汽轮机转子弯曲与应力分析考核试卷

汽轮机转子弯曲与应力分析考核试卷考生姓名：答题日期：得分：判卷人：

本次考核旨在评估考生对汽轮机转子弯曲与应力分析的理论知识和实际应用能力，包括对转子结构、材料特性、载荷分析以及应力计算方法的掌握程度。

一、单项选择题（本题共30小题，每小题0.5分，共15分，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）

1.汽轮机转子在运行中，以下哪一项不是引起转子弯曲的原因？（）

A.轴承座下沉

B.轴承间隙过大

C.转子材料热膨胀

D.转子设计不当

2.汽轮机转子材料的屈服极限大约为多少？（）

A.200MPa

B.400MPa

C.600MPa

D.800MPa

3.转子应力分析中，下列哪一项不是应力状态？（）

A.主应力

B.剪应力

C.轴向应力

D.拉伸应变

4.汽轮机转子在运行中，以下哪一项不是引起转子振动的原因？（）

A.轴承故障

B.转子不平衡

C.轮盘间隙过大

D.轴承油膜振荡

5.转子弯曲分析中，以下哪个公式用于计算转子临界转速？（）

A.$f=\frac{1}{2\pi}\sqrt{\frac{EJ}{m}}$

B.$f=\frac{1}{2\pi}\sqrt{\frac{GJ}{m}}$

C.$f=\frac{1}{2\pi}\sqrt{\frac{EI}{m}}$

D.$f=\frac{1}{2\pi}\sqrt{\frac{EI}{k}}$

6.转子应力分析时，下列哪个系数用于考虑材料的不均匀性？（）

A.安全系数

B.材料系数

C.弹性模量系数

D.剪切系数

7.汽轮机转子设计时，通常采用的转子结构为？（）

A.钢带结构

B.薄壁圆管结构

C.钢板结构

D.铸造结构

8.转子弯曲分析中，以下哪个参数与转子弯曲刚度成正比？（）

A.转子直径

B.转子长度

C.转子材料弹性模量

D.转子质量

9.转子应力分析中，以下哪个参数与转子最大弯曲应力成正比？（）

A.转子转速

B.转子载荷

C.转子材料屈服极限

D.转子长度

10.汽轮机转子在启动过程中，以下哪一项不是引起转子热应力增大的原因？（）

A.转子材料热膨胀

B.轴承间隙增大

C.转子温度升高

D.轴承座下沉

11.转子应力分析时，以下哪个公式用于计算转子最大弯曲应力？（）

A.$\sigma=\frac{M}{W}$

B.$\sigma=\frac{M}{W_p}$

C.$\sigma=\frac{M}{W_r}$

D.$\sigma=\frac{M}{W_t}$

12.汽轮机转子在运行中，以下哪一项不是引起转子疲劳损坏的原因？（）

A.转子材料疲劳极限低

B.转子表面缺陷

C.转子运行温度过高

D.轴承润滑不良

13.转子应力分析中，以下哪个系数用于考虑转子表面加工质量？（）

A.材料系数

B.安全系数

C.表面粗糙度系数

D.弹性模量系数

14.汽轮机转子设计时，以下哪一项不是考虑的因素？（）

A.转子材料

B.转子转速

C.轴承类型

D.转子长度

15.转子应力分析中，以下哪个参数与转子最大弯曲应力成反比？（）

A.转子材料屈服极限

B.转子载荷

C.转子材料弹性模量

D.转子长度

16.汽轮机转子在运行中，以下哪一项不是引起转子振动的原因？（）

A.轴承故障

B.转子不平衡

C.轮盘间隙过大

D.轴承油膜振荡

17.转子应力分析时，以下哪个公式用于计算转子临界转速？（）

A.$f=\frac{1}{2\pi}\sqrt{\frac{EJ}{m}}$

B.$f=\frac{1}{2\pi}\sqrt{\frac{GJ}{m}}$

C.$f=\frac{1}{2\pi}\sqrt{\frac{EI}{m}}$

D.$f=\frac{1}{2\pi}\sqrt{\frac{EI}{k}}$

18.转子弯曲分析中，以下哪个参数与转子弯曲刚度成正比？（）

A.转子直径

