РГР. Тема Назначение, классификация и принципиальная схема турбоустановки

• Название: Тема Назначение, классификация и принципиальная схема турбоустановки
• Дата: 11.06.2021
• Размер: 338 Kb.
• Имя файла: к 08.06.doc
• Тип: Документы; #216720
• страница: 1 из 4

Тема 1. Назначение, классификация и принципиальная схема турбоустановки.

1. 
   Для чего предназначена паровая турбина
   

Паровая турбина — это машина, предназначенная для преобразования тепловой энергии пара в механическую энергию вращения. В паровой турбине, как следует из названия, работу совершает нагретый пар.

2. 
   Дать определение паровой турбине
   

Паровая турбина является тепловым двигателем, машиной, которая преобразует тепловую энергию пара в механическую энергию вращения вала.

3. 
   Принцип действия паровой турбины
   

Простейшая одноступенчатая активная турбина состоит из диска с рабочими лопатками, насаженного на вал, образуя таким образом ротор, и из соплового аппарата - сопл, которые служат для превращения потенциальной энергии пара в кинетическую энергию вытекающей струи пара. Пар из котла поступает в камеру регулирующего клапана. Он меняет расход пара через турбину, а следовательно, и ее мощность. В соплах пар разгоняется, его потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию разогнанной струи пара. Пар из сопла направляется на рабочие лопатки, приводя во вращение ротор (кинетическая энергия пара преобразуется в механическую работу на вращающемся роторе). Для предотвращения утечек пара из турбины предусмотрены концевые уплотнения. Вал турбины соединен с валом генератора посредством муфты.

4. 
   Рассказать рабочий процесс паротурбинной электростанции
   

П. э. ра­бо­та­ют по Ран­ки­на цик­лу во­дя­но­го па­ра. Не­об­хо­ди­мое дав­ле­ние па­ра обес­пе­чи­ва­ет­ся по­да­чей в па­ро­ге­не­ра­тор со­от­вет­ст­вую­ще­го ко­ли­че­ст­ва под­ле­жа­щей пре­вра­ще­нию в пар во­ды. Нуж­ная темп-ра па­ра дос­ти­га­ет­ся его пе­ре­гре­вом в па­ро­пе­ре­гре­ва­те­ле па­ро­ге­не­ра­то­ра. Тур­бо­аг­ре­гат и снаб­жаю­щий его па­ром па­ро­ге­не­ра­тор с их вспо­мо­гат. обо­ру­до­ва­ни­ем и тру­бо­про­во­да­ми па­ра и во­ды об­ра­зу­ют энер­го­блок П. э. Ве­ли­чи­на ко­эф. го­тов­но­сти энер­го­бло­ка оп­ре­де­ля­ет­ся со­от­вет­ст­вую­щи­ми по­ка­за­те­ля­ми тур­бо­аг­ре­га­та и па­ро­ге­не­ра­то­ра и на­хо­дит­ся в пре­де­лах 0,85–0,90.

Гл. кор­пус П. э. (в ко­то­ром раз­ме­ще­ны энер­го­бло­ки), вспо­мо­гат. про­из­водств. ус­та­нов­ки и со­ору­же­ния (тех­нич. во­до­снаб­же­ния, то­п­лив­но­го и золь­но­го хо­зяй­ст­ва), элек­трич. рас­пре­де­ли­т. уст­рой­ст­ва, ла­бо­ра­то­рии, мас­тер­ские, скла­ды и др. раз­ме­ща­ют на тер­ри­то­рии П. э. (до 700000 м2). На совр. П. э. осу­ще­ст­в­ля­ет­ся ав­то­ма­тич. ре­гу­ли­ро­ва­ние всех осн. про­цес­сов в ре­жи­ме нор­маль­ной экс­плуа­та­ции обо­ру­до­ва­ния и в ре­жи­ме пус­ка энер­го­бло­ков. П. э. име­ет вы­со­кую на­дёж­ность, об­ла­да­ет свой­ст­вом ма­нёв­рен­но­сти (обес­пе­чи­ва­ет бы­строе из­ме­не­ние мощ­но­сти элек­тро­стан­ции в со­от­вет­ст­вии с из­ме­не­ни­ем мощ­но­сти на­груз­ки).

5. 
   Рассмотреть и рассказать схему простейшей турбоустановки.
   

