Теоретическая характеристика циклов паросиловых установок

Используя I-S диаграмму водяного пара строим процесс расширения пара основного теоретического цикла, начальное состояние которого при входе в турбину характеризуется параметрами Р1, t1. На пересечении изобары Р1 и изотермы t1 находим точку 1. По диаграмме I-S определяем значение энтальпии I1 и энтропии S1. Затем отмечаем изобары P0 и P2 –давления пара при отборе и давление пара при выходе из турбины и из точки 1 опускаем перпендикуляр до пересечения с линиями, соответствующими P0 и P2 , получив точки 0 и 2. Точка 0 соответствует состоянию пара при выходе из турбины. Отрезок  1-2 численно равен адиабатному теплоперепаду одного килограмма пара в идеальной однокорпусной турбине. Найдя точку 2, определяем по диаграмме значение энтальпии пара I2. Затем, используя, таблицы  «Термодинамических свойств воды и водяного пара» определяем, энтальпию I2' и энтропию S2' кипящей жидкости при давлении пара в конденсаторе. По I-S  диаграмме водяного пара определяем степень сухости пара  Х2  в конце теоретического процесса расширения пара в турбине.

 Теоретический располагаемый  тепло перепад в турбине.

h = i1-i2 ,      (1)

Теоретическое количество подведенной удельной теплоты в основном цикле.

q1 = i1-i2* ,     (2)

Теоретическое количество отведенной удельной теплоты в основном цикле

q2 = i2-i2* ,    (3)

Теоретическое количество полезной удельной работы  в основном цикле.

l = q1- q2 = (i*1- i2)- (i*2- i2) = i*1- i2  ,      (4)

Тепломеханический коэффициент основного теоретического цикла паросиловой установки, вычисленный через энергобалансовые характеристики (q1, q2, l)

 (5)

 

 

 

 

Вычисленные энергобалансовые характеристики заносятся в таблицу 1.

Р1 МПа	t1			Р2 МПа	t2					Х2 -	h				%
0,6	250	2960	7,19	0,1	100	2610	7,19	670,6	1,9311	0,970	350	2289,4	1939,4	350	15,28

 

 

   По исходным и  полученным в расчете данным  строим T-S-диаграмму основного цикла паросиловой установки (цикл Ренкина). Линии кипящей жидкости (Х =0) и сухого насыщенного пара (Х =1) наносятся на график по данным, приведенным в таблице 2.

Таблица значений параметров водяного пара на линии насыщения.

P МПа	Р Бар	t	Т К
Р1 =0,6	6	158,84	431,84	1,9311	6,7609
Ро =0,3	3	133,54	406,54	1,6716	6,9922
Р2 =0,1	1	99,62	272,62	1,3026	7,3579

 

 

 

                                                                                                                            

 

 

 

