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核 电厂蒸 汽动力转 换系统 复习题 1. 卡诺循环和实际的朗肯循环各由哪几个热力过程组成，其循环效率各如何表 示？压水堆核电机组理想郎肯循环与实际郎肯循环的效率各为多少？ 卡诺循环：定温吸热过程，绝热膨胀过程，定温放热过程，绝热压缩过程。 效率： 12 12 t 11 = q qq TT T = 郎肯循环：定压吸热过程，绝热膨胀过程，定温（定压）放热过程，绝热 压缩过程。效率： 12 43 t,R 14 ( )( ) hh hh hh = 实际循环效率： , 12 4 3 t,R , 14 ( )( ) hh h h hh = 2核电厂的电厂毛效率由哪些环节的效率决定，核燃料消耗率如何计算？ 毛效率： el t ri m ge p eq = 分别 对应 理想郎肯循环效率；汽轮机相对内效率；汽轮机机械效率；发电机效率； 管道热效率；设备热效率。 核燃料消耗率：每发1kW h 电能所消耗的核燃料。 3600 nf nf el b Q = 3热力循环的初终参数是如何影响循环效率的？ 提高新蒸汽初温，初压都能提高循环热效率。 降低汽轮机背压也能提高循环效率，但受到循环水温度，循环水温升与凝 汽器端差的限制。 4什么是回热，为何回热可以提高热效率？采用回热对压水堆核电站的设备制 造带来哪些好处？ 回热：利用工质在放热过程中放出的热量又加给循环中工质吸热的方法。 原因：1）冷源端损失减少，2）传热温差小，不可逆损失小，3）回热提高 了吸热平均温度。所以提高了热效率。 带来的好处：1）气耗量和气耗率提高了；2）热效率提高了；3）减少蒸汽 发生器的热负荷；4）减少凝汽器的热负荷； 5回热抽汽压力与给水温度和回热动力因素间是何关系？影响回热效果的因素 有哪三个？ 关系： ( ) ( ) 0 1 0 z ii i rg cc hh A hh = = 影响因素：回热分配，给水温度，回热级数。 6火电机组的再热循环与压水堆核电机组的再热循环有何不同？画出其汽轮机 热力过程的h-s 图。写出再热机组的热耗率表达式。 火电机组普遍采用炉内中间再热系统。压水堆机组采用高压缸抽气作为第 一级，新蒸汽作为第二级热源在汽水分离在热器中加热高压缸排气。 热耗率： ( ) 0 0, 0 0, rh rh fw rh rh D q d hh q D = + 7汽轮机是如何进行分类的？写出东汽CPR1000 汽轮机的型式。 按热力过程特性分：凝汽器式，背压式，抽气式，再热式（都省了汽轮机3 个 字） 按工作原理分：冲动式，反动式，混合式 按蒸汽特性和参数分：过热蒸汽，微过热蒸汽，湿蒸汽， 按新蒸汽压力分：低压，次中压，中压，此高压，高压，超高压，亚临界， 超临界，超超临界 按转速分：全速，半速 东汽CPR1000 汽轮机的型式：（岭澳一期）1 台双流高压缸，3 台双流低压 缸的半速机，6 排气口，两级再热。主蒸汽压力为6.4Mpa，高压缸排气 0.75Mpa，167.8，湿度为13.6%，低压缸进气参数0.94Mpa，269，低压缸 排气参数7.5kPa，40.29。4 个低压加热器，2 个高压加热器和一个除氧器。 给水泵采用两台75%容量的气动给水泵和1 台50%容量的电动给水泵。 8简述汽轮机级的组成及热功转换原理。 由静叶栅和动叶栅组成。 原理：蒸汽在静叶栅中膨胀，压力降低，速度上升，完成热能向动能的转 换。蒸汽进入动叶栅，一方面对动叶产生一个冲动力，另一方面，在动叶栅中 继续膨胀加速，对动叶产生一个反作用力，在两个里的联合作用下，产生动叶 转动的机械功。 