问答题汽轮机运行中，其转子承受哪些作用力？哪些因素影响这些作用力的大小？这些作用力过大，对转子安全工作有何影响？在运行中如何保证转子安全工作，使其具有一定的使用寿命？

题目

问答题

汽轮机运行中，其转子承受哪些作用力？哪些因素影响这些作用力的大小？这些作用力过大，对转子安全工作有何影响？在运行中如何保证转子安全工作，使其具有一定的使用寿命？

参考答案和解析

正确答案：汽轮机运行中转子承受其高速旋转产生的离心力；蒸汽作用在转子叶轮、轴肩和汽封凸肩上的轴向力；转子振动在其中产生的动应力；转子内部温度不均产生的热应力；传递机械功率的扭矩。
旋转产生的离心力与转速的平方成正比；蒸汽作用在叶轮上的轴向力与叶轮面积和其两侧蒸汽的压力差成正比；蒸汽作用在轴肩上的轴向力与其面积和该处蒸汽的压力成正比；转子振动在其中产生的动应力与振动的振幅和频率成比例，振动频率愈高、振幅愈大，动应力愈大；转子内的热应力与转子内、外壁温差和轴向温差有关，温差愈大，热应力愈大；传递机械功率的扭矩与机组的负荷成正比，以发电机短路时扭矩最大。
离心力过大，将使其合成应力大于许用应力，严重时造成转子飞车；轴向力的合力过大，使推力轴承承受的轴向推力超过其承载能力，推力轴承因温度过高而烧损，造成汽轮机轴向动、静间隙消失，而发生摩擦或叶片断裂；转子振动的动应力和热应力过大，可能使其合成应力大于许用应力，并将加快其材料的疲劳，使转子应力集中部位出现裂纹，缩短使用寿命，甚至发生断裂；转子振动过大，动、静间隙消失，而发生摩擦，造成转子弯曲，诱发更强烈的振动；转子扭转振动和传递机械功率的扭矩，在转子内部产生剪切应力，此应力过大，特别是转子扭转振动发生共振，会造成联轴节连接螺栓断裂，出现重大事故。
在运行中只要超速保护正常，控制转速不超过额定转速的120%；发电机设置短路保护；控制蒸汽的温升率和升负荷率不超过允许值，可保证转子安全工作，并使其具有一定的使用寿命。

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第1题：

房屋结构在建筑施工和使用过程中要承受各种力的作用，在工程中称这些力为（）。

A、作用力
B、反作用力
C、重力
D、荷载

正确答案:D

第2题：

电杆在运行中要承受导线、金具、风力所产生的拉力、压力、剪力的作用，这些作用力称为电杆的荷载。

正确答案:正确

第3题：

汽轮机运行中，其动叶栅承受哪些作用力？这些作用力在什么时候最大？如何保证动叶栅安全工作？

正确答案: 汽轮机运行中，其动叶栅承受作用力有：蒸汽作用在动叶栅上的力；高速旋转产生的离心力；动叶围带产生的反弯矩和离心力；叶片振动时产生的动应力。
调节级在第一组调节阀（一个或两个）趋近全开时，级内蒸汽理想焓降最大，每一个动叶流道的流量也最大，此时蒸汽产生的作用力最大；对于各压力级，在最大流量时，级内的理想焓降也最大，此时蒸汽产生的作用力最大。离心力与转速平方成正比，在超速条件下最大。围带对动叶的反弯矩与围带的结构和动叶的变形量有关。叶片振动时产生的动应力在其共振条件下最大。
设计时：保证转速在额定值的120%时，动叶片内最大静应力小与许用应力；控制汽轮机在第一组调节阀趋近全开或流量达最大值的工况下，蒸汽作用在动叶栅上的弯曲应力小与允许值；使动叶片避开共振，不能避开共振时，应使其安全倍率A大于许用安全倍率[A]。运行中严格控制汽轮机不超速（n<3600rpm）；不在第一组调节阀趋近全开的工况下长期运行；调节级后压力不超过允许值；在启动升速过程中，不在叶片共振条件下暖机，可保证动叶栅安全工作。

