Экономичность рабочего процесса паровой машины, как и всякой другой тепловой машины, выражается к. п. д., представляющим отно­шение обращенного в рабоїу тепла к теплу затрачиваемому.

Затраченным в процессе работы теплом считается тепло, сообщен­ное питательной воде в котле для превращения ее в пар и подведенное к паровой машине.

Если теплосодержание 1 кг питательной воды в расходном баке (перед водоподогревателем) с температурой t'° С равно ix. в ккал/кг, а 1 кг подводимого к впускному вентилю машины пара i ккал/кг, то каждый килограмм пара вносит в машину тепло в количестве /1 — іх_ в = =/,— /' ккал кг, так кік для воды теплоемкость с= 1 ккал/кг град и іХш в = Ї (^значение теплосодержания численно равно значению темпе­ратуры).

Затрачиваемое в процессе работы тепло может быть отнесено к 1 кг пара, к количеству пара, совершающему работу в 1 л. с. ч., и к ко­личеству пара, поступающему в паровую машину за 1 час.

Рассмотрим коэфициенты, характеризующие рабочий процесс паро­вой машины.

Термическим к. п. д. машины называется к. п. д. машины, рабо­тающей по идеальному циклу с совершенным расширением пара.

Так как в машине, работающей по идеальному циклу, расширение пара адиабатическое, то тепло 1 кг пара, обращенного в механическую работу, равно разности теплосодержаний пара, поступающего в машину с давлением р, кг/см2 абс. и температурой t сС, и пара в конце адиа­батического расширения при давлении рп кг/см2 абс., т. е.

hgg = г) — /ц ккал/кг,

где had — адиабатический перепад тепла в ккал/кг, соответствующий изменению давления с р{ кг/см2 абс. до рп; iu — теплосодержание 1 кг пара в ккал/кг в конце адиабатического расширения при давлении ра кг /см2 абс.

На основании вышеизложенного значение термического к. п. д. машины определяется следующим уравнением:

__ had _ *1 ~ гН _ l~~hl

І__ І І. - І L -- f

Величина термического к. п. д. зависит от давления и температуры пара перед машиной, от давления пара за машиной и от температуры питательной воды, поступающей в котел. Термический к. п. д. уве­личивается при увеличении давления и температуры пара перед машиной и при уменьшении давления за машиной. Значения термического к. п. д. при различных параметрах пара приведены в табл. 29.

Удельный расход пара машиной, работающей по идеальному циклу, находится следующим образом.

Каждый килограмм пара обращает в работу тепло в количестве г’і — гп ккал/кг, работа же 1 л. с. в течение 1 часа равна 75-3600 = = 270 000 кгм/л. с. ч., или, принимая во внимание величину терми­ческого эквивалента единицы работы А = -^-ккал/кгм, соответствует

ной машине для выполнения работы 1 л. с. ч. необходимое количество пара будет равно

d0 — 632 кг}л. с. ч. (313)

1—1и

Термический к. п. д. t и удельный расход пара d0 кгіл. с. ч. вполне характеризуют идеальный процесс паровой машины.

Относительный индикаторный к. п. д. машины показывает, какое количество тепла обращено в индикаторную работу в цилиндре дей­ствительной машины по сравнению с теплом, использованным в иде­альной.

Если при испытании машины установлены величина индикаторной мощности Ni в л. с. и часовой расход пара машиной D в кг/час, то удельный индикаторный расход пара будет равен

dt — ~ кг/л. с. ч. (314)

Относительный индикаторный к. п. д. представляет собой отноше­ние удельных расходов пара в идеальной машине к индикаторному в действительной:

= (315)

Но если использовать выражение удельного расхода пара в идеаль­ной машине по уравнению (313), то величину относительного индика­торного к. п. д. можно находить по формуле

632

(*i “ ‘u)di

Величина т)0г в действительной машине зависит от типа и конструк­ции машины, кратности расширения пара, качества выполнения машины и условий эксплоатации.

Испытания большого числа паровых машин позволили выявить сле­дующие значения относительного к п. д. для паровых машин различных типов: у машины однократного расширения относительный к. п. д.

7) о; = 0,55 0,80, двукратного расширения т]0(- = 0,65 - г-0,85 и трех­

кратного расширения т]0(-= 0,70-р-0,85.

