Лекции.Орг


Поиск:




Вопрос 1. Водяной пар. Построить в осях PV диаграмму парообразования, объяснить приграничные кривые и доверенность насыщенного перегретого пара.

Ответ

В пароэнергетических установках рабочим телом является водяной пар, который получают в котле в результа­те парообразования. Парообразованием называется про­цесс перехода жидкости в пар вследствие ее испарения или кипе­ния.

Испарение с поверхности жидкости происходит в результате теплового движения молекул при любой температуре. Интенсив­ность испарения возрастает с увеличением температуры, площа­ди испарения и быстроты удаления паров, образующихся над жидкостью, но резко снижается при образовании на поверхности жидкости пленки масла или мазута.

Кипение — процесс парообразования, происходящий с образо­ванием в объеме жидкости пузырьков пара. Пузырьки увеличива­ются вследствие испарения в них жидкости, всплывают, на поверх­ности воды разрываются и переходят в паровую фазу над жидко­стью. При установившемся процессе кипения наступает динами­ческое равновесие между жидкостью и паром (состояние насы­щения): число молекул, вышедших из жидкости и переходящих в пар, равно числу молекул пара, возвратившихся в жидкость за

то же время.

Процесс превращения пара в жидкость называется кон­денсацией.

Свойства пара. Пар, образовавшийся при температуре насы­щения, называется насыщенным. Насыщенный пар, не со­держащий влаги, называется сухим, а имеющий капли жидко­сти — влажным. Насыщенный пар имеет ту же температуру и дав­ление, что и кипящая жидкость, но существенно больший удель­ный объем. Состояние сухого насыщенного пара крайне неустой­чиво, так как при малейшем отводе теплоты пар частично кон­денсируется и превращается во влажный, а при незначительном увеличении теплоты становится перегретым.                           

Перегретым называется пар, который имеет давление кипящей жидкости, а температуру выше температуры насыщения. Перегретый пар способен иметь значительные температуры (до 515°С).

Состояние кипящей жидкости определяется давлением и тем­пературой. Состояние влажного насыщенного пара — давлением или температурой, а также степенью сухости, которая учитывает

массовую долю сухого пара во влажном. Состояние сухого насы­щенного пара — давлением, температурой или удельным объемом (определяется по таблицам водяного пара). Каждому давлению соответствует вполне определенная температура кипения (или конденсации) жидкости, а следовательно, и ее насыщенного пара. Состояние перегретого пара характеризуется давлением, темпера­турой и энтальпией (определяется по таблицам водяного пара или по специальной диаграмме).

Энтальпия (Н) — функция состояния термодинамической системы, равная сумме ее внутренней энергии U и произведе­ния давления р на объем V системы:

                                               H = U + pV.

 

Перегревая насыщенный пар, ему сообщают дополнительную теплоту, т. е. увеличивают начальную энтальпию, что приводит к повышению к. п. д. установки в целом. Кроме того, за счет пере­грева пар может совершить большую работу по сравнению с на­сыщенным паром при том же давлении. Конденсация перегретого пара начнется только с момента перехода его в насыщенное состояние.

С увеличением давления увеличивается температура кипения и плотность насыщенного пара, а плотность жидкости уменьша­ется. Критической температурой является наивысшая температура жидкости и ее насыщенного пара. Эта температура характери-|ует критическое состояние, при котором исчезает различие в свойствах пара и жидкости. Критические параметры поды: давление 22,1 МПа, температура 374,15 °С, плотность 803 кг/м3. В судовых паровых котлах используют пар докритических параметров, а в стационарных котлах — даже сверхкритических.

