3. Работа идеального газа в различных термодинамических процессах.

Идеальный газ- такой газ, в котором отсутствуют силы взаимного притяжения и отталкивания между молекулами,  размерами этих молекул можно пренебречь.

Все реальные газы при высоких температурах и малых давлениях можно практически считать идеальными газами.

Уравнение состояния идеального газа массой 1 кг имеет вид:

где R – газовая постоянная, представляет работу 1 кг газа в процессе расширения при постоянном  давлении и при изменении температуры на 1 градус.

Для произвольного количества газа массой m  уравнение состояния записано следующим образом:

Изохорный процесс протекает при постоянном объеме:                  u=const; u2=u1. Уравнение состояния  этого процесса имеет вид:

Поскольку   u2=u1 то работа l  не совершается и уравнение первого закона термодинамики принимает вид:

Изобарный процесс протекает при постоянном давления:

                              P=const, P1=P2.

Уравнение процесса состояния в этом случае записывается как:

Работа в этом процессе определяется  выражением:

Уравнение первого закона термодинамики в этом случае принимает вид:

Изотермический процесс протекает при постоянной температуре:           pu=const,   T1=T2.  Уравнение состояния этого процесса имеет вид:                     

Так как T1=T2 и du=0 то   уравнение первого закона термодинамики будет иметь вид:

или

Адиабатный процесс– это термодинамический процесс, при котором теплообмен с окружающей средой полностью исключен. Тепло не подводится и не отводится в системе, т.е. q = 0.

Уравнение состояния в этому случае записывается следующим образом:                                               - показатель адиабаточки).

Ур-е пер.зак.терм.дин:

9. Технологические схемы производства водяного пара.

Устройства, предназначенные для получения пара или горячей воды повышенного давления за счет теплоты, выделяемой при сжигании топлива, или теплоты, подводимой от постоянных источников, называют котельными агрегатами. 

Котлы делятся на паровые и водогрейные.  В энергетических установках применяют только паровые котлы

         Процесс образования из воды перегретого пара состоит из трех этапов: Подогрева питательной воды до температуры насыщения;   Получение насыщенного пара;  Получение перегретого «сухого» пара.

         Первый этап осуществляется в экономайзерах, второй этап выполняется в водогрейных трубах котла, а третий этап выполняют пароперегреватели.

С естественной циркуляцией водички.(В этом виде котла вода циркулирует за счет конвективного теплообмена по направлению 3-4-5-6) 1- питательный насос,2- экономайзер,3- барабан,4- опускные трубы, 5- нижний коллектор, 6- парообразующие трубы, 7- пароперегреватель.

С принудительной циркуляцией. (В этом виде котла вода циркулирует за счет принудительной подачи насосом 8 по направлению 3-8-4-5-6)

Схема прямоточного котелка. В прямоточном котле циркуляция воды отсутствует, в этом случае насос 1 прогоняет воду через парообразующие трубы прямо в пароперегреватель.

Основными элементами электростанции являются котельная установка, производящая пар высоких параметров; паротурбинная установка, преобразующая теплоту пара в механическую энергию вращения ротора турбоагрегата, и электрические устройства (электрогенератор, трансформатор и т.д.), обеспечивающие выработку электроэнергии.

           Котел является устройством для производства пара. Основным топливом для котла является природный газ, который  подается от газораспределительной станции, подключенной к магистральному газопроводу. Резервным топливом может быть жидкое (мазут) или твердое (уголь).  Топливо сгорает в подогретом атмосферном воздухе, который подается специальной воздуходувной машиной.

15. Назначение и схема устройства экономайзеров.

Экономайзер — элемент котлоагрегата, теплообменник, в котором питательная вода перед подачей в котёл подогревается уходящими из котла газами.

Экономайзеры делят на кипящие и не кипящие. Конструкция кипящих и не кипящих экономайзеров принципиально одинаковая. В кипящих экономайзерах происходит не только подогрев воды, но и частичное её испарение. Массовое содержание пара в смеси на выходе из кипящего экономайзера доходит до 15 %, а иногда и более. Также существуют экономайзеры для печных труб жилых домов.

Водяные экономайзеры предназначены для подогрева питательной воды перед ее поступлением в испарительную часть котельного агрегата за счет использования температуры уходящих газов.

      Змеевики экономайзеров   выполняются из стальных труб,  скомпонованных в пакеты.

        В зависимости от степени подогрева воды экономайзеры делятся на кипящие и некипящие. В кипящем экономайзере до 20 % воды может превращаться в пар. Скорость воды в кипящих экономайзерах 1 м/с, а в некипящих не ниже 0,5 м/с. При этой скорости обеспечивается смывание со стенок труб пузырьков воздуха, способствующих коррозии.. Движение воды в экономайзерах обязательно восходящее. Скорость движения продуктов сгорания в канале экономайзера не менее 6–9 м/с, что позволяет  предохранить змеевики от заноса их золой,
а также от износа частицами золы.

