3. Розрахунок показників роботи теплових машин

3.1.Розрахунок циклу паротурбінної установки

Паротурбінна установка це основна теплова машина для виробництва електроенергії в сучасної енергетики. Принципіальна схема установки (рис.3.1а) складається з парового котла (1), парової турбіни (2), конденсатора (4) та живильного насосу (5). Установка працює за циклом Ренкіна (мал.4.1б).

а) б)

Рис.3.1 Принципіальна схема та цикл паротурбінної установки :

а)- схема установки(1-паровий котел; 2-парова турбіна;

3-електрогенератор;4-конденсатор;5-живильний насос);

б)- цикл в І-S діаграмі: (1-2)- адіабатне розширення в паровий турбіні;(2-3)- конденсація пари; (3-4-5-6)-нагрів, випаровування та перегрів пари в котлі.

Термічний ККД цього циклу

. 3.1

Робота

. кДж /кг 3.2

Теоретична питома витрата пару на виробництві 1 кВт·год визначається

. кг/кВт· год 3.3

Виконання завдання потрібно розпочинати з вивчення схеми та циклу установки в і-S діаграмі стану водяної пари. Яки слід з поясненнями навести перед розв’язком .Для розв’язання задачі потрібно використовувати таблиці та і-S діаграму стану водяної пари.

За допомогою таблиць визначається початкова ентальпія води і₃, яку можливо прийняти рівною ентальпії киплячої води (і¹)при тиску в конденсаторі p₂.

За допомогою і-S діаграми стану водяної пари визначаються ентальпії перегрітої пари перед турбіною і₁ (точка 1 відповідає точці перетину ізобари p=p₁ ї ізотерми t=t₁ ) та вологої пари на виході з турбіни і₂ ( точка 2 знаходиться на перетині адіабати – вертикальна линия- проведенной з точки 1 ї ізобари ,яка відповідає тиску в конденсаторі p=p_2.

3.2.Розрахунок циклів двз

Цикл роботи ДВЗ складається з процесів стиску, згорання, розширення, випуску відпрацьованих газів. В теоретичних циклах рис. 3.2. процес стиску відбувається за адіабатою (1-2), далі відбувається згоряння палива або робочої суміші, тобто підвід тепла ( q₁ ) (2-3). Згоряння може бути здійснено при постійному об’ємі – на ізохорному процесі, рис. 3.2,а, а також при постійному тиску – на ізобарному процесі, рис. 3.2,б.

q₁

а) б)

ʋ

в)

Рис. 3.2 Теоретичні цикли поршневих ДВЗ:

а) – цикл з підводом тепла при ʋ=пост; б) – цикл з підводом тепла при p=пост; в) – комбінований цикл .

Перший випадок відповідає умовам роботи двигунів з зовнішнім сумішоутворенням або карбюраторних ДВЗ. Другий випадок характерний для двигунів з внутрішнім сумішоутворенням – дизельних двигунів. Процес розширення (3-4) відбувається по адіабаті. На цьому процесі отримується корисна робота. Процес випуску відпрацьованих газів (4-1) здійснюється на ізохорному процесі. На цьому процесі тепло відводиться (q₂) від робочого тіла в навколишнє середовище.

На практиці цикл реальних ДВЗ відповідає комбінованому циклу або узагальнюючому, в якому частка тепла підводиться при ʋ=пост., а друга при p=пост. (рис.3.2,в).

В розрахунках приймають наступні припущення:

• робоче тіло – ідеальний багатоатомний газ;

• теплофізичні властивості робочого тіла не залежать від температури;

• наповнення циліндрів відбувається миттєво (“1” рис. 3.2) З урахуванням припущень теплофізичної характеристики робочого тіла: ; ; ;k=1,4.

Розглянемо розрахунок опорних точок циклу для узагальнюючого циклу ДВЗ. При розрахунках циклу Отто слід опустити частину розрахунку – процес (3^І-3), а при розрахунку циклу Дизеля – процес (2-3^І).Результати розрахунку заносять в таблицю:

Таблиця 3.1

Опорна точка циклу	Тиск р, МПа	Температура Т, К	Питомий об”єм
1
2
3І
3
4

Початкові параметри, т. “1”. Звичайно початкові параметри задають по тиску , і температурі . З рівняння стану ідеального газу визначається питомий об’єм.

, ; (3.4)

Процес адіабатного стиску(1-2)

, (3.5)

отримаємо тиск в т. 2:

, МПа, (3.6)

Питомий об’єм в т. 2:

, ; (3.7)

Температура в т. 2:

, К, (3.8)

Процес підводу тепла при постійному об’ємі(2-3^І):

Тиск в т. 3^І

, МПа, (3.9)

Питомий об’єм в т.3^І

, (3.10)