КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Чебоксарский техникум строительства и городского хозяйства Минобразования Чувашии (ГАПОУ ЧР «ЧТСГХ») 02/02­06 КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ  ОП.12. Тепловые  двигатели для студентов заочного  отделения 2 курса специальности 13.02.02  Теплоснабжение  и теплотехническое оборудование (базовый  уровень) РАССМОТРЕНО на заседании цикловой комиссии Архитектуры и комплексных  градостроительных решений Протокол  от   « Председатель  15 № 02 » сентября 2017года  Тихонова В.Г. СОСТАВИЛ Преподаватель                            Тихонова В.Г. СОГЛАСОВАНО Методист                     РЕЦЕНЗЕНТ                                                                             2017 г. Пояснительная записка Учебная   дисциплина   ОП.12.   Тепловые   двигатели   относится   к   разделу Общепрофессиональные дисциплины (ОП.00) профессионального цикла (П.00) профессиональной образовательной     программы среднего профессионального образования базовой подготовки. В результате освоения дисциплины обучающийся должен уметь:          • определять    параметры    паровых, газовых    турбин, двигателей      внутреннего сгорания и оборудования тепловых электрических станций   по заданным   условиям В результате освоения дисциплины обучающийся должен знать:                  • устройство, принцип действия, характеристики паровых, газовых турбин, двигателей внутреннего сгорания   и   оборудования тепловых электрических станций.                Методические указания по изучению ОП.12. Тепловые двигатели разработаны на основе рабочей программы по ОП.12. Тепловые двигатели в соответствии с основной профессиональной образовательной программой по специальности 13.02.02  Теплоснабжение и теплотехническое оборудование (базовый уровень).            ОП.12. Тепловые двигатели включают в себя 4 части: 1. Раздел 1. Паровые турбины,  2. Раздел 2. Газовые турбины,  3. Раздел 3. Двигатели внутреннего сгорания (ДВС),  4. Раздел 4.  Тепловые электрические станции (ТЭС). Учебным планом предусмотрено выполнение одной контрольной работы.         Варианты контрольных работ составлены применительно к действующей рабочей программе по   ОП.12.   Тепловые   двигатели.   Выполнение   контрольных   работ   определяет   степень   усвоения студентами изученного материала и умения применять полученные знания на практике.       Обзорные лекции проводятся по сложным для самостоятельного изучения темам программы. Проведение   практических   занятий   предусматривает   своей   целью   закрепление   теоретических знаний   и   приобретение   необходимых   практических   умений   по   программе   ОП.12.   Тепловые двигатели.       Изучение ОП.12. Тепловые двигатели завершается экзаменом.                   Учебный   материал   рекомендуется   изучать   в   той   последовательности,   которая   дана   в методических указаниях: ­ознакомление с методическими указаниями по темам; ­изучение программного материала по рекомендуемой литературе; ­составление ответов на вопросы самоконтроля, приведенные после каждой темы. Данные указания включают в себя:  Примерный тематический план  Литература  Методические указания и вопросы для самоконтроля по темам  Задания на контрольные работы и методические указания по их выполнению Примерный тематический план          Раздел 1. Паровые турбины Тема 1.1. Принцип действия и основные элементы паровой турбины Тема 1.2. Типы  паровых турбин Тема 1.3. Регулирование и защита паровых турбин  Тема 1.4. Конденсационные установки  паровых турбин Раздел 2. Газовые турбины  Тема  2.1. Основные элементы  и  принцип действия  газовых турбин Тема 2.2. Типы   газовых  турбин Раздел 3 Двигатели внутреннего сгорания Тема 3.1. Устройство и принцип действия  ДВС Тема 3.2. Типы ДВС Тема 3.3. Регулирование работы ДВС Раздел  4. Тепловые  электрические  станции (ТЭС) Тема 4.1. Характеристики ТЭС  Тема 4.2. Повышение экономичности ТЭС Тема 4.3. Тепловые схемы ТЭС Тема 4.4. Оборудование  ТЭС Перечень рекомендуемых учебных изданий, Интернет­ресурсов, дополнительной литературы Основные источники:  1. Яблоков Л.