第二十一章汽轮机的热应力热膨胀热变形9Word文档下载推荐.docx
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24.汽轮机汽缸与转子间发生的热膨胀差值称为汽轮机。
25.汽缸的上缸温度高,下缸温度低,因此上缸的变形下缸的变形引起向上拱起,发生。
26.上下汽缸温差是和汽缸翘曲变形的重要指标。
27.在汽轮机的启动过程中,蒸汽的温升率,上下缸温差,汽缸的越大。
28.汽轮机转子发生热弯曲后,不仅会使机组产生还可能造成汽轮机。
29.在汽轮发电机组正常运行情况下,当汽轮机增加负荷时,转子外表面产生的热应力为应力。
30.在汽轮发电机组正常的运行情况下,当汽轮机增加负荷时,汽缸外壁产生的热应力为应力。
31.在汽轮发电机组运行情况下,突然甩负荷,此时转子外表面产生的热应力为。
32.汽轮机汽缸被加热或冷却时,各个方向将产生热膨胀或收缩,其膨胀量与,材料的及的变化量有关。
33.在汽轮机启动时,转子的温度变化比汽缸快,使转子的比汽缸快,胀差一般向变化。
34.在汽轮机停机时,转子的温度变化比汽缸快,使转子的比汽缸快,胀差一般向变化。
35.汽轮机甩负荷至额定负荷时,转子上引起的热应力最大。
36.汽轮机在变工况时,产生最大热应力的部位通常是与。
37.汽轮机转子在离心力作用下、该现象称为回转效应或泊松效应。
38.造成汽轮机热冲击的主要原因有、、。
39.汽轮机转子、汽缸表面形状存在不规则部位而引起的现象使得这些部位的实际应力将大幅度增加。
40.汽轮机在稳定工况下运行时,汽缸和转子的热应力。
41.在密实的固体中进行热交换,只能靠方式实现。
42.蒸汽的珠状凝结放热系数是膜状凝结放热系数的倍。
43.蒸汽与金属热交换越剧烈,在金属部件内形成的越大。
44.汽轮机冷态启动时,在开始的3-5分钟内热量的传递方式是以方式进行的。
45.汽轮机冷态启动时的开始阶段,蒸汽对转子表面的放热属于凝结放热,对汽缸壁的放热属于凝结放热。
二、判断题:
(判断下列说法是否正确,并在每小题后边的括号中划“√”号或“×
”号):
1.蒸汽与金属表面换热过程的剧烈程度与换热系数无关。
()
2.金属内部导热过程的快慢主要取决于金属材料的热导率。
3.换热系数越大,热导率越小,在金属部件内形成的温差越小。
4.蒸汽与金属部件之间的换热方式主要为对流换热与凝结换热。
5.珠状凝结的放热系数比膜状凝结的放热系数要小得多。
6.汽轮机冷态启动时,凝结换热非常剧烈,在汽轮机金属部件内形成很大的温差,为了减少这个温差,汽轮机冲转时要加大进汽量。
7.当汽轮机汽缸与转子表面达到对应蒸汽压下的饱和温度时,蒸汽的对流换热系数比凝结放热系数小得多。
8.在汽轮机启停或变工况过程中,对于蒸汽对汽缸和转子等部件的对流换热系数是一个常数。
9.一般来说,随着汽轮机负荷的增加,蒸汽压力的提高,放热系数基本保持不变。
10.对于一台运行中的汽轮机,在金属部件上引起的温差只与蒸汽和金属之间单位时间的换热量成正比。
11.在单位时间内蒸汽与金属部件间的换热量愈大,在金属部件内产生的温差也就愈小。
12.对于不同型式的汽轮机转子,在相同的蒸汽参数变化条件下,转子的径向半径越大产生的温差就越大。
13.对于相同直径的汽轮机转子,中心孔径越大产生的温差就越大。
14.对于相同直径的汽轮机转子,中心孔径大的转子会使中心孔面的离心应力减小。
