Курсовая по Технической термодинамике. Курсовая Техническая термодинамика. 3. Заключение 12 Список использованной литературы 13
 Скачать 1.25 Mb.
|
   Содержание 1. Введение 3 2. Глава 1. Расчет паросиловой установки 7 3. Заключение 12 4. Список использованной литературы 13 5. ПРИЛОЖЕНИЕ А 15 6. ПРИЛОЖЕНИЕ Б, В 16 1.Введение В паросиловых установках (ПСУ) рабочим телом является пар, обычно водяной, который образуется при нагревании жидкости в паровом котле, установленном в топке. Теплота сжигаемого в топке топлива передается рабочему телу путем теплопередачи через стенки котла. Процесс расширения пара может осуществляться либо в цилиндре поршневой машины, либо, что чаще, в паровой турбине. Процессы термодинамических циклов будем рассматривать в их связи с элементами паросиловой установки, в которой протекают реальные процессы. При этом будем считать, что расширение пара происходит в турбине, имея в виду, что вместо нее может быть и поршневая машина Цикл Ренкина:  Рис. 1 Графики процессов на p-v и T-s диаграммах В цикле Ренкина процесс парообразования z’z и расширения пара в турбине zb протекают так же, как в цикле Карно. В процессе ba отвода теплоты в конденсаторе пар полностью конденсируется и образуется вода с давлением и температурой ниже, чем в паровом котле. Образовавшаяся вода подается питательным насосом под давлением в котел (процесс ac). На выходе из насоса температура воды остается практически неизменной, ниже температуры кипения при давлении pc = pz. В цикле Ренкина добавляется еще один процесс − изобарный процесс cz’ дополнительного подвода теплоты q1 для нагревания питательной воды до темпера- туры Tz. В цикле Ренкина увеличивается количество теплоты q1, необходимое для обращения 1 кг воды в сухой насыщенный пар, оно равно сумме количества теплоты q1’, подводимой в изобарном процессе для нагревания питательной воды и повышения ее температуры от Tc до температуры кипения Tz’, и теплоты q1’’, В цикле Ренкина увеличивается количество теплоты q1, необходимое для обращения 1 кг воды в сухой насыщенный пар, оно равно сумме количества теплоты q1’, подводимой в изобарном процессе для нагревания питательной воды и повышения ее температуры от Tc до температуры кипения Tz’, и теплоты q1’’, температура ниже температуры критической точки воды, равной 374,15°С, тогда как современные конструкционные материалы обеспечивают работоспособность паровых турбин при температуре 550…650°’С. Практическое применение получил цикл Ренкина с перегретым паром.  Рис. 2 Схема паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина с перегревом пара: КА− котлоагрегат; ПК − паровой котѐл; ПТ − паровая турбина; НП − питательный насос; Э − экономайзер; ПП − пароперегреватель; К – конденсатор. Рис. 3 Графики процессов на p-v , T-s и h-s диаграммах Этот цикл отличается дополнительным изобарным процессом перегрева пара.  где q1’ − теплота, подводимая в экономайзере (изобарный процесс cz’ ); q1’’ = r − теплота парообразования, подводимая в паровом котле ПК для образования сухого насыщенного пара (изобарно-изо- термический процесс ( z’z ’’); q1’’’ − теплота, подводимая в трубчатом пароперегревателе ПП для перегрева. При максимальном давлении цикла больше критического (pc > pк = 22,1 МПа) питательная вода в экономайзере, минуя двухфазное состояние влажного пара, сразу переходит в состояние перегретого пара, последующий перегрев которого происходит в пароперегревателе. В этом случае котлоагрегат не имеет парового котла и теплота парообразования, подводимая в паровом котле ПК для образования сухого насыщенного пара равна нулю: 𝑞1 ′′ = 𝑟 = 0 Перегретый пар расширяется в паровой турбине ПТ (обычно многоступенчатой осевой), совершая техническую работу lтехн (адиабатный процесс zb). Затем пар полностью конденсируется при отводе теплоты q2 в конденсаторе К (изобарно изотермический процесс ba). Образовавшаяся вода питательным насосом НП подается под давлением в экономайзер Э (процесс ac). Термический КПД цикла Ренкина определяется по выражению:  Так как изобара pc=const и нижняя пограничная кривая (НПК) расположены очень близко, то обычно площадью acz’a пренебрегают и принимают точки a и c как единую точку, а процесс подвода теплоты q1’, происходящим по нижней пограничной кривой. Пути повышения экономичности цикла Ренкина: Увеличение максимальной температуры цикла Tz при неизменных pz и pb.  