Д. Паровые и газовые турбины [Текст]. – М.: Академия, 2010. – 348 c. 2. Кузнецов А.В. Двигатели  внутреннего  сгорания [Текст]. – М.: Феникс, 2009. – 312с.  3. Елизаров Д.П. Тепловые электрические станции [Текст]. – М.: Академия, 2011. – 294 с. Дополнительные источники: 1. Горшков А.С. Экономические показатели тепловых электростанций [Текст].  – М.: Феникс, 2009. – 276 с. 2. Соловьев А.П. Энергетика и окружающая среда [Текст]. – М.: Академия, 2010. – 234с. Интернет­ресурсы: 1. http://www.zadachi.org.ru/?n=92711.  Паровые и газовые турбоустановки.  1. http://hotlinks.ru/catalog/212/209.    Двигатели внутреннего сгорания.   2. http://moikompas.ru/compas/elektro.   Тепловые электрические станции. схем.   Построение  рабочих  процессов  турбин. Вопросы для самоконтроля: 1. Выполнение  тепловых  схем  различных  паровых  турбин 2. Проектирование тепловых схем  многоступенчатых  турбин 3. Проектирование тепловых схем  комбинированных  турбин  Тема 1.3.Регулирование и защита паровых турбин    разновидности. Вопросы для самоконтроля:  Устройство  и  принцип  действия  систем  регулирования  и  защиты  паровых  турбин,  их   Методические указания по темам и вопросы для самоконтроля Раздел 1. Паровые турбины Тема 1.1. Принцип действия и основные элементы паровой турбины Основные элементы, устройство и принцип действия  простейшей паровой турбины.      Построение графиков, связанных с работой пара. Выбор  сопловых  аппаратов. Вопросы для самоконтроля: 1. Построение графиков изменения давления и скорости пара в турбинах  2. Построение процессов расширения пара в осях  h – s 3. Проектирование  тепловых схем  паровых турбин 4. Проектирование  схем  отвода  конденсата  греющего  пара   Тема 1.2. Типы  паровых турбин  Особенности  многоступенчатых  и  комбинированных  турбин,  выполнение  их     тепловых   1. Выполнение схем  регуляторов и автоматов безопасности паровых турбин. 2. Проектирование  схем  автоматического  регулирования  паровых  турбин 3. Проектирование  схем  автоматической  защиты  паровых  турбин  Тема 1.4. Конденсационные установки  паровых турбин  Принцип  действия  конденсационных  установок   и  масляных  систем.  Расчет   расхода   охлаждающей  воды  Вопросы для самоконтроля: 1. 1. Выполнение схем  конденсационных  установок   и  масляных  систем.     2. Расчеты  расхода  охлаждающей  воды, необходимой для работы конденсаторов. 3. Проектирование  схем  конденсационных  установок  4. Проектирование  схем  масляных  систем  Раздел 2. Газовые турбины            Тема  2.1. Основные элементы  и  принцип действия  газовых турбин Основные  элементы  и  узлы,  устройство,  принцип  действия  и  схемы         простейших газовых  турбин. Вопросы для самоконтроля: 1. Выполнение  схем  газовых  турбин. 2. Проектирование схем  газовых  турбин  по  заданным  условиям Тема 2.2. Типы   газовых  турбин  Газотурбинные установки (ГТУ) двухвальные и с замкнутым циклом. Схемы   ГТУ. Вопросы для самоконтроля: 1. 1. Выполнение  схем  сложных   ГТУ.  2. Проектирование  схем  двухканальных газотурбинных  установок 3. Проектирование  схем  газотурбинных  установок с замкнутым  циклом Раздел 3 Двигатели  внутреннего  сгорания (ДВС) Тема 3.1. Устройство и принцип действия  ДВС  Основные  элементы,  устройство,  принцип  действия  и  схемы  ДВС.     Изображение  рабочих циклов ДВС. Вопросы для самоконтроля: 1. Выполнение  схем  различных  ДВС. 2. Проектирование  схем  ДВС  двухтактного  действия  3. Проектирование  схем  ДВС  четырехтактного  действия  Тема 3.2. Типы ДВС  Типы,  устройство,  характеристики  и  режимы  работы   различных  ДВС. Вопросы для самоконтроля: 1. Определение  эксплуатационных  показателей  ДВС.  Тема 3.3. Регулирование работы ДВС  Системы автоматического  регулирования (САР)  ДВС,  особенности  их  работы.  Раздел 4. Тепловые электрические станции (ТЭС)      Выбор  элементов  и  узлов  САР  для  ДВС.  Вопросы для самоконтроля: 1. Выбор  элементов  и  узлов  САР  для  различных  ДВС.  2. Проектирование систем  регулирования  ДВС Тема 4.1. Характеристики ТЭС  Классификация ТЭС по виду энергии, по типам двигателей.   Графики    электрических и тепловых нагрузок ТЭС.       