与最短的时间实现机组启动过程的全部自动化。

59.DEH对汽轮机的超速保护、危急遮断保护和机械超速保护的动作转速一般设为多大？

超速保护（OPC）：

中压调节汽阀，n→103％n0；

高、中压调节汽阀，103％n0＜n＜110％n0

危急遮断控制（ETS）：

n≥110％n0

机械超速保护和手动脱扣：

60.DEH一般设置有哪几种运行方式？

二级手动一级手动操作员自动汽轮机自动ATC

紧邻两种运行方式相互跟踪，并可做到无扰切换。

61.DEH系统的执行机构有什么特点？

所有的控制系统都有一套独立的汽门、油动机、电液伺服阀（开关型汽门例外）、隔绝阀、止回阀、快速卸载阀和滤油器等；

油动机都是单侧油动机；

开启依靠高压动力油，关闭靠弹簧力；

执行机构是一种组合阀门机构。

62.什么是调节系统的静态特性？

什么是调节系统的动态特性？

静态特性——元件参数或空间位置的相互关系

动态特性——研究系统元件的参数随时间变化的规律，属于调节动力学范畴

63.什么是汽轮机的顺序阀控制？

什么是汽轮机的单阀控制？

根据阀位指令，顺序开启调节汽阀的控制方式。

实际上是：

喷嘴调节方式。

按照一个统一的阀位指令，同时开启阀门的控制方式。

实质上相当于：

节流调节方式。

64.简述汽轮机旁路系统的作用。

加快启动速度、改善启动条件：

使锅炉的供汽参数尽快达到汽轮机的要求，加快启动速度。

保护再