Жылуэнергетикалық қондырғылар циклдарының термодинамикалық негіздері

Дәріс 10

(2 сағат)
Тақырып. Жылулық сораптардың және тоназытқыш машиналардың циклдары
Дәріс сабақтың мазмұны
1 Тоңазыту агенттері

2 Тоңазыту қоңдырғысының түрлері

3 бу компрессорлы тоңазыту қоңдырғысының құрлысы, жұмысы

4 Бу компрессорлы тоңазыту қоңдырғысының циклы

5 Бу эжекторлы тоңазыту қоңдырғысы

Тоңазыту қоңдырғысының циклы

Азық-түлікті сақтау және тамақ өнеркәсібіне үлкен шамалы суық қажет екені жалпыға белгілі. Жасанды суыту химия өнеркәсібінде яғни, синтетикалық каучук және т.б. өнімдер өндіруге, металургияда металл өңдеуге, жер асты құрылыстарында, ауаны конденсациялағанда қажет. Негізінен кең тарағаны: компрессорлы бу мұздатқыш қондырғысы болып саналады.

Жұмысшы дененің температурасын қоршаған орта температурасынан төмен қылып алуды суықты алу деп атайды. Ол үшін, нәтижесінде жылу төмен температуралы денелерден алынып температурасы жоғарырақ ортаға берілетін, процестер сәйкестігі жүогізілетін тоңазытқыш машиналар қолданылады. Жылудың азырақ қыздырылған денеде көбірек қыздырылған денеге ауысуы термодинамиканың екінші бастамасына орай, тек белгілі-бір теңгеруші процесс бар болғанда жүзеге асады, және де осы процестің сипатына қарай тоңазытқыш машиналар компрессорлы, булы эжекторлы және абсорбциялық, жылу пайдаланушылар сыныбына жағатын машиналарда, суық алуға сырттан қндайда-бір жылу мөлшері жұмсалып, ал төменірек температуралық деңгейге ауысатын теңгеруі процесі көмектеседі. Оларда жылудың жұмысқа асуысының тура циклы және кері – жұмыс жұмсап суық алу циклдары біріктірілген.

Қазіргі кезде компрессорлы тоңазытқыш машиналар әсіресе көп тараған. Қолданылатын немесе жұмысшы дененің тегіне қарай олар негізгі екі түрге бөлінеді: ауалық және булық. Ауалық тоңазытқыш машиналар, ауаның жылу сыймдылыған төмендегімен, жылу алмастырғыштардағы жылу беруден төмен коэффициенттерінен салдары ретінде ауаның үлкен көлемдерін қолданудың қажеттілігі сияқты салыстырмалы шағын тиімділігінің арқасында сирек қолданылады.

Булы тоңазытқыш машиналардағы (БТМ) жұмысшы денелер болып, атмосфералық қысымға таяу қысымды, төмен температурада қайнайтын сұйық булары болады; жұмысшы денені тоңазытқыш техникада тоңазытқыш агенттар деп атайды. Мұндай тоңазытқыш агенттердің мысалына, NH₃ аммиак, SO₂ күккірті ангидрид, CO₂ көмірқышқыл газы, CH₃CL хлорметил және C_mH_xF_yCL_z түріндегі көміртегенің фторхлор туындылар – фреондарды (хладондарды) жатқызуға болады.

Жұмысшы дене ретінде көбіне аммиак қолданылады NH₃ немесе фреондар. Бұл жұмысшы дененің маңызы қайнау температурасының төмендігі. Берілген жылу тасымалдағыштардың сипаттамасы 4 кестеде көрсетілген. Мұздатқыш қондырғысының нақты цикліне Карно кері қайту циклі жатады. Мысалы, аммиактың атмосфералық қысымдағы қайнау температурасы – 33,3 ; хладонның – 12 (R12) -29,7 ; күккірті ангидридтың -10 ; хлорлыметил -24 ; ал хладон – 22 (R22) -40,8 . 20-40 конденсация температурасында бұл тоңазытқыш агенттін жұмысшы қысымы иммиак пен хладон – 22 үшін 1,6 МПа, ал көмірқышқылы үшін 7 МПа-дан артпайды.

