Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство Образования и Науки Российской Федерации
Новосибирский Государственный Технический Университет
Кафедра тепловых электрических станций
Контрольная работа №1
Вариант № 08
Факультет: ФМА
Группа: ЭМ-12
Студенты: Кириленко Виктор
Преподаватель: Боруш О.В.
Новосибирск 2012
Задание №1
Воздух, имеющий начальное давление P1=0,1МПа и температуру t1=20C, сжимается в одноступенчатом поршневом компрессоре до давления Р2. Сжатие может быть изотермическим, адиабатным и политропным с показателем политропы n. Определить для каждого процесса сжатия все начальные и конечные параметры воздуха, считая его идеальным газом; отведенную от воздуха теплоту Q, кВт и теоретическую мощность привода компрессора N, кВт, если производительность компрессора G, кг/с. Дать сводную таблицу и изображение процессов сжатия в pv- и Ts-диаграммах.
Исходные данные:
Решение:
Для воздуха, как для идеального газа, принять: изохорную массовую теплоемкость Cv=0,72кДж/кгК, газовую постоянную R=287Дж/кгК, показатель адиабаты К=1,41. тогда начальный удельный объем воздуха по уравнению Клапейрона:
.
Конечные температуры воздуха при изотермическом, адиабатном и политропном сжатиях соответственно:
Конечные удельные объемы воздуха по уравнению Клапейрона:
Теплота, отведенная от воздуха, по уравнению теплового баланса:
(процесс без теплообмена)
где знак (–) означает, что тепло отводится от сжимаемого воздуха.
Теоретические мощности привода компрессора:
TS-диаграмма процессов сжатия.
Pv-диаграмма процессов сжатия.
что подтверждает вывод о том, что мощность привода изотермического компрессора минимальна, а адиабатного – максимальна.
|
Величина |
Изотермическое сжатие |
Адиабатное сжатие |
Политропное сжатие |
|
T2, К V2, м3/кг Q, кВт N, кВт |
293 0,105 -18 17,5 |
536 0,192 0 24 |
450 0,161 -7 21,8 |
Задание №3
Определить эффективную мощность Ne газотурбинной установки (ГТУ) без регенерации теплоты и ее эффективный КПД по заданной степени повышения давления , известным адиабатным КПД турбины и компрессора , температуре воздуха перед компрессором , температуре газа перед турбиной и по расходу воздуха через ГТУ . Изобразить цикл ГТУ в PV- и TS- диаграммах. Показать, как зависит термический КПД ГТУ от степени повышения давления .
Исходные данные:
Решение:
В расчете принимать теплоемкость воздуха и газа Ср=1,01кДж/(кгК); показатель адиабаты К=1,41; механический КПД ГТУ ηм=0,98; давление воздуха перед компрессором Р1=0,1 МПа.
Удельный объем воздуха перед компрессором по уравнению Клапейрона:
.
Температура воздуха после компрессора при адиабатном теоретическом сжатии по уравнению адиабатного процесса:
;
,
а при действительном адиабатном сжатии – из выражения внутреннего адиабатного КПД компрессора:
;
.
Давление сжатого воздуха в компрессоре
.
Удельные объемы воздуха в точках 2, 2Д, 3 по уравнению Клапейрона:
;
;
.
Температура газов после газовой турбины при адиабатном теоретическом расширении
;
,
а при действительном адиабатном расширении – из выражения внутреннего адиабатного КПД газовой турбины
;
.
Удельные объемы газа в точках 4 и 4Д по уравнению Клапейрона:
Для построения цикла ГТУ в TS – диаграмме необходимо определить изменения энтропии в процессах:
Эффективная работа ГТУ:
Эффективный КПД ГТУ:
.
Эффективная мощность ГТУ:
.
Зависимость термического КПД цикла ГТУ от степени повышения давления определялась по выражению
,
|
4 |
5 |
6,5 |
8 |
9 |
|
|
0,332 |
0,374 |
0,42 |
0,45 |
0,472 |
Pv-диаграмма ГТУ без регенерации теплоты.
TS-диаграмма ГТУ без регенерации теплоты.
Задание №4
Определить термический КПД цикла Ренкина и эффективную мощность паротурбинной установки (ПТУ) по заданным начальному давлению Р1 и температуре перегретого пара перед турбиной t1; конечному давлению в конденсаторе Р2 , расходу пара через турбину D, внутренним относительным КПД турбины ηТ и питательного насоса ηН. Изобразить цикл Ренкина в TS – диаграмме, а процессы сжатия воды в питательном насосе и расширения пара в турбине – в hS – диаграмме. Механический КПД ПТУ принять равным ηМ=0,98.