Повышение давления pz при неизменных Tz и pb  Это приводит к увеличению КПД цикла, но повышается степень влажности в последних ступенях турбины. Глава 1. Расчет паросиловой установки Вариант 60 Паросиловая установка мощностью N=1500 кВт работает по циклу Ренкина. Начальные параметры пара p1= 4 МПа=40 бар и температура t =450 °С, конечное давление отработанного пара (давление в конденсаторе) – p2= 12 кПА (0,12 бар). Внутренний относительный КПД −  =0,81 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.РЕШЕНИЕ: Параметры в переходных точках цикла паросиловой установки определим по h-s диаграмме для водяного пара, а также по таблицам и сведем 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=450 С. После нахождения местоположения точки 1 на h-s диаграмме определяем значение удельной энтальпии, удельной энтропии и удельного объема. 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 остается постоянной, то положение на h-s диаграмме точки 2, характеризующее состояние отработанного пара при идеальном его расширении в турбине, определяется на пересечении изобары p2=12 кПа и линии постоянной энтропии s1=6,94 кДж/(кг*К) Определив местоположение точки 2 на h-s диаграмме, находим значения удельной энтальпии, степени сухости пара и удельного объема после его адиабатного расширения. Значение температуры жидкой и парообразной составляющих влажного пара в точке 2 определяем из таблицы. Удельный объем влажного пара рассчитываем 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 пересе- чения с верхней пограничной кривой и определяется температура сухого насыщен-ного пара, которая будет равна температуре насыщения воды при том же дав- лении, 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   Местоположение на h-s диаграмме точки 2d, характеризующей состояние отработанного пара при реальном его расширении в турбине, определяется на пересечении изобары p2 и линии постоянной удельной энтальпии h2d. Найдя точку 2d, определяем все параметры пара в этой точке. Удельный объем в точке 2d 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=12 кПа для воды в состоянии насыщения. В результате повышения давления конденсата питательным насосом (пресс 3-4) давление конденсата становится равным котловому давлению p1=40 бар, остальные па раметры в этом процессе остаются без изменения, в том числе удельный объем, в силу не сжимаемости жидкости. Последующие процессы осуществляются при постоянном давлении p1=40 бар. В конце процесса 4-5, соответствующего нагреву конденсата до температуры кипения, параметры последнего найдем 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 при постоянном давлении. Построение цикла в координатах p-v, T-s, h-s производится по найденным значе ниям соответствующих параметров в крайних точках цикла. Процессы 1-2 и 1-2d на p-диаграмме и процесс 6-1 на, T-s, h-s диаграммах строятся по промежуточным точкам. Промежуточные точки выбираются произвольно, параметры в этих точках определяются по h-s диаграмме. Поставив точку В на h-s диаграмме, определяем все параметры пара в этой точке. Удельный объем в точке В рассчитаем по формуле:  Подставим числовые значения: 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, подведенной к рабочему телу, определяется из выражения:   =0,356Внутренний абсолютный КПД цикла, определяемый как отношение действительно использованного теплоперепада ко всему теплу, подведенному к рабочему