3.2.4 Питання для самоконтролю

1. Охарактеризуйте область застосування компресорів.

2. За якими ознаками класифікують компресори?

3. У чому полягає принцип роботи одноступінчатого поршневого компресора?

4. Який режим стиску більш економічний?

5. Охарактеризуйте відмінності Pv-діаграми реального й ідеального компресорів.

6. Вкажіть основні параметри, які характеризують компресор.

3.3 Термодинамічні цикли

3.3.1 Цикли паротурбінних установок (пту)

Паротурбінна установка є основою сучасних теплових і атомних електростанцій. Робочим тілом у таких установках являється пара якоїнебудь рідини (наприклад, водяна пара).

Принципова схема ПТУ показана на рисунку 3.9 і процес одержання роботи відбувається в такий спосіб. У паровому котлі 1 і в перегрівнику 2 теплота горіння палива передається воді. Отримана пара надходить у турбіну 3, де відбувається перетворення теплоти на механічну роботу, а потім на електричну енергію в електрогенераторі 4. Відпрацьована пара надходить у конденсатор 5, де віддає теплоту охолоджувальній воді. Отриманий конденсат насосом 6 відправляється в живильний бак 7, відкіля живильним насосом 8 стискається до тиску, рівного тиску в котлі, і подається через підігрівник 10 у паровий котел 1.

Рисунок 3.9 – Принципова схема паротурбінної установки

Основним циклом у паротурбінній установці є цикл Ренкіна. На рисунку 3.10 зображено ідеальний цикл Ренкіна на перегрітій парі в Pv- і Ts-діаграмах. Точка 4 характеризує стан киплячої води в котлі при тиску Р1. Лінія 4-5 зображує процес пароутворення в котлі; потім пара підсушується в перегрівнику – процес 5-6, 6-1 – процес перегріву пари в перегрівнику при тиску Р1, Отримана пара за адіабатою 1-2 розширюється у циліндрі парового двигуна до тиску Р2 у конденсаторі. У процесі 2-2' пар цілком конденсується до стану киплячої рідини при тиску Р2, віддаючи теплоту пароутворення охолоджувальній воді. Процес стиску води 2'-3 здійснюється в насосі; підвищення температури води, що виходить при цьому, є мізерно малим, і ним у дослідженнях при тисках до 3,0…4,0 МПа зневажають. Лінія 3-4 зображує зміну об’єму води при нагріванні від температури в конденсаторі до температури кипіння. Робота насоса зображується заштрихованою площею – 032'7. Ентальпія пари при виході з перегрівника в точці 1 дорівнює h₁ і на Ts-діаграмі (рис. 3.10, б) зображується площею 92'3461709. Ентальпія пари при вході в конденсатор у точці 2 дорівнює h₂ і на Ts-діаграмі зображується площею 92'2709.

Ентальпія води при виході з конденсатора в точці 2' дорівнює h_2’ і на Tsдіаграмі зображується площею 92'809. Корисна робота пари в циклі Ренкіна зображується на Рv-діаграмі площею 2'346122' (рис. 3.10, а).

Якщо в циклі Ренкіна враховувати роботу насоса, то процес адіабатного стиску води в ньому зобразиться на Ts-діаграмі (рис. 3.10, б) адіабатою 2'-3, а ізобара 3-4 відповідає нагріванню води в котлі при тиску

Р1 до відповідної температури кипіння.

Рисунок 3.10 – Теоретичний цикл Ренкіна в Pv- (а) і Ts-діаграмах (б)

Термічний ККД циклу Ренкіна визначається за рівнянням (1.94)

t  q1 q2 .

q₁

Теплота q₁ у циклі підводиться при Р=соnst у процесах 3-4 (підігрів води до температури кипіння), 4-6 (пароутворення) і 6-1 (перегрів пари) (див. рис. 3.10) і дорівнює різниці початкової і кінцевої точок процесу:

q₁=h₁–h₃. (3.23)

Ця кількість теплоти зображується на Тs-діаграмі площею 82'346178. Відвід теплоти q₂ здійснюється в конденсаторі за ізобарою 2-2', відповідно до

q₂=h₂–h_2’. (3.24)

Теплота, що відводиться, зображується на Тs-діаграмі площею 2'2782'. Термічний ККД циклу Ренкіна визначаємо за рівнянням

_t  h^{1  h3 h2  h2' }. (3.25)

h₁  h₃ 

На рисунку 3.11 зображено цикл Ренкіна в hs-діаграмі. Точка 1 характеризує стан перегрітої пари при вході в парову турбіну, точка 2 – стан вологої пари при вході в конденсатор або стан спрацьованої пари при виході турбіни; точка 2' – стан киплячої води на виході з конденсатора; точка 3 – стан води при виході з насоса при тиску в котлі Р1; точка 4 – стан киплячої води при тиску в котлі Р1; точка 5 – стан вологої пари при виході з котла; точка 6 – стан сухої насиченої пари в пароперегрівачі.

O s

Рисунок 3.11 – Цикл Ренкіна в hs-діаграмі

У цій діаграмі відстань за ординатою між точками 1 і 2 відповідає адіабатному розширенню пари в паровій турбіні. Відстань за ординатою між точками 2 і 2' зображує кількість теплоти, що відводиться в конденсаторі при P₂=const. Відстань за ординатою між точками 2 і 3 – кількість теплоти, яка витрачається на стиск води в насосі до тиску Р1 у котлі. Відстань за ординатою між точкам 3 і 4 відповідає кількості теплоти, яка витрачається на підігрів води до температури котла. Відстань за ординатою між точками 4 і 5 зображує кількість теплоти, яка витрачається на одержання вологої пари в котлі зі ступенем сухості x_к=const. Відстань за ординатою між точками 5 і 6, 6 і 1 визначає кількість теплоти, яка витрачається на підсушування вологої пари і перегрів сухої пари в пароперегрівачі при тиску в котлі Р1 =const.

Таким чином, питома кількість теплоти q1, що підводиться до води в цьому циклі, визначається відстанню за ординатою між точками 1 і 3, а відведена кількість теплоти q₂ – між точками 2 і 2'.

Застосування hs-діаграми значно полегшує розрахунки термодинамічних процесів і циклів, тому що кількості теплоти в цій діаграмі зображуються відрізками прямих ліній за ординатою між початковими і кінцевими точками процесів.

Слід зазначити, що ККД ПТУ може досягати 45 %. Для підвищення ККД використовують наступні методи:

1. підвищення початкового тиску пари (при цьому ККД ПТУ значно збільшується, а питомі витрати пари зменшуються);

2. підвищення початкової температури пари (ККД збільшується, так як збільшується середньоінтегральна температура підводу теплоти і при цьому зростає адіабатне теплопадіння);

3. зменшення кінцевого тиску в конденсаторі (при цьому зменшується середньоінтегральна температура відводу теплоти і збільшується адіабатне теплопадіння).