Абсорбциялы тоңазытқыш машиналар.

Абсорбциялы тоңазытқыш машиналарының жұмыс істеу тәртібі компрессорлы тоңазытқыш машиналарынан айырмашылығы, суық температураларды алуға электрлік энергия емес, жылу энергиясының пайдалануы. Бұл жылу бу турбиналарындағы будан алынуы мүмкін.

Абсорбция деп сұйық дененің газды жұту процесін атайды. Қазіргі кездегі абсорбциялы тоңазыту машиналарында жұмысшы дене ретінде аммиак, ал абсорбент ретінде су пайдаланылады. Аммиак суда өте жақсы ериді. Судың 1 көлемінде аммиактың бу түрінде 1148 көлемі ериді және бұл кезде 1120 кДж/кг жылу мөлшері алынады.

Генераторда алынған қаныққан аммиак ертіндісі салқындатқышта буланады. Генератордағы NН₃ ерітіндісінің мөлшері азаймас үшін, абсорберден сораптың көмегімен генераторда үздіксіз концентрациясы күшті аммиак ерітіндісімен толықтырылып отырылады.

Генератордағы қаныққан аммиак буы салқындатқышқа жіберіледі, онда ол аммиак сұйығына айналады. Салқындатқыштан шыққан сұйық аммиак реттеуші қақпақ арқылы буландырғышқа келіп түседі. Буландырғышта аммиак ертіндісі суыту бөлмесінен тұздық арқылы әкелінетін жылу көмегімен буланады. Бұл кездегі тұздықтың температурасы -5÷-8 дейін төмендейді. Және сораптың көмегімен сұйық қайтадан суыту бөлмесіне жіберіледі.Әрі оның температурасы -5 дейін жоғарлайды. Суыту бөлмесінен алынған жылу арқасында,онда тұрақты температура (-2 ) сақталады.Буландырғышта буланған аммиак (х=1) абсорберге келіп түседі. Абсорбердегі қою аммиак ерітіндісі сорапбен генераторға тасымалданады.

Сонымен, қарастырылған қондырғыда екі аппарат (генератор және буландырғыш) бар онда жылу жұмысшы денеге сырттан беріледі, ал мына екі аппаратта (салқындатқыш бен абсорбер) жылу жұмысшы денеден әкетіледі. Сығылған бумен жұмыс істейтін тоңазытқыш қондырғыларын абсорберлі тоңазытқышпен салыстырсақ, онда мынаны байқауға болады. Мысалы, абсорбциялы қондырғыда генератор айдап тасымалдаушы, ал абсорбер поршенді ауа суытқыштағы сору ролін атқарады.

Бу эжекторлі тоңазытқыш қоңдырғы.

Қазіргі кездегі ауаны тазарту жүйесінде, тоңазытқыш машиналар ретінде, буэжекторлы тоңазытқыш машиналар қолданылады. 1 –ші суретте бу эжекторлы тоңазытқыш қондырғысының принципиалды сызбанұсқасы көрсетілген.

1 - сорап; 2 - буландырғыш; 3 - реттеуші қақпақ;

4 - салқындатқыш; 5 - сорап; 6 - эжектор; 7 - суыту бөлмесі;

8 - жылуалмастырғыштың сұйық + бу құбырлары.
Сурет 1 - Бу эжекторлы тоңазытқыш қондырғысының

принципиалды сызбанұсқасы

Тоңазытқыш агент (су) суытылатын бөлмедегі жылуалмастырғыштың құбырларымен өтеді де, жылуды әкетеді. Сол себепті, судың температурасы жоғарылайды, бірақ буландырғышқа келіп, эжектордың көмегімен үлкен вакуумды ұстап тұрады. Су буланады және оның температурасы тағы төмендейді. Су тағы сораптың көмегімен суытылатын бөлмедегі жылуалмастырғыштың құбырларына беріледі, процесс қайталанады. Буландырғышта пайда болған бу эжекторға сорылады,онда сығылып, содан салқандатқышқа лақтырылады. Одан конденсат сораптың көмегімен, бу қазандығына беріледі.

