Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы теплоэнергоснабжения. Практикум
.pdf
№ 4121
« «»
Кафедра энергетики и энергоэффективности горной
промышленности
А.И. Герасимов
А.В. Пичуев
ОСНОВЫ ТЕПЛОЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ
-
2020
УДК 621.311:622
Г37
Рецензент
д-р техн. наук, проф. Д. М. Шпрехер
(Тульский государственный университет)
Герасимов А.И.
Г37 Основы теплоэнергоснабжения : практикум / А.И. Ге-
расимов, А.В. Пичуев. – М. : Изд. Дом НИТУ «МИСиС»,
2020. – 103 с.
В практикуме в виде типовых решений задач представлены методические материалы и индивидуальные задания для практических
занятий, в которых рассматриваются: единицы измерения и основные параметры газообразных веществ; свойства насыщенного и сухого пара; энтальпия и энтропия жидкости и пара; теплота сгорания
газообразного, жидкого и твердого топлива; расход топлива на ТЭЦ;
упрощенные расчеты тепловой нагрузки административных помещений; расчеты калориферных установок для рудников и шахт; расчеты расхода теплоты на горячее водоснабжение.
Для специалистов горных предприятий и студентов высших учебных заведений направления 21.05.04 «Горное дело» профиля «Электрификация и автоматизация горного производства»; направления
13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» профиля «Управление энергетическими ресурсами предприятий».
УДК 621.311:622
А.И. Герасимов,
А.В. Пичуев, 2020
НИТУ «МИСиС», 2020
Содержание
Предисловие ................................................................. 5
1 Давление, масса и объем газообразных веществ ............... 6
1.1 Цель занятия .......................................................... 6
1.2 Теоретические сведения ........................................... 6
1.3 Примеры решений и задачи для самостоятельной
работы......................................................................... 7
1.4 Контрольные вопросы .............................................15
2 Удельный объем и масса водяного пара ......................... 16
2.1 Цель занятия .........................................................16
2.2 Теоретические сведения ..........................................16
2.3 Примеры решений и задачи для самостоятельной
работы........................................................................21
2.4 Контрольные вопросы .............................................25
3 Энтальпия, энтропия жидкости и пара, теплота
парообразования .......................................................... 27
3.1 Цель занятия .........................................................27
3.2 Теоретические сведения ..........................................27
3.3 Примеры решений и задачи для самостоятельной
работы........................................................................28
3.4 Контрольные вопросы .............................................34
4 Теплота сгорания топлива ........................................... 35
4.1 Цель занятия .........................................................35
4.2 Теоретические сведения ..........................................35
4.3 Контрольные вопросы .............................................44
5 Расход топлива котельными агрегатами ....................... 45
5.1 Цель занятия .........................................................45
5.2 Теоретические сведения ..........................................45
5.3 Пример расчета и задачи для самостоятельного
решения .....................................................................46
5.4 Контрольные вопросы .............................................48
6 Упрощенный метод расчета тепловой нагрузки
отопления административного здания ............................ 49
6.1 Цель занятия .........................................................49
6.2 Теоретические сведения ..........................................49
6.3 Пример расчета и задачи для самостоятельного
решения .....................................................................52
3
6.4 Контрольные вопросы .............................................54
7 Выбор калориферных установок для рудников и шахт .... 56
7.1 Цель занятия .........................................................56
7.2 Теоретические сведения ..........................................56
7.3 Пример расчета и задачи для самостоятельного
решения .....................................................................61
7.4 Контрольные вопросы .............................................65
8 Расход тепловой энергии на горячее водоснабжение ....... 66
8.1 Цель занятия .........................................................66
8.2 Методика расчета ...................................................66
8.3 Примеры решений и задачи для самостоятельной
работы........................................................................68
8.4 Контрольные вопросы .............................................71
Библиографический список ........................................... 72
Приложение А ............................................................. 74
Единицы измерения теплоэнергетических величин .......... 74
Приложение Б. Таблицы теплофизических свойств воды
и водного пара [2] ......................................................... 78
Приложение В. Теплотворность топлива ......................... 84
Приложение Г. Тепловая нагрузка административного
здания ........................................................................ 88
Приложение Д. Калориферные установки ....................... 95
Приложение Е. Горячее водоснабжение .......................... 97
4
Предисловие
В пособии представлен материал для восьми
практических занятий. По большинству рассматриваемых
примеров приводятся индивидуальные задания. Целью заданий
является повышение эффективности учебной работы путем
вовлечения студентов и слушателей в творческий процесс
принятия решений. Выполнение индивидуальных заданий
позволяет студентам и слушателям получить умения и навыки,
детально проработать разделы учебной дисциплины, получить
необходимые знания для использования в дальнейшем при
работе по специальности.
