Основы теории теплообмена

Основы теории теплообмена Теплообмен Процессы переноса теплоты Теплопроводность Конвекция Излучение (Радиация) Теплообмен Виды сложного теплообмена Конвективный теплообмен (теплоотдача) = Теплопроводность + Конвекция Между поверхностью твердого тела и жидкость (газом) Теплопередача– конвективный теплообмен, протекающий между стенкой и жидкостью (газом) а) теплоотдача от горячей жидкости к стенке б) теплопроводность через стенку в) теплоотдача от другой поверхности стенки к холодной жидкости Радиационно-кондуктивный = Теплопроводность + Излучение Сложный = Теплопроводность + Конвекция + Излучение Определения Теплопроводность – перенос теплоты непосредственным контактом структурных частиц вещества (молекулы, атомы, электроны) с различными температурами (молекулярный процесс) Определения Тепловой поток – количество теплоты, проходящее через произвольную поверхность в единицу времени Q, [Вт = Дж/с] Плотностью теплового потока – тепловой поток, проходящий через единицу площади q = Q / F, [Вт/м2] Определения Температурное поле – совокупность значений температуры в данный момент времени для всех точек изучаемого пространства t = f(x,y,z,τ) t – температура тела x, y, z – координаты точки τ – время Нестационарное (неустановившееся) температурное поле ∂t/∂τ ≠ 0 Стационарное (установившееся) температурное поле ∂t/∂τ = 0 Определения Изотермическая поверхность – поверхность тела с одинаковой температурой Температурный градиент – вектор, направленный по нормали к изотермической поверхности в сторону возрастания температуры Основной закон Закон Фурье → q = - λ∙gradt → q – вектор плотности теплового потока [Вт/м2] λ – κоэффициент теплопроводности, [Вт/(м∙К)] gradt t +Δt t n → q Коэффициент теплопроводности λ - количество теплоты, переносимой в единицу времени через единицу поверхности материала на единицу длины при изменении температуры на один градус λ  0,25 Вт/мК – теплоизоляционный материал Определение Конвекция - перенос теплоты при перемещении и перемешивании всей массы неравномерно нагретых жидкости или газа Что влияет на конвективную теплоотдачу ? 1. Природа возникновения движения жидкости Свободная (естественная) конвекция: самопроизвольное движение жидкости (газа) из-за разности плотностей горячих и холодных слоев Вынужденная конвекция: движение создается из-за разности давлений Что влияет на конвективную теплоотдачу ? 2. Режим движения жидкости Ламинарное движение Турбулентное движение Переходный режим движения Что влияет на конвективную теплоотдачу ? 3. Физические свойства жидкостей и газов 4. Форма (плоская, цилиндрическая), размеры Закон Ньютона Ньютона--Рихмана Q = α · (tст - tж)·F или q = α · (tст - tж) α – коэффициент теплоотдачи [Вт/(м2∙К)], характеризует интенсивность теплообмена между поверхностью тела и окружающей средой Метод теории подобия Подобные явления – физические явления, одинаковые качественно по форме и по содержанию:  имеют одну физическую природу  развиваются под действием одинаковых сил  описываются одинаковыми по форме дифференциальными уравнениями и краевыми условиями Критерии подобия – безразмерные комплексы величин для подобных систем Критерии подобия Критерий Нуссельта – характеризует конвективный теплообмен между поверхностью стенки и жидкостью Nu = α l0/λ l0 – определяющий размер (длина, высота, диаметр) для цилиндрического тела не круглой формы, определяющий размер - эффективный диаметр dэ = 4F/U где F – площадь сечения поверхности, U – периметр Критерии подобия Критерий Рейнольдса – характеризует соотношение сил инерции и вязкости Re = w·l0/ν w – скорость жидкости (газа), [м/с] ν – коэффициент кинематической вязкости среды, [м2/с] определяет характер течения жидкости Re < 2300 – ламинарный режим Re > 104 – турбулентный режим 2300 < Re < 104 – переходный режим Критерии подобия Критерий Грасгофа – характеризует подъемную силу, возникающую в жидкости (газа) из-за разности плотностей Gr = (β·g·l03·Δt)/ν2 β = 1/Т – коэффициент температурного расширения, [1/К] Критерий Прандтля – характеризует физические свойства жидкости (газа) Pr = ν/а = (μ·cp)/λ Критерий Пекле – характеризует соотношение молекулярного и конвективного переносов теплоты Pe = w·l0/a = Pr·Re Критериальные уравнения Свободная конвекция в общем виде Nu = С· Rem· Prn·Peк С, m, n, к – опытные коэффициенты (эксперимент, справочник) Определение Излучение (радиация) – передачи теплоты в виде электромагнитных волн Тела излучают и поглощает энергию непрерывно, если их температура не равна 0°К Спектр излучения большинства твердых и жидких тел непрерывен Газы – излучение селективное (избирательное), испускают лучи не всех длин волн Определение Полный лучистый поток (Q) – суммарное излучение с поверхности тела по всем направлениям и по всем длинам волн спектра Излучательная способность тела – интегральный лучистый поток, излучаемый единицей поверхности по всем направлениям Е = dQ/dF, [Вт/м2] Определение Общее количество падающей лучистой энергии – Q часть энергии, которая • поглотится телом – А • отразится – R • пройдет сквозь тело – D Q QR Q = QA + QR + QD A+R+D=1 А = QA/Q – коэффициент поглощения R = QR/Q – коэффициент отражения D = QD/Q – коэффициент проницаемости QA Q D Определение Абсолютно черное тело – поглощает все падающие на него лучи А=1,R=0иD=0 Абсолютно белое тело – отражает все падающие на него лучи R = 1, А = О и D = 0 Абсолютно проницаемое для тепловых лучей тело D = 1, R = 0 и A = 0 В природе абсолютных тел не существует! Закон Закон Стефана-Больцмана E0= С0·(Т/100)4 С0 = 5,67 Вт/(м2∙К4) – коэффициент излучения абсолютно черного тела Закон Серое тело обладает одинаковой поглощательной способностью во всем диапазоне длин излучаемых волн ε – степень черноты Е /Е0 = ε = const Степень черноты – доля излучения серого тела по отношению к излучению абсолютно черного тела при одинаковых температурах степень черноты серых тел меньше единицы Излучательная способность серого тела Е = ε·С0·(Т/100)4 ОПРЕДЕЛЕНИЯ Изолированная система - т/д система не взаимодействующая с окружающей средой (нет обмена веществом и энергией) Адиабатная (теплоизолированная) система – система, исключающая обмен теплотой с окружающей средой Закрытая система – не допускает обмен своим веществом с окружающей средой Открытая система – допускает обмен своим веществом с окружающей средой ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ Параметры состояния – величины, которые характеризуют физическое состояние системы Удельный объем – объем занимаемый массой в 1 кг этого тела υ=V/m, [м3/кг] Плотность вещества ρ = m / V = 1 / υ, [кг/м3] ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ Давление – сила, действующая по нормали к единице поверхности тела Р=F/S, [Н/м2] = [Па] Внесистемные единицы давления 1 бар = 0,1 МПа = 100 кПа = 105 Па 1 ат (техн.