lekcii (Лекции), страница 11

Поэтому преимущественное распространение впромышленности и на транспорте получили ГТУ с.17328.3. Пути повышения эффективности циклов ГТУДля повышения эффективности ГТУ помимо оптимизации температуры и параметровцикла применяют:- регенерацию;- многоступенчатое сжатие в компрессоре с промежуточным охлаждением воздуха;- многоступенчатое расширение рабочего тела в газовой турбине с подводом теплотыв дополнительных камерах сгорания.28.4. Схема ГТУ с регенерацией теплоты отработавших газов в турбинеСхема установки с регенерацией теплоты отработавших в турбине газов представленана рисунке.

В схеме добавлен регенератор «Р»Воздух сжатый в компрессоре, по пути в камеру сгорания проходит регенератор Р , где174воспринимает теплоту отработавших газов. Вследствие этого для получения заданныхпараметров рабочего тела перед турбиной в камере сгорания нужно меньше подвеститеплоты, а следовательно, меньше сжечь топлива. В этом и заключаетсяположительный эффект регенерации.Для осуществления регенерации тела необходимо условиепри 100%идеальной регенерации отработавшие газы охлаждаются в регенераторе оттемпературы до температуры :Действительные процессы переноса тепла необратимы и 100% регенерацияневозможна.175Для оценкисовершенства процессов в регенераторе вводится понятие степени регенерациидействительное количество теплоты, передаваемое в регенераторе от газов квоздухуколичество теплоты, которое может быть передано от газов к воздуху видеальных условиях, т.е.

в регенераторе с бесконечно большой поверхностьютеплопереноса.При 100% регенерацииПри отсутствии регенерацииии176В реальных установках степень регенерации обычно не превышает значенийЦиклы с многоступенчатом сжатием в компрессоре и многоступенчатомрасширением рабочего тела в турбине представлены в специальной литературе.Однако как бы не усложнялась схема ГТУ эффективный кпдпревышает значенийГТУ не.29.Холодильные машины и тепловые насосы29.1. ОпределенияСогласно второму закону термодинамики передача теплоты от тел менее нагретых ктелам более нагретым может выполняться лишь при соответствующей компенсации.На таком принципе основано действие холодильных машин и тепловых насосов.По принципу действия холодильные машины подразделяются на компрессионные иабсорбционные.В компрессионной и холодильной машине полезный холодильный эффект, т.е.величина тепла отнимаемая от менее нагретой среды, выполняется за счетмеханической работы, затрачиваемой в компрессоре.В абсорбционной холодильной установке получение холодильного эффектадостигается за счет затраты тепла без потребления внешней механической работы, аза счет химической энергии раствора двух взаимнорастворимых жидкостей сразличными температурами кипения.17729.2.

Воздушная компрессионная холодильная машина178Компрессор, всасывая воздух из холодильной камеры с параметрамиипроизводит адиабатическое сжатие до более высокого давления(процесс a-b). Далее воздух проходит к охладителю, где происходит изобарическоеохлаждение (процесс b-c) водой дотемпература окружающей среды.В детандере сжатый воздух адиабатически расширяясь (процесс c-d), резко снижаетсвою температуру до.(, после чего направляется в холодильную камеру.Затраченная работа – площадь a b c d a.холодильный эффекттепло, отводимое от воздуха охлаждающей водой;С другой стороны:179; соответственно:В заданных условиях холодильный коэффициент идеальной машины Карно имелв виду, чтои;; следовательно :, так какэкономичностьхолодильной машины Карно много выше экономичности воздушнойкомпрессионной машины.29.3.