B.转子长度

C.转子材料弹性模量

D.转子质量

19.转子应力分析中，以下哪个参数与转子最大弯曲应力成正比？（）

A.转子转速

B.转子载荷

C.转子材料屈服极限

D.转子长度

20.汽轮机转子在启动过程中，以下哪一项不是引起转子热应力增大的原因？（）

A.转子材料热膨胀

B.轴承间隙增大

C.转子温度升高

D.轴承座下沉

21.转子应力分析时，以下哪个公式用于计算转子最大弯曲应力？（）

A.$\sigma=\frac{M}{W}$

B.$\sigma=\frac{M}{W_p}$

C.$\sigma=\frac{M}{W_r}$

D.$\sigma=\frac{M}{W_t}$

22.汽轮机转子在运行中，以下哪一项不是引起转子疲劳损坏的原因？（）

A.转子材料疲劳极限低

B.转子表面缺陷

C.转子运行温度过高

D.轴承润滑不良

23.转子应力分析中，以下哪个系数用于考虑转子表面加工质量？（）

A.材料系数

B.安全系数

C.表面粗糙度系数

D.弹性模量系数

24.汽轮机转子设计时，以下哪一项不是考虑的因素？（）

A.转子材料

B.转子转速

C.轴承类型

D.转子长度

25.转子应力分析中，以下哪个参数与转子最大弯曲应力成反比？（）

A.转子材料屈服极限

B.转子载荷

C.转子材料弹性模量

D.转子长度

26.汽轮机转子在运行中，以下哪一项不是引起转子振动的原因？（）

A.轴承故障

B.转子不平衡

C.轮盘间隙过大

D.轴承油膜振荡

27.转子应力分析时，以下哪个公式用于计算转子临界转速？（）

A.$f=\frac{1}{2\pi}\sqrt{\frac{EJ}{m}}$

B.$f=\frac{1}{2\pi}\sqrt{\frac{GJ}{m}}$

C.$f=\frac{1}{2\pi}\sqrt{\frac{EI}{m}}$

D.$f=\frac{1}{2\pi}\sqrt{\frac{EI}{k}}$

28.转子弯曲分析中，以下哪个参数与转子弯曲刚度成正比？（）

A.转子直径

B.转子长度

C.转子材料弹性模量

D.转子质量

29.转子应力分析中，以下哪个参数与转子最大弯曲应力成正比？（）

A.转子转速

B.转子载荷

C.转子材料屈服极限

D.转子长度

30.汽轮机转子在启动过程中，以下哪一项不是引起转子热应力增大的原因？（）

A.转子材料热膨胀

B.轴承间隙增大

C.转子温度升高

D.轴承座下沉

二、多选题（本题共20小题，每小题1分，共20分，在每小题给出的选项中，至少有一项是符合题目要求的）

1.汽轮机转子弯曲的主要原因包括哪些？（）

A.轴承座下沉

B.轴承间隙过大

C.转子材料热膨胀

D.转子设计不当

2.转子应力分析中，以下哪些是影响转子应力的因素？（）

A.转子材料

B.转子几何尺寸

C.载荷大小

D.运行温度

3.转子振动可能引起的后果包括哪些？（）

A.轴承磨损

B.转子疲劳损坏

C.设备振动

D.噪音增加

4.转子临界转速的计算需要考虑哪些参数？（）

A.转子质量

B.转子惯性矩

C.支承刚度

D.载荷大小

5.转子应力分析中，以下哪些是转子应力状态的基本类型？（）

A.单轴应力

B.双轴应力

C.三轴应力

D.四轴应力

6.汽轮机转子设计时，以下哪些是重要的设计要求？（）

A.转子稳定性

B.转子刚度

C.转子重量

D.转子经济性

7.转子疲劳损坏的主要原因有哪些？（）

A.转子材料疲劳极限低

B.转子表面缺陷

C.转子运行温度过高

D.轴承润滑不良

8.转子应力分析中，以下哪些是影响转子最大弯曲应力的因素？（）

A.转子转速

B.转子载荷

C.转子材料屈服极限

D.转子长度

9.转子振动检测常用的方法有哪些？（）

A.震动传感器

B.声发射检测

C.超声波检测

D.X射线检测

10.汽轮机转子在启动和停机过程中，以下哪些是引起转子热应力的原因？（）

A.转子材料热膨胀

