1、汽轮机基础知识技术问答汽轮机技术问答一、基础知识1什么叫工质？火力发电厂采用什么作为工质？工质是热机中热能转变为机械能的一种媒介物质（如燃气、蒸汽等），依靠它在热机中的状态变化（如膨胀）才能获得功。为了在工质膨胀中获得较多的功，工质应具有良好的膨胀性。在热机的不断工作中，为了方便工质流入与排出，还要求工质具有良好的流动性。因此，在物质的固、液、气三态中，气态物质是较为理想的工质。目前火力发电厂主要以水蒸气作为工质。2何谓工质的状态参数？常用的状态参数有几个？基本状态参数有几个？描述工质状态特性的物理量称为状态参数。常用的工质状态参数有温度、压力、比容、焓、熵、内能等，基本状态参数有温度、压力、
2、比容。3什么叫温度、温标？常用的温标形式有哪几种？温度是衡量物体冷热程度的物理量。对温度高低量度的标尺称为温标。常用的有摄氏温标和绝对温标。摄氏温标。规定在标准大气压下纯水的冰点为0，沸点为100，在0与100之间分成100个格，每格为1，这种温标为摄氏温标，用表示单位符号，用t作为物理量符号。绝对温标。规定水的三相点（水的固、液、汽三相平衡的状态点）的温度为273.15K。绝对温标与摄氏温标的每刻度的大小是相等的，但绝对温标的0K，则是摄氏温标的273.15。绝对温标用K作为单位符号，用T作为物理量符号。摄氏温标与绝对温标的关系为 tT273.15。4什么叫压力？压力的单位有几种表示方法？单
3、位面积上所受到的垂直作用力称为压力。用符号“p”表示，即 p=FA (11)式中 F垂直作用于器壁上的合力，N； A承受作用力的面积m2。压力的单位有：国际单位制中表示压力采用N/m2，名称为帕斯卡，符号是Pa。1Pa=1N/m2，在电力工业中，机组参数多采用MPa（兆帕），1MPa=106N/m2。以液柱高度表示压力的单位有：毫米水柱（mmH2O）、毫米汞柱（mmHg），1 mmHg=133 N/m2，1 mmH2O=9.81 N/m2。工程大气压的单位为kgf/cm2，常用at作代表符号，1at=98066.5 N/m2，物理大气压的数值为1.0332 kgf/cm2，符号是atm，1 a
4、tm=1.01310N/m2。5什么叫绝对压力、表压力？容器内工质本身的实际压力称为绝对压力，用符号p表示。工质的绝对压力与大气压力的差值为表压力，用符号pg表示。因此，表压力就是我们用表计测量所得的压力，大气压力用符号patm表示。绝对压力与表压力之间的关系为： papgp atm 或 pgp ap atm （12）6什么叫真空和真空度？当容器中的压力低于大气压力时，把低于大气压力的部分叫真空。用符号“pv”表示。其关系式为： pvpatmpa (13)发电厂有时用百分数表示真空值的大小，称为真空度。真空度是真空值和大气压力比值的百分数，即： 真空度pv / patm100% (14)完全真
5、空时真空度为100%，若工质的绝对压力与大气压力相等时，真空度为零。例如：凝汽器水银真空表的读数为7100mmHg，大气压力计读数为750 mmHg，求凝汽器内的绝对压力和真空度各为多少？根据 pa(patmpv) / 735.6(750710)735.60.054at0.0051MPa真空度pvpamb100%710750100%94.6%7什么叫比容和密度？它们之间有什么关系？单位质量的物质所占有的容积称为比容。用小写的字母表示，即： Vm m3/kg （15）式中 m物质的质量。 kg；V物质所占有的容积， m3。比容的倒数，即单位容积的物质所具有的质量，称为密度，用符号“”，单位为kg