15.现代大型汽轮机,容易产生较大温差的部件主要是汽轮机高、中压转子。
16.现代大型汽轮机,容易产生较大热应力的部件主要是汽缸。
17.现代大型汽轮机,容易产生较大热应力和温差的部件主要是汽轮机的高、中压转子和汽缸。
18.在汽轮机启、停和变工况时,只要监视高压缸调节级和中压缸第一级处的温差不超过最大允许值,则汽轮机运行是安全的。
19.汽轮机转子表面与中心孔表面的温差达到最小值的时刻称为准稳态点。
20.由于温度变化引起物体的变形称为热应力。
21.当温度变化时,如果物体内各点的温度变化是均匀的,并且变形不受约束,物体只产生热应力而不产生热变形。
22.如果物体受热时膨胀受到约束,则物体内将产生拉应力。
23.如果物体在冷却收缩时受到约束,则物体内产生拉应力。
24.当物体内部受热或冷却不均匀,它的温度分布也不均匀,但物体不受外部约束,其内部就不会产生热应力。
25.汽轮机转子和汽缸的热应力主要是不能自由收缩和膨胀引起的。
26.汽轮机运行中,蒸汽参数是在不断变化的,这就引起转子和汽缸内部温度的分布随主蒸汽温度的变化而变化,它使得转子和汽缸内部的热应力也在不断的变化。
27.汽轮机运行时,热应力的大小只与金属部件的温度分布有关。
28.当金属部件的热应力超过一定值后,会使金属部件产生塑性变形。
29.当汽轮机转子的最大热应力与离心应力点不在相同部位时,这种转子对汽轮机的运行安全非常不利。
30.汽轮机冷态启动过程中,汽缸内壁首先加热膨胀且受到外壁的阻碍而产生拉应力。
31.汽轮机停机过程中,随着负荷的降低,蒸汽流量的减少,汽缸内壁温度的下降滞后于汽缸外壁温度的下降,则汽缸外壁产生拉应力。
32.汽轮机极热态启动时,由于不可能把主蒸汽温度提升到额定值,冲转主蒸汽温度低于汽缸的温度,随着负荷的升高蒸汽温度迅速提高,这样汽轮机的热应力要经历一个拉――压循环。
33.大型汽轮机负荷在30%-100%范围内变动时,调节级后的温度变化可达100℃,汽轮机经历一个增、降负荷循环,其转子表面和汽缸内壁将承受一个压――拉应力循环。
34.汽轮机部件受到热冲击时产生的热应力,取决于部件的热导率。
35.启动汽轮机时蒸汽温度与金属温度不匹配,相差太大会对金属部件产生热膨胀。
36.极热态启动机组,往往在参数相对较低时即启动,到调节级汽室时的汽温比该处金属温度低很多,对汽缸和转子产生热冲击。
37.汽轮机甩去全负荷比甩去70%额定负荷情况下热应力大。
38.汽轮机启动进入准稳态时,零部件的热应力值最大。
39.由于热应力比离心应力大,汽轮机转子的工作应力与热应力合成后将使转子表面应力减少,中心孔面应力增大。
40.汽轮机横销和纵销作两条相互垂直的交点为汽缸膨胀的死点。
41.汽轮机转子是以推力盘为死点沿轴向前后膨胀的。
42.汽轮机启、停或变工况时,汽缸和转子以同一死点进行自由膨胀和收缩的。
43.汽轮机正常运行中当出现甩负荷,相对膨胀出现负值增大,易造成喷嘴出口与动叶进汽侧磨损。
44.发现汽轮机膨胀变化大,首先检查主蒸汽参数及汽缸的膨胀和滑销系统,进行分析,并采取措施。
45.汽轮机滑销系统的作用是防止汽缸受热膨胀而保持汽缸与转子中心一致。
46.汽轮机热态启动时热应力小,是由于汽缸、转子的温度场是均匀的。
47.汽轮机转子热翘曲向上凸出,说明转子上部温度低于下部。
48.汽轮机转子的弹性弯曲就是永久性弯曲。