телу, находится из выражения:   =0,288Удельный расход пара (расход пара, необходимый для выработки 1кВт∙ч электороэнергии) определяется по формуле  ,   Часовой расход пара определяется равенством: D=N  d,кг/чD=1500 3,99=5985 кг/чУдельный расход теплоты (расход теплоты, необходимый для выработки 1кВт∙ч электороэнергии) определяется по формуле: 𝑞 = 𝑑 (ℎ1 − ℎ2’), кДж/кВт · ч𝑞 = 3,99 ( ) =12502 (кДж/кВт · ч)Количество охлаждающей воды, необходимой для конденсации пара, определяется из уравнения теплового баланса конденсатора:   Заключение В ходе выполнения курсовой работы, мы определили: а) параметры пара в характерных точках цикла и изобразили цикл в координатах p-v, T-s, h-s (Рис 6,7,8); б) термический КПД, равный  =0,356в) удельный и часовой расход пара,  ;г) удельный расход теплоты, q = 12502 (кДж/кВт · ч); д) количество охлаждающей воды, необходимой для конденсации пара в течение часа, если вода при этом нагревается на 10°С,  Список использованной литературы: 1. Теплотехника: учебник / М. Г. Шатров [и др.]; ред. М. Г. Шатров. - 3-е изд., стер. - М. : Академия, 2013. - 288 с. 2. Кудинов, В. А. Техническая термодинамика и теплопередача : учебник для академического бакалавриата / В. А. Кудинов, Э. М. Карташов, Е. В. Стефанюк. — 4-е изд., пер. и доп. — М. : Издательство Юрайт, 2018. — 454 с. — (Серия : Бакалавр. Академический курс). — ISBN 978-5-534-06669-2. — Режим доступа : www.biblio-online.ru/book/02A9966D-F014-4E7B-A312-2650C7055D3F. 3. Белов, Г. В. Термодинамика в 2 ч. Часть 1: учебник и практикум для академического бакалавриата / Г. В. Белов. — 3-е изд., испр. и доп. — М.: Издательство Юрайт, 2018. — 264 с. — (Серия: Бакалавр. Академический курс). — ISBN 978-5-534-05093-6. — Режим доступа : www.biblio-online.ru/book/2E7231EE-A291-461D-876C-02EF3A8CCEBC. 4. Белов, Г. В. Термодинамика в 2 ч. Часть 2: учебник и практикум для академического бакалавриата / Г. В. Белов. — 3-е изд., испр. и доп. — М.: Издательство Юрайт, 2018. — 248 с. — (Серия: Бакалавр. Академический курс). — ISBN 978-5-534-05094-3. — Режим доступа : www.biblio-online.ru/book/60B89B1A-294F-438C-A343-07469F39205F. 5. Ерофеев, В. Л. Теплотехника в 2 т. Том 1. Термодинамика и теория теплообмена: учебник для бакалавриата и магистратуры / В. Л. Ерофеев, А. С. Пряхин, П. Д. Семенов; под ред. В. Л. Ерофеева, А. С. Пряхина. — М.: Издательство Юрайт, 2018. — 308 с. — (Серия: Бакалавр и магистр. Академический курс). — ISBN 978-5-534-01738-0. — Режим доступа : www.biblio-online.ru/book/E0E1338F-8EAF-430A-B206-A8A45F61C0AC. 6. Ерофеев, В. Л. Теплотехника в 2 т. Том 2. Энергетическое использование теплоты: учебник для бакалавриата и магистратуры / В. Л. Ерофеев, А. С. Пряхин, П. Д. Семенов; под ред. В. Л. Ерофеева, А. С. Пряхина. — М.: Издательство Юрайт, 2018. — 198 с. — (Серия: Бакалавр и магистр. Академический курс). — ISBN 978-5-534-01850-9. — Режим доступа : www.biblio-online.ru/book/652E53CB-3354-457F-B579-D52E501F0529. 7. Теплотехника. Практикум: учебное пособие для бакалавриата и магистратуры / В. Л. Ерофеев [и др.] ; под ред. В. Л. Ерофеева, А. С. Пряхина. — М.: Издательство Юрайт, 2018. — 395 с. — (Серия: Бакалавр и магистр. Академический курс). — ISBN 978-5-9916-6992-4. — Режим доступа : www.biblio-online.ru/book/80112FD1-B0F6-4973-B2D8-D46B3E6C9BD1. 8. Белов, Г. В. Техническая термодинамика: учебное пособие для академического бакалавриата / Г. В. Белов. — 2-е изд., испр. и доп. — М.: Издательство Юрайт, 2018. — 252 с. — (Серия: Бакалавр. Академический курс. Модуль.). — ISBN 978-5-534-05091-2. — Режим доступа : www.biblio-online.ru/book/D297AE1A-E07F-49BD-A92B-43B1F253A09F. Приложение А  Диаграмма h-s Приложение Б
Таблица для построения верхней и нижней пограничных кривых. Приложение В  График процессов в p-v координатах  График процессов на T-S диаграмме  График процессов на h-s диаграмме
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
