Бу -күштілі қондырғының Ренкин циклы.

Өндірісте кең пайдаланатын бу турбиналы қондырғылар Ренкин циклімен жұмыс істейді. Бұл циклде бу қондырғыда бу толық сұйықтанады және аса қыздырылған буды пайдалану мүмкіншілігі болады, ал термиялық п.ә.к. көбейтеді. Бұл циклді өткен ғасырдың 50-жылдары У. Ренкин және Р. Клаузиуспен екуі бір уақытта ұсынған, көбінесе бұны Ренкин циклы деп атайды.

Төменде (1.37- сурет) қарапайым бу турбиналы қондырғылардағы Ренкин циклі үшін, қыздырылған будың циклі су буының Р,V жәнеT,S диаграммаларында бейнеленген. Ренкин циклі бойынша жұмыс жасайтын қондырғының принципті схемасы 1.36 – суретте көрсетілген.

Қазанда қайнаған судың Р₁ қысымдығы жағдайын 4-нүкте сиппатайды; Ренкин циклы мынадай процестерден турады:2^’-3 – қазанға насоспен суды беру (адибатты сығу); 3-4 – қазандағы суды изобаралы қыздыру, қайнату; 4-5 – изотермалы және изобарлы процестерде суды буға айналдыру; 5-6 – буды құрғату;6-1-буды аса қыздыру процесі;1-2 – бу турбинасында жылудың адиабатты ұлғаю процесі; 2-2^Ў - будың изобарлы шықтану процесі; 1-2д бу турбинасындағы будың нақты ұлғаю процесі.

Ренкин циклінің термиялық п.ә.к. мына теңдеумен анықталады.

η_t= / [(h₁-h₂’)-V(Р₁-Р₂)]. (1.8.4)

БКҚ-ның жұмысына талдау жасасақ (3 нүкте) бастапқы қысым Р₁ (3…4 МПа дейін), іс жүзінде TS диаграммасында 3 және 2’ нүктелеріндегі көрсетілген, қысымдардың шамалары бірдей болады, сондықтан термиялық п.ә.к.-ті жуықтау формуламен былай анықтауға болады.

η_t= =(h₁-h₂)/ (h₁-h₂’), (1.8.5)

мұндағы h₁, турбинаға кірердегі аса қыздырылған будың меншікті энтальпиясы;

h₂ – конденсаторға кірердегі пайдаланған будың меншікті энтальпиясы;

h’₂ – конденсатордан шыға берістегі сұйықтың меншіктігі энтальпияссы.

Жоғарыдағы формуладан Ренкин циклының термиялық п.ә.к. будың турбинаға кіре берістегі h₁ және шыға берістегі h₂^Ў энтальпиясымен және Т₂ температурада тұрған судың энтальпиясымен h₂^Ў анықталады;осы энталпиялардың мағналары циклдың үш параметрлермен анықталады; будың турбинаға кіре берістегі қысымы Р₁ мен температурасы t₁, будың турбинадан шыға берісіндегі, яғни конденсатордағы қысымымен Р₂.

Жұмыс кезінде будың температурасы өскен t₁ сайын бумен күш беретін қондырғының термиялық п.ә.к. артады.

Жылуды регенерациялау арқылы БКҚ-ның термиялық п.ә.к. 10…14%-ке дейін көбейтуге болады.

