Водяна пара отримують в парових котлах, різних за конструкцією і продуктивності. Процес пароутворення в котлах зазвичай відбувається при постійному тиску, тобто при p = const.
Pv-діаграма.
Розглянемо особливості процесу пароутворення. Припустимо, що 1 кг води при температурі 0 ° С знаходиться в циліндричній посудині з поршнем, на який діє вантаж, що обумовлює тиск p1 (рис.1.) 
. При температурі 0 ° С прийняте кількість води займає обсяг v0. На діаграмі р-v (рис.2) 
це стан води відобразиться точкою а1. Почнемо поступово, зберігаючи незмінним тиск р1, нагрівати воду, не знімаючи з неї поршня і вантажу. Температура її при цьому буде підвищуватися, а обсяг незначно зростати. При деякій температурі tн1 (температура кипіння) вода закипить.
Подальше повідомлення тепла не підвищує температуру киплячої води, проте воно викликає поступове перетворення води на пару до тих пір, поки вся вода не випарується і в посудині не залишиться один пар. Початок процесу кипіння - обсяг v'1; стан пара - v1 ''. Процес нагріву води від 0 до tн1 буде відображатися на діаграмі ізобарою а1 v'1.
Обидві фази - рідка і газоподібна - в кожен даний момент знаходяться у взаємному рівновазі. Пар, що знаходиться в рівновазі з рідиною, з якої він утворюється, називають насиченою парою; якщо він не містить рідкої фази, його називають сухим насиченим; якщо ж він містить в собі і рідку фазу у вигляді дрібнодисперсних частинок, то його називають вологим насиченим і просто насиченою парою.
Щоб судити про зміст у вологому парі води і сухого насиченої пари, в термодинаміці застосовують поняття про ступінь сухості або просто сухості пара. Під ступенем сухості (сухістю) пара розуміють масу сухого пара, що міститься в одиниці маси вологої пари, т. Е пароводяної суміші. Ступінь сухості пара позначають буквою х і вона висловлює частку сухого насиченої пари у вологому парі. Очевидно, величина (1-х) являє собою масу води в одиниці маси пароводяної суміші. Цю величину називають вологістю пара. У міру пароутворення величина ступеня сухості пара зросте від 0 до 1, а вологість пара зменшується від 1 до 0.
Продовжимо розгляд процесу. Якщо сухому насиченому пару, що займає в посудині обсяг v1 ", продовжувати повідомляти тепло, то при постійному тиску температура його і обсяг зростатимуть. Підвищення температури пара понад температуру насичення називають перегрівом пара. Перегрів пара визначається різницею температур перегрітого і насиченої пари, тобто . величиною Δt = t - tн1. На рис. 1, г показано положення поршня, при якому пар перегрітий до температури, якій відповідає питома обсяг v1. На р-v діаграмі процес перегріву пара відображається відрізком v1 "- v1.
Ts діаграма.
Розглянемо, як відображаються процеси нагрівання води, пароутворення і перегріву пара в системі координат Ts, званої Ts діаграмою.
Для тиску р1 (рис.3) 
крива нагріву води від 0 ºС обмежується відрізком а-b1, на якому точка b1 відповідає температурі кипіння tн1. Після досягнення цієї температури процес пароутворення з ізобарного переходить в ізобарно-ізотермічний, який на Ts діаграмі відображається горизонтальною лінією.
Очевидно, для тисків p2 <p3 <p4 і т.д., що перевищують p1, точки b2, b3, b4 і т.д., що розташовуються на нижній прикордонної кривої а-Кі відповідні температур кипіння tн2, tн3, tн4 (на малюнку показані відповідні абсолютні температури), будуть міститися вище точки b1 і притому тим вище, чим більше тиск, при якому відбувається процес нагріву води.
Довжини відрізків b1-з1, b2-с2, b3-с3 і т.д., що характеризують зміни ентропії в процесі пароутворення, визначаються величиною r / Tн.
Точки с2, с3, с4 і т. Д., Що відображають закінчення процесу пароутворення, в сукупності утворюють верхню прикордонну криву з1-К.Обе прикордонні криві сходяться в критичній точці К.
Область діаграми, укладена між ізобарою а-з і прикордонними кривими, відповідає різним станам вологої пари.
