Файл: Соловьев Е.М. Судовые энергетические установки, вспомогательные и промысловые механизмы учеб. пособие.pdf

Так как в диаграмме Т — 5 площади изображают количество теплоты, участвующей в процессе, то легко установить, что площадь ОА0АаО представляет энтальпию жидкости, которая обозначается буквой і' и является теплотой, идущей на нагревание 1 кг воды от 0°С до температуры кипения. Площадь аАВЬа — теплота паро­ образования; она представляет собой количество теплоты, которое расходуется на превращение 1 кг кипящей воды в сухой насыщен­ ный пар и обозначается буквой г. Площадь ЬВСсЬ — теплота, затра­

ных параметров t, р, v, і, s, определенные опытным путем или вычисленные на основании теоретических исследований. Таблицы составлены для сухого насыщенного пара и воды и для перегре­ того пара. В первой колонке таблицы даются значения давлений р, расположенные в порядке их возрастания, в последующих колон­

10 МПа), которые в области влажного пара представляют собой прямые наклонные линии, а в области перегретого пара — подни-

34

они совпадают с изобарами, так как каждому давлению насыще­ ния соответствует определенная температура); линии одинаковой сухости (х), расположенные в области влажного пара. Кроме этих линий на диаграмму і — s иногда наносят изохоры (ѵ), которые идут в том же направлении, что и изобары, но более круто. Для ясности изохоры изображают штриховыми линиями.

Чтобы по диаграмме найти, например, теплосодержание сухого насыщенного пара при давлении р = 2 МПа, вначале ищем кривую постоянного давления, помеченную этим числом, затем находим

путем отнятия от него тепла при соприкосновении с охлаждающей водой, подаваемой циркуляционным насосом 9. В результате кон­ денсации пара получается конденсат (вода), который специальным конденсатным насосом 6 подается в питательный бак 7, а оттуда питательным насосом 8 — в котел.

Цикл Ренкина. Цикл Ренкина является основным для пароси­ ловых установок.

Рассмотренная ранее паросиловая установка работает по циклу Ренкина, а сам цикл Ренкина в диаграмме Т — 5 изображен на рис. 20. Основные процессы здесь: а—b — нагрев воды в паровом котле до температуры насыщения; b—с — парообразование; с—d — перегрев пара; d—е — адиабатное расширение пара в паровом дви­ гателе; е—а — конденсация пара в конденсаторе.

Термический к. п. д. цикла Ренкина оценивает экономичность паросиловой установки; он показывает, какое количество теплоты в паросиловой установке может быть превращено в механическую

работу. Обозначается этот к. п. д. буквой -ц с индексом t и опре­ деляется по формуле

1 кВт (1 л. с.).

Удельный расход пара паросиловой установки определяется по формуле

d—7——7- кг/(кВт-ч),

іі — г2

где іі и і2в кДж/кг, или

h — h

где іі и г2 в ккал/кг.

Способы повышения экономичности цикла паросиловой уста­ новки. Теоретическими исследованиями установлено, что термиче­ ский к. п. д. цикла паросиловой установки увеличивается:

—с повышением давления пара, поступающего в паровой дви­ гатель;

—с уменьшением давления в конденсаторе;

—с повышением температуры перегретого пара.

Увеличение давления пара влечет за собой повышение темпе­ ратуры его перегрева. При высокой же температуре перегретого пара детали турбин разрушаются, и их необходимо изготовлять из дорогостоящих жаропрочных сплавов. Поэтому в паросиловых

36

установках, работающих на паре высокого давления, предусмот­ рено следующее. Пар с несколько пониженной температурой по­ ступает в турбину высокого давления, где расширяется и совер­

Экономичность паросиловой установки увеличивают также пу­ тем применения регенеративного и теплофикационного циклов.

В р е г е н е р а т и в н о м ( т е п л о в о з в р а т н о м ) ц и к л е от машины или' турбины отбирается пар для подогрева воды, посту­ пающей в котел, в результате чего уменьшается расход топлива на получение пара, а следовательно, повышается экономичность цикла. При осуществлении т е п л о ф и к а ц и о н н о г о ц и к л а увеличи­ вается давление в конденсаторе, следовательно, повышается конеч­ ная температура пара, который теперь не отдает бесполезно свою теплоту в конденсаторе, а поступает на нагревание отопительных приборов или на технологические нужды. При этих условиях уста­ новка будет давать не только энергию для привода гребного винта или электрогенератора, но и теплоту.

§ 7. Истечение и дросселирование газов и паров

Общие сведения. Истечение — это процесс непрерывного дви­ жения газа или пара по каналу изменяющегося сечения. При исте­ чении газа или пара меняются основные параметры его состояния. Для осуществления процесса истечения в теплотехнике применяют короткие участки трубопроводов — специальные насадки.

Насадки, в которых потенциальная энергия протекающего по ним газа преобразуется в кинетическую, называются с о п л а ми . При проходе через сопла скорость газа увеличивается. Если к на­ садке подводится газ с большой скоростью, может происходить обратный процесс, при котором скорость газа по мере движения по насадке уменьшается, т. е. кинетическая энергия преобразуется

постепенно уменьшается от входа к выходу, (рис. 21). Если к вы­ ходному концу суживающегося сопла прибавить плавно расши­

(рис. 21), во входном сечении которого / — / поддерживаются по­ стоянные параметры газа ри щ, 7\, протекает газ в пространство, где также все время поддерживаются постоянными давление р2, температура Тг и удельный объем ѵ2, причем давление на входе рі больше давления на выходе р2.

37

Так как струя газа, протекающего через сопло, неразрывна, то в единицу времени через любое сечение сопла проходит одинаковое количество газа. Следовательно, при проходе газа через малое се­ чение скорость его увеличивается, а при проходе через большое сечение — уменьшается. Давление же будет изменяться обратно изменению скорости, т. е. чем больше скорость, тем меньше дав­ ление, и наоборот.

Таким образом, по мере протекания газа через суживающееся сопло его давление быстро падает, а скорость увеличивается, т. е. газ расширяется и удельный объем его растет. В узком выходном

До каких пор будет падать давление и увеличиваться скорость? Могут ли эти величины изменяться беспредельно?

Измерения показали, что для большинства газов и паров крити­ ческое давление составляет примерно половину давления на входе

Другими словами, при проходе газа (пара) через суживающееся сопло давление его не может »упасть меньше чем в два раза. На­ пример, если давление пара на входе в суживающееся сопло со­ ставляет 1,0 МПа, то на выходе оно не может быть ниже 0,5 МПа. Из примера видно, что на создание скорости в суживающемся сопле расходуется лишь часть энергии, соответствующая половине располагаемого давления, а вторая часть затрачивается на созда­ ние завихренного потока после сопла. Таким образом, вторая часть энергии расходуется бесполезно; ее нельзя, например, направить на лопатки турбины для совершения работы.

Критическая скорость определяется по формуле

скр —44,8 ]/"гх — і3 м/с,

38