Пар поступает в одно или несколько неподвижных сопл 1, где он расширяется, вследствие чего часть его потенциальной энергии преобразуется в кинетическую. Далее пар с большой скоростью поступает в каналы подвижных рабочих лопаток 2, имеющих изогнутую форму. В них поток пара совершает криволинейное движение, причем в частицах пара возникают элементарные центробежные силы, которые действуют на внутреннюю поверхность лопаток. Под влиянием этого давления диск 3, несущий лопатки, вращается. Таким образом приводится во вращение и вал турбины 4.

Тема 3. Понятие о теплосиловой установке

1. 
   Дайте понятия основным законам физики
   

Закон Архимеда (относится к областям гидро-, а также аэростатики). Он подразумевает, что на любое тело, которое было погружено в газообразное вещество или в жидкость, действует своего рода выталкивающая сила, которая непременно направлена вертикально вверх. Эта сила всегда численно равна весу вытесненной телом жидкости или газа.

Другая формулировка этого закона, следующая: тело, погруженное в газ или жидкость, непременно теряет в весе столько же, сколько составила масса жидкости или газа, в который оно было погружено. Этот закон и стал базовым постулатом теории плавания тел.

Закон всемирного тяготения (открыт Ньютоном). Его суть состоит в том, что абсолютно все тела неизбежно притягиваются друг к другу с силой, которая тем больше, чем больше произведение масс данных тел и, соответственно, тем меньше, чем меньше квадрат расстояния между ними. Это и есть 3 основных закона физики, которые должен знать каждый, желающий разобраться в механизме функционирования окружающего мира и особенностях протекания процессов, происходящих в нем.

2. 
   Что подразумевается в механике под словом сила
   

Сила — физическая величина, которая определяет меру воздействия одного тела на другое. F - обозначение силы. Сила – векторная величина; она характеризуется: модулем (абсолютной величиной); направлением; точкой приложения.

3. 
   Что такое давление, разряжение, механическая работа, вращающий момент, энергия, температура, теплота?
   

Давление – физическая величина, характеризующая интенсивность сил, с которыми одно тело действует нормально (перпендикулярно) на поверхность другого – внутренний параметр системы.В СИ единицей измерения давления считается паскаль (Па), 1 Н/м2 = 1 Па.

Разряжение — снижение давления в системе, способствующее притоку среды в область пониженного давления. Может быть естественное или принудительное.

Механическая работа – это скалярная физическая величина, которая характеризует изменение положения тела под действием силы и равна произведению модуля силы на модуль перемещения (путь). A = Fs.

Вращающий момент, мера внешнего воздействия, изменяющего угловую скорость вращающегося тела. Вращающий момент равен алгебраической сумме моментов всех действующих на вращающееся тело сил относительно оси вращения.

Энергия – общая количественная мера движения и мера перехода движения материи из одних форм в другие (взаимодействия всех видов материи). 

Температура — физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия системы.

Теплота — это энергия, полученная в результате изменения температуры. Теплота передается от более теплого тела к более холодному. Теплота — это температурная составляющая передачи энергии при работе машинных систем. 

4. 
   Дать понятие закону сохранения энергии
   

Закон сохранения энергии — фундаментальный закон природы, установленный эмпирически и заключающийся в том, что для изолированной физической системы может быть введена скалярная физическая величина, являющаяся функцией параметров системы и называемая энергией, которая сохраняется с течением времени. Закон сохранения энергии: в замкнутой системе тел полная энергия не изменяется при любых взаимодействиях внутри этой системы тел. 

Полная механическая энергия замкнутой системы со временем не меняется. E_{полн. мех}=const, где E_{полн. мех}(Дж) – полная механическая энергия замкнутой системы.

5. 
   Порядок преобразования энергии в паросиловой установке
   

В качестве рабочего тела используют низкокипящее вещество с высокой плотностью пара и проводят процесс расширения пара под статическим давлением, создаваемым столбом насыщенного пара в зоне испарения с помощью барометрической трубы.

В испарителе 1 и конденсаторе 3 находится низкокипящее рабочее тело с высокой плотностью насыщенного пара, например, углекислота или фреон, в двухфазном состоянии равновесия.

На насыщенный пар в испарителе 1 действует статическое давление столба пара, находящегося в барометрической трубе 2, что при указанном на чертеже положении клапанов 5 обеспечивает поступление пара 6 в полость 7 и перемещение поршня 8 слева направо. При этом насыщенный пар из полости 6 переходит в конденсатор 3 и конденсируется в условиях фазового равновесия при температуре насыщения с отводом тепла в окружающую среду. Из конденсатора 3 жидкая фаза возвращается насосом 9 (или самотеком под действием столба жидкости) в испаритель 1. Поскольку при перемещении поршня 8 имеет место расширение насыщенного пара в испарителе 1, то вследствие поддержания состояния фазового равновесия при температуре насыщения происходит переход жидкости в насыщенный пар.