Диаграмма выполняется на миллиметровой бумаге в выбранном масштабе. Значения параметров пара откладываются на осях T-S. Пограничные кривые диаграммы T-S (линии кипящей жидкости Х=0 и линия сухого насыщенного пара Х=1), наносятся по данным, приведенным в таблице 2 значений исходных данных Р1=0,6 , Р0=0,3 , Р2=0,1 ; значения абсолютных температур насыщения Тн1=431,84 , Тн0=406,54 , Тн2=272,62 ; энтропий кипящей жидкости S1=1,9311 ,S0=1,6716, S2=1,3026  и энтропии сухого насыщенного пара S1"=6,7609 , S0"=6,9922 , S2"=7,3579, выбираются по таблицам термодинамических свойств воды и пара по соответствующим значениям давлений. Из точек значений энтропий кипящей жидкости и сухого насыщенного  пара восстанавливаем перпендикуляры до пересечения с соответствующими значениями температур, полученные  точки соединяем плавными кривыми, соответствующими нижней пограничной кривой (кривой кипящей жидкости) и верхней пограничной кривой (кривой сухого насыщенного пара).  Далее изображается цикл Ренкина (рис.4). Начальное состояние пара перед турбиной (точка 1)  определяется на пересечении изотермы                           Т1 – абсолютной температуры пара перед турбиной и линии постоянного значения энтропии S1 (значение S1 определяется по диаграмме I–S). Конечное состояние пара на выходе из турбины (при входе в конденсатор) определяется точкой 2, лежащей на пересечении изобары Р2 и линии постоянного значения энтропии S2= S1.   Аналогичным образом  строим процесс расширения пара в турбине  с параметрами Р1' и t1, т.е. с повышенным давлением пара, поступающего в турбину  и с той же температурой. Для этого случая определяются значения тепломеханического коэффициента через энергобалансовые характеристики.                                       Построение проводятся аналогично описанному ранее в разделе IV.1. При этом  параметры  рабочего тела вносят в таблицы аналогично таблицам 1 и 2.        Повышение начального давления приводит к росту конечной влажности пара,  следствием чего является уменьшение полезной работы цикла, ухудшение условий работы ступеней турбины и снижение надежности эксплуатации паровых турбин, поэтому в современных ПСУ чрезмерное повышение влажности пара предотвращают введением промежуточного перегрева пара. Вместе с тем само по себе повышение начального давления оказывает неблагоприятное влияние на массогабаритные характеристики паротурбинного оборудования и трубопроводов, приводит к усложнению и удорожанию установки.

Используя I-S диаграмму водяного пара строим процесс расширения пара основного теоретического цикла, начальное состояние которого при входе в турбину характеризуется параметрами Р1, t1. На пересечении изобары Р1 и изотермы t1 находим точку 1. По диаграмме I-S определяем значение энтальпии I1 и энтропии S1. Затем отмечаем изобары P0 и P2 –давления пара при отборе и давление пара при выходе из турбины и из точки 1 опускаем перпендикуляр до пересечения с линиями, соответствующими P0 и P2 , получив точки 0 и 2. Точка 0 соответствует состоянию пара при выходе из турбины. Отрезок  1-2 численно равен адиабатному теплоперепаду одного килограмма пара в идеальной однокорпусной турбине. Найдя точку 2, определяем по диаграмме значение энтальпии пара I2. Затем, используя, таблицы  «Термодинамических свойств воды и водяного пара» определяем, энтальпию I2' и энтропию S2' кипящей жидкости при давлении пара в конденсаторе. По I-S  диаграмме водяного пара определяем степень сухости пара  Х2  в конце теоретического процесса расширения пара в турбине.

 Теоретический располагаемый  тепло перепад в турбине.

h = i1-i2 ,      (1)

Теоретическое количество подведенной удельной теплоты в основном цикле.

q1 = i1-i2* ,     (2)

Теоретическое количество отведенной удельной теплоты в основном цикле

q2 = i2-i2* ,    (3)

Теоретическое количество полезной удельной работы  в основном цикле.

l = q1- q2 = (i*1- i2)- (i*2- i2) = i*1- i2  ,      (4)

Тепломеханический коэффициент основного теоретического цикла паросиловой установки, вычисленный через энергобалансовые характеристики (q1, q2, l)

 (5)

 

 

 

 

Вычисленные энергобалансовые характеристики заносятся в таблицу 1.

Р1 МПа	t1			Р2 МПа	t2					Х2 -	h				%
0,6	220	2890	7,06	0,06	88	2480	7,06	670,6	1,9311	0,926	410	2219,4	1809,4	410	18,47

 

 

   По исходным и  полученным в расчете данным  строим T-S-диаграмму основного цикла паросиловой установки (цикл Ренкина). Линии кипящей жидкости (Х =0) и сухого насыщенного пара (Х =1) наносятся на график по данным, приведенным в таблице 2.

Таблица значений параметров водяного пара на линии насыщения.

