汽机专业基础知识

三、传热学基础
• （一）热量传递的三种方式
• 热量传递有三种方式：导热、对流、辐射。 • ⑴ 导热：两个相互接触的物体或同一物体的各部分之间由于温 度不同引起的热传递现象，称为导热。 • ⑵ 对流：对流是指流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相 互掺混引起的热量传递方式。流体流过与之温度不同的固体壁 面时，与壁面之间发生的热量传递过程，称为对流换热。 • ⑶ 热辐射 • 物体通过电磁波来传递能量的方式称辐射。辐射与吸收过程的 综合结果就形成了以辐射方式进行物体间的热量传递--辐射换 热。 • 热辐射与导热、对流这两种热量传递方式的区别：热辐射可以 在真空中传播，而导热和对流都 必须在物质存在的条件下才能 实现。
• （二）工质
• 汽轮机利用具有一定压力和温度的蒸汽作功，把热能转变 成机械能，这里，蒸汽起了媒介作用。这种实现能量转换 的媒介物质，我们就称其为工质。电能生产是连续的，为 了使热机不断的做功，就要求工质连续不断的流过。因此 工质应具有良好的流动性和膨胀性，水蒸气正好具有价廉、 易得、热力性能稳定、无毒、不腐蚀等这样的特性，所以 发电厂中主要以水蒸汽作为工质。
• 其循环过程为： • 作为工质的凝结水用凝结水泵和给水泵将其从凝汽器打入 锅炉省煤器内，这个过程为工质的绝热压缩过程；水在省 煤器内预热，然后进入炉膛水冷壁内，被加热汽化成饱和 蒸汽，再进入过热器内过热变成过热蒸汽，这个过程是定 压吸热过程；从锅炉出来的过热蒸汽导入汽轮机中，在其 中膨胀做功（汽轮机带动发电机转动发出电能），这个过 程是绝热膨胀过程；在汽轮机内作完功的乏汽，排入凝汽 器内，在循环水的冷却下放出它的汽化潜热，定压凝结成 饱和水，这个过程是定压放热过程；凝汽器内的凝结水重 又通过凝结水泵和给水泵送入锅炉加热蒸发从而完成了循 环。
• 1、温度：表明物体冷热程度的度量。温度的数值 表示方法叫做温标，常用的温标有两类，即摄氏 温标和绝对温标（也称热力学温标）。 • ⑴摄氏温标 • 摄氏温标又称为国际百度温标，它规定标准大气 压下（1.01325× 105Pa）下水的冰点为0℃，沸点 为100℃，其间划分一百等分，每一等分称为1摄 氏度。摄氏温度用字母t表示，单位为℃。 • ⑵绝对温标 • 又称开氏温标，它以摄氏零下273.15℃作为零度， 用字母T表示，单位为K。即273.15K=0℃。 • 两者的换算关系是：T=t＋273.15 。
• 这里我们导入一些相关概念： • ⑴饱和温度：对水进行定压加热时，水自0℃开始升高至 沸腾，通常把水沸腾的开始温度称饱和温度，即沸点。 • ⑵饱和压力：饱和水状态时对应的蒸汽压力，称为饱和压 力。 • ⑶饱和蒸汽：蒸发的蒸汽称为饱和蒸汽。 • ⑷干度：是指1Kg湿饱和蒸汽中干饱和蒸汽的重量，用x表 示。如x=90％表示：1Kg干蒸汽中有0.9Kg干蒸汽和0.1Kg的 水。饱和水x=0；干饱和蒸汽x=1。 • ⑸湿度：1Kg湿饱和蒸汽中饱和水的重量叫湿度。 • ⑹液体热：在水加热到饱和水的阶段所加入的热量叫液体 热。 • ⑺汽化潜热：把1Kg已经加热到饱和温度的水在定压下完 全气化，所加入的热量叫汽化潜热。用r表示。 • ⑻过热度：将干饱和蒸汽继续定压加热，蒸汽温度就要上 升，而超过饱和温度 ，其超过的温度叫过热度。
• 2、压力：物体单位面积上所受到的垂直作用力称为压力， 用P表示。有绝对压力、表压力和真空值。 • ①容器内气体的真实压力称为绝对压力（ P绝）。 • ②表压力：用压力表测得的压力，称为表压力（ P表）。 • ③真空：真空计测得的数值称为真空（H）。 • 其三者间关系式为： • P绝=P表＋B、 P绝=B－H。 • （B：1标准大气压=1.01325× 105Pa=760mmHg ） • 压力表指针指在“0”位时，P绝=B。 • 压力表指针指在“0.1MPa”时， P绝=P表＋B = 0.2MPa。 • H =B－ P绝= B－ （P表＋B） = － P表，也就是压力表指针 反向摆动的数值。
• 水泵的分类及泵的特性