Бу қазандығында қысымы 0,4÷0,6 МПа болатын бу алынады. Ол эжектордың жұмысына қажет. Буландырғышты толықтыру үшін, конденсаттың бір бөлігі жаныштау қақпағы арқылы буланырғышқа беріледі. Өндірістік кәсіпорындарда, тұрғын үйлерде ауаны тазарту үшін, негізінен ауаның температурасы 12 ⁰С тең болуы керек. Бұл кездегі буландырғыштағы қысым 1,4 кПа тең

Буландырғышта тұрақты қысым кезінде алып буланады және құрғақ бу түрінде эжектордың араласу қуысында беріледі, цикл қайталанады. Буэжекторлы тоңазытқыш қоңдырғысында энергия механикалық жұмыс түрінде емес, ол жылу түрінде жұмсалады.

Буэжектор қоңдырғысының суытқыш коэффициенті мына теңдеумен анқталады:

(1)

мұндағы, q₂ - буландырғыштағы суытқыш агентке берілетін меншікті жылу мөлшері;

q₁ - бу қазанындағы буға берілетін меншікті.

Буэжектор қоңдырғысының елеулі артықшылығына онда қымбаткомпрессордың жоқтығы жатады. Сонымен қатар, олар қарапайымдылығымен, жұмыстағы сенімділігімен (беріктігімен), барлық агрегаттарының өлшемдерінің аздығымен бірақ жылу динамикалық жетістігі, әрі жылулық өнімділігіжоғары емес. Бу эжекторлық тоңазыт-қышқоңдырғысына сай келетін жұмысшы денелерді қолдана отырып, өте төменгі температура алуға мүмкіндік бар.

Жылулық сораптың.

Жылулық сорап немесе жылу трансформаторы деп тоңазыту машинасының бір түрін атайды, ол арқылы энергияны төменгі температуралы денеден, жоғары температуралы денеге беруге мүмкіндік береді, яғни сорап энергияны төменгі потенциалдан жоғары потенциалға беріп, бұл энергияны жылыту және технологиялық қажеттілік үшін, тұтынушыларға жібереді.

Жылулық насостың жұмыс тиімділігін φ жылыту коэффициентімен сипатталады:

(1)

Тоңазыту коэффицинет жоғары болған сайын, жылыту коэффициенті де жоғары болады, жылулық насостар үшін ол φ = 3-4.

Тоңазытқыш машина мен жылулық сораптың жұмыс істеу принципі мен теориялық циклы бірдей, сондықтан уақыт өткен сайын бірде жылыту, бірде суыту керек болса, онда тоңазытқышпен жылулық сорапты үйлестіру тиімді болып келеді. Мұндай үйлестірілген құрылғы екі ауа сыққыш бен екі жаныштау қақпағының орнына, бір ауа сыққыш пен бір жаныштау қақпағын қолдануға болады. Жылудың трансформациясы, тек механикалық жолмен ғана емес, сонымен қатар, химиялық жолмен де жүзеге асырылуы мүмкін, ал ол арнайы оқулықтарда қаралады.

Өздік бақылау сұрақтары
1 Тоңазыту қоңдырғысының маңызы қандай?

2 Тоңазыту қоңдырғылардың түрлері?

3 Тоңазыту агенттерінің түрлерін атаныз

4 Бумен жұмыс істейтін компрессорлы тоңазытқыштың жұмыс істеу принципін түсіндір.

5 Бумен жұмыс істейтін компрессорлы тоңазытқыштың циклын тұрғызыңыз.

6 Реттеуіш вентилдің сызбанұсқадағы орны.

7 Бу эжекторлы тоңазытқыштың сызбанұсқасын түсіндіріңіз

8 Бу эжекторлы тоңазытқышының артықшылығы.

