Цикл карно во влажном паре

Цикл Карно во влажном воздухе и его недостатки. PV,TS диаграммы

Все паросиловые установки отличаются от газотурбинных тем, что рабочим телом служит пар какой-нибудь жидкости(водяной пар), а продуктами сгорания топлива являются промежуточные носители.

Турбинная установка, работающая по циклу Карно, должна состоять из: парового котла, парового двигателя, конденсатора и компрессора.

4-1-изобарно-изотермический (продукты сгорания отдают тепло)

1-2-расширение пара(адиабатное расширение пара в цилиндре двигателя)

2-3-конденсация пара в конденсате(жидкости в т 3 больше чем в т 2)

3-4-сжатие пара в компрессоре

4-1-парообразование в котле.

Работа паросиловой установки по циклу Карно имеет очень много недостатков и в настоящее время не используется.

2-3- идет не до конца, поэтому на сжатие в компрессор попадает влажный пар с большим объемом ν3, а это требует применения компрессора больших размеров.

1-2-степень сухости в т 2 меньше чем в т 1. Это обстоятельство не позволяет применять паровые турбины из-за опасности гидравлического удара и эрозии лопаток турбины.

Главный недостаток цикла Карно во влажном паре заключается в использовании громоздкого компрессора и больших затрат работы на сжатие пара в процессе 3-4.

Цикл Ренкина. Схема. Диаграммы.

ПК-паровой котел ПП-пароперегреватель ПТ-паровая турбина ЭГ-электрогенератор К-конденсатор ОВ-охлажденная вода ПН-питательный насос ВЭ-водный экономайзер-используется для подогрева питательной воды до состояния насыщения.

Перегрев

Полезная работа цикла Ренкина. Работа питательного насоса. Термический КПД цикла Ренкина.

По диаграмме полезная работа цикла Ренкина численно равна площади 1-2 3-4-5-6.

l-величина полезной работы, которую совершает 1 кг пара.

В данном цикле тепло подводится в экономайзере(для приведения рабочего тела в состояние насыщения). На участке5-6(в котле на процесс парообразования). На участке 6-1(в пароперегревателе на процесс пароперегрева).

при невысоких давлениях можно пренебречь работой насоса

Влияние параметров пара на термодинамический КПД цикла Ренкина.TS ,hS диаграммы.

Увеличение начального давления пара p1 при неизменно температуре пара t1 позволяет увеличить КПД.

Так как при увеличении давления растет tнас, следовательно уменьшаются потери теплоты от необратимого процесса теплообмена при конечной разности t.

2. повышение давления ведет к увеличению влажности пара(степень сухости в т 2 > чем в т 2’), что отрицательно влияет на работу турбины.

увеличение теплоперепада, больше давление

При увеличении начального давления увеличивается величина адиабатного теплоперепада, т е растет работа турбины.

При увеличении начальной температуры пара при неизменном давлении КПД растет. Т к происходит увеличение адиабатного теплоперепада и растет темперетура подвода теплоты-потери меньше.

5.Увеличение начальной температуры увеличивает степень сухости пара на выходе из турбины. Повышение начального давления , ведущее к уменьшению степени сухости пара, целесообразно проводить одновременно с повышением начальной температуры.

При понижении конечного давления значительно увеличивается величина адиабатного теплоперепада и уменьшается средняя интегральная температура отвода теплоты, что ведет к уменьшению необратимых потерь при теплообмене в конденсаторе.

Цикл Ренкина с промежуточным перегревом пара.

Использование вторичного пароперегревателя позволяет значительно увеличить степень сухости пара на выходе из турбины

(адиабатные теплоперепады в цилиндре высокого и низкого давления)

(количество теплоты, подведенное во 2 ступени пп)

Применение промежуточного пароперегревателя может повысить η, если средняя температура подвода теплоты в данном цикле(b-2-2’-a) будет выше, чем средняя температура подвода теплоты в цикле с однократным пароперегревом.

Источник статьи: http://lektsia.com/2x9ae4.html

Цикл Карно на влажном паре

Поскольку изобарные процессы фазовых переходов являются одновременно изотермическими и сопровождаются тепловыми эффектами, то появляется принципиальная возможность подводить и отводить теплоту при постоянной температуре в процессах парообразования и конденсации при различных давлениях. Принципиальная схема установки, работающей по циклу Карно изображена на рис.3.1.

