Ответы на билеты термодинамика. билеты. Расход пара в конденсатор уменьшается и кпд установки увеличивается
 Скачать 129.37 Kb.
|
|
80. Регенеративный подогрев питательной воды применяется в настоящее время на всех паротурбинных установках. Это объясняется тем, что такой подогрев существенно повышает тепловую и общую экономичность установок. В схемах с регенеративным подогревом потоки пара, отводимые из турбины в регенеративные подогреватели, совершают работу без потерь в холодном источнике. При этом для одной и той же электрической мощности турбогенератора Nэрасход пара в конденсатор уменьшается и КПД установки увеличивается. Количество пара, отбираемого из отборов, зависит, прежде всего от температуры, до которой может быть подогрет конденсат турбины. Чем выше параметры пара перед турбиной, тем больше интервал температур, на который может быть осуществлен подогрев конденсата, и больше эффект от применения схемы с регенеративным подогревом. Регенеративные подогреватели могут быть смешивающего и поверхностною типов. В подогревателях смешивающего типа теплопередача от пара к жидкости осуществляется в процессе барботажа и конденсации пара непосредственно на струях и каплях воды. Питательная вода при этом может быть нагрета до температуры насыщения греющего пара, поступающего из отбора турбины. Подогреватели поверхностного типа бывают с охладителями перегретого пара и без него. 81. Чтобы объединить достоинства различных рабочих тел и компенсировать их недостатки, в свое время была предложена идея бинарного цикла. Бинарный цикл состоит из двух частей: высокотемпературной и низкотемпературной. В каждой части цикла используется свое рабочее тело. В качестве примера можно привести ртутно-водяной бинарный цикл. Принцип работы установки достаточно прост. В котле ртуть нагревается, затем пары ртути поступают в ртутную турбину, где, расширяясь, совершают работу. Далее ртутный пар поступает в конденсатор-испаритель, где пары ртути конденсируются, охлаждаясь. Затем ртуть с помощью насоса подается в котел и ртутный цикл замыкается. Конденсатор-испаритель представляет собой поверхностный теплообменник, в котором ртутный пар отдает тепло другому теплоносителю — воде. За счет этой теплоты вода нагревается и испаряется. 82. Если сравнивать произвольный цикл, вписанный в цикл Карно, то площадь вписанного цикла меньше, чем площадь цикла Карно. Отношение из этих площадей называют коэффициентом заполнения цикла. Чем больше коэффициент заполнения, тем ближе приближаются к наиболее эффективному преобразованию теплоты в работу. Оценивая совершенство какого-либо цикла путем сравнения его с циклом Карно, удобно пользоваться коэффициентом заполнения. Эта величина представляет собой отношение площади рассматриваемого цикла в Ts-диаграмме к площади соответствующего ему цикла Карно. Например, газовый цикл 1-2-3-4-1 (рис. 12.1) характеризуется коэффициентом заполнения Нетрудно видеть, что коэффициент заполнения фактически представляет собой относительный термический к. п. д. цикла, т.е. отношение термического к. п. д. рассматриваемого цикла к термическому к. п. д. соответствующего цикла Карно. Если же вместо неконденсирующегося газа в качестве рабочего тела использовать влажный пар какого-либо вещества, то в принципе становится возможным доведение коэффициента заполнения цикла до единицы (т.е. осуществление цикла Карно), ибо в области влажного пара легко осуществимые изобарные процессы одновременно являются процессами изотермическими. 83. Как уже отмечалось, бинарные циклы позволяют увеличить среднюю температуру подвода теплоты и уменьшить среднюю температуру отвода теплоты, что приводит к увеличению тепловой эффективности комбинированного цикла, состоящего из двух контуров: с ртутной турбиной РТ и с паровой турбиной ПР (рис. 10.10, а).  Рис. 10.10 Использование ртути в качестве рабочего тела в верхней части цикла позволяет при относительно небольших давлениях в контуре иметь высокую начальную температуру перед турбиной (точка 1 на рис. 10.10, б), аследовательно, и высокую среднюю температуру подвода теплоты Т4А. Так, при температуре 550 °С давление насыщения ртути составляет всего лишь 1,4 МПа. Отметим, что у водяного пара при критической температуре 374 °С критическое давление равно 22,4 МПа. Применение же ртути в нижней части цикла нерационально из-за слишком низкого давления паров — при t= 30 °С давление насыщенияps = 0,36 Па. Поддержание в конденсаторе столь низкого давления представляет значительные технические трудности: такая система должна иметь высокую герметичность и мощную компрессорную установку для откачки из конденсатора в атмосферу посторонних газов. Поэтому в нижней части цикла используют воду (при t = 30 °С давление ps = 4 кПа). В этом случае для удаления воздуха из конденсатора достаточно использовать паровой эжектор. Отметим, что в ртутном контуре нет необходимости перегревать пар перед турбиной, так как у ртути левая и правая пограничные кривые близки к вертикалям и пар в конце расширения в турбине (точка 2) имеет высокую степень сухости. 