7. БУДЫҢ БАСТАПҚЫ (Р1, Т1) ЖӘНЕ СОҢҒЫ (Р2) ПАРАМЕТРЛЕРІНІҢ БУ – КҮШТІЛІ ҚОНДЫРҒЫНЫҢ РЕНКИН ЦИКЛЫНЫҢ ТЕРМИЯЛЫҚ П.Ә.К.-НЕ ТИГІЗЕТН ӘСЕРІ.Өндірісте кең пайдаланатын бу турбиналы қондырғылар Ренкин циклімен жұмыс істейді. Бұл циклде бу қондырғыда бу толық сұйықтанады және аса қыздырылған буды пайдалану мүмкіншілігі болады, ал термиялық п.ә.к. көбейтеді. Бұл циклді өткен ғасырдың 50-жылдары У. Ренкин және Р. Клаузиуспен екуі бір уақытта ұсынған, көбінесе бұны Ренкин циклы деп атайды.Төменде (1.37- сурет) қарапайым бу турбиналы қондырғылардағы Ренкин циклі үшін, қыздырылған будың циклі су буының Р,V жәнеT,S диаграммаларында бейнеленген. Ренкин циклі бойынша жұмыс жасайтын қондырғының принципті схемасы 1.36 – суретте көрсетілген. Қазанда қайнаған судың Р₁ қысымдығы жағдайын 4-нүкте сиппатайды; Ренкин циклы мынадай процестерден турады:2^’-3 – қазанға насоспен суды беру (адибатты сығу); 3-4 – қазандағы суды изобаралы қыздыру, қайнату; 4-5 – изотермалы және изобарлы процестерде суды буға айналдыру; 5-6 – буды құрғату;6-1-буды аса қыздыру процесі;1-2 – бу турбинасында жылудың адиабатты ұлғаю процесі; 2-2^Ў - будың изобарлы шықтану процесі; 1-2д бу турбинасындағы будың нақты ұлғаю процесі.Ренкин циклінің термиялық п.ә.к. мына теңдеумен анықталады.η_t= / [(h₁-h₂’)-V(Р₁-Р₂)]. (1.8.4).БКҚ-ның жұмысына талдау жасасақ (3 нүкте) бастапқы қысым Р₁ (3…4 МПа дейін), іс жүзінде TS диаграммасында 3 және 2’ нүктелеріндегі көрсетілген, қысымдардың шамалары бірдей болады, сондықтан термиялық п.ә.к.-ті жуықтау формуламен былай анықтауға болады.η_t= =(h₁-h₂)/ (h₁-h₂’), (1.8.5).мұндағы h₁, турбинаға кірердегі аса қыздырылған будың меншікті энтальпиясы; h₂ – конденсаторға кірердегі пайдаланған будың меншікті энтальпиясы;h’₂ – конденсатордан шыға берістегі сұйықтың меншіктігі энтальпияссы.Жоғарыдағы формуладан Ренкин циклының термиялық п.ә.к. будың турбинаға кіре берістегі h₁ және шыға берістегі h₂^Ў энтальпиясымен және Т₂ температурада тұрған судың энтальпиясымен h₂^Ў анықталады;осы энталпиялардың мағналары циклдың үш параметрлермен анықталады; будың турбинаға кіре берістегі қысымы Р₁ мен температурасы t₁, будың турбинадан шыға берісіндегі, яғни конденсатордағы қысымымен Р₂.Жұмыс кезінде будың температурасы өскен t₁ сайын бумен күш беретін қондырғының термиялық п.ә.к. артады.Жылуды регенерациялау арқылы БКҚ-ның термиялық п.ә.к. 10…14%-ке дейін көбейтуге болады.