第4题：

汽轮机运行中，其汽缸受哪些作用力？这些作用力在汽缸内产生什么样的应力状态？这些作用力在什么条件下最大？它们对汽缸安全工作有何影响？在运行中如何保证汽缸安全工作？

正确答案: 汽轮机运行中，其汽缸承受的作用力有：蒸汽与大气压力差产生的作用力；隔板或隔板套作用在汽缸上的力；汽缸内、外壁温差产生的热应力；连接管道作用在汽缸上的力。
蒸汽与大气压力差产生的作用力，在汽缸壁内部产生切向、轴向和径向应力；在高、中压汽缸的法兰内还产生弯曲应力；在其螺栓内产生拉应力。隔板或隔板套作用在汽缸上的力，在其与汽缸的接触面产生挤压应力；蒸汽喷射对隔板产生的反作用力，通过隔板的挂耳传递给汽缸，在汽缸内产生剪切应力；汽缸内、外壁温差产生切向、轴向和径向热应力。连接管道作用在汽缸上的力，在汽缸壁内产生局部的拉、压应力或剪切应力。
除凝汽式汽轮机的最末几级和低压排汽室外，其内部蒸汽压力大于大气压力，承受蒸汽表压力在其内壁产生的作用力，其中以进汽部分蒸汽压力最高，特别是在其进汽超压的最大流量工况，汽缸、法兰和螺栓承受的蒸汽作用力最大。对于其低压最末几级和低压排汽室，内部压力低于大气压力，主要承受大气的作用力，它随凝汽器真空升高而增大。隔板或隔板套作用在汽缸上的力，以最大流量工况时最大。汽缸内的热应力，与汽缸内、外壁温差成比例，温差愈大，热应力愈大。连接管道作用在汽缸上的力，与管道连接的状态有关。
对于汽缸的高、中压部分，若运行中其内、外压力差过大而超过最大许用值，其最大应力可能超过材料的许用应力；螺栓因变形而使预紧力消失，法兰结合面出现张口，产生漏汽，冲刷法兰结合面，破坏结合面的严密性。对于汽缸的低压部分，其内部压力低于大气压力，主要解决刚度问题，同时防止排汽压力高于大气压力。因为排汽压力升高，排汽温度随之升高，排汽缸的垂直膨胀量增大，破坏转子或汽缸中心线的自然垂弧，可能引起机组振动，造成动、静部分摩擦；而且可能造成凝汽器铜管泄漏，影响凝结水的质量。在汽轮机启停和变负荷过程中热应力为交变应力，热应力过大将使材料提前出现疲劳裂纹，还可能使合成应力超过许用应力。连接管道作用在汽缸上的力过大将阻碍汽轮机自由膨胀，严重时会引起汽缸中心线偏斜，或与台板脱离，造成推力轴承烧毁，或激起机组强烈振动。
只要在安装时注意控制连接管道作用在汽缸上的力；在运行中控制主蒸汽和调节级后蒸汽的参数不超过最大许用值；汽缸内、外壁温差和法兰内、外壁温差不超过最大允许值，可以保证汽缸的安全。

第5题：

汽缸在工作时承受的作用力有哪些？

正确答案: 汽缸在工作时承受的作用力有：
①汽缸内外的压差作用于汽缸上的力；
②隔板和喷嘴作用予汽缸上的力；
③汽缸本身和安装在汽缸上零部件的重力；
④轴承座与汽缸铸成一体或轴承座用螺栓连接下汽缸的机组，汽缸还承受转子的重量及转子转动时产生的不平衡力；
⑤进汽管道作用在汽缸上的力；
⑥汽缸各部分由于温差的存在，引起的极为复杂的热应力。

