2 Расчетная часть

2.1 Исходные данные

Паросиловая установка мощностью 5000 кВт работает по циклу Ренкина. Начальные параметры пара p₁ = 4 МПа и температура t₁ = 350C, конечное давление отработанного пара (давление в конденсаторе) − p2 = 3 кПа. Внутренний относительный КПД − = 0,85. Требуется определить: а) параметры пара в характерных точках цикла и изобразить цикл в координатах p-v, T-s, h-s; б) термический КПД; в) удельный и часовой расход пара; г) удельный расход теплоты; д) количество охлаждающей воды, необходимой для конденсации пара в течение часа, если вода при этом нагревается на 10°С.

2.2 Расчет паросиловой установки

Параметры в переходных точках цикла паросиловой установки определим по h-s диаграмме для водяного пара, а также по таблицам и сведём в таблицу.

Сначала определим параметры пара перед тепловым двигателем.

По известным значениям давления и температуры пара перед турбиной положение точки 1 на h-s диаграмме находим на пересечении изобары p₁ = 40 бар и изотермы t₁ = 350С.

После нахождения местоположения точки 1 на h-s диаграмме определяем значения удельной энтальпии, удельной энтропии и удельного объёма.

h₁ = 3088 кДж/кг

s₁ = 6,58 кДж/(кг⋅К)

v₁ = 0,067 м³/кг

В идеальном цикле паросиловой установки (цикле Ренкина) расширение пара в турбине происходит без потерь энергии пара на трение и без теплообмена с внешней средой, т.е. адиабатически.

Так как при адиабатном процессе энтропия рабочего тела остаётся постоянной, то положение на h-s диаграмме точки 2, характеризующее состояние отработанного пара при идеальном его расширении в турбине, определяется на пересечении изобары p₂ = 3 кПа и линии постоянной энтропии s₁ = 6,58 кДж/(кг⋅К).

Определив местоположение точки 2 на h-s диаграмме, находим значения удельной энтальпии и степени сухости пара после его адиабатного расширения в турбине.

h₂ = 1949 кДж/кг

x₂ = 0,758

Значение температуры и удельные объёмы жидкой и парообразной составляющих влажного пара в точке 2 определим из таблицы:

t_s = 25,178

Удельный объём влажного пара рассчитаем по формуле:

Подставим числовые значения:

Температуру влажного насыщенного пара в точке 2 можно определить и на h-s диаграмме следующим образом: из данной точки проводится изобара до пересечения с верхней пограничной кривой и определяется температура сухого насыщенного пара, которая будет равна температуре влажного насыщенного пара и температуре насыщения воды при том же давлении, что и в искомой точке.

При реальном расширении пара в турбине часть располагаемого теплоперепада расходуется на преодоление различных аэродинамических сопротивлений при прохождении пара через проточную часть турбины. Эти потери оцениваются внутренним относительным КПД

Из записанной формулы определим удельную энтальпию пара в точке 2д:

Подставим числовые значения:

Местонахождение на h-s диаграмме точки 2д, характеризующей состояние отработанного пара при реальном его расширении в турбине, определяется на пересечении изобары p₂ и линии постоянной удельной энтальпии h_2д. Найдя точку 2д на h-s диаграмме, определим все параметры пара в этой точке:

Удельный объём в точке 2д рассчитаем по формуле:

Подставим числовые значения:

Конденсация отработанного пара в конденсаторе (процесс 2-3) осуществляется при постоянном давлении; параметры пара в точке 3 определяются из таблицы по давлению в конденсаторе p₂ = 5 кПа для воды в состоянии насыщения.

В результате повышения давления конденсата питательным насосом (процесс 3-4) давление конденсата становится равным котловому давлению p₁ = 40 бар, остальные параметры в этом процессе остаются без изменения, в том числе удельный объём, в силу несжимаемости жидкости.

Последующие процессы осуществляются при постоянном давлении p₁ = 40 бар. В конце процесса 4-5, соответствующего нагреву конденсата до температуры кипения, параметры последнего найдём по таблице.

В конце процесса парообразования (процесс 5-6) пар становится сухим насыщенным, и его параметры так же находим по таблице или диаграмме.

Процесс 6-1 соответствует процессу перегрева пара.

Запишем полученные данные в таблицу 2.1.

Построение цикла в координатах p-v, T-s и h-s производится по найденным значениям соответствующих параметров в крайних точках цикла.

Процессы 1-2 и 1-2д на p-v диаграмме и процесс 6-1 на T-s и h-s диаграммах строятся по промежуточным точкам.

Промежуточные точки выбираются произвольно, параметры в этих точках определяются по h-s диаграмме.

Процесс 1-2д на T-s и h-s диаграммах условно представим как прямолинейный.

Перед построением цикла паросиловой установки на p-v, T-s и h-s диаграммах необходимо провести на этих диаграммах верхнюю и нижнюю пограничные кривые. Данные для построения этих кривых берутся из таблицы. Пограничные кривые строятся по 7-8 промежуточным точкам.

Термический КПД цикла, определяемый как отношение теплоты, полезно использованной в цикле, ко всей теплоте, подведённой к рабочему телу, определяется из выражения:

Подставим числовые значения:

Внутренний абсолютный КПД цикла, определяемый как отношение действительно использованного теплоперепада ко всему теплу, подведённому к рабочему телу, находится из выражения

Подставим числовые значения

Удельный расход пара (расход пара, необходимый для выработки 1 кВт∙ч электроэнергии) определяется по формуле:

Подставим числовые значения

Часовой расход пара определяется равенством

Подставим числовые значения

Удельный расход теплоты (расход теплоты, необходимый для выработки 1 кВт∙ч электороэнергии) определяется по формуле:

Подставим числовые значения:

Количество охлаждающей воды, необходимой для конденсации пара, определяется из уравнения теплового баланса конденсатора

Подставим числовые значения

Таблица 2.1

Таблица результатов

№ точки цикла		p, бар	t, C	T, K	v, м3/кг	h, кДж/кг	s, кДж/(кгК)	x
1		40	350	623	0,067	3088	6,58	Перегретый пар
2		0,03	25,178	298,178	32,57	1949	6,58	0,758
2д		0,03	25,178	298,178		2119,85	7,14	0,823
3 (2)		0,03	25,178	298,178	0,001	105,51	0,3695	0
4		40	25,178	298,178	0,001	105,51	0,3695	0
5		40	250,33	523,33	0,00125	1087,5	2,7967	0
6		40	250,33	523,33	0,04974	2799,4	6,067	1
Процесс 1-2	а	18	245	518	0,1265	2900	6,58	Перегретый пар
	б	3,81	142	415	0,454	2600	6,58	0,938
	в	0,55	85	358	2,37	2300	6,58	0,849
Процесс 1-2д	г	8,0	186	459	0,25	2810	6,75	Перегретый пар
	д	1,63	115	388	1,0	2580	6,88	0,946
	е	0,28	66,6	339,6	5,0	2350	7,00	0,884
ж		40	290	563	0,0591	2933	6,33	Перегретый пар