8. АУАКОМПРЕССОРЛЫ ТОҢАЗЫТҚЫШ ҚОНДЫРҒЫНЫҢ ПРИНЦИПИАЛДЫҚ СХЕМАСЫ ЖӘНЕ ЦИКЛЫ.Тоңазытқыш қондырғыларының негізгі міндеті – заттардың, денелердің температурасын қоршаған ауаның температурасынан төмен ұстап тұру. Тоңазытқыш қондырғыларын екі топқа бөлуге болады: Бірінші топқа жататындар газды немесе ауалы қондырғылар. Бірақ суытқыштық эффектісінің аздығынан және ауқымы үлкен болғандықтан мұндай қондырғылар кеңінен таралмаған. Екінші топқа компрессорлы бумен жұмыс істейтін қондырғылар. Жұмыстық дене (суытқыш агент) ретінде оларда әртүрлі заттардың буы қолданылады: аммиактың NH₃, көмірқышқылдың CO₂ ,күкірт ангидридінің SO_2, ферон-12 (CF₂Cl₂ ) т.б.Газды және булы тоңазытқыш қондырғылардан бөтен, басқа принциптерге негізделген тоңазытқыш қондырлар қолданылады : булы эжекторлы және абсорбиалды. Бұларда салқынды өндіруде механикалық энергия емес, ол жұмыстық дененің жоғарғы температурадағы жылуы. Жылу қозғалтқышына қарағанда тоңазытқыш қондырғылары тоңазытқыш немесе кері қайтымды Карно циклы бойынша жұмыс жасайды.1.38,а-суретінде ауалы тоңазытқыш қондырғысының схемасы көрсетілген. Оның жұмыс ітеу реті былайша. Ауа салқындатылатын камерадан 3 компрессормен 1 сорылып адиабаттық процес бойынша сығылады. Ауалы тоңазытқыш қондырғының идеалдық циклы T,S-диаграммасында берілген. (1.38,б-сурет). 1.38-сурет. а-схема; б-циклды бейнелеу.Ts – диаграммасында сығылу процесі 1-2 сызығымен бейнеленген. Сығылған ауа салқындатқышқа 2 барады, онда ол тұрақты қысымда (2-3 сызығы) салқындатылады. Содан кейін ауа турбодетандерге (ұлғайтушы турбинаға) немесе цилиндрге 4 түсіп, адиабата 3-4 бойынша жұмыс жасайды. Ұлғаю кезінде ауаның температурасы – 60 немесе – 70⁰С-қа дейін төмендеп, қоршаған ортаны суыруға жіберіледі. Салқын ауа ары қарай камераға 3 барады ол салқындатылатын денеден 4-1 изобаралы процесінде q₂ мөлшерінде жылу алады. Жұмсалған жұмыс мөлшері меншікті жұмыс мөлшерлерінің q₁ және q₂ айырмасына тең , мұндағы, q₁ – жоғары температуралы көзге берілген меншікті жылу мөлшері, q₂ – салқын көзден алынған меншікті жылу мөлшері. Ауалы тоңазытқыш қондырғының теориялық циклының төңазытқыш коэффициенті. , (1.9.1). мұндағы; Т₁ – салқындатылатын бөлменің немесе компрессордегі сорылған ауаның температурасы; Т₂ – сығылған ауаның температурасы.

9. ЖЫЛУ Т,S – ДИАГРАММАСЫ. Т,S – ДИАГРАММАСЫНДАҒЫ НЕГІЗГІ ТЕРМОДИНАМИКАЛЫҚ ПРОЦЕСТЕР ЖӘНЕ ЭНТРОПИЯ НЫҢ НЕГІЗГІ КҮЙ ПАРАМЕТРЛЕРІ БОЙЫНША ӨЗГЕРУІ.Идеал газдың негізгі термодинамикалық процестері және энтропияның S негізгі параметрлер арқылы өзгеруі Т,S - диаграммасында көрсетілген (1.14 - сурет) Егер энтропия S абцисса өсіне салынса, ал абсолюттік температура Т ордината өсіне салынса, онда T, S – диаграммасын аламыз. T,S диаграммасы мыналарды анықтайды: 1.Графиктік тәсілмен процестегі Т= (S) сызығы бойыншажылу мөлшелерін бағалауға болады, яғни dS= ; dq=ТdS ; q_1-2= ТdS.2.Термодинамикалық процестердің немесе жылу ағындарының бағытын анықтау.3.Жылусыйымдылығын анықтау С= = ;4.Жұмысты анықтау l_ц=q₁-q₂.Егер процесс жылуды беріп жұмыс жасаса онда dq>0; сонымен dS>0, себебі Т>0, яғни барлық уақытта жұмыстық дененін энтропиясы өседі. Бұл кезде Т,S диаграммадағы процесс сызығы солдан оңға қарай бағыттыады, бұл жағдайда ұлғаю процесі жүреді.Егер процесте жылуды беру болса онда, dq< 0;және dS< 0, демек жұмыстық дененің энтропиясы азаяды және процесс сызығы оңнан солға қарай бағыттылады (сығылу процесі жүреді). Энтропияны күй функциясы ретінде қарауға болады, оның кез келген прпоцесте өзгеруін есептеуге болады, егер оның екі күй параметрі белгілі болса, мысалы V және Т, Р және Т, Р жәнеV.Изохоралық процестегі энтропиының өзгерісі мына формула мен анықталады.(S₂-S₁)=ΔS_v =C_vln =С_vln ,(1.4.23).Яғни изохорада С_v=idem ,болғанда энтропияның температураға тәуелділігі логорифмдік сипатта болады (1.4.14).Энтропияның изобарлық процесте С_р=idem болғанда өзгеруі мынаған тең(S₂=S₁)=ΔS_p=C_pln( ) =С_рln( ) ,(1.4.24).Яғни изобарлық процестегі энтропияның температураға тәуелділігі логорифмдік сиппатта болады, бірақ С_р>С_v болғандықтан, Т,S диаграммасындағы изобара, изохораға қарағанда көлбеу жатады.Изотермалық процестегі энтропияның өзгеруін былай жазуға болады (S₂-S₁)_т=ΔS_т=Rln =Rln , (1.4.25)Изотермалық процесте dT=0, жұмыстық дененің энтропиясы өзгермейді (dT=0, T=idem), сонымен Т,S диаграммасында, изотермалық процесс ордината өсіне ║көрсетіледі. (1.15- сурет).Адиабатты процсете δq=0 тең болғандықтан, жұмысшы дененің энтропиясы өзгермейді (dS=0және S=idem). Сондықтан T,S - диаграммасында адиабаттық процесс тік келеді (1.15 – сурет).Политроптық процесте энтропияның өзгеруін мына формуламен анықтайды.(S₂-S₁)_n = ΔS_n = C_n ln T₂/T₁ = [C_v(n-K) / (n-1)]lnT₂/T₁ .(1.4.26)1.15 – суретте Т, S диаграммада идеал газдың негізгі термодинамикалық процестердің өз-ара орналасуы келтірілген. Барлық процестер бір нүктеден басталады (ортасы 1-ші нүкте).

