第7章 热工.ppt

1 第七章动力装置循环 本章主要内容及重点 蒸汽动力装置循环活塞式内燃机循环燃气轮机装置循环 1 掌握动力循环分析方法2 掌握蒸汽动力装置循环的理想循环3 掌握活塞式内燃机循环的理想循环4 掌握燃气轮机装置循环的理想循环 热能动力装置 将热能转换为机械能的设备 称为热力发动机 简称热机 动力装置循环 简称动力循环或热机循环 蒸汽动力装置循环 气体动力装置循环 以蒸汽为工质的热机的工作循环 如蒸汽机 蒸汽轮机等 以气体为工质的热机的工作循环 如内燃机 燃气轮机等 动力装置 研究热机循环的方法 建立实际循环的简化热力学模型 用简单 典型的可逆过程和循环来近似实际复杂的不可逆过程和循环 通过热力学分析确定其基本规律 对实际循环简化 得到理想循环求出理想循环热效率关系式分析影响理想循环效率的因素找出提高效率的途径对理想循环进行修正 研究目的 合理安排循环 提高热效率 7 1蒸汽动力装置循环 四个主要装置 锅炉汽轮机凝汽器给水泵 理想循环 卡诺循环 卡诺循环 卡诺循环P V图 卡诺循环T S图 由两个等温过程和两个绝热过程组成 理想可逆热机循环 卡诺循环很难付诸实际 要提高卡诺循环的热效率T1和T2相差越大越好T1和T2相差越大 气体的等温加热和等温放热过程很难实现 压差和容积比大 P1或V3很大 循环净功很小 以水蒸气为工质的卡诺循环 由水蒸气形成过程可知 饱和水的定压汽化和饱和蒸汽的定压凝结过程中温度都是不变的 能不能用 1 3 4 2 4 3 2 1 四个主要装置 锅炉汽轮机凝汽器给水泵 7 1 1朗肯循环 朗肯循环 最简单的蒸汽动力循环 v 1 2绝热膨胀汽轮机 2 3定压 等温 放热冷凝器 3 4绝热压缩水泵 4 1定压 等温 加热锅炉 能否实现 存在什么问题 思考 以水蒸气为工质的卡诺循环 1 2 可实现 但2点干度低 汽机叶片腐蚀2 3 准确控制达到3点很难 到3 最理想3 4 水泵工作不稳定 效率低4 1 可以实现 但T1的提高受限tcr 373 99 问题 小结 蒸汽动力装置采用卡诺循环效率并不高 分析此循环明确了蒸汽动力循环改进方向 4 3 2 1 T s 3 饱和水代替湿蒸汽 即2 3 代替2 3 4 3 2 1 T s 3 1 3 4 2 采用过热蒸汽代替饱和蒸汽 即1 代替1 改进方向 1 水蒸气动力循环系统的简化 给水泵 简化 理想化 朗肯循环p v图和T s图 1 3 4 2 p v p v图 h s 1 3 2 4 朗肯循环T s及h s图 4 3 2 1 T s 5 6 5 6 朗肯循环优点 提高了平均吸热温度压缩功减小 3点在饱和线上 膨胀终点2干度增大问题 4 5过程为低温预热对平均吸热温度有一定影响 汽轮机作功 凝汽器中的定压放热量 水泵绝热压缩耗功 锅炉中的定压吸热量 朗肯循环热效率 h s 1 3 2 4 朗肯循环热效率的计算 一般很小 占0 8 1 可以忽略泵功 或 2 p1t1p2 如何提高朗肯循环的热效率 影响热效率的参数 优点 汽轮机出口尺寸小 s T 6 5 4 3 2 1 蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响 s T 6 5 4 3 2 1 蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响 23 T S Subcritical CriticalPoint Supercritical 24 超临界机组可以分为两个层次 常规超临界机组 conventionalsupercritical 超超临界机组 ultrasupercritical 主汽压力 24Mpa左右 主汽温度 540 560 效率比亚临界机组高2 左右 主汽压力 25 35Mpa及以上 主汽温度 580 600 及以上 效率比常规超临界机组高4 左右 s T 6 5 4 3 2 1 蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响 缺点 受环境温度限制 现在大型机组p2为0 0035 0 005MPa 相应的饱和温度约为27 33 已接近事实上可能达到的最低限度 冬天热效率高2 干度下降 提高循环热效率的途径 改变循环参数 提高初温度 提高初压力 降低乏汽压力 改变循环形式 回热循环 再热循环 联合循环 热电联产 燃气 蒸汽联合循环 新型动力循环 7 2活塞式内燃机循环 内燃机分类 按燃料 煤气机 汽油机和柴油机 按点火方式 点燃式和压燃式 按冲程 四冲程和二冲程 内燃机分类 四冲程柴油机工作原理 空气 废气 吸气 压缩 