49.当温差消失后,汽轮机转子的弯曲能自动恢复的称谓塑性热弯曲。
50.汽轮机汽缸的变形量与汽缸法兰内外壁温差成正比。
三、单项选择题(下列各题的选项中,只有一个是正确的或是最符合题意的,请将正确选项的字母填入相应的空格中):
1.机组甩负荷时,转子表面的热应力为应力。
A.拉应力B.压应力C.先拉后压D.先压后拉
2.珠状凝结放热系数膜状凝结时的放热系数。
A.小于B.等于C.不等于D.大于
3.人们习惯上把热导率低于的材料称为绝热材料。
A.0.1W/(m·
k)B.0.23W/(m·
k)C.0.41W/(m·
k)D.0.52W/(m·
k)
4.当热导率为常数时,单层平壁的温度按规律而改变。
A.对数曲线B.抛物线C.双曲线D.直线
5.当温度相同时,湿材料的热导率干材料的热导率。
A.等于B.不等于C.大于D.小于
6.汽轮机转子发生热弯曲的最大部位是在处。
A.高压缸B.低压缸C.调节级D.中间级
7.大中型汽轮机转子发生弹性弯曲,使重心偏离轴心mm时,在额定转速下的离心力约等于转子的重力。
A.0.1B.0.2C.0.3D.0.4
8.当汽轮机转子出现时工作最危险。
A.正胀差B.负胀差C.零胀差D.不膨胀
9.蒸汽的放热系数随汽轮机负荷的增加以及主蒸汽参数的而增大。
A.额定值B.降低C.提高D.不变
10.汽轮机启动过程中的暖机,就是在的条件下对汽缸、转子等金属部件进行加热,以减少其温差。
A.蒸汽温度不变B.降低蒸汽温度C.提高蒸汽温度D.热应力不变
11.只要在金属零部件内部存在温差,就会产生。
A.热疲劳B.热变形C.热应力D.热膨胀
12.在交变热应力反复作用下金属部件遭到破坏的现象称为。
A.热疲劳B.热变形C.热冲击D.热膨胀
13.在汽轮机启动过程中,发生现象,汽轮机部件可能受到的热冲击最大。
A.对流换热B.辐射放热C.珠状凝结换热D.膜状凝结换热
14.对于某种确定的汽轮机,其汽缸或转子热应力的大小主要取决于。
A.蒸汽温度B.蒸汽压力C.机组负荷D.汽缸或转子内部温度分布
15.汽轮机进入时零部件的热应力值最大。
A.极热态B.准稳态C.热态D.稳态
16.高压加热器在变工况时热应力主要发生在。
A.进汽口B.壳体上C.管板上D.管束上
17.汽轮机停机后,发生转子的弯曲值增加原因是造成的。
A.转子与汽缸温差大B.汽缸本体疏水不畅C.汽缸有蒸汽漏入D.上、下缸温差
18.当汽轮机的膨胀受到阻碍时振幅。
A.随着负荷的增加而增大B.随着负荷的增加而减小C.与负荷的大小无关D.随转速的升高而增大
19.在额定参数停机过程中容易出现。
A.正胀差B.负胀差C.时正时负D.不会变化
20.汽轮发电机组增加负荷,但主蒸汽参数不变,进入汽轮机的流量要增加,这时机组的热膨胀。
A.不变B.增加C.下降D.减少为零
21.在机组启动过程中,当调节级处蒸汽温度升至汽轮机带满负荷时的温度时,金属内外壁温差达到值,这一状态称为准稳态,此时的热应力也达到值。
A.最大,最小B.最大,最大C.最小,最大D.最小,最小
22.在汽轮机的启动过程中,汽轮机组进入准稳态以后,金属部件的内、外壁温差会逐渐到值,汽轮机进入稳定的工作状态。
A.减小,最小B.增大,最小C.增大,最大D.减小,最大
23.蒸汽进入汽缸时,将引起较大的热应力,特别是高压缸的和中压缸处为最高。
A.调节级,进汽B.调节级,排汽C.排汽口,进汽D.排汽口,排汽