6、/m3。比容与密度的关系为1，显然比容和密度互倒数，即比容和密度不是相互独立的两个参数，而是同一个参数的两种不同的表示方法。8什么叫平衡状态？在无外界影响的条件下，气体的状态不随时间而变化的状态叫做平衡状态。只有当工质的状态是平衡状态时，才能用确定的状态参数值去描述。只有当工质内部及工质与外界间，达到热的平衡（无温差存在）及力的平衡（无压差存在）时，才能出现平衡状态。9什么叫标准状态？绝对压力为1.01325105Pa（1个标准大气压），温度为0(273.15)时的状态称为标准状态。10什么叫参数坐标图？以状态参数为直角坐标表示工质状态及其变化的图称参数坐标图。参数坐标图上的点表示工质的平衡状
7、态，由许多点相连而组成的线表示工质的热力过程。如果工质在热力过程中所经过的每一个状态都是平衡状态，则此热力过程为平衡过程，只有平衡状态及平衡过程才能用参数坐标图上的点及线来表示。11什么叫功？其单位是什么？功是力所作用的物体在力的方向上的位移与作用力的乘积。功的大小根据物体在力的作用下，沿力的作用方向移动的位移来决定，改变它的位移，就改变了功的大小，可见功不是状态参数，而是与过程有关的一个量。功的计算式为： WFS ( J ) （16）式中 F作用力，N； S位移，m。单位换算： 1J1Nm， 1kJ2.77810-4kWh12什么叫功率？其单位是什么？功率的定义是功与完成功所用的时间之比，也
8、就是单位时间内所做的功。即： PWt （ W ） (17)式中 W功，J； t做功的时间，s。功率的单位就是瓦特，1瓦特1焦耳秒。13什么叫能？物质做功的能力称为能。能的形式一般有：动能、位能、光能、电能、热能等。热力学中应用的有动能、位能和热能等。14什么叫动能？物体的动能与什么有关？物体因为运动而具有做功的本领叫动能。动能与物体的质量和运动的速度有关。速度越大，动能就越大；质量越大，动能也越大。动能按下式计算： Ek1/2mc2 （kJ） (18)式中 m物体质量，kg； c物体速度，ms。动能与物体的质量成正比，与其速度的平方成正比。15什么叫位能？由于相互作用，物体之间的相互位置决定的
9、能称为位能。物体所处高度位置不同，受地球的吸引力不同而具有的能，称为重力位能。重力位能由物质的重量（G）和它离地面的高度（h）而定。高度越大，重力位能越大；重力物体越重，位能越大。重力位能E pGh。16什么叫热能？它与什么因素有关？物体内部大量分子不规则的运动称为热运动。这种热运动所具有的能量叫热能，它是物体的内能。热能与物体的温度有关，温度越高，分子运动的速度越快，具有的热能就越大。17什么叫热量？其单位是什么？高温物体把一部分热能传递给低温物体，其能量的传递多少用热量来度量。因此物体吸收或放出的热能称为热量。热量的传递多少和热力过程有关，只有在能量传递的热力过程中才有功和热量的存在，没有
10、能量传递的热力状态是根本不存在什么热量的，所以热量不是状态参数。18什么叫机械能？物质有规律的运动称为机械运动。机械运动一般表现为宏观运动。物质机械运动所具有的能量叫机械能。19什么叫热机？把热能转变为机械能的设备称为热机。如汽轮机、内燃机、蒸汽机、燃轮气机等。20什么叫比热容？影响比热容的主要因素有哪些？单位数量（质量或容积）的物质温度升高（或降低）1所吸收（或放出）的热量，称为气体的单位热容量，简称为气体的比热容。比热容表示单体数量的物质容纳或贮存热量的能力。物质的质量比热容符号为c，单体为kJ(kg)。影响比热容的主要因素有温度和加热条件，一般说来，随着温度的升高，物质比热容的数值也增大