Исходные данные:
Табличные данные:
Решение:
Решение может быть выполнено с помощью hS – диаграммы водяного пара (приближенное) или с помощью таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара (точное).
На рис. 1…3 изображены процессы в паротурбинной установке: 1-2 – теоретическое адиабатное расширение пара в турбине; 1-2Д – действительное расширение пара; 2- – изобарно-изотермическая конденсация пара в конденсаторе; -3 – теоретическое адиабатное сжатие воды в питательном насосе; -3Д – действительное сжатие воды (в TS – диаграмме эти процессы не отражены, ввиду малого изменения параметров воды в этих процессах; они изображены в увеличенном масштабе в hS – диаграмме на рис. 2); 3Д-4 – изобарный нагрев воды до температуры насыщения в водяном экономайзере; 4-5 – изобарно-изотермическое парообразование в парогенераторе; 5-1 – изобарный перегрев пара в пароперегревателе.
Точка I в hS –диаграмме находится на пересечении изобары Р1 = 140 бар и изотермы t1 = 580º C, для которой находится энтальпия перегретого пара перед турбиной h1 = 3524 кДж/кг. Теоретическое расширение пара в турбине 1-2 изображается вертикальной линией S2 = S1 до пересечения с изобарой Р2 = 0,03 бар, откуда в точке 2 находится энтальпия пара после турбины h2 = 2035 кДж/кг.
Критические параметры воды: Ркр = 221,29 бар; tкр = 374,15 º C; vкр = 0,00326 м3/кг; hкр = 2100 кДж/кг; Sкр = 4,43 кДж/(кгК).
Из табл. свойств перегретого пара для давления Р1 = 140 бар и температуры t1 = 580º C находим методом линейной интерполяции энтальпию h1 = 3524 кДж/кг и энтропию перегретого пара перед турбиной S1 = 6,61 кДж/(кгК).
Теоретическое адиабатное расширение пара происходит при постоянной энтропии S2 = S1 = 6,61 кДж/(кгК) до давления Р2 = 0,03 бар. Из hS – диаграммы процесса на рис. 3. видно, что состояние пара после турбины (в точке 2) соответствует влажному насыщенному пару, для которого энтропия находится по формуле:
,
где энтропия воды на линии насыщения при давлении Р2 = 0,03 бар по табл. = 0,3451 кДж/(кгК) и энтропия сухого насыщенного пара = 8,592 кДж/(кгК). Тогда степень сухости влажного пара после турбины (в точке 2):
Рис. 2. Процессы теоретического 2´-3 и действительного 2´-3Д сжатия воды в питательном насосе.
Рис. 1. Цикл Ренкина в TS-диаграмме.
Тогда энтальпия влажного пара после турбины
,
где = 98,36 кДж/кг – энтальпия воды на линии насыщения и = 2543,4 кДж/кг – энтальпия сухого насыщенного пара, взятые также из табл. при давлении Р2 = 0,03 бар.
Необратимые потери при действительном расширении пара в турбине 1-2Д учитываются внутренним относительным КПД турбины
,
откуда, при заданном = 0,88, находим энтальпию в конце действительного расширения пара:
.
Степень сухости пара в точке 2Д:
.
Энтропия пара в точке 2Д:
.
Повышение энтальпии питательной воды в насосе:
,
где Р1 = 14·103 кПа – давление питательной воды после насоса; = 0,0010025 м3/кг – удельный объем воды перед насосом (при Р2 = 0,03 бар); = 0,7 – внутренний относительный КПД насоса (задан).
Энтальпия воды за питательным насосом:
.
Внутренний относительный КПД насоса
,
откуда находим энтальпию питательной воды после теоретического сжатия:
.
Процессы теоретического -3 и действительного -3Д сжатия воды в питательном насосе изображены в hS – диаграмме на рис.2
Термический КПД цикла Ренкина:
.
Так как работа пара в турбине
много больше работы сжатия воды в насосе.
,
то для приближенных расчетов работой сжатия воды в насосе пренебрегают (), тогда приближенно:
.
С учетом внутренних необратимых потерь в турбине и в насосе находим внутреннюю работу ПТУ:
.
Теоретическая работа ПТУ:
.
Следовательно, из-за необратимых потерь теряется работоспособность ПТУ на
.
Эффективная мощность ПТУ:
,
где = 0,98 – механический КПД ПТУ и D = 50 кг/с – расход пара через турбину – заданы.