• 1、按其工作原理可分为： • ⑴ 叶片式泵 • ①离心泵：是利用叶轮旋转时产生的离心力来输送液体或提高液体的 能量。离心泵的应用最为广泛，火力发电厂中大多数的水泵都是采用 离心式水泵。 • ②轴流泵：是利用叶片转动时产生的升力来输送或提高液体能量的。 轴流式水泵适用于大流量、低扬程的场合，如电厂的循环水泵就可以 轴流泵。 • ③混流泵：是介于轴流泵和离心泵之间的一种叶片泵。属于大流量、 低扬程水泵范畴。 • ⑵ 容积式泵 • ①往复式泵：是利用工作室面积周期性改变来输送液体并提高能量的。 它又由活塞式（柱塞式）、隔膜泵两种。此泵适用于小流量，高扬程 的场合。 • ②回转泵：它有三种：齿轮泵、螺杆泵和滑片泵。它是利用齿轮或螺 杆的相互啮合来吸入和压出液体的回转式泵，它适用于小流量的电厂 油系统中。 • 使用中的注意事项：离心泵关闭出口门启泵，节流越大，电流越小。 轴流泵一般先开出口门再启泵，节流越大，电流越大。容积式泵必须 先开出口门再启泵。
• 工质的状态参数
• 工质的状态是由于工质的压力、温度、比热容等物理量来 确定的，这些表明工质状态特征的物理量，称为工质的状 态参数。 • 工质的状态参数有压力、温度、比容、内能、焓、熵六个 常用量，其中温度、压力、比容这三个状态参数可以通过 仪表直接测得，因而称为基本状态参数，而内能、焓、熵 则称为导出参数。
• 汽蚀现象及对泵的影响
• 水泵在运行时，当泵内某一区域的压力减小到水温所对应 的饱和压力以下时，水将发生汽化，产生气泡。随着水流 的运动，低压区的这些气泡被带到高压区时，又会突然凝 聚，气泡破裂，体积急剧收缩，四周的高压水高速填补原 来气泡所占据的空间，形成了局部水力冲击，如果气泡溃 灭发生在金属附近，则形成了对金属材料的打击。这种不 断地反复的冲击如果持续下去，叶轮的表面将很快产生蜂 窝形状的点蚀，然后逐渐扩大，使叶轮受到严重的损伤而 破坏。泵内反复地出现液体气化和凝聚的过程而引起金属 表面受到破坏的现象称为汽蚀现象。在离心泵的叶轮入口 处是低压区，是最容易发生液体汽化的位置，而高压区又 在叶片出口处，因此受到汽蚀破坏的部位常常是叶轮（或 叶片）出口处。 • 泵内发生汽蚀时，由于气泡的破裂和高速冲击，会引起严 重的噪声和振动，而泵组的振动又会促使空泡的发生和溃 灭，两者的相互作用有可能引起汽蚀共振。 • 泵内汽蚀严重时，产生的大量气泡会堵塞流道的面积，减 少流体从叶片中获得的能量，导致扬程下降，效率降低， 甚至会使水泵的出水中断。
• 回热循环： • 在纯凝汽式汽轮机的热力循环（即朗肯循环）中，新蒸汽 的热量在汽轮机中转变为功的部分只占30％左右，而其余 的70％左右的热量随乏汽进入凝汽器，在凝结过程中被循 环水带走了，可见乏汽在凝汽器内的热损失是很大的。为 了使热力循环的效率提高，利用在汽轮机内做过部分功的 蒸汽，在汽轮机中间抽出，用来加热凝结水或锅炉给水， 提高给水温度。显然，这部分抽气的热量重新回入锅炉， 没有在凝汽器中被冷却水带走，故这部分蒸汽的循环效率 可以等于100％。其余部分的蒸汽进入凝汽器，其热效率 为朗肯循环的热效率。这种具有利用抽汽加热给水的热力 循环称为给水回热循环。 • 采用回热循环的效果： • 1、显著的提高了循环效率。 • 2、采用回热后，对于同样的末级叶片通流能力，由于前 面几级的蒸汽量可增大而使得单机功率可提高。 • 3、进入凝汽器的蒸汽流量减少了，凝汽器负荷减少，换 热面积可以减少，循环水泵容量也相应减小。
• （二）水泵
• 水泵的主要性能参数 • 1、流量：单位时间内水泵所输送出的液体数量称为水泵的流量。 • 2、 扬程：单位重量的液体通过水泵所获得的能量称为水泵的 扬程。用H表示，单位为Pa，习惯上也常用液柱高度m表示。 • 扬程=压力/（比重X0.098），近似于压力。 • 3、转速：泵轴每分钟旋转的圈数称为转速，用n表示，单位为 r/min.水泵的转速越高，它所输送的流量与扬程也就越大。增高 转速可以减少叶轮级数，缩小叶轮直径，从而使水泵的尺寸大 为缩小，重量大为减轻。目前较为普遍采用的是高转速的给水 泵，其转速已达7500r/min左右。 • 4、功率：水泵的功率通常指输入功率，即由原动机传给水泵泵 轴上的功率，一般称之为轴功率，用P表示，单位KW。 • 5、效率：如前所述，水泵有各种损失，要消耗一定的能量，因 此轴功率不可能全部转变为有效功率。我国把有效功率Pe与轴 功率P之比称为水泵的效率，用η表示。离心式水泵的效率在 0.62～0.92的范围内，轴流式水泵的效率在0.74～0.89之间。