атмосфера) = 1 кгс/см2 = 98,1 кПа ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ Абсолютное давление (Р) – действительное давление рабочего тела внутри сосуда Избыточное давление (Ри) – разность между абсолютным давлением в сосуде и давлением окружающей среды Абсолютное давление  давление сосуда больше давления окружающей среды Р = Ри + Ро  давление сосуда меньше давления окружающей среды Р = Ро – Рв ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ Температура – характеризует степень нагретости тел Т = t + 273,15 [К] УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ Уравнение состояния – математическое уравнение, связывающее основные т/д параметры Р, υ, Т f (Р, υ, Т) = 0 Равновесное состояние – состояние тела, при котором во всех его точках объема Р, υ, Т и другие физические свойства одинаковы Идеальный газ – газ, у которого отсутствуют силы взаимодействия между молекулами УРАВНЕНИЕ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА Для 1 кг массы газа Р·υ = R·Т R – газовая постоянная (для воздуха R = 287 Дж/(кг∙К)) Для произвольного количества газа массой m Р·V = m·R·Т Уравнение Клапейрона Клапейрона--Менделеева Р·υ = Rμ·Т/μ μ – молярная (молекулярная) масса газа, (кг/кмоль) Газовая постоянная вещества: μ постоянная Rμ = 8314,20 Дж/кмоль∙К – универсальная газовая R = R /μ ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ Теплота и работа Теплота – энергия, передаваемая самопроизвольно от более нагретого тела к менее нагретому телу Количество теплоты: Q, [Дж] Удельное количество теплоты: q, [Дж/кг] Работа – количество энергии, передаваемой при условии перемещения всего тела (его части) в пространстве под действием сил (L, [Дж]) ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ Внутренняя энергия – совокупность всех видов энергий, заключенных в теле или системе тел Изменение внутренней энергии не зависит от пути перехода . из одного состояния в другое ! P 1 2 ∆U = U2 – U1 υ ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ Уравнение I закона термодинамики Q = (U2 – U1) + L Q – количество теплоты подведенной (отведенной) к системе L – работа, совершенная системой (над системой) (U2 – U1) – изменение внутренней энергии в данном процессе Если Q > 0 – теплота подводится к системе Q < 0 – теплота отводится от системы L > 0 –работа совершается системой L < 0 – работа совершается над системой ТЕПЛОЕМКОСТЬ Теплоемкость – количество теплоты, требуемое для изменения температуры тела на один градус С = dQ / dT , [Дж /К] Удельные теплоемкости массовая – с = С / m , [Дж/кг∙К] молярная – сμ = С / μ , [Дж/моль∙К] объемная - с′ = С / ν = с·ρ , [Дж/м3 ∙К] ТЕПЛОЕМКОСТЬ Теплоемкость при постоянном давлении при постоянном объеме (изобарная) cp (изохорная) cv Уравнение Майера ср – сv = R ЭНТАЛЬПИЯ,, ЭНТРОПИЯ ЭНТАЛЬПИЯ Энтальпия h = u + P·υ, [Дж/кг] u = Cv·T Энтропия – параметр состояния, характеризующий меру ценности теплоты, её работоспособности Удельная энтропия: меру потери работы из-за необратимости реальных процессов меру беспорядка системы ds = dq / T, [Дж/(кг·К)] Второй закон термодинамики Устанавливает  возможен или невозможен тот или иной процесс  в каком направлении протекает процесс  когда достигается термодинамическое равновесие  при каких условиях можно получить максимальную работу «Теплота не может самопроизвольно переходить от более холодного тела к более нагретому» «Там где есть разница температур, возможно