Получение задания на курсовую работу по расчету тепловой схемы энергоблока — момент, знакомый многим студентам-теплоэнергетикам. Это одна из самых сложных, комплексных, но в то же время абсолютно выполнимых задач в учебном плане. Она требует внимания к деталям, понимания термодинамических процессов и аккуратности в расчетах. Однако основной барьер часто носит не технический, а организационный характер: приходится собирать информацию по крупицам из десятков методичек, учебников и стандартов.
Эта статья — ваш надежный пошаговый маршрут. Она задумана как единое руководство, которое проведет вас от чистого листа до готовой и грамотно оформленной работы. Мы последовательно разберем каждый этап, от формирования описания объекта до финального расчета КПД, чтобы вы могли сосредоточиться на сути инженерной задачи, а не на поиске разрозненных данных. Эта курсовая — серьезная квалификационная работа, и мы поможем вам выполнить ее на высоком уровне.
Что представляет собой курсовая работа по тепловой схеме
Прежде чем погружаться в расчеты, важно увидеть «карту целиком». Курсовая работа по тепловой схеме — это не просто набор вычислений, а комплексный инженерный проект в миниатюре. Его главная цель — на основе исходных данных определить ключевые эксплуатационные показатели и параметры оборудования энергоблока, а также его общую эффективность.
Стандартная структура работы обычно включает следующие разделы:
- Введение (где обосновывается актуальность и ставятся цели)
- Теоретические основы и описание объекта исследования
- Разработка и описание принципиальной тепловой схемы
- Детальная методика и последовательность теплового расчета
- Результаты расчетов (в виде таблиц, графиков и диаграмм)
- Заключение (с выводами и анализом результатов)
- Список использованной литературы и приложения
В основе лежит понятие тепловой электростанции (ТЭС) — предприятия, преобразующего химическую энергию топлива (или ядерную энергию на АЭС) в электрическую. В зависимости от типа отпускаемой энергии они делятся на конденсационные (КЭС), вырабатывающие только электроэнергию, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), которые также отпускают тепло потребителям. Сердцем любой ТЭС является паротурбинная установка, расчет которой и составляет ядро курсовой работы.
Шаг 1. Формируем детальное описание объекта исследования
Этот раздел закладывает фундамент для всей последующей работы. Детальное описание основного оборудования — это не формальность, а демонстрация вашего понимания того, как устроен и функционирует исследуемый энергоблок. В рамках курсовой по эскизному расчету тепловой схемы энергоблока с реактором ВВЭР-1500 необходимо описать ключевые компоненты системы.
Тепловые схемы таких энергоблоков включают следующее основное оборудование:
- Реакторная установка: Для ВВЭР-1500 указывается ее тип, тепловая мощность и параметры теплоносителя первого контура.
- Парогенератор: Обычно это вертикальные парогенераторы с U-образными трубами, где происходит передача тепла от первого контура ко второму, генерируя пар для турбины.
- Паровая турбина: Ключевой элемент, преобразующий энергию пара в механическую работу. Важно указать ее тип (например, быстроходная турбина К-500-60/1500 со скоростью вращения 3000 об/мин), номинальную мощность и параметры пара на входе и выходе.
- Насосное оборудование: Сюда входят питательные, конденсатные и дренажные насосы, обеспечивающие циркуляцию рабочего тела (воды и конденсата) в системе.
- Система регенерации и деаэрации: Включает подогреватели низкого и высокого давления (ПНД и ПВД) и деаэратор, предназначенный для удаления из питательной воды коррозионно-активных газов.
Грамотное и подробное описание этих элементов показывает глубину проработки темы и готовит базу для следующего этапа — их визуального объединения в единую систему.
Шаг 2. Разрабатываем принципиальную тепловую схему энергоблока
Принципиальная тепловая схема — это графическое сердце вашей курсовой работы. Она представляет собой чертеж, на котором условными обозначениями показаны все элементы основного и вспомогательного оборудования, а также линии, изображающие потоки рабочего тела — пара и воды. Эта схема наглядно демонстрирует весь термодинамический цикл и является основой для всех последующих расчетов.
Ключевую роль в схеме и в повышении эффективности всего цикла играет система регенеративного подогрева питательной воды. Этот процесс, осуществляемый за счет пара, отбираемого из промежуточных ступеней турбины, позволяет значительно повысить температуру воды перед ее поступлением в парогенератор. На схеме необходимо четко изобразить все отборы пара, подогреватели и схемы отвода из них дренажей.
Регенеративный подогрев — это ключевой способ повышения КПД паротурбинных установок. Грамотно спроектированная система, обычно включающая 7-9 ступеней подогрева, способна увеличить общую эффективность цикла на 10–15%.