P МПа	Р Бар	t	Т К
Р1 =0,6	6	158,84	431,84	1,9311	6,7609
Ро =0,3	3	133,54	406,54	1,6716	6,9922
Р2 =0,06	0,6	85,94	358,94	1,1453	7,5313

 

 

 

                                                                                                                            

 

 

 

Диаграмма выполняется на миллиметровой бумаге в выбранном масштабе. Значения параметров пара откладываются на осях T-S. Пограничные кривые диаграммы T-S (линии кипящей жидкости Х=0 и линия сухого насыщенного пара Х=1), наносятся по данным, приведенным в таблице 2 значений исходных данных Р1=0,6 , Р0=0,3 , Р2=0,06 ; значения абсолютных температур насыщения Тн1=431,84 , Тн0=406,54 , Тн2=358,94 ; энтропий кипящей жидкости S1=1,9311 ,S0=1,6716 , S2=1,1453 и энтропии сухого насыщенного пара S1"=6,7609 , S0"=6,9922, S2"=7,5313 , выбираются по таблицам термодинамических свойств воды и пара по соответствующим значениям давлений. Из точек значений энтропий кипящей жидкости и сухого насыщенного  пара восстанавливаем перпендикуляры до пересечения с соответствующими значениями температур, полученные  точки соединяем плавными кривыми, соответствующими нижней пограничной кривой (кривой кипящей жидкости) и верхней пограничной кривой (кривой сухого насыщенного пара).  Далее изображается цикл Ренкина (рис.4). Начальное состояние пара перед турбиной (точка 1)  определяется на пересечении изотермы                      Т1 – абсолютной температуры пара перед турбиной и линии постоянного значения энтропии S1 (значение S1 определяется по диаграмме I–S). Конечное состояние пара на выходе из турбины (при входе в конденсатор) определяется точкой 2, лежащей на пересечении изобары Р2 и линии постоянного значения энтропии S2= S1. Аналогичным образом  строим процесс расширения пара в турбине  с параметрами Р1' и t1, т.е. с повышенным давлением пара, поступающего в турбину  и с той же температурой. Для этого случая определяются значения тепломеханического коэффициента через энергобалансовые характеристики.                                    Построение проводятся аналогично описанному ранее в разделе IV.1. При этом  параметры  рабочего тела вносят в таблицы аналогично таблицам 1 и 2.    Повышение начального давления приводит к росту конечной влажности пара,  следствием чего является уменьшение полезной работы цикла, ухудшение условий работы ступеней турбины и снижение надежности эксплуатации паровых турбин, поэтому в современных ПСУ чрезмерное повышение влажности пара предотвращают введением промежуточного перегрева пара. Вместе с тем само по себе повышение начального давления оказывает неблагоприятное влияние на массогабаритные характеристики паротурбинного оборудования и трубопроводов, приводит к усложнению и удорожанию установки.

 

 

 

 

 

 

Сводная таблица результатов расчетов.

 

Циклы Ренкина паросиловой установки	p1 мПа	p2 мПа	t1 °С	t2 °С	x2 -	q1 кДж кг	q2 кДж кг	ℓ кДж/ кг*К	ηt %
1-2- основной теоретический  цикл	0,6	0,1	220	100	0,950	2219,4	1889,4	330	14,86
3-4- цикл с повышенным  давлением  Р1	1	0,1	220	100	0,908	2117,6	1707,6	410	19,36
5-6-цикл  с повышенным начальной температурой t1 C	0,6	0,1	250	100	0,970	2289,4	1939,4	350	15,28
7-8- цикл при снижении  конечного давления Р2	0,6	0,06	220	88	0,926	2219,4	1809,4	410	18,47

 

 

      Проанализировав полученные данные, я прихожу к выводу, что, повышение начального давления приходит к росту конечной влажности пара, следствием чего является уменьшение полезной работы цикла, ухудшение условий работы ступеней турбины и снижение надежности эксплуатации паровых турбин, поэтому в современных ПСУ чрезмерное повышение влажности пара предотвращают введением промежуточного перегрева пара. Вместе с тем само по себе повышение начального давления оказывает неблагоприятное влияние на массогабаритные характеристики паротурбинного оборудования и трубопроводов, приводит к усложнению и удорожанию установки.