При достижении поршнем 8 крайнего правого положения происходит переключение системы клапанов 5 в противоположное состояние, при этом насыщенный пар поступает в полость 6 паровой машины 4, а поршень 8 перемещается справа налево, совершая возвратно-поступательное движение.

Чем выше столб пара в барометрической трубе 2 и чем больше его плотность, тем более эффективно протекает процесс преобразования тепла низкопотенциального источника в работу расширения паровой машины, что позволяет при выборе в качестве рабочего тела углекислоты, фреона или другого низкокипящего вещества использовать тепло окружающего воздуха, воды или грунта.

6. 
   Дать объяснение блочным электростанциям и станциям с поперечными связями
   

По своей структуре тепловые схемы ТЭС могут быть двух типов:

- блочными, когда все основное и вспомогательное оборудование каждой турбоустановки ТЭС не имеет технологических связей с другими турбоустановками, т.е. каждая турбина имеет снабжение паром только от своих котлов; если за турбиной закреплен единственный котел, то такой энергоблок называется моноблоком, если два котла, то дубль-блоком;

- неблочными, что означает совместное снабжение паром группы турбин от группы общих котлов через общую магистраль пара; линии питательной воды этих котлов тоже соединяются; неблочную схему также называют схемой с поперечными связями.

Основные достоинства блочной схемы:

• 
  - блочные ТЭС дешевле неблочных, так как уменьшается количество трубопроводов и арматуры;
  
• 
  - облегчается управление энергоблоком и его автоматизация; работа блока не влияет на соседние блоки;
  
• 
  - ТЭС с блочной схемой удобнее расширять, прежде всего турбоустановками более высоких параметров.
  

Главным достоинством электростанции с неблочной схемой является то, что требования к ней по надежности меньше, причем здесь может иметься «скрытый» резерв пара.

Тема 4. Принцип действия паровых турбин

1. 
   В чем заключается различие в принципах действия паровой турбины и поршневой паровой машины?
   

Поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором расширяющиеся газы воздействуют на днище поршня, заставляя его двигаться в цилиндре. Поступательное движение поршня через шатуны преобразуется во вращательное движение коленвала, которое используется для привода автомашины Паровая турбина — это тепловой двигатель непрерывного действия, в лопаточном аппарате которого потенциальная энергия сжатого и нагретого водяного пара преобразуется в кинетическую, которая в свою очередь совершает механическую работу на валу. Поток водяного пара поступает через направляющие аппараты на криволинейные лопатки, закрепленные по окружности ротора, и, воздействуя на них, приводит ротор во вращение. Паровая турбина является одним из элементов паротурбинной установки (ПТУ). Отдельные типы паровых турбин также предназначены для обеспечения потребителей тепла тепловой энергией. Паровая турбина и электрогенератор составляют турбоагрегат.

2. 
   Дать определение мощности паротурбинной установки
   

Паротурбинная установка (ПТУ) — это непрерывно действующий тепловой агрегат, рабочим телом которого является вода и водяной пар. Паротурбинная установка является механизмом для преобразования потенциальной энергии сжатого и нагретого до высокой температуры пара, получаемой в котле при сгорании топлива, в кинетическую энергию вращения ротора турбины.

Эффективная мощность турбины, т.е. мощность, которая передается приводимой машине, равна разности: N_e = N_i – ΔN_м.

Электрическая мощность, отдаваемая с выводов электрогенератора, меньше эффективной мощности турбины на величину потерь в электрогенераторе: N_э = N_e – ΔN_эг. η_эг = N_э/N_e.

3. 
   Что такое КПД турбоустановки?
   

Коэффициент полезного действия ( КПД ) – характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии.

КПД турбины: h_oi=H_i/H₀. С учетом расхода водяного пара G, кг/с, h_oi=N_i/N₀, где N_i=GH_i внутренняя мощность турбины (кВт), а N₀=GH₀ теоретическая мощность идеальной турбины.

Отношение использованного теплоперепада H_i к теплоте, подведенной к 1 кг рабочей среды в котле q₁, называют абсолютным внутренним КПД турбоустановки: h_i=h_th_oi. Этот КПД можно представить через отношение внутренней мощности турбины N_i=GH_i и теплоты, подводимой к рабочей среде в котле Q=Gq₁: h_i=N_i/Q. 