11、；定压加热的比热容大于定容加热的比热容。此外，还有分子中原子数目、物质性质、气体的压力等因素也会对比热容产生影响。21什么叫热容量？它与比热有何不同？热容Qmc，热容的大小等于物体质量与比热的乘积，热容与质量有关，比热容与质量无关，对于相同质量的物体，比热容大的热容大，对于同一物质，质量大的热容大。22如何用定值比热容计算热量？在低温范围内，可近似认为比热值不随温度的变化而改变，即比热容为某一常数，此时热量的计算式为： qc(t2t1) kJkg (19)23什么叫内以能？气体内部分子运动所形成的内动能和由于分子相互之间的吸引力所形成的内位能的总和称为内能。表示1kg气体的内能，U表示mkg气
12、体的内能。即： Um （110）24什么叫内动能？什么叫内位能？它们由何决定？气体内部分子热运动的动能叫内动以能，它包括分子的移动动能，分子的转动动能和分子内部的振动动能等。从热运动的本质来看，气体温度越高，分子的热运动越激烈，所以内动能决定于气体的温度。气体内部分子克服相互间存在的吸引力具有备用的位能，称为内位能，它气体的比容有关。25什么叫焓？在某一状态下单位质量工质比容为，所受压力为p，为反抗此压力，该工质必须具备pv的压力位能。单位质量工质内能和压力位能之和称为比焓。26什么叫熵？在没有摩擦的平衡过程中，单位质量的工质吸收的热量dq与工质吸热时的绝对温度T的比值叫熵的增加量。其表达式：
13、 SdqT。其中SS2S1是熵的变化量，熵的单位是（kJ/kgk），若某过程中气体的熵增加，即S0，则表示气体是吸热过程。若某过程中气体的熵减少，即S0，则表示气体是放热过程。若某过程中气体的熵不变，即S0，则表示气体是绝热过程。27什么叫理想气体？什么叫实际气体？气体分子间不存在引力，分子本身不占有体积的气体叫理想气体。反之，气体分子间存在着引力，分子本身占有体积的气体叫实际气体。28火电厂中什么气体可看作理想气体？什么气体可看作实际气体？在火力发电厂中，空气、燃气、烟气可以作为理想气体看待，因为它们远离液态，与理想气体的性质很接近。在蒸汽动力设备中，作为工质的水蒸汽，因其压力高，比容小，即
14、气体分子间的距离比较小，分子间的吸引力也相当大。离液态接近，所以水蒸汽应作为实际气体看待。29理想气体的基本定律有哪些？其内容是什么？理想气体的三个基本定律是：（1）波义耳马略特定律；（2）查理定律；（3）盖吕萨克定律。其具体内容：（1）波义耳马略特定律：当气体温度不变时，压力与比容成反比变化。用公式表示： p11p22 （111）气体质量为m时： p1V1p2V2（其中Vm）。 （112）（2）查理定律：气体比容不变时，压力与温度成正比变化。用公式表示为： p1T1p2T2 （113）（3）盖吕萨克定律：气体压力不变时，比容与温度成正比变化，对于质量为m的气体，压力不变时，体积与温度成正比变
15、化。用公式表示： 1122 或 V1T1V2T2 （114）30什么是热力学第一定律，它的表达式是怎样的？热可以变为功，功可以变为热，一定量的热消失时，必产生一定量的功，消耗一定量的功时，必出现与之对应的一定量的热。热力学第一定律的表达式如下： QA （115）式中A在工程单位制中A1427 kcal（kgfm）在国际单位制中，工程热量均用焦耳（J）为单位，则A1即Q。附图闭口系统内（不考虑工质的进出），外界给系统输入的能量是加入的热量q，系统向外界输出的能量为功W，系统内工质本身所具有的能量只是内能，根据能量转换与守恒定律可知，输入系统的能量输出系统的能量系统内工质本身能量的增量，即当工质为