24.在汽轮机冷态启动过程中,汽缸内壁产生应力,汽缸外壁产生应力。
A.拉,拉B.压,压C.拉,压D.压,拉
25.汽轮机冷态启动过程中,转子表面产生应力,中心孔表面产生应力。
A.压,压B.拉,拉C.拉,压D.压,拉
26.汽轮机在停机过程中,汽缸内壁和转子表面产生应力,汽缸外壁和转子中心孔则产生应力。
27.汽轮机热态启动冲转阶段,蒸汽进入调节级处的温度可能会比该处的金属温度低,则在转子表面和汽缸内表面产生应力,汽缸外壁和转子中心孔产生应力。
28.汽轮机减负荷时,蒸汽温度降低,转子表面和汽缸内壁产生应力,增负荷时情况。
A.拉,相同B.拉,相反C.压,相反D.压,相同
29.机组甩掉全部负荷所产生的热应力与甩掉部分负荷时比要。
A.相同B.不一定C.大D.小
30.当汽轮机汽缸法兰内壁温度高于外壁时,法兰在水平面内产生的热变形。
法兰的变形使汽缸中间段横截面变为椭圆,汽缸前后两端的横截面变为椭圆。
A.横,立B.立,横C.横,横D.立,立
31.不同型式的汽轮机转子,其传热特性不同,在相同的蒸汽变化条件下,对相同直径的转子中心孔径越大,其传热过程越产生的温差越。
A.慢,小B.快,小C.慢,大D.快,大
四、多项选择题(下列各题的选项中,正确选项不止1个,请将正确选项的字母填入相应的空格中):
1.一般情况下,汽轮机的传热过程主要是。
A.换热B.导热C.换热系数D.热导率E.对流换热
2.会使汽轮机金属部件受到热冲击。
A.汽轮机冷态启动时的凝结放热阶段B.汽轮机热态启动时C.在冲转时蒸汽温度过高与金属温度不匹配时D.汽轮机甩1/2以上额定负荷时E.汽轮机运行发生水冲击事故时
3.蒸汽对汽缸和转子等部件的对流换热系数不是一个常数,它随着蒸汽的而变化的。
A.流动状态变化B.温度变化C.压力变化D.流速E.热量变化
4.一般来说,转子或汽缸内外壁温差的大小取决于。
A.转子或汽缸的几何尺寸B.材料的热导率C.蒸汽温度的变化速度D.温度的变化范围E.蒸汽和金属表面之间的换热系数
5.汽轮机冷态启动过程中要充分暖机,即暖机的目的是。
A.减少转子的内外壁温差B.减少汽缸的内外壁温差C.尽快使机组带满负荷D.减少汽轮机胀差E.防止转子脆性断裂
6.在物体受热温度分布不均匀时,则物体内将产生。
A.热损伤B.热应力C.高温区为压应力D.低温区为拉应力E.合成应力
7.汽轮机在启停过程和变工况运行时,会引起上、下缸温差增大。
A.上、下缸不同的散热面积B.下缸有凝结水受热条件恶化C.机组启动时,汽缸疏水不畅D.停机后有冷汽从抽汽管道返回汽缸E.下缸保温层与汽缸有间隙
五、问答题:
1.什么是凝结换热?
2.什么是换热?
3.什么是导热?
4.什么是对流换热?
5.热应力的概念是什么?
6.什么是热冲击?
7.造成汽轮机热冲击的原因有几种?
8.汽轮机启停机与变工况时哪些部位热应力最大?
9.什么是准稳态点?
10.什么是热膨胀?
11.什么是合成应力?
12.什么是汽轮机的轴向弹性位移?
13.什么是汽轮机膨胀的“死点”?
14.汽轮机立销的作用是什么?
15.汽轮机横销的作用是什么?
16.汽轮机纵销的作用是什么?
17.什么是汽轮机的相对胀差?
18.影响汽轮机胀差的原因有哪些?
19.什么叫泊松效应?
20.什么叫汽轮机的热变形?
六、分析说明题:
1.请分析说明什么是缸胀?
在机组启动时缸胀是怎样变化的?