Тепловой насосНа рисунке приведена схематеплового насоса для отопления здания.Элементы схемы: компрессор 1, компрессор 2, регулирующий вентиль 3 ииспаритель 4 - составляют обычную компрессионную холодильную установку.Испарение холодильного агента в испарителе происходит посредствам холоднойводы из какого-либо находящегося поблизости от отапливаемого зданияводоема 8. Подача воды в испаритель производится насосом 5. Охлажденная виспарителе вода сбрасывается обратно в водоем. Конденсация вытолкнутого изкомпрессора холодильного агента происходит в конденсаторе водой из обратнойлинии системы отопления. Подогретая в конденсаторе вода направляется вприборы отопления 9 (радиаторы), расположенные в отапливаемом здании 7.Циркуляция воды в системе отопления осуществляется насосом 6.180Есликоличество теплоты, пошедшее на выпаривание 1кг холодногоагента в испарителе, равное теплоте, отобранной от холодной воды в водоеме;затраченная работа на всасывание, сжатие и выталкивание 1кг холодногоагента в компрессоре, итеплота, выделяющаяся при конденсации 1кгагента в конденсаторе и восприятия водой в системе отопления, то:,холодильный коэффициент.Отопительный коэффициент:Из этих выражений следует, что всегдаиВыгоду от применения теплового насоса для отопления можно нагляднооценить сравнивая эту систему с системой, в которой для отопленияиспользовался электрообогрев.

Так как в электронагревателях электроэнергияцеликом превращается в теплоту, то очевидно, что теплота в таких установках,отданная систему отопления равна,а коэффициент преобразованияединицев соответствии с его выражением равенВеличина холодильного коэффициента всегда больше единицы и зависит оттемпературных условий в которых работает тепловая машина. Определяющимявляется соотношение температуры холодной воды в водоеме и в магистралиотопительной системы. Для средних условий это соотношение равно 318130. Комбинированные энергетические установки30.1.

ОпределенияОдной из приоритетных проблем 21 века является обеспечение энергетическойбезопасности и развитие технологий энергосбережения, без решения ихневозможно развитие общества, экономики, экологии.Решению вопросов энергосбережения в стационарной и транспортнойэнергетике направлены разработки комбинированных энергетических установок,дающих возможность существенно увеличить кпд и, следовательно, снижениярасхода топлива.Из широкого спектра комбинированных установок рассмотрим только дванаправления конструирования эффективных энергетических установок.1. Парогазовые установки2.

Электрохимические установки на основе электрохимических генераторов навысокотемпературных топливных элементах (ТОТЭ) и ГТУ.В обоих случаях повышения топливной экономичности достигается всоответствии с теоремой Карно- повышением средней температуры подводатеплоты и уменьшением средней температуры отвода теплоты к холодномуисточнику.30.2.Парогазовые установкиОсновной потерей простого цикла ГТУ являются потери теплоты с уходящимигазами. Основным недостатком паротурбинных установок является ограничениеминимальной температуры рабочего тела (пара) и достоинством- низкаясредняя температура отвода теплоты к теплоприемнику.Объединение ГТУ с ПТУ устраняет указанные недостатки, что и приводитрасширению разницы температур подвода и отвода теплоты и, следовательно, кувеличению кпд подобных парогазовых установок до 50Схемы парогазовых установок с низконапорным парогенератором (НПГ)высоконапорным парогенератором (ВПГ)Идеальный цикл ПГУ с высоконапорным парогенератором представлен нарисунке «а».

Здесь теплота испаренияи теплота перегревав паровомцикле передается по изобаревысокого давления и лишь теплота нагреваводы передается через газовый контур по изобаре. На рисунке «б»- схема с182НПГ, в теплота испаренияи перегревапередается по изобаренизкого давления газового контура.кпд ГТУ (25кпд котельной установки (70 80%)кпд парового цикла (30 35%)50 55%Это обстоятельство послужило решению правительства Москвы, РФ оснащениюсуществующих паровых энергоблоков газотурбинными установками,строительством новых ПГУ.18330.3. Электрохимические энергоустановки (ЭЭУ) на основетопливных элементов (ТОТЭ) и ГТУ1841-инвертор;2- газовая турбина;3- газовая турбина;4- компрессор;5- генератор электрический;6- насос;7- рекуператор;8- десульфуризатор;ПГ- природный газ;В- воздух;Т(Г)- теплота (нагретые газы);УГ- уходящие газы.185Эффективный кпд подобной гибридной установки равен сумме кпд ЭХГ и кпдГТУТакие комбинированные установки обладают важными достоинствами: высокимкпд, экологической безопасностью, возможностью использовать разные видытоплива, быстрым монтажом, регенерацией теплоты, воды, электричества,простотой обслуживания.В топливных элементах ЭХГ химическая энергия топлива превращаетсянепосредственно в электрическую энергию, в то время как обычных тепловыхмашинах преобразование химической энергии топлива в электрическуюпротекает через несколько промежуточных стадий.В результате работы топливного элемента возникает постоянный ток, который винверторе преобразуется в переменный ток, подаваемый потребителю.Нагретые продукты химической реакции в топливных элементах поступают вгазовую турбину, где происходит превращение тепловой энергии отходящихгазов от ЭХГ с высокой температурой в электроэнергию.Такого рода комбинированные энергоустановки в настоящее время интенсивноразрабатываются в качестве альтернативных двигателей для транспорта (в т.