Қолданылған оқулықтар
1 Бахмачевский Б.И. и др. «Теплотехника». - М.: Металлургиздат., 1969. – б.3-20

2 Нащокин В.В. «Техническая термодинамика и теплопередача». – М.: Высшая школа, 1980. – б.3-15

3 Асамбаев А.Ж. «Техникалық термодинамиканың негіздері» - 2006. – б.4-16

4 Баскаков Б.В., Берг О.К., Витт и др. «Теплотехника» - М.: Энергоатомиздат., 1991. – б. 4-11, б. 40-41

5 Энергетиканың электрондық энциклопедиясы.

3 ПРАКТИКАЛЫҚ ЖӘНЕ зертханалық сабақтар

Практикалық сабақ 1

(6 сағат)
Тақырып. Жылу динамикасының бірінші заңы
Сабақ мақсаты. Термодинамиканың бірінші бастамасын білу. Энергияның сақталу және айналу заңдарын талдау.Термодинамикалық жүйенің энергиясын, ішкі энергияның өзгеруін және энтальпияның анықтау
Жұмысты жүргізуге арналған әдістемелік кеңес және жұмысты қорғауға қажетті өздік бақылау сұрақтары. Жұмыстың әдістемелік нұсқасында берілген.
Бақылау сұрақтар
1 Жылу динамикалық бірінші заңы

2 Жылу мен жұмыстың өлшем бірліктерінің қатнасы

3 ПӘК формуласын жазыныз

4 Жылу динамикасының бірінші заңының аналитикалық кескінің түсіндір

5 Ішкі энергияның формуласын жазыныз
Қолданылған оқулықтар
1 Бахмачевский Б.И. и др. «Теплотехника». - М.: Металлургиздат., 1969. - б.3-20

2 Нащокин В.В. «Техническая термодинамика и теплопередача». - М.: Высшая школа, 1980. - б.3-15

3 Асамбаев А.Ж. «Техникалық термодинамиканың негіздері» - 2006. – б.4-16

4 Кабашев Р.А. «Жылу техникасы» - М.: Полиграфсервис., 2008. – б. 32-66

5 Энергетиканың электрондық энциклопедиясы.

Практикалық сабақ 2

(6 сағат)
Тақырып. Жылудинамикасының екінші заңы. Термодинамикалық процесстердегі энтропияның өзгеруін есептеу.
Сабақ мақсаты. Жылу динамикасының екінші заңын талдау. Тұйық процесс циклдың тоңазыту коээфициентін және идеал газ энтропиясы анықтау. Карно циклын қарастыру.
Жұмысты жүргізуге арналған әдістемелік кеңес және жұмысты қорғауға қажетті өздік бақылау сұрақтары. Жұмыстың әдістемелік нұсқасында берілген.
Бақылау сұрақтар
1 Жылу динамикасының екінші заңы туралы түсінік.

2 Жылудинамикасының екінші заңының бірінші заңға қарағандағы айырмашылығы.

3 Энтропия дегеніміз не?

4 Энтропияның абсолюттік мәні қалай табылды.

5 Жылу динамикасының үшінші бастауы туралы не білесіз?

6 Карно циклын түсіндірініз.

7 Карно циклының ПӘК формуласын жазыңыз
Қолданылған оқулықтар
1 Бахмачевский Б.И. и др. «Теплотехника». - М.: Металлургиздат., 1969. - б.3-20

2 Нащокин В.В. «Техническая термодинамика и теплопередача». - М.: Высшая школа, 1980. - б.3-15

3 Асамбаев А.Ж. «Техникалық термодинамиканың негіздері» - 2006. – б.4-16

4 Кабашев Р.А. «Жылу техникасы» - М.: Полиграфсервис., 2008. – б. 32-66

5 Энергетиканың электрондық энциклопедиясы.