B.轴承间隙增大

C.转子温度升高

D.轴承座下沉

11.转子应力分析中，以下哪些是影响转子最大扭转应力的因素？（）

A.转子转速

B.转子载荷

C.转子材料屈服极限

D.转子长度

12.汽轮机转子设计时，以下哪些是重要的安全措施？（）

A.转子材料选择

B.转子结构设计

C.轴承设计

D.转子加工质量

13.转子振动可能导致哪些故障？（）

A.轴承磨损

B.转子疲劳损坏

C.设备振动

D.噪音增加

14.转子应力分析中，以下哪些是影响转子最大剪切应力的因素？（）

A.转子转速

B.转子载荷

C.转子材料屈服极限

D.转子长度

15.汽轮机转子设计时，以下哪些是影响转子刚度的因素？（）

A.转子材料

B.转子几何尺寸

C.支承刚度

D.载荷大小

16.转子振动可能引起的危害有哪些？（）

A.设备损坏

B.人员伤害

C.生产中断

D.环境污染

17.转子应力分析中，以下哪些是影响转子最大拉伸应力的因素？（）

A.转子转速

B.转子载荷

C.转子材料屈服极限

D.转子长度

18.汽轮机转子设计时，以下哪些是影响转子稳定性的因素？（）

A.转子材料

B.转子几何尺寸

C.支承刚度

D.载荷大小

19.转子振动检测的目的是什么？（）

A.评估转子健康状况

B.预防设备故障

C.提高设备效率

D.保障人员安全

20.转子应力分析中，以下哪些是影响转子最大压缩应力的因素？（）

A.转子转速

B.转子载荷

C.转子材料屈服极限

D.转子长度

三、填空题（本题共25小题，每小题1分，共25分，请将正确答案填到题目空白处）

1.汽轮机转子弯曲的临界转速计算公式为：$f=\frac{1}{2\pi}\sqrt{\frac{EJ}{m}}$，其中$f$表示______。

2.转子材料的热膨胀系数通常以______表示。

3.汽轮机转子设计时，通常采用______结构以增加转子的刚性。

4.转子应力分析中，最大弯曲应力出现在______位置。

5.汽轮机转子在运行中，以下哪种情况可能导致转子振动：______。

6.转子振动检测常用的传感器有______和______。

7.转子应力分析中，剪切应力与剪应力系数的关系为：$\tau=\tau_{max}\cdot\frac{S}{W_s}$，其中$W_s$表示______。

8.转子材料的热导率通常以______表示。

9.汽轮机转子设计时，为了保证转子的稳定性，通常需要增加______。

10.转子应力分析中，最大压缩应力出现在______位置。

11.汽轮机转子在启动和停机过程中，以下哪种情况可能导致转子热应力：______。

12.转子振动检测中，常用的频率分析方法是______。

13.转子应力分析中，拉伸应力与拉伸系数的关系为：$\sigma=\sigma_{max}\cdot\frac{S}{W}$，其中$W$表示______。

14.汽轮机转子设计时，为了保证转子的刚度，通常需要增加______。

15.转子应力分析中，最大剪切应力出现在______位置。

16.汽轮机转子在运行中，以下哪种情况可能导致转子疲劳损坏：______。

17.转子振动检测中，常用的时域分析方法有______和______。

18.转子应力分析中，最大拉伸应力出现在______位置。

19.汽轮机转子设计时，为了保证转子的安全性，通常需要考虑______。

20.转子应力分析中，最大压缩应力与压缩系数的关系为：$\sigma_c=\sigma_{cmax}\cdot\frac{S_c}{W_c}$，其中$W_c$表示______。

21.汽轮机转子在运行中，以下哪种情况可能导致转子振动：______。

22.转子振动检测中，常用的频谱分析方法有______和______。

23.转子应力分析中，最大弯曲应力与弯曲系数的关系为：$\sigma_b=\sigma_{bmax}\cdot\frac{S_b}{W_b}$，其中$W_b$表示______。