Пособие предназначено для специалистов горных
предприятий и студентов высших учебных заведений:
- направления 21.05.04 «Горное дело» профиля
«Электрификация и автоматизация горного производства»;
- направления 13.03.02 «Электроэнергетика и
электротехника» профиля «Управление энергетическими
ресурсами предприятий».
5
1 Давление, масса и объем
газообразных веществ
1.1 Цель занятия
Путем решения задач изучить единицы измерения и
взаимосвязь физических величин (массы, объема, давления,
плотности, силы) для газообразных веществ.
В ходе выполнения варианта заданий необходимо:
- изучить физические величины, используемые при
определении параметров состояния газообразных тел. (таблица
А.1 … А.5);
- записать исходные данные к задаче (давление, массу,
объем);
- выполнить расчеты по предложенной методике.
1.2 Теоретические сведения
Основными параметрами газообразных веществ являются
масса, объем, давление, температура, энтальпия, энтропия. На
первом практическом занятии изучаются три первых параметра
из названных. При определении параметров газообразных
веществ используются единицы измерения системы СИ:
- основные – масса (кг), размеры (м), температура (К);
- производные – давление (Па), сила (Н), температура (°С),
энергия (Дж), мощность (Вт).
Десятичные кратные и дольные единицы образуются с
помощью стандартных множителей, их названия – с помощью
приставок, присоединяемых к наименованию или обозначению
единицы (таблица А1).
Эксплуатационный персонал теплоэнергетических
установок пользуется характеристиками параметров не
только системы СИ, но и системы МКГСС, а также единицами
измерения, применяемыми зарубежными специалистами.
Между основными и производными единицами измерения
систем СИ, МКГСС и зарубежными единицами измерения
существуют определенные соотношения (таблица А.2 … А5).
Рассматриваемые ниже примеры и задачи позволяют изучить
указанные соотношения.
6
1.3 Примеры решений и задачи
G
V
ρ=
для самостоятельной работы
Пример 1.1
Система воздушного пуска сжатым воздухом применяется
для прокручивания коленчатого вала дизельных двигателей.
Пуск крупных дизельных двигателей производится в основном
сжатым воздухом давлением 2,5 … 3,0 МПа.
В пусковом баллоне дизеля емкостью V = 200 л при
постоянной температуре и давлении содержится воздух,
плотность которого ρ = 26,5 кг/м3. Определить массу воздуха Gв,
имеющегося в баллоне.
Решение
1 Масса одного метра кубического (1 м3) вещества
называется плотностью и обозначается греческой буквой ρ (ро).
Плотность равна отношению массы вещества к занимаемому им
объему, т.е.
, кг/м3.
2 Объем сжатого воздуха должен быть выражен в
кубических метрах:
V = 200 л = 0,2 м
3
.
3 Масса воздуха в баллоне
G
= ρV = 26,5 ∙ 0,2 = 5,3 кг.
в
Ответ: G
= 5,3 кг.
в
Задача 1.1
В соответствии исходными данными, приведенными в
таблице 1.1, определить массу воздуха в баллоне.
Таблица 1.1 – Исходные данные (варианты заданий) к задаче 1.1
Показатель
V, л 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190
ρ, кг/м
Показатель
ρ, кг/м
3
V, л 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290
3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
25 26 27 28 29 30 31 32 33 34
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
25 26 27 28 29 30 31 32 33 34
Варианты
Варианты
7
Задача 1.2
22
3,14 3
7,065
44
DSπ⋅
= = =
В соответствии исходными данными, приведенными в
таблице 1.2, определить плотность воздуха в цилиндре.
Таблица 1.2 – Исходные данные (варианты заданий) к задаче 1.2
Показа-
тель
V, л 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
G, кг 0,035 0,045 0,061 0,075 0,089 0,096 0,18 0,25 0,36 0,45
Показа-
тель
V, л 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220
G, кг 0,57 0,75 0,91 1,2 1,4 1,7 1,87 1,95 2,3 2,5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Варианты
Варианты
Пример 1.2
Диаметр барабана парового котла D = 3 м. Найти силу F,
действующую на днище барабана изнутри, если давление пара в
нем р = 980 кПа.
Решение
Искомая сила
F = Sp,
где S – площадь днища барабана котла, м
2
м2;
2
р = 980 кПа = 980 кН/м
.
F = Sp = 7,065 ∙ 980 = 6 923,7 кН ≈ 6,9 МН.
Ответ: F ≈ 6,9 МН.