 

Изобразим рассмотренный в предыдущем параграфе процесс парообразования при постоянном давлении гра­фически на ри-диаграмме (рис. 1). Допустим, что при - заданном давлении p 1 и температуре 0° С  удельный объем жидкости равен v '() (точка а1 на диаграмме). Так как про­цесс нагревания жидкости и парообразования проте­кает при постоянном давлении, то линия его является

изобарой, идущей от точки а1 вправо. Положим, что в момент начала кипения, когда температура подогревае­мой жидкости станет равной ts состояние ее определится точкой b 1 в этот момент удельный объем жидкости уве­личится до v '. При дальнейшем подводе теплоты будет получаться влажный насыщенный пар, а когда вся жид­кость перейдет в пар, он станет сухим насыщенным (точка c 1). Так как в процессе получения насыщенного пара температура его остается постоянной, то участок

 

                                  

 

Рис. 1.   Процессы парообразования, протекающие при постоянном давлении

в осях рv

 

изобары b 1 - c 1 является одновременно и изотермой. Итак, точка b 1 показывает начало, а точка с1 — конец кипе­ния, поэтому в точке b 1 степень сухости х = 0, а в точке с1  х = 1. Все промежуточные точки относятся к влажному насыщенному пару. Понятно, что чем правее на линии b 1 - c 1 располагается точка, определяющая состояние влаж­ного насыщенного пара, тем он суше.

При сообщении сухому насыщенному пару теплоты он переходит в перегретый пар, состояние которого опре­деляется, например, точкой d 1 Чем теплоты будет под­ведено больше, тем удельный объем перегретого пара v будет также больше, и точка d 1 расположится дальше от точки c 1.

Если подобный процесс парообразования проодить при более высоком давлении р2, то изобара, соответсвующая этому давлению,  расположится выше.

Жидкость считают практически несжимаемой и под­тают, что удельный объем ее не зависит от давления. Поэтому без заметной погрешности можно точку а2, определяющую состояние жидкости при давлении р2 и температуре 0° С, расположить на одной вертикали с точ­кой а1 (в действительности точка а2 должна быть располо­жена несколько левее точки а1, как показано на ри­сунке).

Как уже отмечалось, с увеличением давления тем­пература кипения ts повышается. Поэтому, чтобы до­вести жидкость до кипения при более высоком давлении, ей нужно сообщить больше теплоты. С увеличением дав­ления, а следовательно и температуры, удельный объем кипящей жидкости v ' увеличивается. Ясно, что и точка b 2, определяющая состояние жидкости в момент начала кипе­ния, должна быть расположена на изобаре р2 несколько правее точки b 1.

Точка c 2, определяющая на диаграмме состояние сухого насыщенного пара при давлении р2, расположится на изобаре р2 левее точки с1 так как с увеличением давле­ния удельный объем сухого насыщенного пара умень­шается.

В процессе парообразования, при еще более высоком давлении р3 получим точки а3, b 3 и с3, определяющие со­стояние жидкости соответственно при 0° С,  в начале кипения и когда пар становится сухим насыщенным.

Если через одноименные точки провести плавные линии, то получим линию АВ удельных объемов жидкости при 0° С, а также линии МК и NK, сходящиеся в точке К. Линия МК представляет собой геометрическое место то­чек, характеризующих состояние кипящей жидкости, а линия N К — геометрическое место точек, характери­зующих состояние сухого насыщенного пара. Т/аким образом, линии МК и NK разделяют всю диаграмму на три области: область жидкости, лежащую между ли­ниями АВ и МК, область влажного насыщенного пара, расположенную между пограничными линиями МК и NK, и область перегретого пара, находящуюся правее линии NK а линия МК называется пограничной кривой жидкости, а линия NKпограничной кривой пара. Очевидно, что в точке К кипящая жидкость и сухой насыщенный пар имеют одинаковые параметры ркр, t кр и u кр, называемые критическими, а сама точка Ккрити­ческой.

Вопрос 2. Особенность турбин, как теплового двигателя. В чем она состоит в сравнении с поршневым двигателям ДВС, начертите схему проточной части трехступенчатой турбины активными ступенями давления и графики смены давления Р и скорости пара на ступенях. Достоинства этих турбин и где они применяются на СЭУ.

