Модуль 1 "Особенности термодинамических процессов установок, использующих нагнетатели и тепловые двигатели"

Лекция 1. Введение в курс «Нагнетатели и тепловые двигатели».

1. Основные определения. Исторический обзор.

2. Место и роль нагнетателей и тепловых двигателей в системах теплоэнергоснабжения промышленных предприятий. Типы коммуникаций в системах промышленной теплоэнергетике.

1. 1. Основные определения.

ОПР: Нагнетателями называются машины, служащие для перемещения жидкостей и газов и повышения их потенциальной и кинетической энергии.

Большинство технологических процессов связано с перемещением потоков жидких и газообразных сред и поэтому нагнетатели имеют широкое применение в промышленности, сельском и коммунальном хозяйстве.

Вопрос: Например, на объектах теплоэнергетики где используются нагнетатели?

Воздух для сжигания топлива подается в топку печи или котла вентилятором. Пылеугольное топливо подается в горелку мельничным вентилятором. Мазут подается к форсунке насосом. Газ к горелке поступает под действием давления, которое создается газовым компрессором или газодувкой. Продукты сгорания удаляются из котла дымососом. Паровые котлы ТЭС, ТЭЦ, районных котельных обслуживаются насосами: сырой воды, питательным, рециркуляционным, конденсатным, подпиточным, сетевой воды. Всё движение горячей воды в системах теплоснабжения также обеспечивается насосами.

В зависимости от вида перемещаемого рабочего тела нагнетатели разделяются на две группы:

1. насосы – машины подающие жидкости (т.е. насосами будем называть машины, предназначенные для перемещения жидкостей и сообщения им энергии; работающий насос превращает механическую энергию, подводимую от двигателя, в потенциальную, кинетическую и тепловую энергию потока жидкости);

2. вентиляторы и компрессоры – машины, подающие воздух и технические газы (вентиляторами называют машины, перемещающие газовые среды при степени повышения давления до 1,15*; компрессорами называют машины с искусственным, обычно водяным, охлаждением, дающие степень повышения давления газа более 1,15).

Некоторые типы нагнетателей имеют специальные названия: дымососы, газодувки, воздуходувки и т.п. В противоположность насосам машины, превращающие гидравлическую энергию потока жидкости в механическую энергию, называют гидравлическими двигателями.

ОПР: Тепловыми двигателями называются машины, преобразующие теплоту в механическую работу.

В настоящее время теплота получается при химических реакциях окисления органических топлив и при ядерных реакциях деления ядерного топлива. Преобразование теплоты в электрическую энергию происходит с промежуточным преобразованием её в механическую работу. Поэтому основная доля вырабатываемой электрической энергии производится на тепловых электростанциях, где теплота используется для вращения роторов мощных турбогенераторов.

По способу превращения теплоты в механическую работу различают следующие типы тепловых двигателей:

1. паровые машины;

2. паровые и газовые турбины;

3. двигатели внутреннего сгорания;

4. реактивные двигатели (турбореактивные и ракетные).

Поршневые паровые машины с выбросом отработавшего пара в атмосферу, применяемые ранее в паровозах, пароходах, заменены в настоящее время более экономичными силовыми установками.

В электроэнергетике основным типом теплового двигателя является паровая турбина, являясь приводом электрогенераторов переменного тока. Паровая турбина является двигателем, в котором внутренняя энергия пара превращается в кинетическую, а кинетическая энергия преобразуется в механическую энергию вращения ротора. Ротор турбины непосредственно соединен с ротором электрического генератора.

Газовая турбина по принципу действия аналогична паровой турбине. В качестве рабочего тела используют обычно продукты сгорания топлива в смеси с воздухом. Как самостоятельные силовые агрегаты газовые турбины применяются не только в энергетике, но и на транспорте, например, турбореактивные авиационные двигатели.

Двигатели внутреннего сгорания применяются в тех случаях, когда требуются компактные и мобильные силовые установки малой и средней мощности (до 10 МВт). В ДВС рабочим телом являются газообразные продукты сгорания. Процесс преобразования теплоты в механическую работу проходит при высокой разности термодинамических потенциалов газов – при горении и в конце расширения. Это определяет получение в ДВС наибольшего КПД среди других тепловых двигателей.

Реактивные двигатели с газовыми турбинами, позволяющие получать большие скорости истечения для струи газов, широко применяются в авиации, а в ракетостроении применяются реактивные бестурбинные ракетные двигатели.