Помимо самой схемы, в рамках курсовой работы обязательно строится изображение теплового процесса в h,s-диаграмме (диаграмме энтальпия-энтропия). Эта диаграмма визуализирует все изменения состояния рабочего тела (нагрев, расширение, конденсацию) и является незаменимым инструментом для проведения расчетов.
Шаг 3. Осваиваем методику теплового расчета
Это самый объемный и ответственный этап курсовой работы. Имея на руках готовую тепловую схему и описание оборудования, можно приступать к математическому моделированию процессов. Общая логика расчета движется от известных исходных данных (параметры свежего пара, давление в конденсаторе) к искомым величинам — расходам рабочего тела, мощностям и, наконец, главному показателю эффективности.
Чтобы не запутаться в многообразии формул, весь процесс целесообразно разделить на три логических подэтапа:
- Расчет процесса расширения пара в турбине и построение его в h,s-диаграмме.
- Расчет системы регенеративного подогрева (определение расходов пара на подогреватели).
- Составление сводного теплового баланса и определение итогового КПД энергоблока.
Такая последовательность создает понятную дорожную карту и позволяет выполнять вычисления системно и без ошибок.
Подэтап 3.1. Как рассчитать процесс расширения пара в турбине
Этот расчет начинается с нанесения на h,s-диаграмму исходных точек. У вас есть начальные параметры пара перед турбиной (давление и температура) и конечное давление в конденсаторе. На основе этих данных строится теоретический (идеальный) процесс расширения пара — адиабатный, который на диаграмме выглядит как вертикальная линия.
Однако в реальной турбине существуют потери, поэтому действительный процесс расширения будет отклоняться вправо. Это отклонение характеризуется внутренним относительным КПД отсеков турбины. Ваша задача — построить действительный процесс расширения с учетом этих потерь. В ходе этого построения определяются ключевые параметры пара (энтальпия, давление, температура) во всех характерных точках, и в первую очередь — в точках нерегулируемых отборов пара на регенерацию. Для турбин типа К-500-60/1500 таких отборов будет несколько.
Алгоритм действий выглядит так:
- Нанести на h,s-диаграмму начальные и конечные параметры.
- Построить идеальный процесс расширения.
- Разбить процесс на отсеки (например, ЦВД, ЦСД, ЦНД).
- Для каждого отсека с использованием его КПД рассчитать действительную энтальпию пара в конце отсека.
- Соединить точки и получить линию действительного процесса расширения.
- С этой линии снять значения энтальпий в точках отбора пара, которые заданы своими давлениями.
Полученные значения энтальпий являются исходными данными для следующего, самого сложного этапа расчета.
Подэтап 3.2. Выполняем расчет системы регенеративного подогрева
Расчет системы регенерации — кульминация всей работы. Его цель — определить, какое количество пара необходимо отобрать из каждого отбора турбины (D1, D2, … Dn), чтобы обеспечить ступенчатый подогрев питательной воды до заданной температуры. Как уже отмечалось, именно регенерация вносит основной вклад в повышение КПД цикла, поэтому точность этого расчета крайне важна.
Методика расчета основана на составлении уравнений теплового и материального баланса для каждого элемента системы регенерации: подогревателей, деаэратора и дренажных насосов. Ключевой принцип расчета — движение «с хвоста схемы», то есть от подогревателя низкого давления (ПНД-1) к подогревателю высокого давления (ПВД), который стоит последним в цепочке перед парогенератором.
Для каждого подогревателя составляется уравнение вида:
Gпв * (h’ — h») = Dотб * (hотб — hдр)
где Gпв — расход питательной воды, h’ и h» — ее энтальпии после и до подогревателя, Dотб — искомый расход пара на отбор, а hотб и hдр — энтальпии пара из отбора и его дренажа после конденсации. Особое внимание следует уделить схемам отвода дренажей: каскадное сливание из одного подогревателя в другой или индивидуальный отвод дренажными насосами напрямую влияют на уравнения баланса. Последовательно решая эти уравнения для каждого из 7-9 подогревателей, вы определите все расходы пара в системе.
Подэтап 3.3. Определяем итоговые показатели и КПД энергоблока
Когда все расходы и параметры рабочего тела во всех точках схемы известны, остается свести данные воедино и вычислить главные показатели эффективности энергоблока. Этот этап является логическим завершением всех предыдущих вычислений.
Сначала определяется электрическая мощность турбоустановки. Она рассчитывается как сумма мощностей, выработанных каждым потоком пара в отсеках турбины, за вычетом мощности, потребляемой питательным насосом. Далее составляется общий тепловой баланс энергоблока, который позволяет найти расход тепла, подведенного в цикле.
Наконец, рассчитывается главный показатель — коэффициент полезного действия (КПД). Важно различать несколько видов КПД:
- КПД нетто паротурбинной установки: Учитывает полезно отданную электрическую мощность по отношению к подведенному теплу.