Ответ

Турбина (от латинского слова «turbo», т. е. «вихрь») является тепловым ротационным двигателем, в котором потенциальная тепло­вая энергия пара (или газа) превращается в кинетическую, а послед­няя в свою очередь преобразуется в механическую работу враще­ния вала. (В дальнейшем слово «газ» опущено, однако все излагае­мое относится как к пару, так и к газу.)

Такое преобразование может осуществляться одновременно на од­них и тех же подвижных частях турбины или же преобразование по­тенциальной энергии в кинетическую может происходить на неподвиж­ных частях турбины, а превращение кинетической энергии в механиче­скую paботу — на подвижных. В первом случае турбина будет чисто реактивной, а во втором — чисто активной.

Наконец, превращение потенциальной энергии пара в кинетиче­скую может происходить частично на неподвижных частях турбины и частично — на подвижных; в этом случае турбина работает с некоторой степенью реактивности. Все современные турбины действуют по по­следнему принципу.

Турбины, действие которых основано преимущественно на активном принципе, называют активными, а турбины, действие которых осно­вано наполовину на реактивном принципе — реактивными.

 

                

 

                             Рис. 2. Примеры действия активной силы

 

Многоступенчатые турбины се ступенями давления. Идея ступеней давления пара заключается в следующем: вместо того чтобы расширить пар от начального до ко­нечного давления в одной ступени, его за­ставляют расширяться в нескольких последовательно расположенных ступенях, используя в каждой ступени небольшие перепады теплоты и давления. Ступени давления приме­няют как в активных, так и в реактивных турбинах.

 

Рассмотрим активную турбину с тремя ступенями давления (рис. 3). На валу 1 насажены три диска 2, 8, 4, на которых укреп­лены рабочие лопатки 6, 8, 10. Корпус турбины разделен диафрагма­ми на три отдельные камеры. Сопла 5 первой ступени расположены в передней стенке турбины, а сопла 7 второй и 9 третьей ступеней — в диафрагмах по их окружности.

  Свежий пар давлением р0 со скоростью с0 подводят к соплам первой ступени, где он расширяется до давления p 1, а скорость увеличивается до значения с2. После этого пар попадает на рабочие лопатки 6 и отдает им свою кинетическую энергию. Скорость пара уменьшается с2, давление же пара по обе стороны диска остается постоянным. Затем пар поступает в сопла второй ступени 7, где расширяется от давления р11 до давления р"1, и, приобретая снова кинетическую энергию, поступает на рабочие лопатки 8, где отдает эту энергию. При прохож-дении по рабочим лопаткам 5 пар сохраняет давление р"1 неизменным. Расширение пара в соплах третьей ступени 9 и преобразование ки­нетической энергии в механическую работу на рабочих лопатках 10  происходит так же, как в первой и второй ступенях, после чего пар давлением р2 со скоростью с2 поступает по паровыпускному патрубку в конденсатор.

 

Таким образом, расширение пара от  давления р0 до давления р2 происходит не сразу, а в три приема, т. е. тремя ступенями. Ввиду того что по мере расширения пара его объем возрастает, высоту сопл и лопаток турбины приходится постепенно увеличивать.

Благодаря равномерному распределению перепада энтальпий в этих турбинах удается достичь высокой экономичности. Они могут быть изготовлены практически на любую мощность и являются наиболее распространенным помощником современных главных судовых турбин.

 

 

 

    Рис 3. Активная турбина с тремя ступенями давления

 

           

                          Рис. 4. Турбина со ступенями скорости

 



<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Типы норм литературного языка | Вопрос 3. Основные показатели работы ДВС: КПД и мощность.
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2018-10-15; Мы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 311 | Нарушение авторских прав


Поиск на сайте:

Лучшие изречения:

Не будет большим злом, если студент впадет в заблуждение; если же ошибаются великие умы, мир дорого оплачивает их ошибки. © Никола Тесла
==> читать все изречения...

1013 - | 827 -


© 2015-2024 lektsii.org - Контакты - Последнее добавление

Ген: 0.009 с.