9动叶进出口速度三角形由那些速度及角度构成，如何确定和计算各速度及角 度? 计算速度三角形的目的是什么? 绝对速度：c 牵引速度：u 相对速度：（下标1 为进口，2 为出 口） 角为动叶气流进口处绝对速度与圆周速度的夹角。 角为动叶气流进口处相对速度与圆周速度的夹角。 计算方法： cu = + （向量） ； 60 b dn u = （ b d 为平均直 径 ，n 为转速）； 22 11 1 1 2 cos c u cu = + ； 1 11 1 sin sin c = ； ( ) 22 2 2 12 1 1 1 2 22 t t b mt hh h h = +=+= + ； 2 2t = ； 2 22 1 2 tb h = = + ； 22 2 2 22 2 cos c uu = + ； 2 22 2 sin sin c = 计算目的：进行功量计算，计算各类损失，功率，效率，通流面积，叶片 高度等，是设计基准。 10什么是反动度，如何根据反动度对汽轮机级进行分类？多级冲动式和反动 式汽轮机各级的反动度有何规律？ 反动度：蒸汽在动叶中内膨胀时的理想比焓降与整个级的滞止理想比焓降 之比。 分类：冲动式，反动式，混合式 多级冲动式和反动式汽轮机各级的反动度规律：冲动式，第一级为5%的反 动度，逐级增加，末级反动度可达60%。反动式，第一级为5%的反动度，其余 全都为50%的反动度。 11什么是速比和最佳速比？写出纯冲动级、反动级及带一定反动度的冲动级 的最佳速比表达式；在圆周速度相同的条件下，比较前三种级的作功能力大小。 速比x1 ：动叶圆周速度u 与喷嘴出口气流速度c1 之比. 最佳速比：轮周效率为最高时的速度比。 纯冲动级： 1, , 1 1 1 cos 2 opt im u x c = = 反动级： 1, , 1 1 cos opt re u x c = = 带一定反动度的冲动级： ( ) 1 1, cos 21 opt m x = 作工能力大小比较：带一定反动度的冲动级反动级冲动级 12什么是部分进汽度，为何要采用部分进汽？压水堆核电汽轮机是否采用部 分进汽？ 部分进气度：工作喷嘴所占的弧段长度与整个圆周长的比值。 采用部分进气原因：进气容积流量小，全周进气的叶高小，效率低。（但 这种方式有部分进气损失） 压水堆核电汽轮机是否采用部分进汽：否 13写出由动量定律推出的动叶片所受周向力和轴向力的表达式。P97 轴向力： ( ) ( ) , 1 1 12 2 1 2 sin sin zm b F qc c Ap p = + 周向力: 1 12 2 ( cos cos ) um Fq = + 14汽轮机级内的热功转换损失可能有那些项，级的相对内效率和内功率如何 计算？ 损失：1）级内漏气损失；2）轮盘摩擦损失；3）部分进气损失；4）余速 损失；5）扇形损失；6）湿气损失 相对内效率： ( ) ( ) 2 , 1 1 i ri t n b f e x l c tt h eh h h hhhh h ee = = 内功率： , i mi i Pq h = 15多级汽轮机的热功转换过程中除了产生级内损失外，还有哪些热损失？多 级汽轮机的高、中、低压段有那些不同的性能特点？ 损失：1）进气机构的节流损失；2）高低压缸之间汽水分离在热器及管道 压力损失；3）排气缸的阻力损失；4）前，后端轴封漏气损失；5）汽轮机内效 率；6）机械损失 特点：高：容积流量G 变化小，通流面积变化小，叶高变化小；中：通流 面积变化变化比高压大，比低压小，叶高适中，效率最高。