Истечение паров

Получение ранее формулы полной работы справедливы лишь для идеального газа с постоянной теплоемкостью скорость истечения паров. Скорость истечения паров определяют с помощью iS- диаграмм или таблиц.

При адиабатном расширении работа пара определяется по формуле:

Ln= i1-i2

Ln - удельная работа.

i1-i2 - энтальпия пара на выходе из сопла.

Скорость и течение пара определяется:

,

С2g= С2,

где =0,930,98; i1-i2=h – теплоперепад l=h;

1-2g-действительный процесс расширения пара (политропный)

hg= i1-i2g - действительный теплоперепад.

В действительности процесс истечения пара из сопла не является адиабатным. Из-за трения потока пара о стенки сопла, без возвратно теряется часть его энергии. Действительный процесс протекает по линии 1-2g-поэтому действительный теплоперепад меньше теоретического в результате чего действительная скорость истечения пара несколько меньше теоретической.

Дросселирования газов и паров.

Р1Р2 , С1С2.

Где F1 F2- сечение трубопровода.

p1,c1,i1- параметры потока на входе.

p2,c2,i2- параметры потока на выходе.

Если в трубопроводе есть сужение (не полностью закрытый кран, задвижка, заслонка), то за сужением давление газа или пара понижается.

Явление понижения давления при прохождении потока через сужения называется дросселированием. В сужении аппарата скорость возрастает от С1 до С2,а давление понижается, затем скорость почти полностью восстанавливается, а давление восстанавливается частями, то, есть возникают потери энергии на вихреобразовании.

Уравнение первого закона термодинамики для потока газа или пара:

,

,

В результате дросселирования давление понижается, а энтальпия газа или пара не изменяется.

В результате дросселирования температура газа или пара снижается, то есть происходит потери энергии за счет трения и теплообмена. Это явление называют дроссельным эффектом Джоуля-Томсона.

Р1Р2 , t1t2/

Дросселированием влажного пара можно повысить его степень сухости, в тепловых машинах дросселирование применяется для регулирования мощности.

Паротурбинная установка.

Простейшая паротурбинная установка.

Г- генератор.

1- паровой котел.

2- пароперегреватель.

3- паровая турбина.

4- конденсатор.

5- питательный насос.

Установки находят широкое применение в теплоэнергетике народного хозяйства. Рабочее тело- водяной пар.

Цикл паротурбинных установок. Цикл Ренкин.

Данный цикл был разработан шотландским инженером Ренкиным.

Работа цикла заключается в следующем. В паровой котел при подводе теплоты q осуществляется процесс парообразования (pV- диаграмма 4-5). Затем пар поступает в паронагреватель, где доводится до определенной температуры (6-1).

Перегретый пар по паропроводу направляется в паровую турбину, где расширяясь, адиабатно, совершает работу (1-2), вращая колесо турбины.

Отработавший в турбине пар поступает в конденсатор, где отдает не превращенную в работу теплоту охлаждающей воде. Здесь пар конденсируется (2-3), а затем с помощью питательного насоса сжимается для нового цикла (3-4).

Процесс 4-5-6-1 является процессом получения рабочего пара в котле – агрегате и пароперегревателе. Адиабатное расширение в турбине (1-2) связано с производством внешней работы, цикл завершается на процессе конденсации пара (2-3) в конденсаторе.

Количество теплоты, необходимой для перевода 1 кг сухого насыщенного пара в перегретый при постоянном давлении называется тепловой перегрев.

;

Где Ср - истинная массовая теплоемкость перегретого пара при р=const.

Термический КПД цикла Ренкина определяется по выражению:

,

q₁- теплота, сообщаемая в процессе парообразования на участке 4-5-6-1 при p=const.

q₂- теплота, отдаваемая паром в конденсаторе (2-3) p=const.

В свою очередь q₁ = h₁ – h₂`,

где h1-энтальпия пара поступающего в турбину.

h₂`- энтальпия конденсатора (жидкости).

Теплота, отдаваемая пару в конденсаторе (2-3) при р=const.

q₂=i₂-i₁,

где i₂- энтальпия пара после выхода из турбины.

Формула КПД имеет вид:

Удельный расход пара (d0) для получения 1 кВт/час определяется по формуле: d0=860/(h1-h2),

Наиболее удобно для определения цикла и термического КПД пользоваться is-диаграммой.

Р1Р2,

q1= i3-i1?

Q2-i4-i1

ln=i3-i4.

т=(i3-i4)/(i3-i1)

Способы повышения КПД.

а)Схема паротурбинной установки с промежуточным перегревом пара.

1. котел.

2. Первичный перегреватель.

3. Промежуточный (вторичный) перегреватель.

4. Первые ступени турбины.

5. Остальные ступени.

6. Генератор электрического тока.

7. Конденсатор.

8. Насос (электрический).

В котле1 образуется насыщенный пар, который перегревается в первичном перегревателе 2, перегретый пар поступает в турбину, где частично расширяется, производя работу в первых её ступенях 4.Отработывший частично пар направляется в промежуточный (вторичный) перегреватель 3, откуда после перегрева возвращается в турбину и расширяется в остальных ступенях 5. Отработавший пар поступает в конденсатор 7, где конденсируется. Конденсатор насосом 8 перекачивается в котел. Вал турбины соединяется с валом генератора электрического тока 6.

Применение пара высокого начального давления, хотя не повышает КПД, но при этом увеличивается влажность пара, это вызывает усиленный износ лопаток последних ступеней турбины. Для устранения этого недостатка, а также повышения КПД применяют промежуточный перегрев пара. С этой целью пар после частичного расширения в первых ступенях турбины отводится и направляется в пароперегреватель промежуточного контура перегрева, где он нагревается до температуры свежего пара, или несколько ниже её, и после этого направляется на последние ступени турбины.

Применение промежуточного перегрева не только исключает работу турбины в области недопустимой влажности, но и повышает на 3-6 % термический КПД цикла паротурбинной установки, в следствие повышения средней температуры подвода тепла. Введение еще одного промежуточного перегрева, т.е. двукратный промежуточный перегрев, еще больше повышает экономичность, возможны различные схемы промежуточного перегрева.