4. 
   В чем заключаются особенности активного и реактивного принципа работы пара в турбине
   

Турбины, у которых расширение пара происходит только в неподвижных соплах до вступления его на рабочие лопатки, называется активными турбинами.

Турбины, у которых расширение пара совершается не только до вступления его на рабочие (подвижные) лопатки, но и во время прохождения между ними, называются турбинами, работающими с реакцией. Если теплопадение в соплах составляет примерно половину общего теплопадения (или меньше), турбину принято называть реактивной.

Струя жидкости, направленная на лопатку, оказывает на нее давление, которое зависит от расхода жидкости, скорости ее при входе на поверхность и при выходе с нее, формы поверхности лопатки, угла направления струи относительно этой поверхности и разности давлений жидкости перед и за лопаткой. При этом вовсе не требуется, чтобы струя ударяла о лопатку; наоборот, этого нужно всегда избегать и стремиться к тому, чтобы поток не ударял о лопатку, а плавно ее обтекал.

5. 
   Что происходит с паром при его расширении?
   

Процесс изменения состояния пара, при котором увеличивается его объем с одновременным уменьшением давления. Все паровые машины, в том числе и паровозные, работают с Р. п., т. к. это повышает использование тепловой энергии пара при ее превращении в механ. работу.  При расширении перегретого пара его температура понижается, по достижении температуры насыщения перегретый пар проходит через состояние сухого насыщенного пара и превращается во влажный пар. 

6. 
   Сопло и его конструктивные особенности
   

Сопло — это канал переменного или постоянного поперечного сечения круглой, прямоугольной или иной формы, предназначенный для подачи жидкостей или газов с определённой скоростью и в требуемом направлении.

В простейшем случае сопло представляет собой цилиндрический или конический патрубок, один конец которого присоединён к источнику жидкости или газа, а из другого истекает струя.

Примерами гидравлических сопел могут служить ствол пожарного брандспойта или сопло фонтана.

В зависимости от скорости истечения жидкости или газа различают дозвуковое и сверхзвуковое сопло. Для дозвукового сопла характерно равенство давлений на выходе сопла и в окружающей среде. В таком сопле при возрастании давления на входе сопла и постоянном давлении окружающей среды скорость в выходном сечении сначала увеличивается, а затем при определённом значении входного давления становится постоянной и не изменяется при дальнейшем увеличении давления на входе. При этом скорость истечения равна местной скорости звука и называется критической.

Сопло Лаваля (сверхзвуковое) состоит из двух участков — сужающегося, предназначенного для ускорения потока до местной скорости звука, и расширяющегося, предназначенного для ускорения потока до сверхзвуковой скорости. Самое узкое поперечное сечение сверхзвукового сопла называют критическим.

7. 
   Какие возникают потери пара в работе паровой турбины?
   

Потери в паровой турбине могут быть разбиты на две группы: 1) внутренние потери, передающие свой тепловой эквивалент потоку пара и оказывающие влияние на его состояние; 2) внешние потери, не влияющие на состояние пара.

Потери в паровой турбине возникают по следующим основным причинам:

1. Преобразование тепловой (потенциальной) энергии в механическую происходит в турбине несовершенно, так как изоэнтропический процесс расширения заменяется политропическими процессами. Вследствие этого количество механической энергии, полученной в ступенях турбины, будет меньше, чем теоретически возможное.

2. Часть пара, подведенного к турбине, не принимает вовсе участия в работе турбины и рассеивается, минуя проточную часть. Другая часть пара совершает работу не во всех ступенях турбины, а лишь в определенной группе ступеней. Вследствие этого мощность турбины будет при всех прочих равных условиях получена меньшей, чем та, которая могла бы быть получена при отсутствии рассеяния парового потока.

3. Часть работы, полученной на рабочих венцах ступеней турбины и отданной валу, расходуется на преодоление механических сопротивлений (трение в подшипниках, приведение в действие системы регулирования и т. п.). Иначе говоря, эта группа потерь определяется наличием рассеяния механической энергии, полученной в турбине.

8. 
   Что такое ступень турбины?
   

Турбинной ступенью называется совокупность неподвижного ряда сопловых (направляющих) лопаток, в каналах которых происходит расширение и ускорение потока пара (преобразование потенциальной энергии пара в кинетическую энергию движущейся струи пара), и следующего за ним подвижного вращающегося ряда рабочих лопаток, в которых кинетическая энергия движущегося потока пара преобразуется в механическую энергию вращения ротора.