У отдельных машин возможно отклонение значений т]0(- от выше­указанных, особенно в сторону понижения.

Индикаторный к. п. д. паровой машины показывает степень исполь­зования тепла, подведенного к цилиндру машины, при совершении индикаторной работы. Он равен произведению термического и относи­тельного индикаторного к. п. д., т. е.

■Ці =flrtlot - (317)

Если в уравнение (317) подставить значения обоих коэфициентов по формулам (312) и (316), то получится

■Ці = О'і — г[І)-632

(гі (гі — гц)

и окончательно после сокращения

_ 632 _ 632

ГІІ ~ (г'і ~ К-с. в) di _ (г‘і — t')di '

что представляет собой отношение обращенного в индикаторную работу тепла ко всему подведенному к машине теплу (оба количества тепла относятся к 1 л. с. ч.).

Как указывалось выше, механический к. п. д., равный согласно фор­муле (292) отношению величин эффективной и индикаторной мощностей, учитывает механические потери паровой машины и затрату энергии на вспомогательные устройства:

Эффективным к. п. д. машины называется коэфициент, учитывающий степень использования тепла, подведенного к машине, при совершении эффективной работы, т. е. действительной работы, передаваемой машине - орудию.

Эффективный к. п. д. равен произведению индикаторного к. п. д. на механический:

-Це = У]і-У]м - (319)

Если в формулу (319) подставить значение индикаторного к. п. д. по формуле (317), то

Если же для подстановки взять величину индикаторного к. п. д. по формуле (318) и учесть, что удельный эффективный расход пара равен

(321)

то выражение эффективного к. п. д. примет вид

_ 632 _ 632

^ ~~ (‘-‘х. в)ае ~ (Ь-‘')ае

К. п. д. локомобиля показывает степень использования тепла, подан­ного в топку топлива (теплотворная способность топлива), при получе­нии эффективной работы машины.

Если удельный эффективный расход топлива равен

Ье = -^-кг/л. с. ч., (323)

” е

то к. п. д. локомобиля выразится следующим уравнением:

Как и во всякой машине, к. п. д. локомобиля должен равняться про­изведению к. п. д. отдельных последовательно расположенных по потоку энергии частей установки. Для локомобиля это условие можно записать (по способу, принятому на локомобильных заводах) следующим образом:

У]л = -te = Vty-TlofTU* (325)

Условный к. п. д. котла т|^в этом уравнении представляет собой сумму к. п. д. котла по уравнению (75) при DH = 0 и коэфи - циента возврата тепла в паровом водоподогревателе, который может быть выражен

qnod=D - L > (326)

B-Qp

следовательно,

= + Я под-

Следует отметить, что способ сведения баланса всего локомобиля по методу, применяемому конструкторскими бюро локомобильных заво­дов, нельзя признать совершенным, так как тепло, сообщенное воде отра­ботавшим паром, прибавляется к теплу, переданному той же воде продуктами горения, и тем самым искусственно увеличивает к. п. д. котла Кроме того, этот способ не выделяет потерь трубопровода, что умень­шает к. п. д. машины.

причем этот коэфициент должен учесть тепло, полученное в водяном экономайзере;

і — t" lne *

2) коэфициент регенерации, характеризующий возврат части тепла отработавшего пара посредством нагревания питательной воды в паро­вом водоподогревателе, равен

(этот коэфициент больше единицы при наличии парового водоподогрева - теля и равен единице при отсутствии водоподогревателя);

3) к. п. д. трубопровода между котлом и паровой машиной соста­вит

4) термический к. п. д. паровой машины по формуле (312) выра­зится гт — г>> [24] lU

М *11 t'

*1 * 1 1 х. в 5) относительный индикаторный к. п. д. по уравнению (316) равен 632

(328)

6) механический к. п. д. машины по формуле (292) составит

_ Ne

К. п. д. локомобиля равен произведению всех перечисленных коэфи - циентов, т. е.

■Чл = У1*кетт° ■ "Чрег ■ - Чтр - • Чо1' *Чм =

= ° (/"g - п V"*-1*- Ц - 1п)632 "е = = _632_

При таком сведении баланса учитываются все элементы паросиловой установки, и в результате получается формула (324).