Задача 1.3
В соответствии с исходными данными, приведенными в
табл. 1.3, найти силу, действующую на крышку цилиндра дизеля.
,
Таблица 1.3 – Исходные данные (варианты заданий) к задаче 1.3
Показа-
тель
D, м 0,2 0,25 0,35 0,45 0,65 0,85 0,95 1,05 1,25 1,45
p, кПа 833,5 863 892,4 931,6 951,2 961 985,6 990,5 1000 1010
Показа-
тель
D, м 1,65 1,85 2,05 2,45 2,65 2,85 3,05 3,25 2,45 2,7
p, кПа 1020 1030 1039 1049 1059 1069 1088 1098 1108 1179
Варианты
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Варианты
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
8
Пример 1.3
22
3,14 0,375
1,1039
44
DSπ⋅
= = =
В цилиндре дизеля при сгорании топлива давление
доходит до 50 ат. Найти силу, действующую при этом на крышку
цилиндра изнутри, если внутренний диаметр цилиндра равен
375 мм.
Решение
м2.
р = 50 ат = 4 903,3 кПа = 4 903,3 кН/м
2
.
F = Sp = 1,1039 ∙ 4903,3 = 5 412,7 кН ≈ 5,4 МН.
Ответ: F ≈ 5,4 МН.
Пример 1.4
Барометр показывает давление 750 мм рт. ст. Выразить
это давление в технических атмосферах, в метрах водяного
столба, в паскалях.
Решение
Искомое давление находится из пропорции: одной
технической атмосфере (1 ат) соответствует давление 735,5 мм
рт. ст., или 10 м вод. ст., р = 98 066,5 Па (табл. А2, А3).
Соотношение показаний барометра:
K = 750 мм рт. ст. / 735,5 мм рт. ст. ≈ 1,02.
Показания давления:
- в технических атмосферах: p = 1 ∙ K = 1 ∙ 1,02 = 1,02 ат;
- в метрах водяного столба: p = 10 ∙ K = 10 ∙ 1,02 = 10,2 м
вод. ст.;
- в паскалях: p = 98 066,5 ∙ K = 98 066,5 ∙ 1,02 = 100 027,83
Па ≈ 100,028 кПа.
Ответ: р = 1,02 ат, р = 10,2 м вод. ст., p = 100,028 кПа.
Задача 1.4
В соответствии с исходными данными, приведенными
в табл. 1.4, выразить давление в технических атмосферах, в
метрах водяного столба, в паскалях.
9
Таблица 1.4 – Исходные данные (варианты заданий) к задаче 1.4
Показатель
Показание
барометра
р, мм рт. ст.
Показатель
Показание
барометра
р, мм рт. ст.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
600 610 620 630 640 650 660 670 680 690
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
700 710 720 730 740 750 760 770 780 790
Варианты
Варианты
Пример 1.5
Перевести в технические атмосферы давления: 0,05 Н/мм2;
1600 Н/м
2
; 0,2 Н/мм2.
Решение
2
1 Па = 1 Н/м
= 10,197 ∙ 10–6 ат; 1 м2 = 1 ∙ 106 мм2.
Давление в технических атмосферах:
p = 10,197 ∙ 10
p = 10,197 ∙ 10
p = 10,197 ∙ 10
–6
∙ 0,05 ∙ 106 ≈ 0,51 ат;
-6
∙ 1600 = 0, 016 ат;
-6
∙ 0,2 ∙ 106 ≈ 2,04 ат.
Ответ: 0,51 ат; 0,016 ат; 2,04 ат.
Задача 1.5
В соответствии с исходными данными, приведенными
в табл. 1.5, перевести в технические атмосферы давления: р1,
Н/мм2; р2, Н/м2; р3, Н/мм2.
Таблица 1.5 – Исходные данные (варианты заданий) к задаче 1.5
Показа-
тель
, Н/мм20,01 0,07 0,08 0,09 0,1 0,15 0,17 0,2 0,25 0,3
р
1
, Н/м22000 2500 2700 3000 3200 3300 3500 3700 3800 4000
р
2
, Н/мм20,1 0,7 0,8 0,9 1,0 1,5 1,7 2,0 2,5 3,0
р
3
Показа-
тель
, Н/мм20,4 0,45 0,47 0,5 0,6 0,65 0,7 0,8 0,85 0,9
р
1
, Н/м24100 4600 4700 5000 5500 6000 6500 6800 7000 8000
р
2
, Н/мм24,0 4,5 4,7 5,0 6,0 6,5 7,0 8,0 8,5 9,0
р
3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Варианты
Варианты
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]