Характеристики цикла:

β – степень сжатия: ;

λ– степень повышения давления ;

подведенная теплота: q₁ = C_v (T₃ – T₂);

отведенная теплота: q₂ = C_р (T₄ – T₁);

термический кпд цикла: ;

вывод: с увеличением β и λ увеличивается и η_t.

1 Параметры состояния в каждой точке

(69)

(70)

(71)

2 теплота подведенная, отведенная и полезно используемая:

q₁=C_v*(T₃-T₂) (72)

q₂=C_p(T₄-T₁) (73)

q = q₁ – q₂

3 термический кпд цикла:

(74)

(75)

4 изменение энтропии процессов:

(76)

(77)

Далее выполняем проверку и по полученным значениям строим диаграммы в масштабе.

Литература: 2, с.133-139; 5, с.59-61; 7, с.244-256

Контрольные вопросы:

1. Какие два термодинамических цикла ГТУ существуют?

2. Какие процессы происходят в цикле ГТУ с подводом теплоты при постоянном объеме?

3. Какие процессы происходят в цикле ГТУ с подводом теплоты при постоянном давлении?

4. Что такое степень сжатия?

5. Что такое степень повышения давления?

6. Что такое степень предварительного расширения?

7. Как можно увеличить (уменьшить) термический кпд в цикле ГТУ с подводом теплоты при постоянном объеме?

8. Как можно увеличить (уменьшить) термический кпд ГТУ с подводом теплоты при постоянном давлении?

Задача №3

Цикл паросиловой установки

Рассмотреть цикл паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина, для двух вариантов. В расчете принять, что цикл осуществляется одним килограммам водяного пара.

Графическая часть задания должна содержать:

1. принципиальную тепловую схему паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина.

2. На основании исходных данных построить процессы адиабатного расширения пара в I-S-координатах (рисунок 12).

3. При помощи I-S диаграммы (рисунок 12) определить параметры узловых точек (V,x, i, S), а также описать состояние рабочего тела в данных точках.

При помощи приведенных ниже формул определить следующие параметры:

• теплоперепад ;

• термический коэффициент полезного действия цикла;

• теоретический удельный расход пара;

На основании расчетов:

• сделать вывод о влиянии повышения начальных параметров пара на термический КПД цикла;

• произвести сравнительный анализ вариантов.

Исходные данные принимаются по таблице 3.

1 Принципиальная схема паросиловой установки (ПСУ):

Рисунок 8 - Принципиальная схема паросиловой установки

В котле 1 (рисунок 8) происходит парообразование. В пароперегревателе 2 происходит перегрев пара до заданных параметров, который идет на турбину 3, где происходит преобразование тепловой энергии в механическую энергию, а затем в электрическую в электрогенераторе 4. Отработавший пар попадает в конденсатор 5, где идет его полная конденсация, конденсатным насосом 6 конденсат направляется в деаэратор 7, затем через подогреватель 9 питательным насосом 8 обратно в котел 1.

В циклах ПСУ имеется два цикла: цикл Карно и цикл Ренкина.

2 Цикл Карно.

Рисунок 9 - P-V и T-S диаграмма цикла Карно.

Точка 0 (рисунок 9) представляет начальное состояние кипящей воды при давлении Р₁. Воде при постоянной температуре и постоянном давлении сообщается удельное количество теплоты, равное теплоте парообразования (процесс 0-1). Полученный сухой насыщенный пар от точки 1 расширяется по адиабате в паровой турбине до давления Р₂ (процесс 1-2). Образовавшийся влажный пар частично конденсируется при постоянной температуре и давлении до точки 3 (процесс 2-3). При этом его степень сухости уменьшается до х₃. От пара отводится удельное количество теплоты q₂. От точки 3 пар по адиабате сжимается в компрессоре до начального состояния и пар полностью превращается в кипящую воду.

Применение перегретого пара в цикле Карно не увеличивает его кпд, если пределы температур остаются без изменения. Из рисунка 8.2 (на Т-S диаграмме) видно, что кпд циклов 0123 и 0453 одинаков.

Недостатки цикла Карно:

1. Цикл Карно не дает больших значений кпд.

2. Конденсация влажного пара происходит не полностью, то есть объем цилиндра компрессора должен быть значительным, а это требует большого расхода металла.

3 Цикл Ренкина.

Рисунок 10 - Диаграммы Р – V и Т – S ПСУ Ренкина.