В теплофикационных паровых машинах необходимо отдельным сла­гаемым учесть тепло, передаваемое с паром, направленным для нужд производства.

Значения к. п. д. отдельных элементов и всего локомобиля в целом для локомобильных установок, выпускавшихся и выпускаемых в настоя­щее время отечественными заводами (по данным испытаний, проведен­ных в лабораториях локомобильных заводов), приведены в табл. 30.

Таблица 30 Значения к. п. д. всей установки и ее отдельных элементов для локомобилей отечественного производства Наименова­ние к. п. Д. Марка локомобиля П-25 П-75 СК-125 СК-4 СК-5 СТ-5 ■Чк 0,560 0,р65 0,740 0,730 0,659 0.725 Ч под 0,060 0,075 0,027 0,028 0,021 0,035 Т| t 0,174 0,171 0,284 0,280 1.301 0,185 Ъг 0,617 0,695 0,615 0,646 0,659 0,‘;69 '<* 0,103 0,119 0,174 0,181 0,199 0,124 ти 0,880 0,912 0,! 0Э 0,905 0,907 0,930 Ъе 0,095 0,103 0,157 0,163 0,180 0,115 Чл 0,058 0,080 0,120 0,123 0,123 0,033 Примечание Работа локомобиля марки СТ-5 отнесена к выпуску отработавшего пара в атмосферу.

Экономичность локомобиля и его машины можно также характери­зовать количеством тепла, введенным с паром в цилиндр машины для совершения работы 1 л. с. в течение 1 часа.

Удельным индикаторным расходом тепла называется тепло di кг паря, совершающее индикаторную работу 1 л. с. ч., т. е.

Wt = (г) —■ ix. в) di ккаліл. с. ч. (329)

Соответственно, удельный эффективный расход тепла представляет собой тепло de кг пара, вводимое в цилиндр для получения эффектив­ной работы, равной 1 л. с. ч.:

We = (г) — ix_ g) de ккаліл. с. ч. (330)

Понятие об удельном расходе тепла позволяет получить новые вы­ражения для вычисления к. п. д. машины по следующим формулам:

632 /0014

= - Щ - (331)

Сравнение данных табл. 29 и 30 показывает, что путем улучшения качества паровых котлов и машин можно добиться более высоких зна­чений к. п. д. котла и относительного индикаторного к. п. д. машин
и тем самым более высоких к. п. д. всей паросиловой установки в целом.

В настоящее время выполняются водотрубные и прямоточные КОТЛЫ, работающие с к. п. д. = 0,75 -4- 0,85.

Паровые машины при давлении рк = 16-4-25 ата можно выполнить при однократном расширении с t}ot = 0,70 - f-0,75, а при многократном

7] oi = 0,75 - г - 0,80, получая в выхлопных машинах - ц( — 0,18 —- 0,23 (в зависимости от величины давления и при температуре пара пезед машиной ^ле = 450°С) и в конденсационных (с вакуумом) машинах rit =0,28-4-0,33.

Учитывая, что наличие вспомогательных устройств с приводом от паровой машины дает возможность довести механический к. п. д. чм до 0,8—0,9, можно получить следующие значения к. п. д. всей локо­мобильной установки при рк — 16-4-25 ата:

1) в выхлопных машинах однократного расширения тл = 0,09-4- -4-0,13;

2) в выхлопных и конденсационных (с атмосферной конденсацией) машинах многократного расширения тл — 0,09-4-0,14;

3) в конденсационных (с вакуумной конденсацией) машинах = = 0,12 4-0,20.

При давлении пара выше 25 ата следует рекомендовать паровые машины двукратного расширения при атмосферной конденсации и трехкратного при вакуумной конденсации в машинах большой мощ­ности.

В таких машинах можно достичь т)0- = 0,65 -4- 0,75 и ^ = 0,23-4- -4-0,28 при противодавлении ри = 1 ата или - qt — 0,33 -4- 0,38 при рп = 0,1 ата.

Таким образом, можно предполагать возможность получения следую­щих величин к. п. д установки:

1) в машинах с противодавлением, равным ри = 1 ата,

~ 0,10-4—0,17;

2) в машинах с противодавлением, равным ри = 0,1 ата,

т)л= 0,13-4-0,23.