Файл: Соловьев Е.М. Судовые энергетические установки, вспомогательные и промысловые механизмы учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 27.06.2024
Просмотров: 86
Скачиваний: 1
Процесс истечения в расширяющемся сопле. Шведским инжене ром Лавалем было предложено сопло, в котором можно получить давление ниже критического. Такое сопло изображено на рис. 22; оно называется расширяющимся или комбинированным. Узкое се
чение II—II называется г о р л о м |
с опла . |
При |
переходе |
через |
|||
горло газ или пар имеет критические давление и скорость. |
|
|
|||||
В сопле Лаваля |
можно получить ско |
|
|
|
|
|
|
рость истечения в 2,5—3 раза больше кри |
а) 1 |
|
Ѵ \^ Ѵг |
|
|
||
тической. Это объясняется тем, что вслед |
|
j |
Сопло Лабаля |
I |
|||
ствие перепада давления р2<Ркр газ на |
|
|
|
|
|
||
участке II—III будет расширяться; при |
|
|
|
|
|
||
этом его удельный объем будет увеличи |
|
|
|
|
|
||
ваться быстрее, чем проходное сечение |
|
|
|
|
|
||
сопла. Для непрерывности движения газо |
|
|
|
|
|
||
вого потока по соплу скорость его |
движе |
|
|
|
|
|
|
ния должна быть выше критической. |
|
|
|
|
|
||
Чтобы струя газа или пара при проходе |
|
|
|
|
|
||
через расширяющуюся часть сопла не от |
|
|
|
|
|
||
ставала от стенок и не возникали вихревые |
2 |
3 |
|
|
|
||
движения, угол конусности в этом месте |
|
|
|
|
|
||
должен быть небольшим. |
|
Рис. |
23. |
Схема |
насадок: |
||
Истечение через диффузоры. До сих пор |
а — сопло Лаваля; |
б — |
|||||
мы рассматривали |
истечение через |
сопла, |
|
диффузор. |
|
|
|
в которых происходит понижение давления газа и повышение его скорости. Однако процесс может протекать
и в обратном направлении. В этом случае скорость газа умень шается, а давление его повышается, т. е. сопло превращается в диффузор.
Допустим, что происходит процесс истечения газа через сопло
Лаваля |
(рис. 23, а). В сечении 3 устанавливаются критические ско |
|||
|
|
рость и давление, а в вы |
||
|
|
ходном сечении 2 — скорость, |
||
|
|
превышающая критическую, |
||
|
|
и давление, равное давле |
||
|
|
нию окружающей среды. |
||
|
|
Если |
процесс |
движения |
|
|
газа по |
соплу и |
истечения |
Рис. 24. |
Процесс дросселирования пара. |
из него считать обратным, |
||
то при протекании в обрат |
||||
|
|
ном направлении |
(рис. 23, б) |
|
от сечения 1 до сечения 3 давление газа повысится, а скорость по низится. В выходном же сечении 2 давление газа опять повысится и станет больше давления в сечении 3 (р2>р3), а скорость пони зится (с2< с 3).
Такие диффузоры для газа и воздуха широко применяются в центробежных компрессорах.
Дросселирование паров и газов. Если в трубопроводе на пути
прохождения пара или газа |
с давлением |
р4 имеется сужение |
(рис. 24), то давление р2 по |
другую сторону |
сужения становится |
39
меньше. Происходящее таким путем понижение давления пара или газа называется д р о с с е л и р о в а н и е м , или м я т и ем.
Вентили, употребляемые для регулирования мощности паро вых машин и турбин, а также дроссельные заслонки для двигате лей внутреннего сгорания вызывают дросселирование. Падение давления пара при дросселировании объясняется тем, что часть потенциальной энергии пара затрачивается на увеличение скорости его прохода через сужение. После сужения скорость движения потока уменьшается и становится равной скорости потока до суже ния. Однако часть кинетической энергии потока, приобретенной им при истечении через сужение, затрачивается на образование вихрей. Освобождающаяся при этом теплота потока нагревает его, вследствие чего энтальпия пара после дросселирования ока зывается равной первоначальной энтальпии, которую пар имел до сужения.
Таким образом, при дросселировании уменьшается только дав ление и незначительно понижается температура, скорость же и энтальпия остаются без изменения.
Дросселирование рабочего пара в паровых двигателях — явле ние нежелательное, так как при этом снижается экономичность па росиловых установок. На судах иногда возникает необходимость в получении путем дросселирования небольших количеств пара низкого давления из котлов высокого давления (например, для па рового отопления, подогрева топлива). Для этой цели на ответвле ние паровой магистрали для прохода пара устанавливают специ
альные |
клапаны с малым сечением, называемые |
д р о с с е л ь |
ными, |
или р е д у к ц и о н н ы м и . Регулируя натяжение пружины |
|
клапана, можно получить необходимое давление за |
клапаном. |
|
Кроме того, дросселирование находит применение в рабочих процессах холодильных установок.
Методические указания к гл. 1 и II
Приступая к изучению предмета «Судовые силовые установки и вспомо гательные механизмы», необходимо помнить, что эффективность работы про мыслового и транспортного флота зависит от состояния энергетических уста новок, вспомогательных и промысловых механизмов. Глубокое же понимание принципа действия этих механизмов и установок может дать изучение первого раздела настоящего пособия «Теоретические основы теплотехники».