16、1kg时： q当工质为m公斤时则：QWU （116）上两式中 q，Q外界加给工质的热量，Jkg，J； ，U工质内能的变化量，Jkg，J； ，W工质所做的功，Jkg，J。31热力学第一定律的实质是什么？它说明什么问题？热力学第一定律的实质是能量守恒与转换定律在热力学上的一种特定应用形式。它说明了热能与机械能互相转换的可能性及其数值关系。32什么是不可逆过程？存在摩擦，涡流等能量损失使过程只能单方向进行，不可逆转的过程叫做不可逆过程。实际的过程都是不可逆过程。33什么叫等容过程？等容过程中吸收的热量和所做的功如何计算？容积（或比容）保持不变的情况下进行的过程叫等容过程。由理想气体状态方程pR T得
17、pTR常数，即等容过程中压力与温度成正比。因0，所以容积变化功0，则q21，也即等容过程中，所有加入的热量全部用于增加气体的内能。34什么叫等温过程？等温过程中工质吸收的热量如何计算？温度不变的情况下进行的热力过程叫做等温过程。由理想气体状态方程pR T对一定的工质则pRT常数，即等温过程中压力与比容成反比。其吸收热量： q （117） qT(S2S1)。 （118）35什么叫等压过程？等压过程的功及热量如何计算？工质的压力保持不变的过程称为等压过程，如锅炉中水的汽化过程 ，乏汽在凝汽器中的凝结过程，空气预热器中空气的吸热过程都是压力不变时进行的过程。由理想气体状态方程pR T得TpR常数，即
18、等压过程中温度与比体积成正比。等压过程做的功： p（21） （119）等压过程工质吸收的热量： q（21）p（21） （2p22）（1p1）h2h1 （120） 36什么叫绝热过程？绝热过程的功和内能如何计算？在与外界没有热量交换情况下所进行的过程称为绝热过程。如汽轮机为了减少散热损失，汽缸外侧包有绝热材料，而工质所进行的膨胀过程极快，在极短时间内来不及散热，其热量损失很小，可忽略不计，故常把工质在这些热机中的过程作为绝热过程处理。因绝热过程 q0，则 q （121） - （122）即绝热过程中膨胀功来自内能的减少，而压缩功使内能增加。 1（k1）（p11p22） （123）k为绝热指数，与工
19、质的原子个数有关。单原子气体k1.67，双原子气体k1.4,三原子气体k1.28。37什么叫等熵过程？熵不变的热力过程称为等熵过程。可逆的绝热过程，即没有能量损失的绝热过程为等熵过程。在有能量损耗的不可逆过程中，虽然外界没有加入热量，但工质要吸收由于摩擦、扰动等损耗而转变成的热量，这部分热量使工质的熵是增加的，这时绝热过程不为等熵过程。汽轮机工质膨胀过程是个不可逆的绝热过程。38简述热力学第二定律。热力学第二定律说明了能量传递和转化的方向、条件、程度。它有两种叙述方法：从能量传递角度来讲：热不可以能自发地不付代价地，从低温物体传至高温物体。从能量转换角度来讲：不可能制造出从单一热源吸热，使之全
20、部转化成为功而不留下任何其它变化的热力发动机。39什么叫热力循环？工质从某一状态点开始，经过一系列的状态变化又回到原来这一状态点的封闭变化过程叫做热力循环，简称循环。40什么叫循环的热效率？它说明什么问题？工质每完成一个循环所做的净功和工质在循环中从高温热源吸收的热量q的比值叫做循环的热效率，即： q （124）循环的热效率说明了循环中热转变为功的程度，越高，说明工质从热源吸收的热量中转变为功的部分越多，反之，转变为功的部分越少。41从卡诺循环的热效率得出哪些结论？从121 中可以得出以下几点结论：卡诺循环的热效率决定于热源温度1和冷源温度2，而与工质性质无关，提高T1和降低T1，可以提高循环