10. БУ КОМПРЕССОРЛЫ ТОҢАЗЫТҚЫШ ҚОНДЫРҒЫСЫНЫҢ ПРИНЦИПИАЛДЫҚ СХЕМАСЫ ЖӘНЕ ЦИКЛЫ. Денелерді – 20⁰С-қа дейін суытуда ең көп таралған тоңазытқыш қондырғыларға суыту агенті жеңіл қайнайтын сұйықтар қолданылады – амиак, френо, кукірт ангидриді және т.б. Атмосфералық қысымда олардың қайнау температуралары 0⁰С-тан төмен. Аммиак NH₃, буымен жұмыс істейтін компрессорлы тоңазытқыш қондырғының схемасы 1.39-суретте және оның теориялық циклы T_s – диаграммасында 1.40-суретте келтірілген. 1.39-суреттегі схемада: 1-компрессор; 2-конденсатор; 3-дросселді вентил; 4-салқындатушы бөлме (буландырғыш) . 1.39-сурет 1.40-сурет. Компрессорде қаныққан құрғақ немесе ылғалды аммиак буы адиабата (1-2) бойынша сығылады. Одан кейін сығылған бу конденсаторға (салқындатқышқа) түсіп, онда тұрақты қысымда (2-3-4) жылуын береді. 4-ші нүктеде қайнаған сұйықтық күйінің температурасы t₄ сәйкес келеді. Ары қарай сұйық дросселді вентильден (клапаннан) 3 өткенде иленіп қысымымен температурасы төмендеп буға айналады. Дросселдену процесі энтальпия (4-5 сызығы) кезде өтеді. Ары қарай жұмыстық дене салқындатушы камераға 4 түсіп (5-1 сызығы) саоқындатылатын денелерден жылу мөлшерін алады да, проуесс ары қарай қайталанады. Булы компрессорлы тоңазытқыш қондырғының тоңазытқыш коэффициенті , (1.9.2). мұндағы - салқындатқыштағы аммиактылы будың қабылдаған меншікті жылу мөлшері; - компрессордегі буды адиабаталық сығуға жұмсалған меншікті жұмыс. Булы компрессолры тоңазытқыш қондырғыларының ауалы тоңазытқыштарға қарағанда көптеген артықшылықтары бар. Олар икемді арзыан, габариттері кішкене және тоңазытқыш коэффициенті жоғары.