24.汽轮机转子设计时，为了保证转子的可靠性，通常需要考虑______。

25.转子应力分析中，最大拉伸应力与拉伸系数的关系为：$\sigma_t=\sigma_{tmax}\cdot\frac{S_t}{W_t}$，其中$W_t$表示______。

四、判断题（本题共20小题，每题0.5分，共10分，正确的请在答题括号中画√，错误的画×）

1.汽轮机转子的弯曲仅由载荷引起，不受材料热膨胀的影响。（）

2.转子的临界转速越高，其稳定性越好。（）

3.转子材料的屈服极限越高，其抗弯性能越强。（）

4.转子振动检测中，振动幅度越大，表明转子越稳定。（）

5.转子应力分析中，最大弯曲应力一定出现在转子轴心位置。（）

6.转子材料的热膨胀系数越小，其在运行中的热应力越小。（）

7.汽轮机转子设计时，转子的长度越长，其刚性越好。（）

8.转子振动检测中，声发射检测适用于所有类型的转子振动分析。（）

9.转子应力分析中，剪切应力仅存在于转子的表面。（）

10.汽轮机转子在启动和停机过程中，由于热膨胀，转子会产生压缩应力。（）

11.转子材料的疲劳极限决定了转子的使用寿命。（）

12.转子应力分析中，最大压缩应力一定出现在转子的中心。（）

13.转子振动检测中，频谱分析可以确定振动的频率成分。（）

14.汽轮机转子设计时，转子的重量越小，其稳定性越好。（）

15.转子应力分析中，拉伸应力与材料拉伸系数成正比。（）

16.转子振动检测中，时域分析可以直观地观察振动信号的波形。（）

17.汽轮机转子在运行中，轴承故障是引起转子振动的最常见原因。（）

18.转子应力分析中，最大剪切应力一定出现在转子的中性层。（）

19.转子材料的热导率越高，其在运行中的热应力越小。（）

20.汽轮机转子设计时，转子的结构设计应优先考虑其强度。（）

五、主观题（本题共4小题，每题5分，共20分）

1.请详细描述汽轮机转子弯曲的主要原因，并简要说明如何通过设计手段来减少转子弯曲的风险。

2.结合实际案例，分析转子振动对汽轮机运行的影响，以及如何进行振动检测和故障诊断。

3.讨论汽轮机转子材料选择的重要性，并列举几种常用的转子材料及其特性。

4.针对汽轮机转子在高温、高压下的运行环境，论述转子应力分析中需要考虑的热应力因素，并说明如何计算和缓解这些热应力。

六、案例题（本题共2小题，每题5分，共10分）

1.案例题：

某汽轮机转子的设计转速为3000转/分钟，材料为合金钢，弹性模量为210GPa，惯性矩为2.5×10^6mm^4，转子质量为500kg。在运行过程中，发现转子在转速为2500转/分钟时出现明显的振动现象。请根据以下信息进行分析：

（1）计算该转子的理论临界转速，并与实际转速进行比较。

（2）分析可能引起转子振动的原因，并提出相应的解决方案。

2.案例题：

某汽轮机转子的材料为不锈钢，屈服极限为280MPa，工作温度为600℃，运行转速为3000转/分钟。在运行过程中，发现转子在启动和停机阶段存在明显的热应力，最大热应力达到250MPa。请根据以下信息进行分析：

（1）计算转子在正常运行温度下的最大应力，并判断其是否在安全范围内。

（2）提出降低转子热应力的措施，并说明其原理。

标准答案

一、单项选择题

1.B

2.C

3.D

4.D

5.A

6.C

7.B

8.D

9.B

10.B

11.A

12.D

13.C

14.D

15.C

16.D

17.A

18.C

19.B

20.D

21.C

22.D

23.A

24.B

25.C

二、多选题

1.ABCD

2.ABCD

3.ABCD

4.ABC

5.ABC

6.ABC

7.ABCD

8.ABC

9.ABC

10.ABC

11.ABC

12.ABCD

13.ABCD

14.ABC

15.ABC

16.ABCD

17.ABC

18.ABCD

19.ABCD

20.ABCD

三、填空题

1.临界转速

2.α

3.薄壁圆管

4.轴心