没有湿气损失，部 分进气损失，级与级之间相互利用较好，余速利用系数较高；低：通流面积变 化最大，气流扩张比较大，三元流较明显。高压缸注意第一级（部分进气，叶 片震动），低压缸变工况末级焓降大。 16. 多级冲动式汽轮机和多级反动式汽轮机相比，在本体结构上有何不同？ 反动式汽轮机级数比冲动式多，采用转鼓式，叶片在转鼓上，用平衡活塞。 冲动式采用转轮，叶轮面积较大，叶轮上开平衡孔。 17什么是汽封，汽轮机的那些部位要装设汽封？什么是轴封系统，如何组成， 如何工作？ 汽封：在汽轮机通流部分，轴端，进气阀门阀杆和阀壳的动静间隙之间装 设的阻气片。 部位：叶顶，叶跟，隔板，轴端，门杆。 轴封系统：阻止外界空气漏入低压缸，回收并利用高低压缸的轴封排气， 有供回气管道，及相应的阀门，热交换器，风机等热力设备所组成的封闭的热 力系统。 如何组成：压力控制器，汽水分离器，轴封凝汽器，疏水箱，排气机，调 节风门，相应的阀门和密封供气管线，密封气回流管线，引漏管线。（或者答： 轴封供气母管，主蒸汽与辅助蒸汽的管路和阀门，排到凝汽器的阀门，安全阀， 轴封冷却器，轴封风机，轴封冷却器的疏水装置。） 如何工作：1）正常运行时，直接由高中压缸轴端及高压门杆漏出的气体通 到轴封供气母管，作为气源，封堵低压轴封，防止大气漏入，自密封。2）在启 动，停机，甩负荷时用主蒸汽或是辅气作为气源来保证轴端和大气隔开，泄漏 的蒸汽引到轴封回热加热器，而不排到大气。 18多级汽轮机的轴向推力是如何形成的，如何平衡？ 气流流经动叶时，动量交换产生的轴向力，叶轮前后压差产生的轴向力， 转子阶梯形轴间面积有压差产生的。 平衡：气缸对称分流，反向流动布置，冲动式汽轮机除了调节级和最后几 级反动度较高的，其他的可以开平衡孔。反动级在轴上可以装平衡活塞或平衡 活塞气封。设置推力轴承平衡剩余的轴向力。 19中间再热汽轮机有 那些进、排汽机构损失 ，请在 h-s 热力过程 图上标示出来。 20写出汽轮发电机组电功率、汽耗率及热耗率表达式。 电功率： 0 0, 3600 3600 t ri m ge t r el e Dh Dh P = = 汽耗率： 0 , 3600 e t r el D d Ph = = 热耗率： ( ) ( ) 0 fw 0 fw , 3600 3600 t r el a el hh q dh h h = = ， ， （ 所有 0 D 单位为 kg/h ） 21 核电 汽轮 机有 哪些不同 于火 电汽 轮机 的特 点？ 其转 速选 择考 虑的 因素 有哪 些， 各有何不同？核电汽轮机防湿蒸汽侵蚀的措施有哪些？P126 特点：1）蒸汽参数低，2）体积流量大，3）核汽轮机组多数工作在湿蒸汽 区，4）采用汽水分离再热，5）易超速。 因素：1）可靠性，2）热效率，3）质量，材料消耗和锻造，4）运行的灵 活性，5）功率和造价，6）发电机 措施：1）减少级前湿度，2）采取级内除湿（从喷嘴叶片的气道除湿，从 喷嘴叶片之后除湿，从工作叶片除湿，工作叶片之后除湿），3）降低叶片外缘圆 周速度u0 ，4）采用耐侵蚀材料 22简述东汽CPR1000 汽轮机本体结构。 23汽轮机本体的辅助系统有哪些，各起何作用？ 