汽机试题含参考答案

PAGEPAGE1汽机试题含参考答案1.一台产生100MW电功率的汽轮发电机组车间压缩空气系统设计，根据设计要求，每小时需要压缩空气10000立方米。若空气进口压力为1.2MPa，出口压力为6MPa，温度为25℃，每台压缩机的效率为60%，求需要几台50%效率的压缩机方可满足要求？解：设空气密度为ρ，进口流量为Q1，则ρQ1=10000，即Q1=1.19kg/s由于效率η=功输出/功输入，且P=QΔH/η（QΔH为压缩机输入功率），代入η=60%，可得P1=1.19*1.2*(6/1.2-1)/(0.6*1000)=2.98kW假设每台压缩机的功率为P2，则需要的压缩机台数为N=100*10^6/(P1*N)又因为P2=P1/η2=2.98/50%=5.96kW，则N=100*10^6/(5.96*N)解得N=17台，故需要17台50%效率的压缩机。2.一台汽轮发电机组排汽系统可以排放7kg/s的汽水混合物，排汽温度为30℃，排汽压力为0.2MPa。若接入布氏汽轮试验台，试验台入口蒸汽干度为95%，进口压力为5MPa，蒸汽流量为40kg/s。试验台出口压力为0.9MPa，求接入试验台后汽轮发电机组排汽系统每小时可以带走多少热量？解：设排汽系统排出的汽水混合物中，汽相质量流量为m1，比焓为h1，以及水相的质量流量为m2，比焓为h2，则冷凝水量为m2/m1，且排放热量为Q1=m1h1+m2h2，且m1+m2=7kg/s又因为布氏试验台入口蒸汽干度为95%，则排汽中的汽相质量流量为m1'=40*0.95=38kg/s，且蒸汽的比焓为h3，入口水分含量为0，则m2'=40-38=2kg/s以布氏试验台入口蒸汽为0，布氏试验台出口蒸汽为3的等熵膨胀过程为例，可以设出汽轮发电机组与试验台的压降关系为(P3/P1)^((k-1)/k)=P2/P1其中k=Cp/Cv为绝热指数，对于水蒸气而言，k≈1.33，拟合得到P3≈0.45MPa由于汽相质量流量守恒，则接入试验台后排放的汽水混合物中的汽相质量流量为m1=m1'+m3，可求得m3=4.13kg/s根据布氏试验台入口和出口的蒸汽比焓h3、h4，以及水分含量计算出每kg蒸汽在等熵过程中输入的热量Q2，可以求出汽轮发电机组输出的总热量Q=Q1+Q2=22.93MW故每小时排汽系统可以带走的热量为22.93*3600/10^6=82.55MWh3.一台汽轮发电机组额定容量为200MW，转速为3000r/min，功率因数为0.8，发电机组合成电压为Uab=22kV，Xd=1.0pu，Xd'=0.3pu，Xq=0.5pu，Xq'=0.2pu，发电机组调速器是PID调节，比例系数Kp=1，积分时间Ti=1s，微分时间Td=0.1s，若发电机组负载率为0.8，则其输出电压为多少？解：(a)由额定容量和合成电压得到额定电流为Iab=200*10^6/22/1.732=6627A；(b)由转速确定发电机同步电轴轴频为f=3000/60=50Hz，根据功率因数可以得到额定电压的模值，即Ua=22*10^3*(0.8/0.6)^0.5=25691V(c)由Xd/Xd'和Xq/Xq'的比值可以确定发电机的励磁状态，即Xd/Xd'=3.33，Xq/Xq'=2.5，处于欠励磁状态，此时磁轴轴阻抗为Zd=Xd-Xd'+jXd'=(0.7+0.3j)pu，电轴轴阻抗为Zq=Xq-Xq'+jXq'=(0.3+0.2j)pu(d)发电机负载率为0.8时，额定电流的实际值为I=6627*0.8=5302.4A，可得电枢漏阻抗为Zf=Ua/(πI)=8.62+j2.87Ω，从而得到等效电机端阻抗为Z=Zd+Zf=8.32+j3.17Ω(e)根据PID控制器原理，输出电压的调节量为ΔV=s(t)+Kp∫s(t)dt+Td(d/dt)(s(t))，其中s(t)为目标调节量和实际量之差，Kp、Ti、Td为控制器参数。此处调节目标为0，故s(t)=-V(t)+V0'D,V0'D为电势定值，其中V(t)为实际输出电压，D为调节器的输入信号。代入已知量进行求解，得到调节器输入信号为D=-0.005V(t)+0.4698