совершение работы» Термодинамические процессы Термодинамический процесс – последовательное изменение состояния рабочего тела, происходящее в результате энергетического взаимодействия рабочего тела с окружающей средой Обратимый процесс – процесс, который может быть проведен в обратном направлении так, что рабочее тело и окружающая среда пройдут через те же промежуточные состояния P В А AB – изобарный процесс (Р = const) AC – изохорный процесс (υ = const) E С AD – адиабатный процесс (S = const, Q = 0) D AE – изотермический процесс (t = const) υ Термодинамические процессы Изохорный Уравнение ИГ I закон т/д Энтропия 2 P2/P1=T2/T1 l=0 Δs = cv∙ln(T2/T1) охлаждение (v = const) v1 = v2 P Рисунок нагревание Процесс q = Δu = сv∙(t2 - t1) 1 υ Термодинамические процессы Процесс Изобарный (P = сonst) P2 = P1 Рисунок Уравнение ИГ I закон т/д P υ 2/υ 1=T2/T1 l = P·(υ2 - υ1) Ds = нагревание 1 2 l = R·(T2 - T1) охлаждение q = Du + l = υ ср·(t2 - t1)= h2 - h1 Энтропия cp·ln(T2/T1) Термодинамические процессы Процесс Изотермический (T=сonst) T 2 = T1 Рисунок Уравнение ИГ I закон т/д P υ 2/υ 1=P1/P2 Du = 0 q=l= 1 l=q 2 υ =R·T·ln(υ2/υ 1)= =R·T·ln(p1/p 2) Термодинамические процессы Процесс Рисунок Уравнение ИГ Pυ k =const Адиабатный P (s=сonst) s2 = s1 1 l 2 υ I закон т/д  R  T1 1   υ1 υ2  Энтроп ия k 1  l k = cp/cv – k 1 показатель адиабаты l  Du  cv   t2  t1    R  T1  T2  k 1 Δs=0 Термодинамические процессы Процесс Политропный (cn=const) Рисунок при n = ± , υ=сonst n = 0, P=сonst n = 1, T=сonst n= k, P·υk=сonst Уравнение ИГ I закон т/д P·υn=сonst n - показатель политропы n с  сp Энтропия Теплота процесса q = cn ∙(T2 – T1) Δs = cv∙ln(T2/T1) массовая теплоемкость политропного процесса cn=cv∙(n – k)/(n – 1) с  сv l  R T1 - T2   n -1  RT1 1-  υ1 υ2  n -1 n -1  +R∙ln(υ2/υ1) Понятия о водяном паре Процессы Парообразование – процесс превращения вещества из жидкого состояния в газообразное Конденсация – процесс обратный парообразованию Процессы Испарение – парообразование, происходящее с поверхности жидкости Кипение – процесс парообразование во всей массе жидкости при некоторой определенной температуре, зависящей от природы жидкости и давления Сублимация – процесс перехода твердого вещества непосредственно в пар Десублимация – процесс перехода пара в твердое состояние Понятия о паре Насыщенный пар – имеет максимальную плотность, когда скорость конденсации равна скорости испарения (динамическое равновесие) Сухой насыщенный пар – пар, в момент испарения последней капли жидкости в ограниченном пространстве без изменения температуры и давления Влажный насыщенный пар – механическая смесь сухого пара и мельчайших капелек жидкости Перегретый пар – температура выше температуры сухого насыщенного пара того же давления Понятия о паре Степень сухости – массовая доля сухого пара во влажном паре масса сухого насыщенного паравовлажном x масса влажного пара Степень влажности – массовая доля жидкости во влажном паре у=1–х Кипящая жидкость: х = 0 Сухой пар: х = 1 Понятия о паре Фазовая диаграмма для воды и водяного пара Кривая АК – состояние кипения жидкости, (·) 4 Кривая КВ – состояние сухого насыщенного пара (·) 2 Область жидкого состояния (·) 5 Р К Область влажного пара (·) 3 1 Область перегретого пара (·) 1 5 4 х=0 А 2 3 Параметры влажного пара х=1 В υ s = x·s″ + (1– x)·s′ h = x·h″ + (1– x)·h′ υ = x· υ″ + (1– x)· υ′ Теплообменные аппараты Теплообменный аппарат – устройство