21、热效率。卡诺循环热效率只能小于1，而不能等于1，因为要使1（无穷大）或T20（绝对零度）都是不可能的。也就是说，q2损失只能减少而无法避免。当T1T2时，卡诺循环的热效率为零。也就是说，在没有温差的体系中，无法实现热能转变为机械能的热力循环，或者说，只有一个热源装置而无冷却装置的热机是无法实现的。42什么叫汽化？它分为哪两种形式？物质从液态变成汽态的过程叫汽化。它分为蒸发和沸腾两种形式。液体表面在任何温度下进行的比较缓慢的汽化现象叫蒸发。液体表面和内部同时进行的剧烈的汽化现象叫沸腾。43什么叫凝结？水蒸气凝结有什么特点？物质从气态变成液态的现象叫凝结，也叫液化。水蒸气凝结有以下特点：一定压力下
22、的水蒸气，必须降到该压力所对应的凝结温度才开始凝结成液体。这个凝结温度也就是液体沸点，压力降低，凝结温度随之降低，反之，则凝结温度升高。在凝结温度下，水从水蒸气中不断吸收热量，则水蒸气可以不断凝结成水，并保持温度不变。44什么叫动态平衡？什么叫饱和状态、饱和温度、饱和压力、饱和水、饱和蒸汽？一定压力下汽水共存的密封容器内，液体和蒸汽的分子在不停地运动，有的跑出液面，有的返回液面，当从水中飞出的分子数目等于因相互碰撞而返回水中的分子数时，这种状态称为动态平衡。处于动态平衡的汽、液共存的状态叫饱和状态。在饱和状态时，液体和蒸汽的温度相同，这个温度称为饱和温度；液体和蒸汽的压力也相同，该压力称为饱和
23、压力。饱和状态的水称为饱和水；饱和状态下的蒸汽称为饱和蒸汽。45为何饱和压力随饱和温度升高而增高？温度升高，分子的平均动能增大，从水中飞出的分子数目越多，因而使汽侧分子密度增大。同时蒸汽分子的平均运动速度也随着增加，这样就使得蒸汽分子对器壁的碰撞增强，其结果使得压力增大，所以说：饱和压力随饱和温度升高而增高。46什么叫湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽？在水达到饱和温度后，如定压加热，则饱和水开始汽化，在水没有完全汽化之前，含有饱和水的蒸汽叫湿饱和蒸汽，简称湿蒸汽。湿饱和蒸汽继续在定压条件下加热，水完全汽化成蒸汽时的状态叫干饱和蒸汽。干饱和蒸汽继续定压加热，蒸汽温度上升而超过饱和蒸汽温度时，就变
24、成过热蒸汽。47什么叫干度？什么叫湿度？1kg湿蒸汽中含有干蒸汽的重量百分数叫做干度，用符号表示：干蒸汽的重量湿蒸汽的重量 （125）干度是湿蒸汽的一个状态参数，它表示湿蒸汽的干燥程度；值越大则蒸汽越干燥。1kg湿蒸汽中含有饱和水的重量百分数称为湿度，以符号（1-）表示。48什么叫临界点？水蒸汽的临界参数为多少？随着压力的增高，饱和水线与干饱和蒸汽线逐渐接近，当压力增加到某一数值时，二线相交，相交点即为临界点。临界点的各状态参数称为临界参数，对水蒸气来说：其临界压力pc22.129MPa，临界温度为tc374.15，临界比容为c0.003147m3kg。49.是否存在400的液态水？不存在。因
25、为当水的温度高于临界温度时（即ttc374.15时）都是过热蒸汽，所以不存在400的液态水。50水蒸气状态参数如何确定？由于水蒸气属于实际气体，其状态参数按实际气体的状态方程计算非常复杂，而且温差较大不适应工程上实际计算的要求，因此，人们在实际研究和理论分析计算的基础上，将不同压力下水蒸气的比体积、温度、焓、熵等列成表或绘成图。利用查图、查表的方法确定其状态参数，这是工程上常用的方法。51什么叫液体热、汽化热、过热热？把水加热到饱和水时所加入的热量，称为液体热。1kg饱和水在定压条件下加热至完全汽化所加入的热量叫汽化潜热，简称汽化热。干饱和蒸汽定压加热变成过热蒸汽，过热过程吸收的热量叫过热热。