84. Цикл ГТУ с подводом теплоты при v = const (цикл Гемфри) В газотурбинной установке, работающей по этому циклу, процесс сгорания происходит в замкнутом объеме камеры. В ГТУ со сгоранием при v = const (рис. 9.22) компрессор 1, приводимый во вращение турбиной 6, подает сжатый воздух в камеру сгорания 4 через управляемый клапан 7. Второй клапан 5 находится в конце камеры сгорания и предназначен для выхода продуктов сгорания на турбину. Топливо в камеру сгорания подается насосом 2, находящимся на валу турбины, через форсунку. Подача топлива должна осуществляться периодически топливным клапаном 3. В камере сгорания при закрытых клапанах 7 и 5 происходит процесс горения топлива в постоянном объеме.  Рис. 9. 22. Схема ГТУ со сгоранием при v=const Приувеличении давления клапан 5 открывается, и продукты сгорания поступают в сопловой аппарат и на лопатки турбины 6. При прохождении через лопатки турбины газ совершает работу и выбрасывается в окружающую среду. Цикл этой установки (рис. 9.23) состоит из адиабатного сжатия в компрессоре (а–с); подвода теплоты при v = const (c–z); адиабатного расширения газа в турбине (z–e); изобарной отдачи газом теплоты окружающему воздуху (е–а). Основными параметрами цикла являются степень повышения давления  и степень изохорного повышения давления  . 85. Количество подводимой теплоты определяется по формуле  А количество отводимой теплоты  Подставим значение q1 и q2 в выражение для термического КПД цикла, получим  86. Цикл ГТУ с подводом теплоты при p = const (цикл Брайтона) Из перечисленных циклов наибольшее практическое применение получил цикл сподводом теплоты при р = const. В простейшей ГТУ со сгоранием топлива при постоянном давлении (рис. 9.19) компрессор 1, приводимый в движение газовой турбиной 4, подает сжатый воздух в камеру сгорания 3, в которую через форсунку впрыскивается жидкое топливо, подаваемое насосом 2, находящимся на валу турбины. Продукты сгорания расширяются в сопловом аппарате и частично на рабочих лопатках турбины и выбрасываются в атмосферу. При сделанных допущениях термодинамический цикл ГТУ со сгоранием при р = const можно изобразить на pv- и TS-диаграммах (рис. 9.20)ввиде площади acze. Работа цикла на рv-диаграмме представляет собой разность площадей 1ez2 и 1ас2, соответственно равных работе турбины и компрессора. На этих диаграммах (рис. 9.20): а–с – процесс адиабатного сжатия воздуха в компрессоре; c-z – процесс подвода теплоты в камеру сгорания при p = const; z-e – адиабатный процесс расширения газа в турбине; е-а – изобарный процесс отдачи газом теплоты окружающему воздуху.  Рис. 9.19. Схема простейшей ГТУ Параметрами цикла являются степень повышения давления воздуха и степень предварительного расширения  .Термический КПД цикла определяют из общего выражения:  ,где   . 87. Схема установки, в которой реализован модельный цикл Брайтона, изображена на рис. 8.14.  Рис. 8.14. Схема установки для реализации модельного цикла Брайтона Для удобства анализа будем полагать, что воздух не выбрасывается в атмосферу на выходе из турбины, а попадает в теплообменник. Это идеализация, которая позволяет рассматривать открытый цикл как замкнутый. Оценить эффективность цикла Брайтона можно с помощью следующих соотношений: Отношение мощностей компрессора и турбины   Термический КПД цикла Брайтона равен  При одной и той же степени повышения давления работа сжатия газа в компрессоре гораздо больше работы сжатия жидкости насосом. Поэтому типичное отношение мощности компрессора к мощности турбины составляет 40—80%, тогда как в паросиловых установках отношение мощностей насоса и турбины обычно не превышает 1—2%. Если известны значения температур рабочего тела в характерных точках цикла 1, 2, 3 и 4, значения энтальпии рабочего тела в этих точках можно рассчитать или найти в справочнике. В идеализированном цикле Брайтона в качестве рабочего тела рассматривается идеальный газ с постоянной теплоемкостью. Предполагается, что все процессы протекают обратимо и тепловые потери отсутствуют, процессы в турбине и компрессоре являются изоэнтропными. Данный цикл называется также циклом с подводом теплоты при постоянном давлении (рис. 6.2а и 6.2б). От исходного состояния 1 рабочее тело сжимается в адиабатном процессе 1-2.Далее в изобарном процессе 2-3 к нему подводится извне теплота  . Затем происходит адиабатное расширение рабочего тела в процессе 3-4 до давления р4, равного исходному давлению р1. Отвод теплоты  происходит в замыкающем цикл изобарном процессе 4-1, в результате чего рабочее тело возвращается в исходное состояние 1.
Для исследования цикла Брайтона необходимо задать: - род рабочего тела (k,R) и его параметры  в исходной точке цикла 1;- степень повышения давления в адиабатном процессе сжатия  и степень подогрева рабочего тела в цикле  |
