Задача №3

Показать сравнительным расчетом целесообразность применения пара высоких начальных параметров и низкого конечного давления на примере паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина, определив располагаемый теплоперепад, термический КПД цикла и удельный расход пара для двух различных значений начальных и конечных параметров пара. Указать конечное значение степени сухости (при давлении).

Решение:

1. Термический КПД цикла Ренкина выражается формулой:

,

где – энтальпия перегретого пара,;

– энтальпия пара в конце расширения,;

– энтальпия конденсата, определяется выражением:

,

где – теплоемкость конденсата;

– температура конденсата при давлении.

2. Величину называют располагаемым теплоперепадом, за счет которого производится полезная работа в цикле Ренкина. Величинаотражает количество теплоты, затраченной в цикле.

Для определения значения энтальпии , находим на диаграммеводяного пара изобаруи изотерму. Пересечение этих линий образует точку 1, которая соответствует состоянию перегретого пара. По этой точке на оси ординат определяем величину.

3. Так как в цикле Ренкина процесс расширения пара осуществляется по адиабате (изоэнтропийно), то на диаграмме он изображается вертикальной линией 1-2. В свою очередь, при пересечении адиабаты расширения, проведенной из точки 1, с изобаройполучаем точку 2, соответствующую состоянию пара в конце расширения. По этой точке на оси ординат определяем величину энтальпии.

4. После этого отработавший пар конденсируется при неизменном давлении и соответствующей этому давлению температуре. Так как в области влажного насыщенного пара изотермы и изобары совпадают, то для определения температуры отработанного пара из точки 2 диаграммы движемся по изобаре до пограничной линии. При степени сухости(точка 3) изотерма отклоняется вправо от изобары. Эта изотерма соответствует значению.

Линия постоянной степени сухости, проходящая через точку 2, соответствует величине .

По заданным значениям параметров из диаграммы следует:

I вариант	II вариант

5. Схема графического решения задачи по диаграмме водяного пара.

6. Схема простейшей паросиловой установки.

Краткое описание паросиловой установки:

В паровом котле паросиловой установки 1 за счет подвода теплоты , получаемой за счет сгорания топлива в топке, образуется пар при постоянном давлении. В пароперегревателе 2 он дополнительно нагревается и переходит в состояние перегретого пара.Из пароперегревателя пар поступает в паровой двигатель 3 (например, в паровую турбину), где полностью или частично расширяется до давления с получением полезной работы . Отработанный пар направляется в холодильник-конденсатор 4, где он полностью или частично конденсируется при постоянном давлении . Конденсация пара происходит в результате теплообмена между отработавшим паром и охлаждающей жидкостью, протекающей через холодильник-конденсатор 4.

После холодильника сконденсированный пар поступает на вход насоса 5, в котором давление жидкости повышается с величины до первоначального значения после чего жидкость поступает в паровой котел 1. Цикл установки замыкается. Если в холодильнике 4 происходит частичная конденсация отработавшего пара, то в паросиловой установке вместо насоса 5 используется компрессор, где давление пароводяной смеси также повышается с до . Однако для того, чтобы уменьшить работу на сжатие, целесообразно полностью сконденсировать пар в конденсаторе и затем сжимать не пароводяную смесь, а выходящую из конденсатора воду. Описанный цикл паросиловой установки называется циклом Ренкина.

7. Цикл Ренкина в координатах и.

Цикл Ренкина состоит из изобары (4-1), где подводится теплота в нагревателе, адиабаты (1-2) расширения пара в паровой турбине, изобары (2-3) отвода теплоты в холодильнике-конденсаторе и изохоры (3-4) повышения давления воды в насосе. Линия (4-а) на изобаре соответствует процессу повышения температуры жидкости после насоса до температуры кипения при давлении . Участок (a-b) соответствует превращению кипящей жидкости в сухой насыщенный пар, а участок (b-1) – процессу подвода теплоты в пароперегревателе для превращения сухого насыщенного пара в перегретый.