Определение параметров водяного пара

Параметры пара в точках 1 и 2 цикла Ренкина определяются с помощью h-s -диаграммы водяного пара. На диаграмме h-s определяем точки пересечения изобары Р₁ = 2, 7 МПа и изотермы t₁ = 300 ^оС (рис3.) точка 1. В месте пересечения находим изохору и определяем удельный объем v₁, a также h₁ и s₁. В первой точке будет перегретый пар.

Параметры в точке 1:

P₁=2, 7 Мпа; t₁=300 ^оС; v₁=0, 095 м³/кг;

h₁=3010 Дж/кг; s₂=6, 61 кДж/(кг К).

Внутренняя энергия для водяного пара (как простого тела)

u₁ =h₁ - P₁v₁ =3010× 10³ - 2, 7× 10⁶× 0, 095=

= 2753, 5× 10³ Дж/кг = 2753, 5 кДж/кг.

Так как процесс расширения пара в турбине адиабатный, поэтому для опре­деления параметров во второй точке нужно из точки провести изоэнтропу (s₁ = s₂) до пересечения с изобарой Р₂ = 0, 05 МПа. Для определения t₂ следует по изобаре Р₂ подняться до линии сухого насыщенного пара (x=1) и найти, какая изотерма соответствует этой точке.

Рис.3 Определение параметров пара по h-s-диаграмме.

Параметры в точке 2:

P₂=0, 05 МПа; t₂=81 ^оC; v₂=3 м³/кг; х₂=0, 85;

h₂=2300 кДж/кг; s₂=6, 61 кДж/(кг К);

u₂=h₂ - P₂V₂=2300 - 0, 05× 10³× 3=2150 кДж/кг.

Температуру в точке 2 можно определить также по таблицам для водяного пара при давлении насыщения Р₂=0, 05 МПа. Во второй точке – влажный насыщенный пар, степень сухости которого 0, 85.

Определение параметров пара и воды в 3, 4, 5 и 6 точках цикла ведётся по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара на линии насыщения.

Отработанный пар с параметрами точки 2 полностью конденсируется, поэтому в точке 3 у нас будет конденсат (вода) с температурой t₃=t₂. В точке 3 все параметры определяются для кипящей воды. Затем вода поступает в насос, где давление повышается до первоначального Р₄=Р₁, температура практически не меняется t₄=t₃. Остальные параметры находим по таблице для жидкой фазы.

После изобарного подвода теплоты в котле вода сначала закипит (точка 5), затем превратится в сухой насыщенный пар (точка 6). Параметры в этих точках определяются по таблицам для кипящей воды и сухого насыщенного пара, соответственно.

Параметры в точке 3:

Р₃=Р₂=0, 05 МПа; t₃=t₂=81^oC; v₃=v¢ =1, 03× 10^-3 м³/кг;

x=0; h₃=h₂¢ =340 кДж/кг; s₃=s₂'=1, 09 кДж/(кг К);

u₃=h₃ - P₃v₃=340 - 0, 05× 10³× 1, 03× 10^-3=339, 9 кДж/кг.

Параметры в точке 4:

Р₄=Р₁=2, 7 МПа; t₄=81^oC; v₄=v'=1, 21× 10^-3 м³/кг;

x₄=0; h₄=h₃=340 кДж/кг; s₄=s₃=1, 09 кДж/(кг К);

u₄=h₄ - P₄v₄=340 - 2, 7× 10³× 1, 21× 10^-3=336, 7 кДж/кг.

Параметры в точке 5:

Р₅=Р₁=2, 7 МПа; t₅=230^oC; v₅=v'=1, 21× 10^-3 м³/кг;

x₅=0; h₅=h'=990, 3 кДж/кг; s₅=s'=2, 61 кДж/(кг К);

u₅=h₅ - P₅v₅=990, 3 - 2, 7× 10³× 1, 21× 10^-3=987 кДж/кг.

Параметры в точке 6:

Р₆=2, 7 МПа; t₆=230^oC; v₆=v''=0, 071 м³/кг;

x₆=1; h₆=h''=2805 кДж/кг; s₆=s''=6, 23 кДж/(кг К);

u₆=h₆ - P₆v₆=2805 - 2, 7× 10³× 0, 071=2613, 3 кДж/кг.

Полученные результаты помещены в табл.1.

Таблица 1

Значения параметров и функций состояния в характерных точках

цикла Ренкина

Для инженерных расчётов обычно пренебрегают работой насоса w_н, так как она составляет менее 1% от работы турбины w_т. Поэтому работа цикла равна работе, получаемой в турбине, и значения энтальпии воды на входе в котёл h₄ равны энтальпии конденсата h₃.

Так как процесс расширения водяного пара в турбине адиабатный, работа цикла паросиловой установки равна:

w_ц = w_т = h₁ - h₂ = 3010 – 2300 = 710 кДж/кг.

Количество подведенной теплоты в изобарном процессе 4-5-6-1:

q₁=h₁ - h₄ = h₁ – h^’₂ = 3010 - 340=2670 кДж/кг.

Находим термический коэффициент полезного действия паросиловой уста­новки:

η ₁ = w_ц /q₁= 710/2670 = 0, 266 или 26.6%.

Определяем теоретический удельный расход пара d и теплоты q на единицу полученной работы:

Находим расход пара D и расход теплоты Q:

Изобразим цикл в координатах: P-υ (рис.4 а), T-s (рис.4 б), h-s (рис.4 в).

Рис.4а

Рис.4б

Рис.4в

Начертим схему паросиловой установки (Рис.5)

Рис.5 Схема паросиловой установки

1 – паровая турбина; 2- конденсатор; 3- насос; 4- паровой котел;

5 –пароперегреватель; 6 – потребитель.