第6题：

汽缸、隔板、转子和动叶栅在强度校核时考虑了哪些作用力？是什么工况下的作用力？许用应力如何确定？

正确答案: 在强度校核时，汽缸仅考虑超压时最大流量工况，其内、外压力差产生的作用力；隔板仅考虑最大流量工况其前、后压力差产生的作用力和蒸汽对喷嘴叶栅的作用力；转子考虑其在120%额定转速下的离心力，并使其工作转速避开临界转速，其键和联轴节螺栓考虑发电机短路的剪切力；动叶片考虑其在120%额定转速下的离心力和单通道最大流量工况蒸汽产生的作用力，以及振动产生的动应力（避开共振，或使其安全倍率A大于许用安全倍率[A]）。
汽缸按屈服、持久、蠕变许用应力中最小值为许用应力，碳素钢和合金钢的安全系数不同。对于汽缸螺栓，在低温区工作时，用屈服许用应力校核；在高温区工作时，用蠕变极限校核。隔板按屈服、持久许用应力中最小值进行校核。工作温度在450℃以下的动叶片，按屈服许用应力进行强度校核；工作温度在450℃以上的动叶片，按屈服、持久、蠕变许用应力中最小值为许用应力进行强度校核，其各部位的安全系数不同。
转子在强度校核中要考虑材料的屈服许用应力、持久许用应力，在高温下工作的转子还要考虑蠕变许用应力，取它们中最小者作为许用应力。工作温度不同的套装转子、整锻转子或焊接转子安全系数不同。

第7题：

影响汽轮机运行安全经济性的内部动静间隙有哪些？如何合理确定这些间隙？

正确答案: 间隙：轴向间隙（开式轴向间隙和闭式轴向间隙）、径向间隙。使汽轮机运行在最佳状态来确定间隙的大小。

第8题：

汽轮机转子在正常运行时，都受哪些作用力？

正确答案: （1）高速旋转引起的离心力
（2）传递力矩时作用在轴上的扭应力
（3）转子本身重量产生的交变弯曲应力
（4）转子旋转时的振动也产生交变应力

第9题：

正确答案: 汽轮机运行中转子承受其高速旋转产生的离心力；蒸汽作用在转子叶轮、轴肩和汽封凸肩上的轴向力；转子振动在其中产生的动应力；转子内部温度不均产生的热应力；传递机械功率的扭矩。
旋转产生的离心力与转速的平方成正比；蒸汽作用在叶轮上的轴向力与叶轮面积和其两侧蒸汽的压力差成正比；蒸汽作用在轴肩上的轴向力与其面积和该处蒸汽的压力成正比；转子振动在其中产生的动应力与振动的振幅和频率成比例，振动频率愈高、振幅愈大，动应力愈大；转子内的热应力与转子内、外壁温差和轴向温差有关，温差愈大，热应力愈大；传递机械功率的扭矩与机组的负荷成正比，以发电机短路时扭矩最大。
离心力过大，将使其合成应力大于许用应力，严重时造成转子飞车；轴向力的合力过大，使推力轴承承受的轴向推力超过其承载能力，推力轴承因温度过高而烧损，造成汽轮机轴向动、静间隙消失，而发生摩擦或叶片断裂；转子振动的动应力和热应力过大，可能使其合成应力大于许用应力，并将加快其材料的疲劳，使转子应力集中部位出现裂纹，缩短使用寿命，甚至发生断裂；转子振动过大，动、静间隙消失，而发生摩擦，造成转子弯曲，诱发更强烈的振动；转子扭转振动和传递机械功率的扭矩，在转子内部产生剪切应力，此应力过大，特别是转子扭转振动发生共振，会造成联轴节连接螺栓断裂，出现重大事故。
在运行中只要超速保护正常，控制转速不超过额定转速的120%；发电机设置短路保护；控制蒸汽的温升率和升负荷率不超过允许值，可保证转子安全工作，并使其具有一定的使用寿命。