26、52什么叫稳定流动、绝热流动？流动过程中工质各状态点参数不随时间而变动的流动称为稳定流动。与外界没有热交换的流动称为绝热流动。53什么叫轴功？什么叫膨胀功？轴功即工质流经热机时，驱动热机主轴对外输出的功，以“s”表示。将（q）这部分数量的热能所转变成的功叫膨胀功，它是一种气体容积变化功，用符号表示，对一般流动系统q（p22p11）1/2（c22c12）g（z2z1） （126）54什么叫喷管？电厂中常用哪几种喷管？凡用来使气流降压增速的管道叫喷管。电厂中常用的喷管有渐缩喷管和缩放喷管两种。渐缩喷管的截面是逐渐缩小的；而缩放喷管的截面先收缩后扩大。55什么叫节流？什么叫绝热节流？工质在管内流动时
27、，由于通道截面突然缩小，使工质流速突然增加，压力降低的现象称为节流。节流过程中如果工质与外界没有热交换，则称之为绝热节流。56什么叫朗肯循环？以水蒸气为工质的火力发电厂中，让饱和蒸汽在锅炉的过热器中进一步吸热，然后过热蒸汽在汽轮机内进行绝热膨胀做功，汽轮机排汽在凝汽器中全部凝结成水。并以水泵代替卡诺循环中的压缩机使凝结水重又进入锅炉受热，这样组成的汽-水基本循环，称之为朗肯循环。57朗肯循环是通过哪些热力设备实施的？各设备的作用是什么？朗肯循环的主要设备是蒸汽锅炉、汽轮机、凝汽器和给水泵四个部分。锅炉：包括省煤器、炉膛、水冷壁和过热器，其作是将给水定压加热，产生过热蒸汽，通过蒸汽管道，送入汽轮
28、机。汽轮机：蒸汽进入汽轮机绝热膨胀做功将热能转变为机械能。凝汽器：作用是将汽轮机排汽定压下冷却，凝结成饱和水，即凝结水。给水泵：作用是将凝结水在水泵中绝热压缩，提升压力后送回锅炉。58朗肯循环的热效率如何计算？根据效率公式 q1（q1q2）q1 （127）式中 q11kg蒸汽在锅炉中定压吸收的热量，kJkg； q21kg蒸汽在凝汽器中定压放出的热量，kJkg。对朗肯肯循环1kg蒸汽在锅炉中定压吸收的热量为： q1h1h给 kJkg （128）式中 h1过热蒸汽焓，kJkg ； h给给水焓，kJkg 。1kg排汽在冷凝器中定压放出热量为： q2h2h2 kJkg （129）式中 h2 汽轮机排汽
29、焓，kJkg； h2 凝结水焓，kJkg。因水在水泵中绝热压缩时，其温度变化不大，所以hfw可以认为等于凝结水焓h2。则循环所获得功为： q1q2（h1h给）（h2h2） h1h2h2h给h1h2 （130）所以 q1（h1h2） （ h1h2） （131）59影响朗肯循环效率的因素有哪些？从朗肯循环效率公式（h1h2） （ h1h2）或以看出取决于过热蒸汽焓h1，排汽焓h2以及凝结水焓h2 ，而h1由过热蒸汽的初参数 p1、t1 决定。h1和h2都由参数p2决定，所以朗肯循环效率取决于过热蒸汽的初参数 p1、t1和终参数p2。毫无疑问：初参数（过热蒸汽压力，温度）提高，其他条件不变，热效率将提高，反之，则下降；终参数（排汽压力）下降，初参数不变，则热效率提高，反之，则下降。60什么叫给水回热循环把汽轮机中部分做过功的蒸汽抽出，送入加热器中加热给水，这种循环叫给水回热循环。61采用给水回热循环的意义是什么？采用给水回热加热以后，一方面从汽轮机中间部分抽出一部分蒸汽，加热给水提高了锅炉给水温度。这样可使抽汽不在凝汽器中冷凝放热，减少了冷源损失。另一方面，提高了给水温度，减少给水在锅炉中的吸热量。因此，在蒸汽初参数、终参数相同的情况下，采用给水回热循环的热效率比朗肯循环热效率高。一般回热级数不止一级，中参数的机组，回热级数34级；高参数机组67级；超高参数机组不超过89级