Лінія а-а 2 відображає процес пароутворення при тиску, що перевищує критичний. Точки d1, d2і т.д. на кривих перегріву пара визначаються температурами перегріву (Т1, Т2і т.д.).
Площі, розташовані під відповідними ділянками цих ліній, висловлюють кількість тепла, повідомленого воді (або пару) в цих процесах. Згідно з цим, якщо знехтувати величиною pv0, то стосовно 1 кг робочого тіла площа а-b1-1-0соответствует величиною h ', площа b1-с1-2-1- величиною rи площа з1-d1-3-2 величиною q = cрт (t1 - t н). Сумарна площа а-b1-з1-d1-3-0 відповідає сумі h '+ r + cрт (t1 - t н) = h, т. Е. Ентальпії пари, перегрітої до температури t1.
Діаграма hS водяної пари.
Для практичних розрахунків зазвичай користуються hS діаграмою водяної пари. Діаграма (рис.4) 
являє собою графік, побудований в системі координат hS, на якому нанесений ряд изобар, изохор, ізотерм, прикордонні криві і лінії постійної ступеня сухості пара.
Ця діаграма будується в такий спосіб. Переймаючись для даного тиску різними значеннями ентропії, за таблицями знаходять відповідні значення ентальпії і по ним в системі координат h-Sв масштабі будують по точках відповідну криву тиску - ізобар. Поступаючи далі таким же чином, будують ізобари для інших тисків.
Прикордонні криві будують по точках, знаходячи для різних тисків за таблицями значення s 'і s "і відповідні їм значення h'і h".
Щоб побудувати ізотерми для будь-якої температури, потрібно знайти за таблицями ряд значень h і Sдля різних тисків при обраній температурі.
Ізохорами на діаграмах Ts і hS наносять, користуючись таблицями пара, знаходячи по ним для одних і тих же питомих обсягів пара відповідні значення s і Т. На рис. 3. показана схематично і без изохор діаграма hS, побудована від початку координат. Оскільки діаграмою hS користуються при теплових розрахунках, в яких користуватися частиною діаграми, що охоплює область сильно вологої пари (х <0,5) не доводиться, для практичних цілей зазвичай ліву нижню частину при побудові діаграми відкидають.
Зображена на рис. 4. ізобара О-С, відповідна тиску в потрійній точці, проходить через початок координат під найменшим нахилом і знизу обмежує область вологої пари. Область діаграми, розташована під цією ізобарою, відповідає різним станам суміші пари і льоду; область, розташована між ізобарою О-С і прикордонними кривими, - різним станам вологого насиченого пара; область над верхньою прикордонної кривої - станам перегрітої пари і область над нижньою прикордонної кривої станів води.
TS-, Pv- і hs-діаграми стану водяної пари застосовуються в інженерних розрахунках паросилових установок, парових турбін.
Паросилова установка (ПСУ) призначена для вироблення пари та ел.енергії. ПСУ представляють циклом Ренкіна. На діаграмі pv і TS цей цикл представлений на (ріс.5і6) 
відповідно.
1-2 - адіабатне розширення пари в паровій турбіні до тиску в конденсаторі p2;
2-2 '- конденсація пари в конденсаторі, відведення тепла при p2 = const.
Оскільки при тисках, що застосовуються зазвичай в теплотехніці, зміною обсягу води при її стисненні можна знехтувати, то процес адіабатичного стиснення води в насосі відбувається практично при постійному обсязі води і може бути представлений Ізохор 2'-3.
3-4 - процес нагрівання води в котлі при p1 = const до температури кипіння;
4-5 - пароутворення; 5-1 - перегрів пари в пароперегрівачі.
Процеси нагрівання води до кипіння і пароутворення відбуваються при постійному тиску (P = const, T = const) .Оскільки процеси підведення і відведення теплоти в розглянутому циклі здійснюється по ізобарах, а в изобарном процесі кількість підведеної (відведеної) теплоти = різниці ентальпій роб.тел на початку і кінці процесу: 
h1 - ентальпія перегрітої пари на виході з котла; h4 - ентальпія води на вході в котел;
h2 - ентальпія вологої пари на виході з турбіни; h3 - ентальпія конденсату на виході з конденсатора.
Процес розширення пари турбінної установки зручно розглядати в hS діаграмі.
Дата додавання: 2015-04-18; переглядів: 498; Порушення авторських прав