ч.автомобилей) и для автономных энергоустройств для бытовых нужд.186Основной недостаток таких энергоустановок является их высокая стоимость.Проводимые значительные работы НИР и ОКР во всех ведущих странах мира,включая Россию, позволяют надеяться на снижение их стоимости и широкоговнедрения в экономику.187Часть I1.Термодинамика как наука2.Основые понятия и определения3.Параметры состояния термодинамической системы4.Обратимые и необратимые процессы5.Энергия системы,работа и телпота6.Уравнение состояния общие определения7.Газовые смеси8.Уравнение состояния в дифференциальной форме9.Теплоемкость газов9.1.Основные виды теплоемкостей газов9.2.Зависимость теплоемксоти газовой от температуры.Истинная и средняятеплоемкости.9.3.Определения теплоемкости газовой смеси10.Первый закон термодинамики10.1.Определения10.2.Закрытая система .

Работа процесса10.3.Метематическое выражение I закона термодинамики для закрытойсистемы10.4.Внутренняя энергия рабочего вещества10.5.Открытая термодинамическая система.Располагаемая техническаяработа10.6.Энтальпия газа10.7.Математическое выражение I закона термодинамики для открытыхсистем11.Математическиие характеристики функции состояния и функцийпроцесса12.Энтропия идеального газа13.ТS-диаграмма и её свойства14.Исследование обратимых термодинамических процессов14.1.Изохорные процессы14.2.Изобарныые процессы14.3.Изотермические процессы14.4.Адиабатные процессы14.5.Политропные процессы14.5.1.Определения14.5.2.Изображение политропных процессов в PV-диаграмме14.5.3.Вывод уравнения политропы14.5.4.Определение теплоемкости политропного процесса14.5.5.Соотношения основных параметров P,V,T в политропных процессах36789101417181819202121222425272930323335373739424347474748485018814.5.6.Определение работы расширения политропных процессов14.5.7.Изменение энтропии в политропных процессах14.5.8.Классификация политропных процессов по характеру энергобалансов14.5.9.Определение показателя политропы по графику в PV-диаграмме15.Определение располагаемой работы в обратимых процессах16.is-диаграмма.Изображение термодинамических процессов17.Итоговые формулировки I закона термодинамики18.II закон термодинамики.Исследование круговых процессов18.1.Содержание II закона18.2.Базисные формулировки второго закона термодинамики18.3.Круговые процессы или циклы18.4.Цикл Карно.Учение Карно18.5.Основные свойства цикла Карно18.6.Макимальная полезная работа18.7.Обратный цикл Карно18.8.Регенерации теплоты18.9.Общая математическая характеристика обратимых процессов18.10.Энтропия как функция состояния или свойство любого тела18.11.Эксергия рабочего тела18.12.Уравнение эксергитического баланса для обратимых процессов18.13.Общая математическая характеристика необратимых процессов18.14.Принцип возрастания энтропии замкнутой системы при необратимыхпроцессах18.15.Уравнение эксергобаланса для необратимых процессов18.16.Энтропия и статический характер II закона термодинамики19.Рабочие тела тепловых машин19.1.Определения19.2.Уравнение состояния Вандер-Вальса для реальных газов19.3.Фазовые переходы правило фаз Гиббса19.4.Уравнение Клайперона-Клаузиуса19.5.Свойсвтва водяного пара19.6.Три стадии процесса парообразования19.7.Определение параметров насыщенного пара и кипящей воды19.8.Определение параметров перегретого пара19.9.Энтальпия воды и водяного пара19.10.