Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Процессы, происходящие в ходе ее работы

Читайте также:
  1. Amazon (выручка 67,9 млрд., конверсия 4%, средний чек $100) 35% выручки ритейлер относит к результатам успешной работы сross-sell и up-sell[22].
  2. I этап работы проводится как часть занятия
  3. I. ВЫБОР ТЕМЫ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
  4. I. Задание для самостоятельной работы
  5. I. Задания для самостоятельной работы
  6. I. Задания для самостоятельной работы
  7. I. Задания для самостоятельной работы

Термодинамический цикл ПТУ

 

Паротурбинная установка является основой современных тепловых и атомных электростанций. Рабочим телом в таких установках является пар какой-либо жидкости (водяной пар). Основным циклом в паротурбинной установке является цикл Ренкина.

Принципиальная схема ПТУ показана на рис.1. Процесс получения работы происходит в следующим образом. В паровом котле (1) и в перегревателе (2) теплота горения топлива передается воде. Полученный пар поступает в турбину (3), где происходит преобразование теплоты в механическую работу, а затем в электрическую энергию в электрогенераторе (4).

 

Рис.1. Схема ПТУ.

 

Отработанный пар поступает в конденсатор (5), где отдает теплоту охлаждающей воде. Полученный конденсат насосом (6) отправляется в питательный бак (7), откуда питательным насосом (8) сжимается до давления, равного в котле, и подается через подогреватель (10) в паровой котел (1). Рассмотрим цикл Ренкина на перегретом паре. На рис.2 изображен цикл Ренкина в T-S-диаграмме и P-v диаграмме.


Процессы, происходящие в ходе ее работы

 

а) в диаграмме T-S

3-1 – подвод теплоты от источника к воде и пару q1 состоит из трёх процессов: 3-3/ – вода нагревается до кипения, 3-4 превращается в пар в котле; полученный сухой пар перегревается (4-1) в пароперегревателе (все три процесса изобарные);

1-2 – в турбине пар расширяется адиабатически, без подвода (отвода) теплоты;

2-2´ – пар конденсируется и отдает тепло q2 охлаждающей воде;

2-3 – конденсат изохорно сжимается; так как теплота этого процесса незначительна,

процесс можно считать и адиабатным.

 

Рис. 2. Цикл Ренкина на перегретом паре (T-s и P-v диаграммы).

 

б) В диаграмме P-v: 2-3 изохорное сжатие воды, 3-4, 4-1 изобарный подвод теплоты q1 на нагревание воды до кипения, превращение воды в пар и перегрев пара; 1- 2-адиабатное расширение пара в турбине; 2- 2– изобарное превращение влажного пара в воду (конденсат) с отводом теплоты q2

Термический к.п.д. цикла Ренкина определяется по уравнению:

 

ηt = (q1 – q2)/q1 (1);

так как: q1 = i1 – i3; q2 = i2 – i2 (i – удельная энтальпия) то

ηt = [(i1 – i2) – (i3 – i2)] /(i1 – i3) = l / q1. (2)

 

Полезная работа цикла равна разности работ турбины и насоса:

 

l = lт – lн, где: lт = i1 – i2, lн = i3 – i2.

 

В основном lт >> lн, тогда считая i3 = i2, можно записать:

 

ηt = (i1 – i2)/(i1 – i3) = (i1 – i2)/(i1 – i2). (3)

 

Теоретическую мощность турбины рассчитывают по формуле:

 

Nт = lт •М = (i1 – i2)· М, [Вт] (4)

 

где М – секундный расход пара, [кг/с]

 

Цикл Ренкина на перегретом паре применяется для увеличения термического к.п.д. цикла ПТУ. Для этого перед турбиной ставят перегреватель 2 (Рис.1), который увеличивает температуру и давление пара. При этом возрастает средняя температура подвода теплоты в цикле.

Классификация паровых турбин. Устройство, принцип действия. Паровые турбины имеют ряд преимуществ перед другими типами двигателей: компактность, возможность получения больших мощностей в одном агрегате, непрерывный рабочий процесс и высокая экономичность эксплуатации. Работа паровой турбины основана на истечении водяного пара и использовании его кинетической энергии. Преобразование теплоты пара в механическую работу может осуществляться по активному и реактивному принципу. Турбины, у которых расширение пара происходит только в соплах, а на рабочих лопатках используется кинетическая энергия пара при постоянном давлении, называют активными. Рабочий процесс такой турбины представлен на рис. 3. Свежий пар с давлением Р0 и скоростью С0 поступает в сопло 4 и расширяется в нём до давления Р. Скорость пара возрастает до С1. С этой скоростью пар поступает в каналы, образованные рабочими лопатками 3. На рабочих лопатках направление скорости пара меняется, вследствие чего возникают силы давления на лопатки, которые и совершают полезную работу. Отработанный пар уходит из турбины через выпускной патрубок 6. Уплотнение в местах прохода вала 1 через корпус 5 достигается лабиринтным уплотнением 7.

Анализ показывает, что кинетическая энергия пара используется полностью, если скорость струи пара на выходе из сопла

 

С1 = 2U, где U = π·d·n.

 

Здесь U – окружная скорость рабочего колеса, d – диаметр рабочего колеса, n – число оборотов рабочего колеса.

 

При высоких давлениях пара скорость истечения его из сопла, а следовательно, и окружные скорости должны быть очень большими, что может привести к разрыву рабочего колеса. Увеличение числа ступеней в турбине до Z уменьшает эти скорости в √Z раз и скорости в каждой ступени получаются небольшими. В реактивных турбинах пар лишь частично расширяется в соплах, а окончательное расширение пара происходит на рабочих лопатках. На рис.4, а. показана схема реактивной многоступенчатой турбины. Пар под давлением Р0 через сопло 1 подводится к рабочим лопаткам 2 и 3. В сопле пар частично расширяется, скорость его возрастает до С1. В канале, образованном рабочими лопатками, струя пара меняет своё направление. В результате этого под действием центробежных сил лопатка испытывает суммарное усилие Ракт. Направление силы зависит от формы лопатки. Так как сечение канала между лопатками уменьшается в направлении движения струи, то пар расширяется, давление его падает до конечного для данной ступени значения Р2; относительная скорость пара возрастает, а абсолютная уменьшается до С2 вследствие уменьшения кинетической энергии, преобразованной в работу. В результате ускорения струи пара в канале между лопатками возникают реактивные силы, которые дадут равнодействующую Рреакт, направление которой также зависит от формы лопатки. Сложив активную и реактивную силы, получим общую равнодействующую силу Р. На рис.4, б рассмотрен процесс изменения энтальпии i в реактивной турбине. Точка 0 (пересечение изотермы Т0 и изобары р0) характеризует начальное состояние пара с энтальпией i0. При адиабатном расширении пара в сопле его энтальпия понижается до i1. За счёт этого возрастает кинетическая энергия пара на выходе из сопла. Из-за потерь энергии на трение частиц о стенки сопла и о друг друга конечное значение энтальпии будет не i1 (точка К), а i2 (точка А).

Кривая ОА приближённо изображает процесс расширения пара в сопле. Отрезок h0 = i0 – i1 называют теоретическим теплоперепадом, а отрезок h = i0 – i2 называют действительным теплоперепадом в сопле. Кроме потерь энергии (изменение энтальпии) пара в соплах, возникают потери энергии в каналах рабочих лопаток; потери от влажности пара в последних ступенях турбины (частицы влажного пара движутся медленнее сухого пара); потери, связанные с утечками пара через зазоры между диафрагмами и валом или рабочими лопатками и корпусом (у реактивных турбин); выходные потери (на выходе пар обладает остаточной кинетической энергией). Эти потери считаются внутренними. К внешним потерям относятся механические потери (затраты энергии на преодоление трения в подшипниках и привод вспомогательных механизмов) и и потери от утечки пара через концевые уплотнения.

Внутренние потери приводят к тому, что полный внутренний теплоперепад (изменение энтальпии) hi оказывается ещё меньше h2. В многоступенчатых турбинах полный теплоперепад равен сумме теплоперепадов всех ступеней: Нi = ∑ hi; (полный теоретический теплоперепад Н0 = ∑ h0). С учётом сказанного относительный внутренний КПД многоступенчатой турбины

 

η0i = Ηi / Η0. (5)

 

Внутреннюю мощность турбины определяем, как:

 

Ni = (1/3600) ·Η0·М·η0i (кВт). (6).

 

Примечание: 1/3600 –коэффициент перевода час в сек.Если удельная энтальпия выражена в кДж/кг, а массовый расход М в кг/с, то коэффициент перевода час в сек 1/3600 в расчётах не используется.

Величину М (кг/час) называют массовым расходом пара. Механические потери турбины учитываются механическим КПД

 

ηм = Nе/ Ni; (7),

 

где Nеэффективная мощность на валу турбины. Для крупных турбин ηм = 0,98-0,99, для турбин небольшой мощности ηм = 0,94-0,95

Назовём теоретической мощностью турбины

 

Nт = (1/3600) ·Η0·М. (8)


Турбинный зал

 

Рис.3. Одноступенчатая активная паровая турбина:

1-вал; 2-диск; 3-рабочие лопатки; 4-сопло; 5-корпус; 6-пропускной патрубок; 7-лабиринтные уплотнения.

 

а) б)

Рис. 4. Схема реактивной многоступенчатой турбины: 1 и 5 – направляющие лопатки; 2 и 6-рабочие лопатки; 3-соединительный трубопровод; 4-корпус; 7-ротор; 8-разгрузочный поршень.

 

Относительный эффективный КПД в этом случае будет равен

 

η = Nе/ Nт. (9)

 

Для крупных турбин η = 0,84-0,86, для турбин средней мощности η = 0,75-0,8.

Если известна мощность на клеммах генератора Nэ, то КПД турбогенератора, называемый относительным электрическим КПД, определяется соотношением:

 

η = Nэ/ Nт; (10)

 

или η = η ηг; ηг = 0,94-0,99 –КПД генератора. Характеристикой экономичности турбины является также удельный эффективный расход пара (кг/кВт ч)

 

mе = M/ Ne. (11)

 

Расход пара на выработку 1 квт ч электроэнергии называют удельным электрическим расходом пара (кг/кВт ч) mэ = M/ Nэ. (12) Для турбин средней мощности удельный расход пара составляет 5-6 кг/кВт ч. Этот расход снижается при увеличении мощности турбины, а также при высоких начальных параметрах пара до 3,8-4,5 кг/кВт ч. Приведенные формулы справедливы для турбин, у которых пар расширяется до давления в конденсаторе и вся теплота используется для выработки электроэнергии. Такие турбины называют конденсационными.


Дата добавления: 2015-07-15; просмотров: 204 | Нарушение авторских прав


<== предыдущая страница | следующая страница ==>
Приглашают Вас к сотрудничеству| Перспективы паротурбостроения в России

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.011 сек.)