2.请分析说明什么是汽轮机的胀差?
胀差正负值变化说明什么问题?
3.请分析说明汽轮机在启停及运行中胀差的大小与哪些因素有关?
4.请分析说明汽轮机轴向位移与胀差有什么关系?
5.请分析说明汽轮机胀差表为什么必须在冷态下校正?
6.请分析说明汽轮机胀差在哪些情况下会出现负值?
7.请分析说明汽轮机变工况时,只要监视高压缸调节级和中压缸第一级处温差不超过允许值,其它部位的温差就不会超限?
8.请分析说明汽轮机冷态启动时的热应力是怎样变化的?
9.请分析说明汽轮机停机过程中热应力是如何变化的?
10.请分析说明汽轮机负荷变动时热应力是如何变化的?
11.请分析说明汽轮机热态启动时的热应力是如何变化的?
12.请分析说明汽轮机在变工况运行中转子、汽缸最大热应力部位在何处,何时会发生最大热应力?
13.请分析说明汽轮机在变工况时应力集中的部位在哪里?
为什么?
14.请分析说明汽轮机启停和变工况时是如何形成合成应力的?
15.请分析说明汽轮机启动过程中为防止低温脆性破裂事故,在运行维护方面应采取哪些措施?
16.请分析说明在机组启动过程中,胀差增大应如何处理?
17.请分析说明引起上、下缸温度差的主要原因有哪些?
18.请分析说明采取什么措施可以减少汽缸上、下缸温差?
19.请分析说明“汽轮机冷态启动和加负荷过程一般相对膨胀差向负值增大”对吗?
20.请分析说明“汽轮机汽缸与转子以同一死点膨胀或收缩时,其出现的差值称为相对膨胀差”对吗?
21.请分析说明“汽轮机相对膨胀差为零时说明汽缸和转子的膨胀为零”对吗?
七、计算题:
1.一台500MW汽轮机的凝汽器,其表面单位面积上的换热量q=22500W/m2,凝汽器钢管内外壁温差为2℃,求水蒸汽的凝结放热系数α为多少?
2.某发电厂锅炉出口蒸汽参数为Pg=10.234Mpa,tg=540℃,汽轮机进汽压力P0=9.12Mpa,t0=536℃,大气压力Pa=0.101325Mpa,环境温度th=2℃,求主蒸汽管道的散热损失和节流损失各为多少?
3.已知某级扭叶片根部截面上的离心拉应力σc=89.60Mpa,进出汽边的气流弯曲应力σu=13.40Mpa,背弧上的气流弯曲应力σe=-10.11Mpa,背弧上的离心弯曲力σ背=-0.1554Mpa,进汽边的离心弯应力σ进=-18.14Mpa,出汽边的离心弯应力σ出=36.50Mpa,求叶片进汽边、出汽边和背弧上的合成应力各是多少?
4.汽轮机某级叶轮前的压力为P1=2.78Mpa,叶轮后的压力为P2=2.7Mpa,喷嘴进汽角α1=11°
,喷嘴出口蒸汽实际速度c1=270m/s,蒸汽从动叶片排出的绝对速度c2=52m/s,绝对排汽角α2=80°
,动叶片处的平均直径dm=0.96m,动叶片平均高度lb=69mm,部分进汽度ε=1,通过该级的蒸汽流量为qm=96.7kg/s,如果不考虑动叶片及其他影响因素,试问该级的轴向推力为多大?
5.P=0.81Mpa,x=0.98的湿蒸汽,经过定压加热成t2=320℃的过热蒸汽,求每千克蒸汽所吸收的热量为多少?
八、论述题:
1.根据国家职业技能鉴定规范,汽轮机值班工技能要求,汽轮机司机应能分析运行设备状态的好坏。
试分析汽轮机启动前采用盘车预热的方式暖机是如何进行的?
对汽轮机启动有什么好处?
2.根据国家职业技能鉴定规范,汽轮机值班工技能要求,汽轮机司机应能根据具体情况决定机组启动的时间。
试论述汽轮机启动过程中暖机的目的是什么?