Энтропия воды и водяного пара19.11.TS-диаграмма водяного пара19.12.is-диаграмма водяного пара19.13.Определение эксергии водяного пара20.Процесс дросселирования газов и паров21.Смесь воздуха и водяного пара22.Струйные аппараты .Сопла и диффузоры505051535457596060606166686970737577798182848686888888919495979910010010210410610911111511818922.1.Определения22.2.Уравнение движения потока газа без трения22.3.Определение скорости истечения и расхода через сопло газа.22.4.Исследование формул скорости истечения и расхода газа.Выбор формыканала сопла22.5.Технические характеристики суженных сопел22.6.Расчет сужено-расширенного сопла.Сопло Лаваля22.7.Диффузоры22.8.Выбор формы канала диффузора22.9.Параметры торможения адиабатического потока23.Дифференциальные уравнения термодинамики23.1.Определения .Условия взаимности.Полные дифферинциалы23.2.Соотношение Максвела23.3.Дифференциальные уравнения для du,di,ds23.4.Соотношения между теплоемкостями Cp и Cv118119121123128129130132134134135136137139II частьИсследование циклов теплоэнергетических установок24.Система КПД для оценки эффективности теплоэнергетических установок25.Паротурбинные установки25.1.Общая схема25.2.Идеальный цикл паротурбинной установки простейшего типа.ЦиклРенкина25.3.Основные явления необратимости паротурбинных установок25.4.Опеределение расхода пара на турбину25.5.Влияние основных параметров на величину цикла Ренкина25.6.Теплоэлентроцентарль(ТЭЦ)26.Компрессоры26.1.Определения26.2.Одноступенчатый поршневой компрессор26.3.Процесс сжатия в турбокомрессорах26.4.Оценка экономичности компрессора27.Двигатели внутреннего сгорания27.1.Определения27.2.Цикл с подводом теплоты при V=const и P=const(цикл Тринклера)27.3.Цикл с подводом теплоты при P=const(цикл Дизеля)27.4.Цикл с подводом теплоты при V=const(цикл Отто)28.Циклы газотурбинных установок (ГТУ)28.1.Определения14014014114114214514714715315415415415916216316316416516816816919028.2.Идеальный цикл в PV и TS-диаграмме с изобарическим (P=const) иизохорическим (V=const) подводом теплоты28.3.Пути повышения эффективности циклов ГТУ28.4.Cхема ГТУ с регенерацией теплоты отработавших газов в турбине29.Холодильные машины и тепловые насосы29.1.Определения29.2.Воздушная компрессионная холодильная машина29.3.Тепловой насос30.Комбинированные энергетические установки30.1.Определения30.2.Парогазовые установки30.3.Электрохимические установки (ЭЭУ) на основе топливных элементов(ТОТЭ) и ГТУ171173173176176177179181181181183Исспользованная литература1.А.Ф.Котин «Курс лекций по технической термодинамике»,часть 1,Волго-Вятскоекнижное издательство,Горький,1967 г.2.А.Ф.Котин «Курс лекций по технической термодинамике ,часть 2,Волго-Вятскоекнижное издательство,Горький,1967 г.3.А.Ф.Котин ,В.И.Шишкин «Принципы и методы теории тепловых машин и аппаратов»Учебное пособие ,Горьковского политехнического института,1980 г.4.В.М.Селиверстов ,П.И.Бажан«Термодинамика,теплопередача и теплообменные аппараты»Москва«Транспорт»,1988 г.5.Л.И Слободянюк,В.И.Поляков«Судовые паровые и газовые турбины»Ленинград , «Судостроение» ,1983 г.6.”Техническая термодинамика” под редакцией В.И Крутова издание «Высшая школа»Москва 1971 г.7.Елисеев Ю.С и др.

«Теория и проектирование газотурбинных и комбинированныхустановок» Москва ,изд. МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2000 г.1918.Н.В.Коровин «Топливные элементы и электрохимические энергоустановки»,Москваизд.МЭИ,2005 г..