汽轮机运行与维护技术问答(2)

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μ，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1kg时： q－ω＝Δμ

当工质为m公斤时则：Q－W＝ΔU （1—16） 上两式中 q，Q——外界加给工质的热量，J／kg，J； Δμ，ΔU——工质内能的变化量，J／kg，J； ω，W——工质所做的功，J／kg，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pν＝R T得p／T＝R／ν＝常数，即等容过程中压力与温度成正比。因Δν＝0，所以容积变化功ω＝0，则q＝Δμ＋ω＝Δμ＝μ2－μ1，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pν＝R T对一定的工质则pν＝RT＝常数，即等温过程中压力与比容成反比。 其吸收热量：q＝Δμ＋ω （1—17） q＝T(S2－S1)。 （1—18） 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pν＝R T得T／ν＝p／R＝常数，即等压过程中温度与比体积成正比。 等压过程做的功： ω＝p（ν2－ν1） （1—19） 等压过程工质吸收的热量：

q＝Δμ＋ω＝（μ2－μ1）＋p（ν2－ν1）

＝（μ2＋p2ν2）－（μ1＋p1ν）＝h2－h1 （1—20）

36．什么叫绝热过程？绝热过程的功和内能如何计算？

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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 q＝0，则 q＝Δμ＋ω （1—21） ω＝-Δμ （1—22） 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。

ω＝[1／（k－1）]（p1ν1－p2ν2） （1—23）

k为绝热指数，与工质的原子个数有关。单原子气体k＝1.67，双原子气体k＝1.4,三原子气体k＝1.28。 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： ①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。 ②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ω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：η＝ω／q （1—24）

循环的热效率说明了循环中热转变为功的程度，η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η＝1－Τ2／Τ1 中可以得出以下几点结论：

①卡诺循环的热效率决定于热源温度Τ1和冷源温度Τ2，而与工质性质无关，提高T1和降低T1，可以提高循环热效率。 ②卡诺循环热效率

只能小于1，而不能等于1，因为要使Τ1＝∞（无穷大）或T2＝0（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。

③当T1＝T2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。

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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：

①一定压力下的水蒸气，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。

②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χ表示： χ＝干蒸汽的重量／湿蒸汽的重量 （1—25）

干度是湿蒸汽的一个状态参数，它表示湿蒸汽的干燥程度；χ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-χ）表示。 48．什么叫临界点？水蒸汽的临界参数为多少？

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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pc＝22.129MPa，临界温度为tc＝374.15℃，临界比容为νc＝0.003147m3／kg。 49.是否存在400℃的液态水？

不存在。因为当水的温度高于临界温度时（即t＞tc＝374.15℃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。 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“ωs”表示。将（q－Δμ）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ω表示，对一般流动系统 ω＝q－Δμ＝（p2ν2－p1ν1）＋1/2（c22－c12）＋g（z2－z1） （1—26） 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，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。

⑴．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，送入汽轮机。

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⑵．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。

⑶．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。 ⑷．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 η＝ω／q1＝（q1－q2）／q1 （1—27） 式中 q1——1kg蒸汽在锅炉中定压吸收的热量，kJ／kg； q2——1kg蒸汽在凝汽器中定压放出的热量，kJ／kg。 对朗肯肯循环1kg蒸汽在锅炉中定压吸收的热量为：

q1＝h1－h给 kJ／kg （1—28） 式中 h1——过热蒸汽焓，kJ／kg ； h给——给水焓，kJ／kg 。 1kg排汽在冷凝器中定压放出热量为：

q2＝h2－h21 kJ／kg （1—29） 式中 h2 ——汽轮机排汽焓，kJ／kg； h2——凝结水焓，kJ／kg。

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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：ω＝q1－q2＝（h1―h给）―（h2―h2‘）＝h1－h2＋h2‘－h给＝h1－h2 （1—30） 所以 η＝ω／q1＝（h1－h2） ／（ h1－h21） （1—31） 59．影响朗肯循环效率的因素有哪些？

从朗肯循环效率公式η＝（h1－h2） ／（ h1－h21）或以看出η取决于过热蒸汽焓h1，排汽焓h2以及凝结水焓h21 ，而h1由过热蒸汽的初参数 p1、t1 决定。h1和h21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3—4级；高参数机组6—7级；超高参数机组不超过8—9级。 62．什么叫再热循环？

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