для передачи теплоты от одних тел (горячий теплоноситель) к другим (холодный теплоноситель) Типы теплообменных аппаратов Поверхностные Регенеративные Контактные (смесительные) Рекуперативные Движение жидкости в аппаратах Прямоток Противоток направления теплоносителей совпадают теплоносители движутся навстречу друг другу холодный холодный горячий горячий Перекрестный ток движение перпендикулярно холодный горячий Расчёт аппаратов Типы расчётов Конструкторский • Рассчитывается поверхность теплообмена • Задано количество тепла Поверочный • Рассчитываются конечные температуры теплоносителей • Заданы геометрические размеры аппарата Расчёт аппаратов Уравнение теплопередачи Q = k·F·∆tср Q – тепловой поток, Вт k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2∙К) F – поверхность теплообмена, м2 ∆tср – средний температурный напор Расчёт аппаратов Уравнение теплового баланса    Q  G1  c1  t1  t1  G2  c2  t 2  t 2  G1, G2 – массовые расходы теплоносителей, кг/с c1 и c2 – массовые теплоемкости теплоносителей t1 и t1 - температуры горячего теплоносителя при входе и выходе из теплообменника t2 и t2 - температуры холодного теплоносителя при входе и выходе из теплообменника Расчёт аппаратов Изменение температур зависит от схемы движения Прямоток DtБ  t1  t2 Противоток t t1 ′ t2′ DtМ  t1  t2 t1″ t2 ″ t1′ t2″ DtМ  t1  t2 t1″ t2′ F Dt Б  Dt М Dtср  Dt  ln  Б  D t М   DtБ  t1  t2 t F Dt Б  Dt М Dtср  2 Цикл Карно p 1 1-2 2-3 3-4 4-1 q1 2 4 q2 3 v изотермическое расширение адиабатное расширение изотермическое сжатие адиабатное сжатие T q1 1 Цикл Карно 2 Т1 Т2 q1  q 2 q2 t   1  q1 q1 T2 Ds Т2  1   1 T1Ds Т1 3 4 q2 Δs S Теоретические циклы ДВС ЦИКЛЫ ДВС Цикл Отто Цикл Дизеля Цикл Тринклера-Сабатэ Цикл Отто 1-й такт: ВПУСК Открывается впускной клапан Поршень движется вниз Цилиндр заполняется ТОПЛИВОВОЗДУШНОЙ СМЕСЬЮ Закрывается впускной клапан 2-й такт: СЖАТИЕ Клапаны закрыты Поршень движется вверх Повышаются давление и температура 3-й такт СГОРАНИЕ-РАСШИРЕНИЕ Сгорание. Расширение. 4-й такт: Выпуск Открывается выпускной клапан Поршень движется вверх и выталкивает продукты сгорания, находящиеся в цилиндре Цикл Отто p T 3 3 q1 q1 2 2 4 q2 1 4 q2 1 v 1-2 адиабатное сжатие рабочего тела 2-3 изохорный подвод теплоты 3-4 адиабатное расширение рабочего тела 4-1 изохорный отвод теплоты от рабочего тела к холодному источнику s Характеристики цикла Отто  1 ε 2  p3  p2 Cv  T4  T1  q2  1  ηt  1  q1 Cv  T3  T2   T4  1   T1 1 T1   1  k 1  1  T2  T3  1   T   2  Цикл Дизеля 1-й такт: ВПУСК Открывается впускной клапан Поршень движется вниз Цилиндр заполняется ВОЗДУХОМ Закрывается впускной клапан 2-й такт: СЖАТИЕ Клапаны закрыты Поршень движется вверх Значительно повышаются давление и температура 3-й такт СГОРАНИЕ-РАСШИРЕНИЕ Топливо впрыскивается под высоким давлением Расширение. 4-й такт: Выпуск Открывается выпускной клапан Поршень движется вверх и выталкивает продукты сгорания, находящиеся в цилиндре Цикл Дизеля q1 p 3 3 T q1 2 4 2 4 1 q2 q2 1 v 1-2 адиабатное сжатие рабочего тела 2-3 изобарный подвод теплоты 3-4 адиабатное расширение рабочего тела 4-1 изохорный отвод теплоты от рабочего тела к холодному источнику s Характеристики Цикла Дизеля      1 2 3 2  T4   1  Cv T4  T1  q2 T1  T1 1 p  1   1  1  1    1  k 1 T q1 C p T3  T2  kT2  3  1    (p  1) T   2  Цикл Тринклера (Сабатэ) q’’1 p 3 T 4 q’1 q’1 2 4 q”1 3 5 2 5 1 q2 1 q2 v 1-2 адиабатное сжатие рабочего