В § 1 первого раздела следует обратить внимание на основные параметры состояния рабочих тел и единицы их измерения; уяснить физический смысл га зовой постоянной. Изучая закон Авогадро, обратить особое внимание на очевид ные и выведенные из этого закона следствия, а также на практический смысл величины объема 1 кмоля при так называемых «нормальных условиях».
При изучении § 2 необходимо понять определение теплоемкости и уяснить единицы, которыми она измеряется. Отчетливо представить себе факторы, от которых зависит значение теплоемкости; запомнить понятия, обозначения и еди ницы теплоемкостей, знать связь между ними и их соотношения.
Рассматривая первый закон термодинамики, необходимо понять, что он является формулировкой всеобщего закона природы — закона Ломоносова, отно сящегося ко всем видам энергии. Частная формулировка распространяется только на два вида энергии (тепловую и механическую) и утверждает их опре
40
деленный взаимопереход. Первый закон термодинамики позволяет установить точную количественную зависимость между тепловой и механической энергиями.
В наиболее общем виде первый закон математически выражается основным уравнением термодинамики. Это уравнение нужно уметь анализировать.
При выяснении физической сущности энтальпии следует помнить, что энталь пия характеризует работоспособность рабочего тела.
Нужно твердо усвоить, что. преобразование Теплоты в механическую работу связано со всевозможными изменениями состояния рабочих тел (термодинами ческими процессами). Учесть, что из основных процессов составляются термо динамические циклы любых тепловых двигателей, а также холодильных уста новок. Уметь определять, куда расходуется теплота, участвующая в каждом процессе. Обратить внимание на политропный процесс как обобщающий.
Приступая к изучению § 5, необходимо запомнить формулировки второго закона термодинамики и уяснить, что этот закон является дополнением к пер вому закону. Прочно усвоить понятие «термодинамический цикл». Уметь графи чески показать прямой и обратный простейшие циклы. При изучении цикла Карно обратить особое внимание на его значение во всей теории тепловых цик лов, как идеального, позволяющего производить сравнительную оценку совер шенства циклов работающих тепловых двигателей. Понять, что такое энтропия, и осознать необходимость введения в термодинамику системы координат абсо лютная температура — энтропия (Т—S).
Изучая процесс парообразования, следует обратить внимание на то, что пары — это реальные газы, состояние которых ближе к состоянию жидкости. Кроме того, необходимо запомнить, что первый и второй законы термодинамики полностью относятся к парам. Рассматривая процесс парообразования, нужно пользоваться диаграммами р— о и Т—S, обращая внимание на физическую сто рону процесса. Понять, что такое критическое состояние вещества. Рассматри вая цикл Ренкина, следует выяснить, из каких процессов он состоит. Обратить внимание на значение этого цикла для пароэнергетических установок. Уяснить методику подсчета удельного расхода пара. Иметь представление о способах по вышения экономичности цикла пароэнергетических установок.
Рассматривая § 7, следует знать, что теория истечения газов и паров имеет большое значение в технике. На основе этой теории проектируются паровые и газовые турбины, струйные насосы.
Необходимо уметь анализировать основные формулы истечения, обращая внимание на физическую сторону процесса. Обратить внимание на отличие сопл от обычных отверстий. Уметь дать сравнительную оценку простого сопла и сопла Лаваля. Уяснить, что такое критическое давление и критическая скорость. Изу чить явление дросселирования.
Р А З Д Е Л ВТОРОЙ
СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
ГЛАВА III
СУДОВЫЕ ПАРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
§ 8. Общие сведения о паровых котлах
Судовая котельная установка. Для привода в действие главных машин или турбин, для отопления, бытовых нужд и технологиче ских целей на теплоходах используется пар, вырабатываемый судо вой котельной установкой.
Принципиальная схема котельной установки изображена на рис. 25. Установка состоит из парового котла 8 и вспомогательных механизмов и агрегатов, которые подают в котел питательную воду, топливо и воздух. Питательная вода в водяное пространство котла нагнетается насосом 11 через подогреватель 10. Жидкое топливо (мазут) насосом 1 через подогреватель 2 и топливный фильтр 3 по дается к форсунке 9.
Воздух засасывается вентилятором 5 и через подогреватель 4, установленный в дымовой трубе, нагнетается в топку. В топке котла распыленный форсункой мазут, смешиваясь с воздухом, сгорает и образующаяся при этом теплота идет на нагрев воды, из которой получается пар. При открытом клапане 6 пар отводится к потреби телям по трубопроводу 7.
Подогрев питательной воды и топлива в подогревателях 2 я 10 теплотой отработавшего пара и подогрев воздуха в подогревателе 4 теплотой отводимых газов повышает экономичность работы котель ной установки, так как на подогрев топлива и воздуха перед сгора нием в топке и на получение пара из предварительно подогретой воды расходуется меньше теплоты, а следовательно, и топлива.
Схема устройства и принцип действия парового котла. Паровой котел — это теплообменный аппарат, в котором происходит превра щение воды в пар с давлением выше атмосферного за счет теплоты сгорающего топлива. Рассмотрим принцип действия его на примере водотрубного котла (рис. 26). Он представляет собой два цилин дрических барабана (коллектора) 1, заполненных водой, которые пучками водогрейных труб 2 соединены с верхним пароводяным коллектором 5. Пространство котла, занимаемое водой (нижние коллекторы, трубки и часть верхнего коллектора), называется во-
42