膨胀 排气 p v 0 Atmosphere 进气过程0 1 进气阀开启 活塞从最左端 上止点 下行 吸入空气 7 2 1活塞式内燃机的实际循环 以四冲程柴油机为例 p v 0 Atmosphere 进气阀的节流作用 气体压力略低于大气压力 活塞式内燃机的实际循环 p v 0 Atmosphere 活塞式内燃机的实际循环 p v 0 Atmosphere 活塞式内燃机的实际循环 p v 0 Atmosphere 活塞式内燃机的实际循环 p v 0 Atmosphere 活塞式内燃机的实际循环 p v 0 1 Atmosphere 活塞右行到最右端 下止点 进气阀关闭 活塞式内燃机的实际循环 p v 0 Atmosphere 1 压缩过程1 2 进 排气阀关闭 活塞从下止点上行 活塞式内燃机的实际循环 p v 0 Atmosphere 1 活塞式内燃机的实际循环 p v 0 Atmosphere 1 活塞式内燃机的实际循环 p v 0 Atmosphere 1 活塞式内燃机的实际循环 p v 0 Atmosphere 1 在2 点 柴油被高压油泵喷入气缸 气缸压力和温度急升 超过柴油的自燃温度 活塞式内燃机的实际循环 p v 0 Atmosphere 1 2 活塞运行到上止点2开始燃烧 活塞式内燃机的实际循环 2 p v 0 Atmosphere 1 膨胀过程2 3 4 5 燃烧过程十分迅猛 活塞式内燃机的实际循环 3 p v 0 Atmosphere 2 1 压力迅速上升到5 0 9 0MPa 而活塞移动很小 2 3接近定容过程 活塞式内燃机的实际循环 3 p v 0 Atmosphere 4 1 2 气缸工作容积增大 但喷油和燃烧继续 气缸内压力变化不大 燃烧过程3 4接近定压过程 4点喷油结束 活塞式内燃机的实际循环 3 p v 0 Atmosphere 4 1 2 高温高压气体膨胀做功 推动活塞移动至5点 气体压力温度下降 活塞式内燃机的实际循环 3 p v 0 Atmosphere 4 1 2 活塞式内燃机的实际循环 3 p v 0 Atmosphere 4 1 2 活塞式内燃机的实际循环 3 p v 0 Atmosphere 4 1 2 活塞式内燃机的实际循环 p v 0 Atmosphere 3 4 1 2 活塞式内燃机的实际循环 5 p v 0 Atmosphere 3 4 1 2 排气过程5 0 到点5 排气阀打开 活塞式内燃机的实际循环 p v 0 Atmosphere 3 4 1 2 0 5 气体压力迅速下降 活塞运动极微 5 0 接近定容降压过程 活塞式内燃机的实际循环 p v 0 Atmosphere 3 4 1 2 5 0 活塞上行 残余废气排除 过程0 0 活塞式内燃机的实际循环 p v 0 Atmosphere 3 4 1 2 5 0 活塞式内燃机的实际循环 4 p v 0 Atmosphere 3 4 1 2 5 0 活塞式内燃机的实际循环 p v 0 Atmosphere 3 4 1 2 5 0 完成一个完整的实际循环 4 活塞式内燃机的实际循环 四冲程高速柴油机的理想化 1 2 3 4 5 1 工质 p V p0 1 2 0 工质数量不变 定比热理想气体 2 0 1和1 0抵消 开口 闭口循环 3 燃烧 外界加热 排气 向外界放热 4 多变 绝热 不可逆 可逆 理想混合加热循环 萨巴德循环 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 p v 循环中Tmax T4 循环中Pmax P3 P4 理想混合加热循环的计算 1 2 3 4 5 吸热量 放热量 热效率 分析循环吸热量 放热量 热效率和功量 T s 几个表征循环特性参数 v 压缩比 定容升压比 预胀比 反映气缸容积 反映供油规律 定容加热循环 奥托循环 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 p v 汽油机理想循环 柴油机与汽油机动力循环图示 1 2 3 4 5 p v 1 2 3 4 5 p v 柴油机 压燃式 汽油机 点燃式 定压加热循环 狄塞尔循环 1 2 3 4 5 p v 1 2 3 4 5 柴油机理想循环 增压比 思考 同样是柴油机为什么有混合加热循环和定压加热循环之分 高速柴油机与低速柴油机循环图示 1 2 3 4 5 p v 1 2 3 4 5 p v 柴油机 压燃式 低速柴油机 压燃式 影响活塞式内燃机热效率主要因素 压缩比预胀比升压比 反映气缸容积 反映供油规律 燃气轮机循环示意图 1 2 3 4 压气机