В паровом котле ПК при постоянном давлении p₁ и постоянной температуре t₁ к кипящей воде подводится теплота, выделяющаяся при сгорании топлива. Сухой насыщенный пар из парогенератора поступает в паровую турбину ПТ. При адиабатическом расширении в турбине до давления p₂ и температуры t_2.. располагаемая работа потока превращается в кинетическую энергию вращения ротора турбины соединенного с ротором электрогенератора ЭГ.

С этими параметрами пар поступает в конденсатор К, где от пара отводится теплота при постоянных давлении и температуре. После конденсатора влажный пар поступает в компрессор, адиабатически повышающем давление пара до давления в парогенераторе p₁. Цикл в p-v и T-s координатах изображен на рис.3.2.

Термический КПД цикла Карно равен

и имеет максимальное значение в данном интервале температур.

Как было сказано выше, цикл Карно на влажном паре принципиально осуществим, но реальные теплосиловые установки по этому циклу не работают, поскольку он обладает двумя существенными недостатками – невысокой температурой подвода теплоты, ограниченной критическим значением 374° C и тяжелыми условиями работы компрессора, повышающего давление влажного пара.

Источник статьи: http://studopedia.info/5-70515.html

ЦИКЛ КАРНО ВО ВЛАЖНОМ ПАРЕ И ЕГО НЕДОСТАТКИ

Паросиловые установки (ПСУ) отличаются от газотурбинных двигателей и двигателей внутреннего сгорания тем, что рабочим телом служит пар ка­кой-либо жидкости (обычно водяной пар), а продукты сгорания топлива яв­ляются лишь промежуточным теплоносителем.

Наиболее совершенным идеальным циклом , как известно, является цикл Карно. Паротурбинная установка, работающая по циклу Карно, должна со­стоять из парового котла, парового двигателя, конденсатора и компрессора. Цикл Карно, где в качестве рабочего тела используется влажный насыщен­ный пар, в Ts— pν— координатах представлен на рис. 11.1, 11.2. Рассмотрим цикла: 1-2 — адиабатный процесс расширения пара в цилиндре дви­гателя; 2-3 — конденсация пара в конденсаторе; 3-4 — сжатие пара в компрес­соре; 4-1 — парообразование (кипение) в котле.

Термический кпд цикла Карно с насыщенным паром в качестве рабочего тела определяется по формуле

.

Паросиловые установки, работающие по циклу Карно, имеют столь суще­ственные недостатки, что делает нецелесообразным их применение. Главные из этих недостатков следующие. Процесс конденсации пара 2-3 осуществля­ется не полностью. В связи с чем сжатию в компрессоре будет подлежать влажный пар, имеющий большой объем ν₃. Это приводит к необходимости использования цилиндра компрессора больших размеров. Размеры цилиндра возрастают также с увеличением давления пара в котле и с уменьшением в конденсаторе, т.е. при переходе к режимам с большими разностями темпера­тур T₁ — Т₂, которые приводят к наиболее высокому кпд. Кроме того, влаж­ность пара х₂в конце процесса адиабатного расширения 1-2 оказывается достаточно высокой, что не позволяет применять паровые турбины вследст­вие эрозии турбинных лопаток.

Таким образом, главный недостаток цикла Карно во влажном паре за­ключается в необходимости использования громоздкого компрессора и больших затратах работы на сжатие пара в процессе 3-4, которые равны площади 54365.

Дата добавления: 2016-06-05 ; просмотров: 4256 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник статьи: http://poznayka.org/s10280t1.html

Цикл Карно для водяного пара и его недостатки

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 характеризуется коэффициентом заполнения

У газовых циклов коэффициент заполнения значительно меньше единицы, потому что изобарные процессы подвода тепла (линия 2-3)и отвода тепла (линия 4-1) осуществляются при переменной температуре.

Если же вместо неконденсирующегося газа в качестве рабочего тела использовать влажный пар какого-либо вещества, то становится возможным доведение коэффициента заполнения цикла до единицы, ибо в области влажного пара изобарные процессы одновременно являются изотермическими.

Рассмотрим вопрос о практической осуществимости на водяном паре цикла Карно, представленною в р — и Ts-диаграммах.

изобарно-изотермический процесс парообразования 4-1;

адиабатное расширение пара 1-2;

изобарно-изотермический процесс неполной конденсации 2-3;

адиабатное сжатие влажного пара 3-4 с полным превращением его в воду.