- КПД нетто энергоблока: Это финальный и самый важный показатель. Он учитывает не только выработанную мощность, но и расход энергии на собственные нужды станции (работу насосов, систем автоматики, освещения и т.д.). Именно он характеризует эффективность всего процесса преобразования энергии топлива в электрическую.
Получение адекватного значения КПД (для современных АЭС оно находится в диапазоне 33-37%) свидетельствует о корректности выполненных расчетов.
Шаг 4. Грамотно оформляем и завершаем курсовую работу
Расчеты завершены, но работа еще не закончена. Последний шаг — это грамотное оформление результатов, которое позволит вам успешно защитить свой проект. Он включает написание заключения, составление списка литературы и форматирование приложений.
Заключение — это не просто пересказ содержания. Здесь необходимо кратко сформулировать основные выводы по каждому разделу работы. Обязательно повторите итоговые расчетные значения: электрическую мощность, расходы пара, и, самое главное, КПД нетто энергоблока. Проведите краткий анализ полученных результатов: соответствуют ли они типовым показателям для установок данного типа?
Список литературы должен быть оформлен в соответствии с актуальными стандартами (чаще всего ГОСТ). Включайте в него все учебники, методические пособия и справочники, которые вы реально использовали. Это демонстрирует вашу академическую добросовестность.
В приложения выносятся все громоздкие материалы, которые загромождали бы основной текст. Как правило, это:
- Принципиальная тепловая схема в крупном формате (А3 или А2).
- Построенная h,s-диаграмма.
- Сводные таблицы с результатами расчетов параметров воды и пара во всех точках схемы.
Аккуратное оформление этих финальных штрихов создает благоприятное впечатление и подчеркивает высокое качество проделанной вами работы.
Итак, сложная и на первый взгляд пугающая задача была успешно решена. С помощью системного подхода, разбив большой проект на управляемые шаги, вы прошли путь от постановки цели до получения конкретного инженерного результата. Это не просто выполненное учебное задание. Это освоение ключевого практического навыка, который является фундаментом профессии инженера-теплоэнергетика. Поздравляем! Теперь вы полностью готовы к защите своей курсовой работы.
Список источников информации
- Елизаров Д.П. Теплоэнергетические установки электростанций. — М: Энергоиздат, 1982. — 264 с.
- 2. Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции. — М.: Энергия, 1976. — 448 с.
- 3. Баженов М.И. и др. Промышленные тепловые электростанции. — М.: 1979. -296 с.
- 4. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. — М.: Энергия, 1975. — 348 с.
- 5. Апарцев М.М. Наладка водяных тепловых сетей. — М.: Энергоатомиздат, 1987.-225 с.
- 6. Долговский Н.М. Тепловые электрические станции и тепловые сети. — М.: ГЭИ, 1963.-234 с.
- 7. Теплотехнический справочник. — М.: Энергия, 1975. — 744 с.
- 8. Качан А.Д., Яковлев Б.В. Справочное пособие по технико-экономическим основам ТЭС. — — Мн.: Выш. шк., 1982. — 318 с.
- 9. Ривкин СЛ., Александров А.А. Теплофизические свойства воды и водяного пара. — М-Л.: Энергия, 1969. — 400 с.
- 10. Вукалович М.П. Таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара. — М-Л.: Энергия, 1969. — 400 с.
- 11. Тепловые и атомные электрические станции: Справочник /Под общ.ред. В.А.Григорьева, В.М.Зорина. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 608 с.
- 12. Энергетические установки электростанций. МУ к курсовой работе для студентов заочного обучения специальностей 10.01, 10.02, и 21.04. Томск, изд. ТПИ им.С.М.Кирова, 1996. — 28 с.
- 13. Тепловые и атомные электрические станции: Диплом. Проектирование: Учеб. Пособие для вузов / Под общ. ред. А.М.Леонкова, А.Д.Качана. — Мн.: Выш. шк., 1990.-336 с.
- 14. Трояновский Б.М., Филиппов Г.А., Булкин А.Е. Паровые и газовые турбины атомных электростанций. — М.: Энергоатомиздат 1985.- 256 с, ил.
- 15. Паровые газовые турбины: Учебник для вузов /М.А.Трубилов, Г.А. Арсеньев, В.В.Фролов и др. Под ред. А.Г.Костюка, В.В.Фролова — М.: Энергоатомиздат, 1985. — 352 с, ил.
- 16. Маргулова Т.Х. Атомные электрические станции. — М.: Высшая школа, 1984.-304 с.
- 17. Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 328 с.
- 18. Стерман Л.С. Тепловые и атомные электрические станции. — М.: Изд.МЭИ, 2004. — 424 с.
- 19. Тепловые и атомные электрические станции: Справочник /Под общ.ред. А.В. Клименко, В.М.Зорина. — М.: Изд.МЭИ, 2004. — 648 с.