11. ГАЗДАРДЫ ЖӘНЕ БУЛАРДЫ ДРОССЕЛЬДЕУ ПРОЦЕССІНІҢ МАҢЫЗЫ ЖӘНЕ ДРОССЕЛЬДЕУДЕГІ ЖҰМЫСТЫҚ ДЕНЕНІҢ ПАРАМЕТРЛЕРІНІҢ ӨЗГЕРУІ.Нақты газдар немесе булар ағындарының қимасын кенет кішірейткенде қысымы төмендейтетін құбылысы – дроссельдеу деп атайды.Газ және бу өтетін жердің қималарын кішірейтетін кез келген шүмек, вентиль, тағырық, клапан т.б. дроссельдеу арқылы қысымды азайтады. Мысалы, бу турбинасында турбинаға жететін жерде буды дроссельдеу арқылы оның қуатын реттейді. Осы сияқты процесс іштен жану қозғалтқыштарында, карбюратордағы дроссель (кедергіш) жапқышы арқылы оның қуаттылығы реттеліп отырады. Дроссельдеу құбылысының іс жүзіндегі қажеттілігі, ол ағынның температурасын өзгертеді, бұндай процесс көптеген тоңазатқыш қондырғыларда, жылумен және бу газбен қамтамасыз ету жүйелерде бәсеңдеткіш клапандарында қолданылады. Нақты газдарды дроссельдеуде мына шарт орындалуы тиіс h₂-h₁=C_р(T₂-T₁), бұның өзі жұмыстық дене температурасының диаграммаға дейін және одан кейінде тұрақтылған көрсетеді, демек температура өзгермейді, сол себептен U₁=U₂ және h₁V₁=h₂V₂. 1852 ж. нақты газдарды дроссельдеуде, температура тұрақты қалмайтынын, бірде көбейіп немесе бірде азайатынын Т₁><Т₂, Джоуль–Томсон тәжірибесі көрсетті. россельдеу процестендегі нақты газ температурасының қысымның өзгеруіне қатнасын Джоуль-Томсон әсері деп атайды. _h>0. Дроссель процесінің ең маңызды туынды сипаттамасы _h=a_h дифференциалды дроссель, – мұндағы h=idem немесе dh=0. α_h- дроссельдеуде қысым және газ температурасының жылдам өзгеруін көрсетеді. Кез келген заттың α_h –мәнін термодинамиканың бірінші және екінші заңының тендеумен анықтауға болады.( )α_h=

12. КӨЛЕМ ( V= IDEM) ЖӘНЕ ҚЫСЫМ ( P= IDEM) ТҰРАҚТЫ БОЛҒАНДА ЖЫЛУ БЕРІЛЕТІН ( АРАЛАС ЖЫЛУ БЕРІЛЕТІН ) ПРОЦЕСТЕГІ ІШТЕН ЖАНУ ҚОЗҒАЛТҚЫШЫНЫҢ ТЕРМОДИНАМИКАЛЫҚ ЦИКЛЫ( САБАТЭ-ТРИНКЛЕР ЦИКЛЫ) ЖӘНЕ ОНЫҢ ТЕРМИЯЛЫҚ П.Ә.К.-ТІ.Іштен жанатын қозғалтқыштарында (ІЖҚ) жылу жұмыстық денеге сырттан емес іштен беріледі, жылудың ыстық көзі қондырғының ішінде. Сондықтан олардың көлемі және салмағы да аз, құрылысы қарапайым. Поршенді іштен жану қозғалтқыштарының циклдері техникалық термодинамика әдістемесіне сай үш түрге бөлінеді. Жылу жұмыстық денеге көлем тұрақтылығында берілсе - Отто циклы, ал қысым тұрақтылығына берілс; Дизель циклімен істейтін қозғалтқыш болады; Тринклер циклімен істейтін қазғалтқышта жылу жұмыстық денеге алдымен көлем тұрақтылығында, одан кейін қысым тұрақтылығында бері леді. Аралас жылу беру (1.30, а- сурет) Термодинамикалық Тринклер циклында (1.30, а - сурет) аралас жылу беру (V=idem, P=idem) (компрессорсыз дизельдер) мынадай қайтымды процестерден тұрады: 1-2 – ауаны адиабатты сығу, 2-3 – изохорлы жылу беру, 3-4 – изобарлы жылу беру, 4-5 – адиабатты ұлғаю, 5-1 – изохорлы жылу бөліну. Циклдың термиялық п.ә.к. η_t=1- * Мұндай жағдайда ε=14…17, λ=1,2…2,5, ρ=1,1…1,5.

13. БУ- КҮШТІ ҚОНДЫРҒЫНЫҢ РЕНКИН ЦИКЛЫН Р,V ЖӘНЕ Т,S – ДИАГРАММАЛАРЫНДА БЕЙНЕЛЕУ ТЕРМИЯЛЫК ПАк.