Реферат: Истечение и дросселирование водяного пара. Прямые термодинамические циклы – циклы паротурбинных установок

При производстве глубокого "холода" охлаждаемая среда сама служит рабочим телом, она отбирается из цикла для технических нужд, поэтому такие циклы являются незамкнутыми полностью по рабочему телу.

Установки умеренного охлаждения с использованием реальных рабочих тел, работающие по обратному циклу Карно, не нашли широкого распространения в силу ряда недостатков по их осуществлению.

Реальная паровая компрессионная холодильная установка отличается от идеальной (см. рис.3.1):

вместо детандера используется дроссель, процесс 3 – 4;

в компрессоре сжимается сухой и перегретый пар, процесс 1 – 2;

жидкость переохлаждается перед дросселем, процесс 3' – 3.

Холодильный коэффициент данной установки определяется по формулам (1.2) и (1.3):

(10.1)

Для увеличения холодопроизводительности Q0, а также получения "холода" при различных температурах, применяются многоступенчатые холодильные циклы и установки на их основе.

Рис. 3.1.

Процессы глубокого охлаждения применяются для достижения низких температур, получения сжиженных газов и последующего их разделения.

Для достижения низких температур газов используются процессы дросселирования и адиабатного расширения с отдачей внешней работы.

Особенности процессов глубокого охлаждения заключаются в том, что вначале газ сжимают в многоступенчатых компрессорных установках (T ≈ ≈ Const) процесс 1 – 2, затем его охлаждают (P = Const), процесс 2 – 3 и, наконец, дросселируют процесс 3 – 4. Полученный влажный пар сепарируют. Жидкость, как готовый продукт отводят (–y), а паровая фаза (низкопотенциальный поток), имеющая низкую температуру (при P1 = Const) (1 – у), используется для охлаждения высокопотенциального потока (P2 = = Const).

Принципиальная схема установки простого регенеративного цикла (цикла Линде) показана на рис. 3.2.

Рис. 3.2.

Расчет характеристик установки ведется на 1 кг газа, сжимаемого в компрессоре, т. к. некоторое количество сжиженного газа "у" отводится, то цикл по рабочему телу является незамкнутым. Кроме этого существуют потери "холода" в окружающую среду – q0 и потери тепла, связанные с наличием разности температур между встречными потоками газа, которые называются недорекуперацией – qHP. Вследствие этого удельная степень ожижения у' отличается от теоретической и рассчитывается по формуле:

(3.2)

Удельная энергия, затраченная на сжатие 1 кг газа, определяется по формуле:

(3.3)

Удельная энергия, приходящаяся на 1 кг жидкого газа, рассчитывается по формуле:

(3.4)

Модификация цикла Линде заключается в том, что часть сжатого газа "М", предварительно охлажденного, направляется в расширитель – детандер, где расширяется, одновременно понижая температуру, до начального давления Р1, а полученная при этом работа компенсирует часть затраты энергии на сжатие. Оставшаяся часть газа 1 – М продолжает охлаждаться и дросселируется, а затем ее сепарируют, а далее процессы аналогичны, как в цикле Линде. Принципиальные схемы установок и циклов Клода (цикла среднего давления) и цикла Гейландта (высокого давления) показаны на рис. 3.3.

Рис. 3.3.

Схема: а) Клода, б) Гейландта; lК – работа в цикле Клода; lГ - работа в цикле Гейландта.

Удельная степень ожижения у' равна:

(10.5)