Практикалық сабақ 3

(6 сағат)
Тақырып. Термодинамиканың ағысы.
Сабақ мақсаты. Термодинамиканың ағысының жылдамдығын анықтау.
Жұмысты жүргізуге арналған әдістемелік кеңес және жұмысты қорғауға қажетті өздік бақылау сұрақтары. Жұмыстың әдістемелік нұсқасында берілген.
Бақылау сұрақтар
1 Сопло дегеніміз не?

2 Диффузор дегеніміз не?

3 Дроссельдеу процессі дегеніміз не?

4 Дроссельдеу процессін көрсетініз

5 Реал газдардың параметрлері қалай өзгереді?

6 Қозғалыс процессі дегеніміз не?

Қолданылған оқулықтар
1 Бахмачевский Б.И. и др. «Теплотехника». - М.: Металлургиздат., 1969. - б.3-20

2 Нащокин В.В. «Техническая термодинамика и теплопередача». - М.: Высшая школа, 1980. - б.3-15

3 Асамбаев А.Ж. «Техникалық термодинамиканың негіздері» - 2006. – б.4-16

4 Кабашев Р.А. «Жылу техникасы» - М.: Полиграфсервис., 2008. – б. 32-66

5 Энергетиканың электрондық энциклопедиясы.

Практикалық сабақ 4

(4 сағат)
Тақырып. Газ циклдары.
Сабақ мақсаты. Компрессорлардың жұмыс істеу принципін білу. Іштен жану қозғалтқышының, газотурбиналық қоңдырғының циклдарын анықтау, қозғалтқыштардың термиялық ПӘК-ін есептеу.
Жұмысты жүргізуге арналған әдістемелік кеңес және жұмысты қорғауға қажетті өздік бақылау сұрақтары. Жұмыстың әдістемелік нұсқасында берілген.
Бақылау сұрақтар
1 Компрессор дегеніміз не?

2 Компрессордың жұмыс істеу принципі?

3 Компрессордағы изотермиялық, адиабаталық және политропты сығылу процестерін көрсетініз.

4 Жұмыс дененің изотермиялық, адиабаталық және политропты сығылуы кезінде компрессордың жұмысы қалай табылады?

5 Көпсатылы сығылуы кезіндегі жұмысты қалай табады?

6 Термодинамикалық диаграммаларда поршеньді Іштен жану қозғалтқышының изохоралы жылу келтірілетін циклын көрсетініз

8 Іштен жану қозғалтқышының изохоралы жылу келтірілетін циклын ПӘК-ің қалай анықтайды?

9 Термодинамикалық диаграммаларда поршеньді Іштен жану қозғалтқышының изобаралы жылу келтірілетін циклын көрсетініз

10 Іштен жану қозғалтқышының изобаралы жылу келтірілетін циклын ПӘК-ің қалай анықтайды?

11 Термодинамикалық диаграммаларда поршеньді Іштен жану қозғалтқышының жылу аралас келтірілетін циклын көрсетініз.

12 Іштен жану қозғалтқышының жылу аралас келтірілетін циклын ПӘК-ің қалай анықтайды?

13 Термодинамикалық диаграммаларда поршеньді Газотурбиналық қоңдырғының изохоралы жылу келтірілетін циклын көрсетініз

14 Газотурбиналық қоңдырғының изохоралы жылу келтірілетін циклын ПӘК-ің қалай анықтайды?

15 Термодинамикалық диаграммаларда поршеньді Газотурбиналық қоңдырғының изобаралы жылу келтірілетін циклын көрсетініз

16 Газотурбиналық қоңдырғының изобаралы жылу келтірілетін циклын ПӘК-ің қалай анықтайды?

17 Газотурбиналық қоңдырғының термиялық ПӘК-ің көтеру әдістері қандай білісіз?

Қолданылған оқулықтар
1 Бахмачевский Б.И. и др. «Теплотехника». - М.: Металлургиздат., 1969. - б.3-20

2 Нащокин В.В. «Техническая термодинамика и теплопередача». - М.: Высшая школа, 1980. - б.3-15

3 Асамбаев А.Ж. «Техникалық термодинамиканың негіздері» - 2006. – б.4-16

4 Кабашев Р.А. «Жылу техникасы» - М.: Полиграфсервис., 2008. – б. 32-66

5 Энергетиканың электрондық энциклопедиясы.