За основной цикл в ПСУ принят цикл Ренкина, в котором осуществляется полная конденсация пара в конденсаторе, вместо громоздкого компрессора малоэффективного компрессора применяют питательный насос, который имеет малые габариты и высокий кпд. Кроме того, в цикле Ренкина возможно применение перегретого пара, что позволяет повысить среднеинтегральную температуру подвода теплоты и тем самым термический кпд цикла.

На рисунке 10 изображен идеальный цикл Ренкина. Точка 4 характеризует состояние кипящей воды в котле при давлении Р₁. Линия 4-5 изображает процесс парообразования в котле; затем пар подсушивается в перегревателе при давлении Р₁. Линия 6-1 – процесс перегрева пара в перегревателе при давлении Р₁. Полученный пар по адиабате 1-2 расширяется в цилиндре паровой турбины до давления Р₂ в конденсаторе. В процессе 2-2^/ пар полностью конденсируется до состояния кипящей жидкости при давлении Р₂, отдавая теплоту парообразования охлаждающей воде. Процесс сжатия воды 2^/-3 осуществляется в насосе. Линия 3-4 изображает изменение объема воды при нагревании.

При невысоких давлениях в расчетах цикла Ренкина делают следующие допущения: не учитывают повышения температуры воды при адиабатном сжатии в насосе (практически точки 3 и 2^/ сливаются); полагают, что изобары жидкости сливаются с пограничной кривой жидкости вследствие того, что удельный объем воды мал по сравнению с объемом пара и пренебрегают работой насоса. Поэтому с учетом допущений цикл Ренкина принимает вид, представленный на рисунке 11.

Рисунок 11 - Цикл Ренкина с учетом допущений.

3 Характеристики цикла:

1. Δh – теплоперепад:

Δh = i₁ – i₂ (78)

где i₁ – энтальпия перегретого пара перед паровой турбиной, определяется с помощью i-s диаграммы по температуре и давлению перед турбиной;

i₂ – энтальпия отработавшего пара после паровой турбины, определяется с помощью i-s диаграммы по температуре и давлению перед турбиной и давлению в конденсаторе;

2. – термический кпд цикла Ренкина

; (79)

где i₁ и i₂ тоже, что и в формуле (78)

– энтальпия кипящей воды (конденсата) в конденсаторе, определяется с помощью таблиц водяного пара (2, стр. 324-330; 7, стр.452-454).

3. теоретический удельный расход пара на выработку 1 МДж энергии:

(80)

теоретический удельный расход пара на выработку 1 кВт ^. ч энергии:

(81)

вывод: чтобы увеличить кпд и теоретический расход пара на выработку энергии необходимо увеличивать теплоперепад и уменьшать давление в конденсаторе.

Рисунок 12 - I-S диаграмма водяного пара.

Литература: 2, с.230-242; 5, с.61-67; 7, с. 259-277

Контрольные вопросы:

1. Из каких устройств и агрегатов состоит цикл ПСУ?

2. Опишите принцип работы ПСУ.

3. Какие циклы существуют в ПСУ?

4. Опишите принцип работы цикла Карно ПСУ.

5. Какие имеются недостатки в цикле Карно ПСУ?

6. Опишите принцип работы цикла Ренкина ПСУ.

7. Что такое теплоперепад и как находятся величины, входящие в него?

8. Что такое удельный теоретический расход пара на выработку энергии?

9. Как можно вычислить кпд цикла Ренкина?

Список использованных источников

1. .Теплотехника /Под ред. Матвеева Г.А. М.: Высшая школа, 1981. 480 с.

2. Кириллин В. А. , Сычев В. В. , Шейдлин А. Е. . Техническая термодинамика. М.: Энергоатомиздат, 1983. 416 с.

3. Рабинович О. М. Сборник задач по технической термодинамике. М.: Машиностроение , 1973.376 с.

4. Драганов Б. Х. Теплотехника и применение теплоты в сельском хозяйстве. М.: Агропромиздат , 1990. 463 с.

5. Нащекин В. В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.:

Приложения

Таблица 1 – исходные данные по вариантам к задаче №1.

