ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Основные законы перехода тепловой энергии в работу из "Теплофикационные паровые турбины и турбоустановки " Рассмотренная установка для производства электроэнергии называется энергетическим блоком (энергоблоком) один котел вырабатывает пар только для одной турбины. Часто компоновку энергетических установок на ТЭЦ, исходя из требований надежности снабжения потребителей тепловой энергией, выполняют по-другому. Все котлы ТЭЦ работают на один или несколько общих паропроводов (коллекторов пара), а из них питаются все турбины электростанции. Такая компоновка называется неблочной. [c.15] Тепловая энергия в паровой турбине превращается в работу благодаря тому, что потенциальная энергия пара перед турбиной больше, чем за ней. Состояние пара и воды определяется рядом характеристик, называемых параметрами состояния. Важнейшими из них являются давление, температура, удельный объем и некоторые другие. [c.15] Температура измеряется в кельвинах (К). Температура воды, соответствующая тройной точке (в этой точке вода находится одновременно в твердом, жидком и газообразном состояниях), принята за 273 единицы, или 273 К. Обычно температуру в кельвинах, называемую абсолютной, обозначают буквой Т. [c.15] Температура тел изменяется вследствие подвода или отвода тепла. Для нагрева различных тел одной и той же массы требуется различное количество тепла. Количество тепла, необходимого для нагрева 1 кг вещества на 1 К, называют удельной теплоемкостью и обычно обозначают буквой с. Удельная теплоемкость твердых тел определяется их природой, а газов и паров — еще и условиями, при которых изменяется их температура. Например, теплоемкость газов при подводе тепла при постоянном давлении Ср выше, чем при постоянном объеме Су. Измеряется теплоемкость вкДж/(кг-К) или ккал/(кг °С). [c.16] Удельный объем v — это объем, занимаемый единицей массы и измеряемый в м г. Удельный объем — величина, обратная плотности. Удельный объем воды зависит от давления, а водяных паров — от давления и температуры и изменяется при движении пара в турбине в тысячи раз. [c.16] Давление, температура и удельный объем — основные параметры, характеризующие состояние газа или пара. Параметром состояния является и удельная внутренняя энергия —сумма кинетической и потенциальной энергий молекул 1 кг газа. С увеличением температуры и давления удельная внутренняя энергия и растет, а с их понижением уменьшается. Поэтому внутренняя энергия пара перед турбиной существенно больше, чем за ней. Как правило, интерес представляет изменение внутренней энергии при переходе из некоторого состояния I в состояние 2, т.е. [c.16] При затрате одного и того же количества тепла q полученная работа / будет зависеть от того, при каких условиях осуществляется подвод тепла. Если, например поршень (см. рис. 1.3, а) приварить к стенке сосуда, т.е. образовать замкнутый объем о, с давлением р,, и затем к газу подвести теплоту q, то в силу того, что поршень перемещаться не может, работа совершаться не будет. В соответствии с формулой (1.4), все подведенное к газу тепло q затрачивается на изменение его внутренней энергии Аи = q. Такой процесс подвода тепла без изменения объема называется изохорным. [c.16] ХОДИТ в хорошо изолированной паровой турбине. В действительности при течении расширяющегося пара в турбине за счет сил трения между его частицами, а также трения пара о ее детали происходит внутреннее выделение тепла. Потенциальная энергия в конце процесса расширения оказывается больше, чем в случае отсутствия трения, и полученная работа соответственно уменьшается. Если внутренним подводом тепла можно пренебречь, то будет происходить так называемый изоэнтропий-н ы й процесс расширения, при котором один из параметров состояния — энтропия л — остается постоянным. Без достаточно глубокого знания термодинамики трудно понять даже физический смысл этой величины. Энтропия характеризует близость замкнутой (изолированной) системы к термодинамическому равновесию. Заметим, что не вполне ясное представление физической сути понятия энтропии нисколько не мешает ее практическому использованию, как, скажем, использованию радиоприемника не мешает незнание его устройства. [c.17] Имеются подробные таблицы и диаграммы различных веществ, в частности, воды и водяного пара, позволяющие вычислить значения энтропии s, измеряемой в кДж/(кг К) или ккал/(кг °С). При подводе тепла энтропия всегда возрастает, а при отводе убывает. [c.17] Можно себе представить и процесс (рис. 1.3, в), при котором за счет подвода тепла q и уменьшения Фуза т совершается работа, а температура газа не изменяется (при этом, конечно, будут изменяться давление и удельный объем). Такой процесс называют изотермическим. Изотермические процессы характерны для изменения фазового состояния среды, например, испарения или конденсации воды. [c.17] Рассмотренные термодинамические процессы очень удобно изображать графически в виде диа-фамм (рис. 1.4 и 1.5) в координатах давление — удельный объем (р, и-диафамма) или абсолютная температура — энтропия (Т, 5-диафамма). [c.17] и-диафамме удобно изображать работу расширения, так как она представляет собой (см. рис. 1.4) площадь под соответствующей кривой процесса. Из рис. 1.4 хорошо видно, что при изохорном процессе работа расширения равна нулю, а при изобарном процессе она имеет наибольшее значение. [c.17] -диaгpaммe удобно изображать теплоту q, подведенную в процессе. Она представляет собой площадь под соответствующей кривой (см. рис. 1.5). Видно, что в изоэнтропном процессе тепло не подводится и не отводится, а при изотермическом процессе подвод тепла минимален. [c.18] Чем большая часть подведенного тепла q превращается в работу, тем более совершенным в термодинамическом отношении является тепловой двигатель. Термический КПД указывает предельно возможное значение КПД теплового двигателя при абсолютном совершенстве входящих в него агрегатов. [c.18] Из соотношения (1.6) для термического КПД цикла следует, что он тем выше, чем меньшее количество тепла 72 отводится от рабочего тела. При qi термический КПД Г = 1 Однако второй закон термодинамики гласит, что периодически действующий тепловой двигатель имеет термический КПД, всегда меньший единицы. Это означает, что тепловой двигатель обязательно должен иметь не только источник тепла и устройство, преобразующее его в работу, но и теплоприемник, который будет поглощать часть подведенного тепла, не превращая его в работу. В рассмотренной в 1.2 паротурбинной установке роль источника тепла играет котел, устройства, преобразующего тепло в работу, — турбина, теплоприемника — конденсатор. [c.18] Наибольший термический КПД при зафиксированных температурах источника тепла и теплоприемника имеет цикл Карно (рис. 1.7), состоящий из двух изотерм и двух изоэнтроп. В цикле Карно рабочее тело сжимается изоэнтропийно (процесс 4-1), и затем к нему при постоянной температуре подводится тепло. [c.18] Изоэнтропийный процесс 2-3 изображает превращение запасенной потенциальной энергии в работу наконец, в изотермическом процессе сжатия 3-4 происходит отвод тепла q к термоприемнику. [c.18] Вернуться к основной статье