тела 2-3 изохорный подвод теплоты 3-4 изобарный подвод теплоты 4-5 адиабатное расширение 5-1 изохорный отвод теплоты от рабочего тела к холодному источнику s Характеристики цикла Тринклера-Сабатэ  1  2  p3  p2    4 3 q2 1    1  t  1  ' ''  1   1 q1  q1  (  1)   (   1) Схема ПТУ Пароперегреватель Турбина Генератор Конденсатор Котел Питательный насос Цикл Ренкина 1-2 – адиабатное расширение пара в турбине 1-2д – действительное расширение пара в турбине T 1 QПОД 4 2-2’ - конденсация пара и отдача тепла охлаждающей воде 5 2’-3 – адиабатное сжатие воды в насосе Работа 3-4 – нагревание воды до температуры кипения 3 2’ QОТВ 2 т.4 – состояние кипящей воды в котле 2д S 4-5 – парообразование в котле 5-1 – перегрев пара при постоянном давлении в пароперегревателе Термический КПД КПД36...38% T ηt = (q1 – q2)/q1 q1 = h 1 – h 3 1 QПОД (h1  h2 )  (h3  h2 ' ) t  h1  h3 4 5 q2 = h2 – h2’ Работа 3 или Работа 2’ l т >> lн QОТВ 2 2д ηt = l / q1 S h3 = h2’ (h1  h2 ) t  h1  h3 l = lт – lн lт = h1 – h2 , lн = h3 – h2’ (h1  h2 )  (h3  h2 ' ) t  h1  h3 Промежуточный перегрев пара h ,P 1 4 2 5 h′пп, P′пп 3 hк, Pк h″пп, P″пп T0 6 7 КПД38...40% T QПО Д Работа h2, P2 1 – парогенератор TК 2 – ЧВД паровой турбины 3 – промежуточный пароперегреватель 4 – ЧНД паровой турбины 5 – электрический генератор 6 – конденсатор 7 – конденсатный насос QОТВ S Регенеративный подогрев питательной воды 2 h0, P0, t0 1 α1 3 Pк, tк α2 4 α3 Pпв, tпв 9 7 α4 5 α5 6 α6 8 10 1 – парогенератор; 2 – паровая турбина; 3 – электрический генератор; 4 – конденсатор; 5 – конденсатный насос; 6 – подогреватели низкого давления; 7 – деаэратор; 8 – питательный насос; 9 – подогреватели высокого давления; 10 – дренажный насос Котельные установки Парогенератор – устройство, предназначенное для выработки пара заданных параметров, за счет преобразования химической энергии топлива в тепловую Классификация паровых котлов Паровые котлы По назначению По давлению Энергетические Низкого (до 1 МПа) По производительности Малой Промышленные Водогрейные Котлы-утилизаторы Энерготехнологические Среднего (1…10 МПа) Средней Высокого (14 МПа) Большой Сверхвысокого (18…20 МПа) По способу циркуляции воды Сверхкритического (более 22,5 МПа) С естественной С принудительной Прямоточные Принципиальная схема барабанного парогенератора 1. 2. 3. 4. Б D 2 ПЕ ВП – воздухоподогреватель ГОР – горелки 3 ЭК 1 Dпв 4 ВП ГОР Топочная камера Горизонтальный газоход Поворотная камера Конвективная шахта ЭК – экономайзер Б – барабан ПЕ – пароперегреватель Парогенератор с естественной циркуляцией ПЕ Б – барабан, ИСП – испарительные поверхности, ПЕ – пароперегреватель, ЭК – водяной экономайзер, ПН – питательный насос, НК – нижний коллектор, ОП – опускные трубы, ПОД – подъемные трубы. D Б Продувка ИСП Q ЭК Gв Dпв ОП ПН ПОД НК D – расход пара; Dпв – расход питательной воды; Gв – расход воды циркуляционного контура; Q – подвод тепла Парогенератор с многократной принудительной циркуляцией ПЕ D Отличается наличием в контуре специальных циркуляционных насосов (ЦН) Б k 3 ИСП Q ЭК ЦН Dпв ОП ПН ПОД НК 4 Принципиальная схема прямоточного парогенератора 4 5 3 1 2 6 1. Водяной экономайзер 2. Нижняя радиационная часть 3. Переходная зона 4. Верхняя радиационная часть 5. Конвективный перегреватель 6. Воздухоподогреватель Принципиально отличаются тем, что поступающая в испарительный тракт вода на выходе из него полностью превращается в пар. Типы