Практикалық сабақ 5

(4 сағат)
Тақырып. Бу күштік циклдары
Сабақ мақсаты. Бу күштік қоңдырғыларын жұмыс істеу принципін білу. Бу күштік циклдарын есептеу үйрену.
Жұмысты жүргізуге арналған әдістемелік кеңес және жұмысты қорғауға қажетті өздік бақылау сұрақтары. Жұмыстың әдістемелік нұсқасында берілген.
Бақылау сұрақтар
1 Бу күштік қондырғылардың қолдану жағдайын түсіндіріңіз

2 Бу күштік қондырғылардың сызбанұсқасын сызыңыз

3 Бу күштік қондырғылардың PV, ТS және IS-диаграммаларын тұрғызып, түсіндіріңіз

4 Бу күштік қондырғылардың теориялық циклы деп нені алады

5 Бу күштік қондырғылардың үнемділігін жоғарылату әдістері қандай
Қолданылған оқулықтар
1 Бахмачевский Б.И. и др. «Теплотехника». - М.: Металлургиздат., 1969. - б.3-20

2 Нащокин В.В. «Техническая термодинамика и теплопередача». - М.: Высшая школа, 1980. - б.3-15

3 Асамбаев А.Ж. «Техникалық термодинамиканың негіздері» - 2006. – б.4-16

4 Кабашев Р.А. «Жылу техникасы» - М.: Полиграфсервис., 2008. – б. 32-66

5 Энергетиканың электрондық энциклопедиясы.

Практикалық сабақ 6

(4 сағат)
Тақырып. Жылулық сораптардың және тоңазытқыш машиналардың циклдары
Сабақ мақсаты. Жылулық сораптардың және тоңазытқыш машиналардың жұмыс істеу принципін білу. Жылулық сораптардың және тоңазытқыш машиналардың циклдарын есептеу үйрену.
Жұмысты жүргізуге арналған әдістемелік кеңес және жұмысты қорғауға қажетті өздік бақылау сұрақтары. Жұмыстың әдістемелік нұсқасында берілген.
Бақылау сұрақтар
1 Тоңазыту қоңдырғысының маңызы қандай?

2 Тоңазыту қоңдырғылардың түрлері?

3 Тоңазыту агенттерінің түрлерін атаныз

4 Бумен жұмыс істейтін компрессорлы тоңазытқыштың жұмыс істеу принципін түсіндір.

5 Бумен жұмыс істейтін компрессорлы тоңазытқыштың циклын тұрғызыңыз.

6 Реттеуіш вентилдің сызбанұсқадағы орны.

7 Бу эжекторлы тоңазытқыштың сызбанұсқасын түсіндіріңіз

8 Бу эжекторлы тоңазытқышының артықшылығы.

Қолданылған оқулықтар
1 Бахмачевский Б.И. и др. «Теплотехника». - М.: Металлургиздат., 1969. - б.3-20

2 Нащокин В.В. «Техническая термодинамика и теплопередача». - М.: Высшая школа, 1980. - б.3-15

3 Асамбаев А.Ж. «Техникалық термодинамиканың негіздері» - 2006. – б.4-16

4 Кабашев Р.А. «Жылу техникасы» - М.: Полиграфсервис., 2008. – б. 32-66

5 Энергетиканың электрондық энциклопедиясы.

4 СТУДЕНТТЕРДІҢ ӨЗДІК ЖҰМЫСТАРЫ

4.1 Газдардың жылусыйымдылығы, түрлері: газ қоспасының жылусыйымдылығы.

4.2 Термодинамиканың дифферинциалды теңдеулері.

4.3 Термодинамиканың ағысы.

4.4 Газ циклдары.

4.5 Бу күштік циклдары.