1. Термодинамические циклы паротурбинных установок

1.1. Паротурбинная установка, работающая по циклу Ренкина

Задача

Паротурбинная установка работает по циклу Ренкина при начальных параметрах пара р₁=60 бар и t₁= 600 ⁰С. Давление пара в конденсаторе р₂=0,004 МПа.

Определить параметры рабочего тела в характерных точках цикла, термический КПД, удельные расходы пара, теплоты и топлива, а также мощность установки, если часовой расход пара составляет 950 кг/час.

Сделать вывод об условиях работы последних ступеней паровой турбины. Изобразить цикл на энтропийных и p,v диаграммах. Задачу решить с помощью h,s диаграммы и уточнить по таблицам.

Решение задачи с помощью h,s диаграммы.

Результаты определений и расчетов по мере их получения сводим в таблицу 1:

Точка 1

Точка 1 находится в области перегретого пара. На пересечении изобары (черная линия) p₁ = 6,0 МПа и изотермы (красная линия) t₁ = 600 ⁰С на h,s диаграмме (рис.1) находится искомая точка 1.

Устанавливаем что масштаб по оси :

энтропия – s₁ = 7,18 ;

энтальпия – h₁= 3660;

удельный объем – v₁=0,065 .

Таблица 1

Параметры рабочего тела (воды и водяного пара) в характерных точках теоретического цикла Ренкина, определенные по h,s диаграмме.

Точка	Р, МПа	t, 0C	v,	h,	s,	x	Примечание
1	6,0	600	0,065	3660	7,18	-	перегретый пар
2	0,004	28	29	2130	7,18	0,83	влажный пар
3	0,004	28		117,31		0	насыщенная жидкость
4	6,0			123,31		-	обычная жидкость
5	6,0	275		1152,25		0	насыщенная жидкость
6	6,0	275	0,03	2780	5,89	1	насыщенный пар

Отсутствующие в таблице свойства (пустые клетки) не могут быть определены с помощью h,s диаграммы.

Точка 2

Из условия р₂= 0,004 МПа и s₂ = s₁=7,18 устанавливаем, что точка 2 находится в области влажного пара на пересечении изобары р₂=0,004 МПа и изоэнтропы s₂ = 7,18 , тогда значения:

энтальпии – h₂ = 2130

степени сухости – х₂ = 0,83

Точка 3

Точка 2 находится в состоянии кипящей (насыщенной) жидкости при

р₃ = р₂ = 0,004 МПа.

Энтальпия в этой точке при исследовании цикла с помощью h,s диаграммы рассчитывается по формуле:

,

Где температура насыщения (кипения) t_s определяется в точке пересечения изобары р₃ = р₂ = 0,004 МПа с правой пограничной кривой (х =1): исходящая из этой точки изотерма (красная линия) и есть искомая t_s.

Теоретический КПД цикла Ренкина без учёта работы насоса:

Теоретический расход пара на турбину:

Теоретический удельный расход теплоты:

Теоретический удельный расход топлива:

где - низшая теплотворная способность топлива;

Для топлив, используемых в ПТУ, принимается равной 40000

Теоретическая мощность:

1 – паровой котел; 2 – первичный перегреватель; 3 – паровая турбина; 4 – конденсатор; 5 – конденсатно-питательный насос; 6 – редуктор; 7 – гребной винт

Рис.1. Принципиальная схема и термодинамический цикл паротурбинной установки в p,v; T,s и h,s координатах, работающей по теоретическому циклу Ренкина.

Решение задачи с помощью таблиц воды и водяного пара.

Результаты определений и расчетов по мере их получения сводим в таблицу 2:

Точка 1. Находится

Таблица 2

Параметры рабочего тела (воды и водяного пара) в характерных точках теоретического цикла Ренкина, определенные по таблицам воды и водяного пара

Точка	Р, бар	t, 0C	v,	H,	s,	x	Примечание
1	60	600	0,06521	3657,2	7,1673	-	перегретый пар
2	0,04	28,981	29,151	2159,03	7,1673	0,83	влажный пар
3	0,04	28,981	0,001004	121,41	0,4224	0	насыщенная жидкость
4	60	29,12	0,00100137	127,44	0,4224	-	обычная жидкость
5	60	275,56	0,0013187	1213,9	3,0277	0	насыщенная жидкость
6	60	275,56	0,03241	2783,3	5,8878	1	насыщенный пар

Для влажного пара справедливо тождество

(1).

Тогда

Точка 2

Удельный объем рассчитываем из аддитивного тождества (1)

или по приближенной формуле

Энтальпия рассчитывается из аддитивного тождества (1)

или из соотношения

Точка 4

Давление – р₄ = 60 бар

энтропия – s₄ =s₃ = 0,4224

Тогда коэффициент интерполяции

Определив , рассчитываем

• энтальпию –

• удельный объем – – температуру –

Работа насоса рассчитывается из соотношения

КПД паротурбинной установки с учетом работы насоса

Теоретический расход пара на турбину:

Теоретический удельный расход теплоты:

Теоретический удельный расход топлива:

Теоретическая мощность:

,

где кДж/кг — удельная работа цикла.

Из выполненного расчета следует, что степень сухости пара на выходе из турбины равна 83%, то есть влажность пара составляет 17 %. Из опыта эксплуатации ПТУ известно, что влажность пара не должна превышать 14 %, иначе будет интенсивное механическое разрушение (эрозия) лопаток последних ступеней турбины. Для исключения этого вводять промежуточный перегрев пара. Такой вариант установки рассматривается в следующей задаче этой темы.