     Наружные загрязнения с поверхностной стороны змеевиков удаляются путем периодического включения системы дробеочистки.

Змеевиковый экономайзер:

1 – нижний коллектор;

2 – верхний коллектор;

3 – опорная  стойка;  

4 – змеевики;  

5 – опорные балки (охлаждаемые);

6 – спуск воды

21. Способы очистки внешних рабочих поверхностей экранных труб.

      Работа котла сопровождается и загрязнением наружных поверхностей нагрева. При высоких температурах в топочных камерах частицы золы могут переходить в расплавленное или размягченное состояние. На экранах и ширмах топки возможны отложения шлака. Процесс зашлаковывания сопровождается образованием значительных наростов, которые время от времени обрушиваются, падая в нижнюю часть топки. В результате падения шлаковых наростов возможны деформация или разрушение трубной системы При высоких температурах упавшие глыбы шлака могут расплавляться, превращаясь в многотонные монолиты, заполняющие нижнюю часть топки. В случае зашлаковывания топочного пространства требуется останов котла и проведение очистительных работ

Удаление отложений с поверхности парообразующих труб может быть обеспечено:

1.    Паровой и водяной продувкой.
2.    Дробеочисткой
3.    Виброочисткой.

Паровая продувка парообразующих труб производится насыщенным или перегретым паром через обдувочные аппараты, расположенных в непосредственной близости от этих труб.

Дробеструйная очистка парообразующих труб котла применяется для очистки прочно связанных с тубами отложений. Эта очистка производится за счет энергии падающей чугунной дроби размером 3-5 мм  из устройств, расположенных в верхней части топочной камеры. В нижней части этой камеры дробь собирается в специальные бункеры из которых она снова транспортируется в верхние сбрасывающие устройства. Для разбрасывания этой дроби может быть использована энергия сжатого воздуха или пара.

Виброочистка. Обычно используется на поверхности труб пароперегревателей. Для виброочистки на трубах устанавливаются вибраторы с электрическим или пневматическим типом привода.

27. Классификация паровых турбин.

По назначению турбины делятся на: транспортные и стационарные.

Транспортные турбины с переменным числом оборотов применяются как приводные двигатели на судах, в железнодорожном транспорте и как газовые турбины в авиации.

По характеру теплового процесса турбины делятся на: конденсационные и теплофикационные.

Конденсационные турбины применяются как энергетические агрегаты на тепловых и атомных электростанциях. В то время как теплофикационные турбины кроме приводных функций генераторов электростанция имеют отопительный отбор пара или отбор пара для технологических нужд.

По давлению пара в турбины делятся на турбины: среднего , повышенного, высокого и сверхвысокого давления.

Турбины среднего давления рассчитаны на давление 34,5 бар и температуру 435оС.

Турбины повышенного давления рассчитаны на давление 88 бар и температуру 535оС.

Турбины высокого давления рассчитаны на давление 127,5 бар и температуру 565оС.

Турбины сверх высокого давления рассчитаны на давление 235,5 бар и температуру 565оС.

По направлению потока пара турбины бывают: осевые и радиальные.

В осевых турбинах пар движется вдоль оси вращения ее ротора. В то время как в радиальных турбинах пар движется в плоскости перпендикулярной оси вращения ротора этой турбины.

По принципу действия пара на лопатки турбины они делятся на: активные и реактивные.

Турбины, работающие по активному принципу, имеют переменную форму (сужающуюся к выходу) межсоплового сечения в сопловой решетке и   постоянную форму межлопаточного сечения турбинных лопаток. Поэтому увеличение скорости пара в этих турбинах  происходит только в соплах и на рабочих лопатках используется только кинетическая энергия пара, выходящего с сопловой решетки.

Турбины, работающие по реактивному принципу, имеют переменную форму (сужающуюся к выходу) межсоплового и межлопаточного сечения турбинных лопаток.

33. Устройство и принцип работы осевой гидротурбинной установки.

1 -– Генератор ;

2 –   Венец направляющего аппарата;

3 –  Рабочее колесо;

4 –  Обтекатель;

5 –  Канал напорный;

6 –  Канал  сливной.

В осевых гидравлических турбинах направление движение водяного потока совпадает с осью вращения рабочего колеса. Ось вращения такой турбины может  быть вертикальной или горизонтальной  В этих турбинах водяной поток 5  напорного канала направляется к неподвижным лопаткам направляющего аппарата 2, который направляет его на лопатки рабочего колеса 3. Лопатки рабочего колеса гидротурбины по форме межлопаточного пространства могут быть активными и реактивными. В зависимости от этого они по разному воспринимают энергию водяного потока.

После прохода через решетки лопаток рабочего колеса водяной поток поступает в канал слива, связанный со сливным руслом реки (нижним бьефом).   Рабочее колесо вращает ротор генератора1 через вар, проходящий по внутренней расточке стойки направляющего аппарата.