При использовании сухого насыщенного пара с параметрами p₁=170 бар и t₁ =352°С (верхний температурный уровень цикла) конечная влажность его при адиабатном расширении до р₂ =0,03 барпо расчётусоставляет 41,3%.

Таким образом, двигателю пришлось бы работать в чрезвычайно неблагоприятных гидродинамических условиях очень высокой влажности пара.

На осуществление адиабатного сжатия частично сконденсировавшегося при р₂=0,03 бар отработавшего пара до начального давления p₁ =170 бар с полным превращением его в воду необходимо затратить работу l_Т = 562 кДж/кг, что составляет 55,3% всей работы l_Т =1014 кДж/кг, совершаемой двигателем.

Это означает, что компрессор по своим габаритам был бы соизмерим с самим двигателем, гидродинамические же условия его работы были бы еще тяжелее, чем у последнего (по расчету начальная влажность адиабатного сжатия получается равной 58%, конечная же влажность, как ясно, составляет 100%).

Приведенные данные показывают, что паросиловые установки, в которых нашел бы практическое осуществление цикл Карно, являются бесперспективными.

Поэтому развитие паросиловой техники пошло в другом направлении, связанном с полной конденсацией отработавшего пара и применением перегретого пара.

Цикл Ренкина

В результате замены парового компрессора насосом, подающим в котел конденсат отработавшего пара, а также введения перегрева пара перед двигателем цикл Карно превращается уже в другой цикл, называемый циклом Ренкина.

1 – паровой котел с пароперегревателем;

2 – паровой двигатель;

Паровой котел представляет собой устройство, в котором производится сжигание топлива и теплота образующихся газообразных продуктов сгорания используется для превращения поступающей в него воды в перегретый (или насыщенный) пар.

Конденсатор представляет собой трубчатый теплообменник, внутренняя поверхность трубок которого охлаждается циркуляционной водой, за счет чего на их наружной поверхности происходит конденсация отработавшего пара.

Скапливающийся внизу конденсат откачивается насосом, который повышает его давление до необходимой величины и подает обратно в котел.

Цикл Ренкина состоит из:

1-2 — адиабатного процесса расширения пара в двигателе;

2-3 — изобарно-изотермического процесса конденсации отработавшего пара в конденсаторе;

3-4 — адиабатного процесса повышения давления воды в насосе;

4-5-6-1 — изобарного процесса парообразования в котле.

На р — диаграмме:

площадь 1-2-8-7-1 – техническая работа двигателя l_Т;

площадь 3-4-7-8-3 – техническая работа, затраченная на привод насоса l_н;

площадь цикла 1-2-3-4-1 – их разность, т.е. полезная работа цикла l₀, совершаемая над внешним объектом (над генератором).

На Ts-диаграмме:

площадь 4-5-6-1-7-8-4 – тепло q₁, получаемое рабочим телом от горячего источника (газообразных продуктов сгорания топлива),

площадь 2-3-8-7-2 – тепло q₂, отдаваемое рабочим телом холодному теплоприемнику (циркуляционной воде конденсатора),

площадь цикла 1-2-3-4-5-6-1 – их разность q₁–q₂, т.е. полезное тепло, превращаемое в работу l_о.

Поскольку математически работа двигателя l_Т положительна, а работа, затраченная на привод насоса l_Н, отрицательна, полезная работа цикла может быть представлена как алгебраическая сумма этих работ:

Предполагая, что вода несжимаема, т.е., что в точках 3 и 4 удельные объемы ее одинаковы , получаем:

и тогда

Тепло, подводимое к рабочему телу от горячего источника

а термический к.п.д. цикла Ренкина

Величина i₃ представляет собой энтальпию кипящей воды при давлении р₂ , которую следует обозначить буквой .

Таково выражение для термического к. п. д. цикла Ренкина с учетом затраты работы на привод насоса.

При анализе работы паросиловых установок с невысоким начальным давлением можно пренебречь затратой работы на привод насоса:

Величину термического к.п.д. цикла Ренкина удобно определять графо-аналитическим методом с помощью is-диаграммы:

Помимо термического к.п.д. показателем эффективности цикла Ренкина может служить теоретический удельный расход пара, т.е. количество пара, теоретически расходуемое на единицу работы:

, кДж/кг, или , кг/(кВт×ч).

|	следующая лекция ==>
Методы повышения к.п.д. ГТУ	|	Конспект Водные ресурсы.

Дата добавления: 2016-02-09 ; просмотров: 2203 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник статьи: http://helpiks.org/6-87658.html