二、流体力学
• （一）流体动力学的几个基本概念
• 1、流量：单位时间内通过过流断面的液体体积（或重量），称 为体积流量Q（或重量流量G）。体积流量的单位是m3/s或L/s； 重量流量的单位是N/s。 • 2、流速：过流断面上各总流速的算术平均值叫平均流速，用c 表示。 • 3、沿程损失：当液体的流动边界形状及大小沿流程没有变化时， 阻力主要来自整个流程中的摩擦阻力，将这一摩擦阻力称为沿 程阻力。单位重量液体在流动过程中用于克服沿程阻力损失的 能量称为沿程水头损失（简称沿程损失），用符号Kg表示。 • 4、局部损失 • 当管道形状或大小改变引起断面上流速的分布发生急剧地变化 时，产生的水力阻力称为局部阻力。单位重量液体在流动过程 中用于克服局部阻力损失的能量，称为局部水头损失（简称局 部损失），用符号hj表示。
电厂基础知识
李佃光
• （一）热Hale Waihona Puke Baidu学基本知识
一、工程热力学
• 物质在通常情况下有三态－固态、液态和汽态。 • 液态的水以五种状态形式存在，分为未饱和水、饱和水、 湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽。 • 1、未饱和水：在一定压力下，未达到饱和温度的水称为 未饱和水。 • 2、饱和水：在一定压力下达到饱和温度，产生沸点状态 下的水即为饱和水。 • 3、湿饱和蒸汽：在水没有完全气化之前，这时饱和水与 饱和蒸汽共存，把这种含有饱和水的蒸汽叫湿饱和蒸汽， 简称湿蒸汽。 • 4、干饱和蒸汽：当水达到饱和温度后，如继续定压加热， 则饱和水开始气化，此时比容增大，而水温并不升高，保 持饱和温度。继续加热，水不断气化直至完全变为蒸汽， 最后一滴水变为蒸汽的状态称干饱和蒸汽。 • 5、过热蒸汽：在一定压力下超过饱和温度，具有过热度 的蒸汽叫过热蒸汽。
• 用来使热量从热流体传递到冷流体以满足规定的工艺要求 的装置统称换热器。换热器通常分为回热式、混合式和间 壁式三大类。 • 1、 回转式换热器：回转式换热器多用于气体介质之间的 换热，一般以金属或砖类作成流道，热流体和冷流体交替 地流过同一个流道，并尽量避免相互混合。特点：热量的 传递是通壁面周期的加热和冷却来实现的。 • 2、 混合式换热器：在混合式换热器中，进入的冷、热两 种流体完全混合。优点：传热速度快，热效率高，设备简 单。缺点：两种流体混合，应用上受到一定限制。一般电 厂的除氧器、冷却塔、喷水减温器等都采用混合式换热。 • 3、间壁式换热器(也称表面式换热器)：间壁式换热器应用 较广。特点：冷热流体被壁面隔开，换热过程中两种流体 互不接触，热量由热流体通过壁面传递给冷流体。
• 它是最简单的火力发电厂的理论循环，是组成蒸汽动力装 置的基本循环。 • 火力发电厂中蒸汽动力装置的基本 • 热力循环设备是由蒸汽锅炉、汽轮 • 机、凝汽器和给水泵组成的。工质 • 在热力设备中不断地进行吸热、膨 • 胀、放热、压缩等四个过程，使热 • 能不断的转变为机械能，这就是火 • 力发电厂的朗肯循环。
• 电厂换热设备常用的热量传递方式： • ①过热器： • 高温烟气(对流换热和辐射换热)外壁(导热) 内壁(对流换热)过热蒸汽； • ②管式空气预热器 • 烟气(辐射换热)内壁(导热)外壁(对流换热)空 气； • ③凝汽器 • 水蒸汽(有相变的对流换热)外壁(导热)内壁 (对流换热)循环水；
• （二）换热器
• （三）热力学定律
• 热力学第一定律――实质上是能量守恒与转换定律在热力 学上的一种特定应用形式，主要讲的是能量之间的转换和 守恒。 • 热力学第二定律――说明了能量传递和转化的方向、条件、 程度。主要讲的是能量不可能自发地不付代价地转移，中 间必然存在一定量的损失。
• （四）热力循环
• 朗肯循环