暖机的时间是如何确定的?
3.根据国家职业技能鉴定规范,汽轮机运行值班工的知识要求,应熟悉汽轮机运行热应力的变化情况。
试分析汽轮机启停和工况变化时汽缸和转子的热应力是如何变化的?
4.根据国家职业技能鉴定规范,汽轮机值班工的技能要求,汽轮机司机应熟悉设备结构及热力学的相关知识。
请试述凝汽器与汽轮机排汽口是如何连接的?
排汽缸受热膨胀时应怎样补偿?
5.根据国家职业技能鉴定规范,汽轮机值班工的技能要求,汽轮机司机应掌握变工况时机组热膨胀的变化规律。
请试述汽轮机启停及变工况情况下,胀差的变化与汽轮机动静部分变化的关系及可能发生的后果?
6.根据国家职业技能鉴定规范,汽轮机值班工技能要求,汽轮机司机应能掌握机组启热膨胀规律,试述汽轮机停机、甩负荷及热态启动时相对膨胀的变化规律?
7.根据国家职业技能鉴定规范,汽轮机值班工技能要求,汽轮机司机应掌握机组热膨胀大小产生的因素。
请论述什么是胀差?
胀差的变化与哪些因素有关?
在启停机时应如何控制胀差?
8.根据国家职业技能鉴定规范,汽轮机运行值班工的知识要求,汽轮机司机应掌握机组变形的条件。
请论述汽缸法兰内外壁温差超限时是如何变形的?
应如何防范?
9.根据国家职业技能鉴定规范,汽轮机值班工的技能要求,汽轮机司机应了解转子热弯曲的危害。
请论述汽轮机转子在什么情况下会发生热弯曲?
发生热弯曲的征象有哪些?
应当如何消除?
10.根据国家职业技能鉴定规范,汽轮机值班工的技能要求,汽轮机司机应掌握本机组启动时胀差的变化规律。
请论述汽轮机启动分几个阶段,各个阶段的胀差变化有什么规律?
11.根据国家职业技能鉴定规范,汽轮机值班工技能要求,汽轮机司机应掌握热应力的变化过程及防范措施。
请论述汽轮机启动时汽缸壁的热应力是如何变化的?
如何控制汽缸产生过大的热应力?
12.根据国家职业技能鉴定规范,汽轮机运行值班工的知识要求,汽轮机司机应掌握热应力的变化过程。
请论述汽轮机汽缸受冷却过快与加热过快哪个更危险?
其原因是什么?
13.根据国家职业技能鉴定规范,汽轮机值班工的技能要求,汽轮机司机应熟悉热冲击的原因。
请论述何为极热态启动?
在极热态启动时产生热冲击的原因有哪些?
应当如何防范?
14.根据国家职业技能鉴定规范,汽轮机值班工的技能要求,汽轮机司机应能分析机组工况变化时热应力的变化。
请论述甩不同负荷及负荷突增时,为什么会对机组产生热冲击?
第二十一章参考答案
一、填空题参考答案:
1.导热2.金属表面金属部件内部3.负值增大4.150-200℃5.热稳定6.疲劳损伤裂纹7.对流换热8.温差9.小于10.流动状态温度压力流速11.不断增加12.高、中压转子汽缸13.稳定工况14.温度变形15.膨胀收缩16.压应力17.拉应力18.压应力19.拉应力20.准稳态21.工作压力旋转离心应力22.膨胀收缩23.推力盘24.相对胀差25.大于热翘曲变形26.监视控制27.越大越大变形量28.异常振动动静部分摩擦29.压30.拉31.拉应力32.几何尺寸线胀系数温度33.热膨胀正值34.收缩负值35.30%-40%36.高压缸调节级处中压缸进汽室37.变粗变短38.主蒸汽参数与金属温度不匹配甩负荷极热态启动39.应力集中40.趋近于零41.热传导42.15-2043.温差
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- 第二十一章 汽轮机的热应力热膨胀热变形9 第二十一 汽轮机 应力 热膨胀 变形