Графоаналитический метод расчета

Процессов с водяным паром.

1. Изобарный процесс.

Рис 1.22-Изобарный процесс с водяным паром на диаграмме.

Изобарный процесс 1p2p является процессом расширения и протекает с подводом теплоты.

Начальное состояние водяного пара: 1р: р₁;t₁;V₁; ;S₁.

Конечное состояние водяного пара характеризуется точкой: 2р: p₂; t₂; V₂, ; S₂

; ; .

2. Изохорный процесс.

Рис 1.23

Процесс идет подводом тепла, повышением P и Т.

Точка 1V: p₁; t₃; V₃; ; S₁ Точка 2V: p₂; t₅; V₃; ; S₂

При работа пара равна нулю.

; .

3. Изотермический процесс

Рис. 1.24

Процесс 1t2t является процессом расширения водяного пара и идет с подводом тепла: .

Начальное состояние водяного пара характеризуется точкой: 1t: t₅: V₁p₁; S₁;

Конечное состояние водяного пара характеризуется точкой: 2t: t₅: V₂p₂; S₁;

Количество тепла, участвующее в процессе:

(1.112)

В изотермическом процессе с водяным паром внутренняя энергия пара не остается постоянной (в отличии от идеального газа) и определяется соотношением: (1.113)

Работа, выполняемая паром: . (1.114)

4. Адиабатный процесс

Рис.1.25

Процесс представляет собой адиабатное сжатие пара. Так как процесс идет без теплообмена с окружающей средой то, работа, затраченная на сжатие, идет как изменение внутренней энергии пара:

;

Для водяного пара коэффициент Пуассона не является отношением теплоемкостей, как для идеального газа, а выбирается опытным путем. Для сухого насыщенного пара:

Для перегретого пара

Для влажного пара:

Паротурбинные установки

В паровой турбине энергия давления пара преобразуется на ее лопатках в кинетическую энергию, которая приводит во вращение ротор турбины и связанный с ней генератор, компрессор и другие агрегаты. Турбины, как правило, изготавливают многоступенчатыми, в которых пар проходит через несколько ступеней расположенных друг за другом.

По направлению потока различают осевые турбины, в которых поток пара направлен вдоль оси ротора, и радиальные – в которых поток пара направлен от центра к переферии ротора.

По характеру процесса, совершаемого рабочим телом, турбины делятся на активные и реактивные.

В активной турбине пар расширяется только в направляющем аппарате. Вращающая сила образуется только в результате поворота потока пара на лопатках.

В реактивной турбине расширение рабочего тела происходит как в направляющем аппарате, так и в рабочем. Вращающая сила возникает в результате увеличения скорости рабочего тела при расширении на лопатках.

Простейшая схема паросиловой установки представлена на рис. 1.27

.

Рис. 1.27

Пар из парового котла 1 поступает в пароперегреватель 2, откуда он направляется в турбину 3. В турбине газ расширяется с совершением работы и далее поступает в конденсатор 4, где конденсируется с помощью охлаждающей воды. Образовавшийся конденсат питательным насосом 5 подается в котел и цикл повторяется.

В паросиловых установках реализуется круговой цикл предложенный Ренкиным.

Рассмотрим теоретический цикл Ренкина на pv диаграмме.

4-5: изобарный нагрев воды в котле до ;

5-6: испарение воды при P₁=const;

6-1: перегрев пара до Т₁ при P₁=const и ;

1-2: адиабатное расширение пара в турбине;

2-3: изобарный отвод тепла при ;

3-4: повышение давления питающим насосом.

Вода в паровом котле 1 при постоянном давлении Р₁ нагревается до Т_кип – линия 4-5. Затем происходит испарение при постоянном давлении Р₁, по линии 5-6. По линии 6-1 осуществляется перегрев пара. В турбине пар адиабатно расширяется по линии 1-2, после чего поступает в конденсатор 4, где при Р₂=const конденсируется отводом тепла с помощью охлаждающей воды линии 2-3. Линия 3-4 повышение давления в питающем насосе.

Рис. 1.29

Этот же цикл изображен на TS диаграмме.

3-4: нагрев воды в паровом котле до Т_кип;

4-5: парообразование при ;

т.5: сухой насыщенный пар;

5-1: перегрев пара;

1-2: адиабатное расширение пара в турбине;

2-3: конденсация пара при .