第10题：

何谓转子的相对胀差？运行中产生相对胀差的原因是什么？影响相对胀差的因素有哪些？相对胀差过大有何危害？在运行中如何控制相对胀差不超限？

正确答案: 由于转子以推力轴承为基点，相对汽缸进行膨胀，汽缸的膨胀量与相对应的转子膨胀量之差，称为转子的相对膨胀差，或简称的相对胀差。
汽轮机的汽缸和转子的结构不同，在运行中转子旋转而汽缸静止，因此两者对应段与蒸汽之间的换热系数和对外散热条件不同，转子表面与蒸汽之间的换热强度较强，体积与面积的比较小，故其平均温度的变化量较大，膨胀量或收缩量均较大，使转子出现相对胀差。
影响转子和汽缸加热或冷却过程的一切因素，均影响转子的相对胀差。（1）主蒸汽和再热蒸汽的温升速度，以及升负荷速度。主蒸汽和再热蒸汽的温升速度，以及升负荷速度加快时，各级蒸汽的温升速度加快，与金属表面之间的温差增大；由于转子表面与蒸汽之间的换热系数较大，换热量增加较多，金属的温升速度也较快，转子和汽缸的平均温度之间差值愈大，转子的相对胀差也愈大。反之亦然。（2）轴封供汽温度。汽轮机在启动之前，开始向轴封供汽。在汽缸内压力大于大气压力之前，转子轴封段和轴封体的金属温度主要取决于轴封供汽温度。轴封供汽温度高于轴封段的金属温度，轴封段金属被加热，使转子的膨胀量增加。而轴封体嵌装在汽缸内，其膨胀对汽缸的膨胀及乎没有影响，因此转子的相对胀差增加。轴封供汽温度愈高，转子的相对胀差愈大。反之，轴封供汽温度低于轴封段金属温度，转子的相对胀差减小，甚至出现负胀差。（3）汽缸法兰内、外壁温差。法兰的宽度比汽缸厚度大得多，在相同的加热条件下，法兰内、外壁温差大于汽缸内、外壁温差。在同一轴向截面内，法兰的平均温度低于汽缸的平均温度，法兰的膨胀量小，制约汽缸的轴向膨胀，使汽缸的轴向膨胀量小于其平均温度对应的膨胀量，造成转子的相对胀差增大。（4）汽缸夹层的蒸汽温度。对于双层汽缸的汽轮机，在机组膨胀过程中，轴承座的移动取决于外层汽缸的膨胀，而转子的相对位臵由推力轴承确定，因此外缸的膨胀量，直接影响转子的相对胀差。若外缸温度偏低，则相对胀差增大。反之，相对胀差减小。外层汽缸的膨胀量，主要取决于内、外层汽缸间夹层的蒸汽温度。（5）汽缸排汽温度。在汽缸排汽室端部的同一轴向截面内，转子裸露在汽缸外。别是低压缸，排汽室的轴向长度比较大，排汽温度的高低，主要影响汽缸排汽室的轴向膨胀量，对转子轴向膨胀几乎没有影响。随着汽缸排汽温度升高，使转子的相对胀差减小。（6）低负荷下的摩擦鼓风损失。在低负荷下，蒸汽的膨胀主要是在调节级和若干个高压级内进行，中、低压级，特别是低压级内，蒸汽的流速很低，而是动叶栅带动蒸汽运动，出现很大的鼓风损失。鼓风损失产生的热量被蒸汽吸收，而此时蒸汽流量较小，蒸汽的温升量相应较大。蒸汽温度升高，对汽缸和转子进行加热，使中、低压转子相对胀差增大。
转子的相对胀差过大，会使动、静轴向间隙消失而产生摩擦，造成转子弯曲，引起机组振动，甚至出现重大事故。
在运行中可通过控制主蒸汽和再热蒸汽的温升速度，以及升负荷速度控制相对胀差。对于具有汽缸夹层加热和法兰加热装臵的机组，可通过调整此装臵加热蒸汽的温度和流量，调节汽缸的轴向膨胀量，控制相对胀差。

汽轮机运行中，其转子承受哪些作用力？哪些因素影响这些作用力的大小？这些作用力过大，对转子安全工作有何影响？在运行中如何保

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