汽轮机轴封系统：对主气轮机轴封和主汽轮机截止阀及调节阀的阀杆填料函 提供密封蒸汽，接受阀杆的漏气，并防止蒸汽漏入或蒸汽外漏 汽轮机调节有系统：向汽轮机高、低压缸截止阀，调节阀的操作机构及危急 脱扣阀提供处理过的具有合格品质和运行参数的抗燃动力油 汽轮机润滑油系统：向汽轮机组的轴颈轴承和推力轴承提供润滑油，向发电 机氢气密封油系统提供密封油 汽轮机顶轴油系统：向汽轮机的轴颈轴承和提供开始转动和停运时所需的顶 轴油 汽轮机盘车系统：在机组启动和停运时投入电动或手动盘车，以使转子均匀 加热或受冷，防止大轴弯曲 汽轮机排气口喷淋系统：在汽轮机启动、停运和低负荷运行时，防止低压缸 排气口温度超过限值，导致汽轮机叶片损坏 本体疏水系统：排除气缸中凝结换热产生的水 24写出汽轮发电机转子运动方程，发电机负荷变化时如何引起转速变化？ J st em f d MM M dt = 负荷增加，转速下降，负荷下降，转速增加 25什么是汽轮机调节系统的静态特性，它由那些特性合成？静态特性指标有哪 两个，数值各是多少？ 静态特性：在额定参数工况下，汽轮机的功率与转速之间的对应关系。 合成：感应机构特性，传动机构特性，配气机构特性 指标：速度变动率 max min 0 nn n = （ max n 空负荷最大转速， min n 满负荷最小转速， 0 n 额定转速），3%-5%。调 峰取小，基本负荷取大。速度变动率小，静态特性曲线平坦，电网周波变化时， 对应的功率变化比较大。 迟缓率： 12 0 nn n = 相同功率处转速偏差 12 nn 与额定转速之比。 传统：0.5%。DEH：0.05%。 功率输出波动幅度： 0 PP = 26什么是一次调频和二次调频? 一次调频：电网负荷小幅度随机变化时，汽轮机根据n-P 特性自动改变气门 开度，改变进气量，调节发电功率，从而调节电网周波 二次调频：预知电网功率有大的波动，操作同步器，或者是改变功率给定来 平移n-P 特性，从而改变发出的功率 27什么是喷嘴调节、节流调节和变压调节，各有何优缺点？ 喷嘴调节：通过依序启闭多个阀门改变工作喷嘴个数，改变蒸汽流量，从而 改变功率的部分进气调节方式（优缺点与节流调节相反） 节流调节：通过同时启闭多个阀门，节流改变焓降和流量的全周进气调节方 式（优点：1）全周进气，加热均匀，膨胀均匀，2）叶轮受力均匀，转子稳定性 好，3）变工况前后，调节级后的温度变化小，热应力小。缺点：低负荷时有阀门 有节流损失，效率低） 变压调节： 汽轮机调节器门开度不变，通过锅炉或蒸汽发生器改变供给热量， 改变主汽压力。（调节级后温度基本不变，热应力不变，没有节流损失） 28汽轮机DEH 系统由那几个部分组成？DEH 控制系统有哪两个最基本的反馈控 制回路？ 组成：1）电子控制器，2）操作和监视系统，3）油系统，4）转换、放大和 执行机构，5）保护系统 回路：转速反馈，发电机功率反馈（调节级压力反馈，主蒸汽压力反馈） 29凝汽设备的组成及作用；何谓凝汽式汽轮机的极限真空和最佳真空？ 组成：凝汽器，抽气设备，循环水泵，凝结水泵及相应的管道 作用：1）在循环水系统、汽轮机轴封系统及真空系统的支持下，建立并维持 汽轮机所要求的背压，保证汽轮机安全、可靠、经济的运行。2）接受汽轮机排气 及整蒸汽排放系统的蒸汽，并将其凝结成水，3）接受来自各疏水箱的疏水，经虑 过除氧，保持凝结水质量，为二回路储存供应凝结水 极限真空：当凝结器的真空提高时，汽轮机的可用焓将受到汽轮机未级叶片 蒸汽膨胀能力的限制。当蒸汽在未级叶片中膨胀达到最大值时，与之相对应的真 空称为极限真空。当凝结器的真空超过极限真空后，汽轮机的出力将不再随真空 的提高而增加 最佳真空：当改变循环水量是机组电功率的增加值与水泵所耗功率的增加值 之间的差值达到最大时所对应的真空。 30水冷表面式凝汽器的凝结压力用何理论表达式表达？影响凝汽器压力的主要 因素有那些，如何影响？凝汽器的主要技术特性指标有那些？什么是凝汽器的热 力特性曲线？P149 表达式： 1 s tt t t = + + 再查表得Ps 影响因素：冷却水进口温度，冷却水温升，传热端差（对应上式右边），循 环水量，循环冷却倍率。 进口温度越低，温升越小，端差越小压力越低。 技术特性指标：气阻，水阻，过冷度 热力特性曲线：在一定的循环水量下，凝汽压力与凝汽量与循环水进口温度 之间的关系。 31什么是汽轮机的监视段压力，监视段压力与汽轮机进汽量间为何关系？ 监视段压力：汽轮机调节级后压力，以及各回热抽气口压力 关系：正比 32除氧器的热力除氧是依据哪些定律和方程？除氧器有哪两种运行方式，各有 何特点？滑压运行除氧器在机组负荷骤升和骤降时，对除氧效果和给水泵的安全 运行有何不同影响？防止给水泵汽蚀的措施有哪些？ 依据：亨利定律，道尔顿定律，传热传质P166 运行方式：定压，除氧器内压力不变，供给除氧器的抽气压力高于除氧器的 额定工作压力，存在节流损失经济性差。滑压，压力随负荷变化而变化，不需要 维持恒定的抽气压力。没有节流损失，经济性高。 影响： 骤升 ：压力升高较快，形成过冷水，出现“反氧”现象，除氧效果差， 水泵运行更安全。骤降：水泵易发生气蚀。 措施：1）提高除氧器安装高度H，增大净吸入压头，加大给水泵吸水管的直 径，减小阻力损失。2）设置低转速的前置泵。3）适当增大除氧水箱容积。4）采 用向除氧器水箱排放蒸汽。 33什么是原则性热力系统和全面性热力系统？画出CPR1000 机组的原则性 热力系统并标出各主要热力参数。 原则性热力系统：只表示热力设备之间的本质联系，说明功率运行工况的热 力系统 全面性热力系统：全部主要的和辅助的热力设备之间的特定关系。 34压水堆核电机组的主蒸汽系统在哪些工况下，向哪些设备及系统输送和排放 主蒸汽？ 供求不平衡,如汽轮机突然降负荷或汽轮机停机情况下，排走蒸汽发生器内产 生的过量蒸汽，避免蒸汽发生器安全阀动作。向除氧器排放，向凝汽器排放，向 大气排放。 35试从方案设计的角度，画出压水堆核电机组汽水分离再热器结构原理简图。 36压水堆核电机组蒸汽排放系统（GCT）的作用是什么，有哪几个子系统，其排 放条件及排放量如何？ 37凝结水系统由哪些设备组成，有哪些控制项目? 组成：凝汽器热井，管道，凝结水泵（3 台），轴封加热器，凝结水再循环， 低压加热器，除氧器， 控制项目：除氧器水位，凝汽器水位，再循环控制 38表面式与混合式回热加热器有何不同特点；何谓上端差和下端差；何谓内置 分 段 式加 热器 ；加 热器有哪 两种 疏水 方式 ，各 有何 优缺 点？ 大亚 湾核 电机 组高 加、 再热器及分离器的疏水是如何排放的？画出大亚湾核电机组低压加热器凝结水流 程图。 上端差：抽气压力对应的饱和温度与疏水温度之差（可正可负） 下端差：疏水出口温度减去加热器进口温度（只能是正） 内置分段式加热器：在一个同体内部根据加热蒸汽是否过热，若是，则将受 热面分3 段布置 疏水方式：逐级自流：简单，不添加设备。效率低，经济性低 疏水泵：效率高 如何排放：高加逐级自流与汽水分离器的疏水汇合，逐级自流到除氧器。低 加逐级自流到凝汽器。事故情况下，直接排到凝汽器。 39压水堆核电机组的给水泵配置方案有哪几种，各有何特点？画出CPR1000 机 组给水系统图。 方案：1）全电动泵，2）2 台 50%的气动给水泵，1 台 50%的电动调速给水泵， 3）2 台50%的气动给水泵，1 台50%的电动定速给水泵 40蒸汽发生器排污系统起何作用，对污水如何处理排放？