Рис. 1.29

энтальпия перегретого пара в т.1; i₁

энтальпия воды, поступающей в котел; i₂

Для получения 1 кг пара в котле затрачивается количество теплоты

энтальпия отработавшего пара i₂

Количество тепла отведенного от 1 кг пара в конденсаторе равно: (1.115)

Соответственно количество тепла, затраченного составляет:

(1.116)

Термический КПД Ренкина – есть отношение полезно использованного тепла ко всему затраченному, то есть:

, (1.117)

где и - начальное и конечное значение энтальпии пара в адиабатном процессе расширения его в турбине;

- энтальпия кипящей жидкости или давление Р_2.

Для перегретого пара начальная точка 1 находится на пересечении изобары Р₁ и изотермы t₁ (начальное состояние в турбине). Проецируя точку 1 на ось ординат находим энтальпию пара i₁, a проведя из нее адиабату расширения, прямую параллельную оси ординат до изобары, соответствующей давлению Р₂ получим точку 2. По этой точке находим энтальпию отработавшего пара i_2.

Рис. 1.30

Тогда полученная работа цикла

Подробное исследование цикла Ренкина при изменении параметров искомого состояние рабочего тела приводит к выводу, что этого цикла повышается с увеличением начального давления Р₁ и начальной температуре T₁ и уменьшением давления Р₂ в конденсаторе.

Удельный расход пара при осуществлении идеального цикла Ренкина определяется:

, (1.118)

- располагаемый теплоперепад, .

Удельный расход тепла:

(1.119)

Рассмотренные нами формулы определяют и удельный расход пара и тепла в идеальном цикле паросиловой установки.

Действительный цикл сопровождается неизбежными потерями, в следствии чего удельный расход пара и тепла увеличивается. Так в паровой турбине процесс расширения пара сопровождается потерями, связанными главным образом с трением. Работа трения превращается в тепло, повышающее энтальпию пара в конечном состоянии. На рисунке 1.9 показана схема паровой турбины

1-вал; 2-рабочие колеса; 3-направляющbt лопатки

Рис 1.26 - Многоступенчатая осевая турбина

Ротор турбины состоит из вала 1, на котором закреплены рабочие колеса 2 лопатками. Между лопаточными венцами рабочих колес расположены неподвижные направляющие лопатки 3. Пар на лопатки подается с помощью направляющего аппарата, в котором пар расширяется и приобретает большую скорость.

Затем рабочее тело, проходя по изогнутым рабочим лопаткам, изменяет направление движения и отдает часть своей кинетической энергии, которая идет на вращение рабочего колеса. Направляющий аппарат и рабочее колесо образуют ступень турбины.

В зависимости от условий работы и назначения различают следующие типы паровых турбин:

1) Конденсационная – в которых пар расширяется до глубокого вакуума ( кПа), создаваемого в конденсационном устройстве;

2) Турбины двух давлений, когда кроме свежего пара в промежуточную ступень подается отработанный пар молотов, прессов, приводов, насосов и тому подобное;

3) Турбины с противодавлением, когда отработанный пар турбины отводится с остаточным давлением и используется для бытовых и производственных нужд.

Контрольные вопросы.

1. Какие вещества используются в качестве рабочего тела в тепловых машинах?
2. Какими параметрами характеризуется рабочее тело?
3. Чем отличаются идеальные газы от реальных?
4. Как формулируется первый закон термодинамики и каково его математическое выражение?
5. Что такое энтальпия вещества и в чем она измеряется?
6. Во сколько раз изобарная теплоемкость больше изохорной для двух атомного газа?
7. Как изменяется энтропия рабочего тела в необратимых процессах?
8. Как формулируется второй закон термодинамики?
9. Чему равна работа газа в изохорном процессе?
10. Как изменится плотность газа в изобарном процессе, если ее абсолютная температура повысится в два раза?
11. Чему равна работа, выполненная газом в изотермическом процессе, если к газу подведена теплота Q?
12. Из каких термодинамических процессов состоит цикл Карно и чему равен его термический д?
13. Какой из циклов ДВС дает наибольший КПД?
14. По каким критериям оценивают КПД двигателя внутреннего сгорания?
15. Что такое степень сухости пара?

Тесты для самостоятельной работы

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: