Рассчитать термодинамический цикл установки

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В представленной курсовой работе был произведен расчет термодинамического цикла установки, работающей по циклу Ренкина на перегретом паре и определены параметры состояния рабочего тела (перегретого пара) в узловых точках.
В результате проведенных расчетов были определены термический и внутренний КПД установки, составляющие соответственно 44,15 и 35,32%.
Термический КПД установки А, работающей на перегретом паре, в 1,133 раза выше, чем термический КПД установки Б, работающей на насыщенном паре при тех же значениях рабочего давления и температуры. Таким образом, можно утверждать, что установка Б более термодинамически эффективна, чем установка А.
Также, в соответствии с заданием, в работе был определен термический КПД цикла Карно при указанных значениях температуры, равный 62,85% ...

СОДЕРЖАНИЕ
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ 2
ВВЕДЕНИЕ 3
1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 3
1.1 Цикл Карно 3
1.2 Цикл Ренкина 3
2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 3
2.1 Условия для расчетной работы 3
2.2 Расчет цикла с промежуточным перегревом 3
2.3 Расчет КПД цикла 3
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 3
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 3

ВВЕДЕНИЕ
Важная роль в разработке новых устройств и технологических процессов принадлежит теплотехнике, в теоретическую базу которой входит техническая термодинамика. Наиболее существенную роль в термодинамике играют тепловые процессы, поэтому изучению таких процессов придается большое значение. Глубокое знание термодинамических процессов позволяет создавать и эксплуатировать теплотехническое оборудование строительной индустрии на более высоком качественном уровне.
Все реальные процессы изменения состояния газа, происходящие в различных тепловых установках, являются неравновесными. Однако в технической термодинамике для упрощения расчетов их заменяют соответствующими равновесными процессами.
К основным процессам, имеющим важное значение как для теоретических исследований, так и для практ ических работ, относятся изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный. Кроме того, существует обобщающий процесс (политропный), по отношению к которому перечисленные процессы являются частными случаями.
Цель данного курсового проекта – расчет термодинамического цикла.
В рамках поставленной цели требуется рассчитать:
1) параметры в характерных точках цикла;
2) термический КПД цикла и сопоставить значение этого КПД с его аналогом для цикла без вторичного перегрева;
3) термический КПД цикла Карно, проведенном в том же температурном интервале, что и цикл с промежуточным перегревом;
4) внутренний абсолютный КПД цикла (потерями от необратимости процессов в насосе пренебречь).

При расширении по адиабате от состояния вблизи правой пограничной кривой степень сухости пара уменьшается; при адиабатном сжатии в состоянии вблизи левой пограничной кривой влажность пара возрастает. Отвод теплоты в конденсаторе должен осуществляться до тех пор, пока влажный пар не достигнет состояния, которое определяется следующим условием: при сжатии по адиабате от состояния 3 с давлением р2 до давления рг конечное состояние рабочего тела не должно оказаться за пределами области насыщения.Рис.2. Установка для цикла КарноТермический КПД обратимого цикла Карно, осуществляемого во влажном паре, как и цикла Карно с любым другим рабочим телом, определяется уравнением (1.1): MACROBUTTON MTPlaceRef \* MERGEFORMAT SEQ MTEqn \h \* MERGEFORMAT (1.1)Реальный цикл, осуществляемый во влажном пареи составленный из двух изобар-изотерм и двух адиабат, условно изображен в Т, s -диаграмме на рис. 3 с учетом необратимых потерь на трение при расширении пара в турбине и при его сжатии в компрессоре. Здесь s2-sl — увеличение энтропии пара в процессе адиабатного расширения, обусловленное трением, a s4-s3 — увеличение энтропии пара при его сжатии в компрессоре.Из сказанного выше следует, что осуществление цикла Карно во влажном паре вполне возможно. Поскольку критическая температура воды сравнительно невысока (374,15 °С), невелик и интервал температур между нижней (порядка 25 °С) и верхней (не выше 340—350 °С) температурами цикла.Рис.3. Реальный цикл КарноПри большем приближении к критической точке резко сужается длина изобарно-изотермического участка 4-1 и, следовательно, относительно большую роль начинают играть снижающие термический КПД цикла неизоэнтропные участки 1-2 и 3-4; степень заполнения цикла уменьшается. Однако даже в этом сравнительно узком интервале предельных температур величина г) для обратимого цикла Карно, осуществляемого во влажном паре, оказывается весьма значительной:С учетом условий работы теплосилового оборудования практическое осуществление этого цикла нецелесообразно, так как при работе на влажном паре, который представляет собой поток сухого насыщенного пара со взвешенными в нем капельками воды, что обусловливает тяжелые условия работы проточных частей турбин и компрессоров, течение становится газодинамически несовершенным и внутренний относительный КПД этих машин ηог. снижается. Вследствие этого внутренний абсолютный КПД цикла ηi = ηTnoi оказывается сравнительно малым.Важно и то, что компрессор для сжатия влажного пара с малыми давлениями и большими удельными объемами представляет собой весьма громоздкое, неудобное в эксплуатации устройство, на привод которого затрачивается чрезмерно большая энергия. По этим причинам цикл Карно, осуществляемый во влажном паре, не нашел практического применения.1.2 Цикл РенкинаПеречисленные выше недостатки, присущие паросиловой установке, в которой осуществляется цикл Карно на влажном паре, могут быть частично устранены, если отвод теплоты от влажного пара в конденсаторе производить до тех пор, пока весь пар полностью не сконденсируется.В этом случае сжатию от давления р2 до давления р1 подлежит не влажный пар малой плотности, а вода. По сравнению с удельным объемом влажного пара в точке 3 (см. Т, s-диаграмму на рис. 2) удельный объем воды весьма мал, а ее сжимаемость пренебрежимо мала по сравнению со сжимаемостью влажного пара. Для перемещения воды из конденсатора в котел с одновременным повышением ее давления применяются не компрессоры, а насосы, компактные и простые по устройству, потребляющие весьма мало энергии для своего привода.Такой цикл был предложен в 50-х годах XIX века почти одновременно шотландским инженером и физиком У. Ренкином и Р. Клаузиусом. Обычно этот цикл называют циклом Ренкина. Схема теплосиловой установки с циклом Ренкина аналогична схеме установки, представленной на рис. 1, с той лишь разницей, что в схеме, работающей по циклу Ренкина, 5 — не компрессор влажного пара, а водяной насос.Рис.4. Термодинамический цикл РегкинаЦикл Ренкина в Т, s-диаграмме изображен на рис. 4. Влажный пар в конденсаторе полностью конденсируется по изобаре р2 = const (точка 3 на рис. 4). Затем вода сжимается насосом от давления р2 до давления рх; этот адиабатный процесс показан в Т, s-диаграмме вертикальным отрезком 3-5.Длина отрезка 3-5 в Т, s-диаграмме весьма мала; как уже отмечалось в гл. 6, в области жидкости изобары в Т, 5-диаграмме проходят очень близко друг от друга. Благодаря этому при изоэнтропном сжатии воды, находящейся при температуре 25 °С и давлении насыщения 3,1 кПа, до давления 29 400 кПа температура воды возрастает менее чем на 1 °С, и можно с хорошей степенью приближения считать, что в области жидкости изобары воды практически совпадают с левой пограничной кривой; поэтому зачастую при изображении цикла Ренкина в Т, s-диаграмме изобары в области жидкости сливаются с левой пограничной кривой.Из насоса вода под давлением рх поступает в котел, где к ней в изобарном процессе рх - const подводится теплота. Вначале вода в котле нагревается до кипения (участок 5-4 изобары р1 = const на рис. 4), а затем, по достижении температуры кипения, происходит процесс парообразования (участок 4-1 изобары p1 = const на рис. 4). Сухой насыщенный пар, получаемый в котле, поступает в турбину; процесс расширения в турбине изображается адиабатой 1-2. Отработанный влажный пар поступает в конденсатор, и цикл замыкается.Итак, цикл Ренкина на перегретом паре применяется для увеличения термического КПД цикла ПТУ. Для этого перед турбиной ставят перегреватель 2, который увеличивает температуру и давление пара. При этом возрастает средняя температура подвода теплоты в цикле. Возможность повышения термического КПД цикла Ренкина за счет увеличения начального давления пара ограничивается требованием не превысить предельного значения влажности пара в конце расширения в турбине по условию безопасности ее работы. Этого можно избежать, изменив конфигурацию цикла введением вторичного перегрева пара при некотором промежуточном давлении. Схема ПТУ со вторичным перегревом пара показана на рис. 5, а соответствующий обратимый цикл в диаграмме T,s – на рис. 6. В этой установке пар состояния 1 вначале расширяется обратимо адиабатно в части высокого давления турбины (ЧВД) до некоторого промежуточного давления ра (тч.а) после чего возвращается в паровой котел (КА), где при постоянном давлении pa = pb вторично перегревается до температуры Тb, равной или несколько меньшей, чем начальная температура Т1. После этого пар состояния b обратимо адиабатно расширяется в части низкого давления (ЧНД) турбины до давления р2 в конденсаторе (К), затем полностью конденсируется (состояние 2´) и образовавшаяся вода, сжатая обратимо адиабатно в насосе (Н) до начального давления р1, подается в котлоагрегат. Здесь при изобарном подводе теплоты (в данном случае при давлении, большем, чем критическое давление рк) приготавливается пар начальных параметров р1 и Т1 и далее цикл повторяется.Рис.5. Тепловая схема паротурбинной установки На диаграмме T,s можно видеть, что влажность пара в последних ступенях турбины (тч.2) намного меньше, чем была бы при отсутствии вторичного перегрева пара (тч. с), и процесс перемещается в более безопасную область состояний пара. Это также способствует улучшению внутреннего относительного КПД турбины. Рис.6. TS-диаграмма цикла ПТУ с вторичным перегревом параВлажность пара в конце расширения в турбине зависит теперь от его состояния после вторичного перегрева (тч.b), а не от начальных параметров р1 и Т1, что позволяет выбирать их оптимальные значения, не оглядываясь на конечную влажность пара. В частности, это позволяет использовать высокие начальные давления пара, включая сверхкритические.2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ2.1 Условия для расчетной работыВ паротурбинной установке к соплам турбины пар поступает с начальными параметрами р1 (МПа) и t1 (°С). После расширения в части высокого давления (ЧВД) до рпр (МПа) он направляется в промежуточный пароперегреватель, где его температура повышается до первоначального значения tпр = t1. Затем пар расширяется в части низкого давления (ЧНД) до давления в конденсаторе р2 = 0,004 МПа. Внутренний относительный к.п.д. в обеих частях турбины одинаков: = = 0,8.Изобразить тепловую схему установки.Рассчитать термодинамический цикл установки, определив:1)параметры в характерных точках цикла;2)термический к.п.д. цикла и сопоставить значение этого к.п.д. с его аналогом для цикла без вторичного перегрева;3)термический к.п.д. цикла Карно, проведенном в том же температурном интервале, что и цикл с промежуточным перегревом;4)внутренний абсолютный к.п.д. цикла (потерями от необратимости процессов в насосе пренебречь).Изобразить цикл вместе с соответствующими пограничными линиями в масштабе в T-s-координатах (полностью) и в h-s-координатах (частично).Данные для расчета приведены в табл. 1.Таблица 1. Исходные данные к работеИсходные данныеПредпоследняя цифра шифра5Р1, МПа9t1, 0C540Исходные данныеПоследняя цифра шифра9рпр, МПа42.2 Расчет цикла с промежуточным перегревом Для определения параметров рабочего тела в характерных точках в теоретическом цикле Ренкина воспользуемся PV, TS и HS диаграммами, которые схематично изображены ниже. По ним легко видеть, какие параметры меняются, а какие нет. Рис.7.