№	Р1, МПа	Т1, К	Р2, МПа	Т2, К	ε	λ	ρ
Цикл с подводом теплоты при v=const
1	0,085	-	-	750	6,5	1,5	-
2	0,093	285	-	-	8	2,5	-
3	0,09	300	1,8	-	-	2,5	-
4	0,1	-	-	600	7,5	2,5	-
5	0,085	320	-	750	-	1,7	-
6	0,1	-	1,6	650	-	2,2	-
7	0,096	-	-	800	9	1,9	-
8	0,1	293	-	650	-	1,85	-
9	0,106	-	-	700	7,5	2	-
10	0,096	-	-	700	6,2	2,4	-
Цикл с подводом теплоты при Р=const
11	0,1	290	-	-	15	-	2
12	0,095	-	-	850	10	-	1,7
13	0,096	-	-	950	17	-	1,9
14	0,1	300	-	-	15	-	2,1
15	0,095	-	-	900	16	-	1,85
16	0,1	-	-	867	14	-	2,2
17	0,096	360	-	-	16,5	-	1,85
18	0,098	293	-	950	-	-	1,95
19	0,105	-	-	980	15	-	1,85
20	0,1	286	-	-	14	-	1,9
Цикл с подводом смешанным теплоты
21	0,098	323	-	800	-	1,95	2
22	0,095	360	-	800	-	1,9	2,4
23	0,096	300	-	750	-	1,8	2,2
24	0,09	320	-	750	-	1,8	1,8
25	0,095	300	4	-	-	1,8	1,7
26	0,095	300	-	-	2	2,1	1,9
27	0,09	285	-	800	-	2	2
28	0,1	290	4,5	-	-	1,8	1,7
29	0,097	300	4,5	-	-	2,1	1,9
30	0,096	294	-	820	-	1,2	2

Таблица 2 – исходные данные по вариантам к задаче №2.

№		P1,МПа	T1,0k	P2,МПа	T2,0k				
1		2	3	4	5	6	7		8
Цикл с подводом теплоты при постоянном давлении
1		0.1	300	-	-	8	2		-
2		0.1	350	-	-	8.5	1.9		-
3		0.1	280	-	600	-	1.8		-
4		0.1	340	-	550	-	1.7		-
5		0.1	290	1	-	-	1.6		-
6		0.1	320	-	580	-	1.5		-
7		0.1	310	-	-	9	1.4		-
8		0.1	360	0.9	-	-	2		-
9		0.1	370	-	-	9.1	1.9		-
10		0.1	380	-	700	-	1.8		-
11		0.1	390	0.8	-	-	1.7		-
12		0.1	400	-	-	9.5	1.75		-
13		0.1	270	-	800	-	1.5		-
14		0.1	300	0.85	-	-	1.4		-
15		0.1	260	-	900	-	1.3		-
Цикл с подводом теплоты при постоянном объеме.
16	0,1		300	-	-	8	-	1,2
17	0,1		310	1	-	-	-	1,3
18	0,1		320	-	700	-	-	1,4
19	0,1		340	0,95	-	-	-	1,25
20	0,1		330	-	800	-	-	1,35
21	0,1		350	0,85	-	-	-	1,5
22	0,1		370	0,8	-	-	-	1,55
23	0,1		360	-	900	-	-	1,6
24	0,1		370	-	-	9,5	-	1,7
25	0,1		380	-	-	9	-	1,65
26	0,1		390	0,9	-	-	-	1,75
27	0,1		400	-	800	-	-	1,25
28	0,1		345	-	-	10	-	1,35
29	0,1		355	0,95	-		-	1,45
30	0,1		385	-	-	10,5	-	1,55

Таблица 3 – исходные данные по вариантам к задаче №3.

№	P1,МПа	t1,0C	P1, МПа	t1,0С	P2, кПа
1	2	3	4	5	6
1	1.3	250	2.5	500	4
2	1.5	280	3.0	500	4
3	2.0	300	5.0	500	4
4	2.5	325	5.0	550	4
5	3.0	350	6.0	550	4
6	3.5	350	7.0	550	4
7	4.0	350	8.0	560	4
8	4.5	375	9.0	560	4
9	5.0	375	10.0	570	5
10	1.3	400	12.0	570	5
11	1.5	425	13.0	570	5
12	2.0	430	14.0	580	5
13	2.5	440	15.0	580	5
14	3.0	450	20.0	580	5
15	3.5	400	25.0	600	5
16	1.5	250	5.0	500	3
17	2.0	280	5.5	500	3
18	2.3	300	6.0	550	3
19	2.5	325	6.5	550	3
20	2.7	350	7.0	600	3
21	3.0	370	7.5	650	3
22	3.2	380	8.0	580	3
23	3.5	390	8.5	600	4
24	3.7	400	9.0	575	4
25	4.0	400	9.5	575	4
26	4.2	400	10.0	580	4
27	4.5	450	10.5	560	4
28	5.0	450	11.0	580	4
29	5.5	450	12.0	600	4
30	5.5	450	20.0	600	4

24