компоновок паровых котлов Высота – 60 м Т-образная Башенная Высота – 30 м Высота – 130 м h П-образная N-образная Высота – 40 м Маркировка паровых котлов E – 420 – 140 – 560 ГМ Температура пара, °С Паропроизводительность, т/ч П Е Пр Пп – прямоточный – с естественной циркуляцией – с принудительной циркуляцией – прямоточный с промежуточным перегревом Еп – с естественной циркуляцией и с промежуточным перегревом ГМ Г М К Б Ж Т В Ц Р Н … Давление пара, кгс/см2 (Мпа) – газомазутный – газ – мазут – каменный уголь – бурый уголь – с жидким шлакоудалением – с твердым шлакоудалением – вихревая топка – циклонная топка – решетка – наддув Устройство и принцип действия турбины Турбина – двигатель лопаточного типа, в котором происходит преобразование энергии рабочего тела в механическую работу В зависимости от рабочего тела, турбины делятся на: Паровые турбины Газовые турбины Гидротурбины В зависимости от подвода рабочего тела, турбины делятся на: Турбины аксиального типа Турбины радиального типа Подача пара Выхлоп Паровая турбина К-110-140 Турбинная ступень Ступень турбины – совокупность рабочей и сопловой решеток Вал турбины Корпус турбины Диск рабочих лопаток Венец рабочих лопаток Сопловая решетка (сопловые лопатки+сопловые каналы) Рабочая решетка (рабочие лопатки+рабочие каналы) Система технического водоснабжения Техническая вода используется для отвода теплоты от отработавшего пара в конденсаторах турбин, в системе гидрозолошлакоудаления, для охлаждения масла турбин и электрогенераторов, охлаждение подшипников вспомогательных механизмов Прямоточная Оборотная Комбинированная (смешанная) Конденсационные установки паровых турбин Конденсационная установка – совокупность конденсатора и обслуживающих его устройств Конденсатор – теплообменный аппарат, предназначенный для конденсации отработавшего в турбине пара при низком давлении водяные смешивающие воздушные поверхностные Принципиальная схема конденсационной установки Пар из турбины Подвод рабочего тела (пара или воды) 1 1 – конденсатор 2 – циркуляционный насос 3 – конденсационный насос 4 – воздухоотсасывающее устройство 4 3 2 Охлаждающая вода В систему регенерации Маркировка паровых турбин ПТ – 135/165 – 130/15 – 2 Максимальная электрическая мощность, МВт Давление пара в отборе (противодавление), кгс/см2 Для турбин П, ПТ, Р, ПР Номинальная электрическая мощность, МВт К Т П ПТ Начальное давление пара, кгс/см2 (МПа) – конденсационная – теплофикационная с отопительным отбором пара – теплофикационная с производственным отбором пара – теплофикационная с производственным и отопительным отбором пара Р – с противодавлением ПР, ТР, КТ Газотурбинная установка Цикл ГТУ Схема ГТУ Г К ГТ 2 1 КС газ q1 P 2 Т 3 3 q1 2 4 1 4 q2 lц 3 4 1 q2 К – компрессор V S КС – камера сгорания 1-2 – адиабатное сжатие воздуха в компрессоре ГТ – газовая турбина 2-3 – изобарный подвод теплоты (сжигание газо-воздушной смеси в камере сгорания) 3-4 – расширение газов в турбине (совершение работы) 4-1 – изобарный отвод теплоты (отвод отработавших газов в атмосферу) Принцип действия камеры сгорания 1 – воздухонаправляющее устройство 2 – форсунка (горелка) 3 – корпус 4 – пламенная (жаровая) труба 5 - лопатки Газотурбинная установка КПД цикла c p T4  T1  q2 t  1   1  1 q1 c p T3  T2  1 k 1  k π = P2/P1 – степень повышения давления в компрессоре Утилизационные ПГУ Паровая турбина Г К Воздух ГТ КС Пар Топливо Котел-утилизатор η ≈ 60 %