Вопросы для самоконтроля: 1. Выполнение графиков электрических нагрузок ТЭС.    2. Выполнение  графиков  тепловых  нагрузок  ТЭС.               Тема 4.2. Повышение экономичности ТЭС 1. Выбор  насосов  ТЭС  на  основании  расчетов 2. Выбор  теплообменников  ТЭС  на  основании  расчетов 3. Выбор  деаэраторов ТЭС  на  основании  расчетов 4. Выбор  редукционно­охладительных  установок  на  основании  расчетов  5. Расчеты  систем  водоснабжения  ТЭС 6. Расчеты  подогревателей   высокого  давления 7. Расчеты  подогревателей низкого  давления 8. Проектирование  систем  водоснабжения  ТЭС  9. Проектирование  схем  отпуска  теплоты  внешним  потребителям 10. Проектирование  схем  очистки  турбинных  конденсатов 11. Проектирование  схем  водоподготовительных  установок 12. Проектирование  схем  автоматизации  теплотехнических  процессов  Способы  повышения  экономичности  ТЭС:  промежуточный  перегрев  пара,      регенеративный  подогрев  питательной  воды,  паро­газовые  циклы. Вопросы для самоконтроля: 1. Анализ  эффективности  влияния  отдельных  факторов  на  экономичность  ТЭС.  Тема 4.3. Тепловые схемы ТЭС  Порядок  построения  принципиальных  тепловых  схем  ТЭС.  Методика  расчета  и  выбора   котельных агрегатов,  паровых  турбин. Вопросы для самоконтроля: 1. Построение  принципиальных  тепловых  схем  ТЭС.    2. Выбор числа  и  типов  котельных  агрегатов  на  основании  расчетов.  3. Выбор  паровых  турбин  на  основании  расчетов.  4. Проектирование  тепловых  схем  ТЭС  Тема 4.4. Оборудование  ТЭС  Основное  и  вспомогательное  оборудование  ТЭС,  его  состав  и  назначение.  Методика  выбора  насосов,  теплообменников,  редукционно­охладительных   установок.  Выбор систем водоснабжения и золошлакоудаления, Методы  защиты  окружающей  среды.   Вопросы для самоконтроля: Методические указания по выполнению контрольной работы По  курсу  дисциплины  предусмотрено выполнение  одной  домашней  контрольной  работы.  Контрольная работа   состоит   из   десяти   вариантов.   Каждый   вариант   содержит   два   теоретических   вопроса   и   одну практическую задачу. Изучать   дисциплину   рекомендуется   последовательно   по   разделам   в   соответствии   с тематическим   планом.   Для   закрепления   изученного   материала   и   проверки   уровня   его   усвоения рекомендуется отвечать на вопросы для самоконтроля, приведенные в конце каждого раздела. Вариант   контрольной   работы   определяется   по   последней   цифре   порядкового   номера алфавитного списка группы. При окончании номера на «0» выполняется вариант №10, при последней цифре «1» ­ вариант №1 и так далее. При   выполнении   и   оформлении   контрольной   работы   необходимо   соблюдать   следующие требования: ­ в контрольную работу записываются контрольные вопросы и условие задачи; ­ ответ следует сразу за вопросом, содержание ответа должно быть кратким, по существу, без излишних подробностей и отступлений; ­ решение задач должно сопровождаться расчетными схемами, пояснениями и обоснованиями (ссылками на нормативные документы и т.п.); ­    вычислениям должны предшествовать формулы с пояснениями; ­ все применяемые сокращения и буквенные обозначения должны соответствовать нормативным документам; ­   для   всех   исходных   и   вычисляемых   физических   величин   должны   указываться   единицы измерения. Работа оформляется в тетради, «от руки». По разрешению преподавателя работа может быть оформлена  в печатном виде на листах формата А4. На каждой странице со стороны наружного края оставляются поля шириной 2­3 см для замечаний проверяющего работу. Все иллюстрации, схемы, рисунки и чертежи необходимо выполнять карандашом с соблюдением норм и правил строительного черчения.  Список использованной литературы приводится после решения задачи. Список включает в себя перечень использованной учебной, нормативной и справочной литературы, методических пособий, ссылки на интернет­ресурсы. В конце работы ставится подпись исполнителя и оставляется место (1­2 стр.) для рецензии. На обложке работы приводится следующая информация: ­ ФИО студента; ­ № варианта (учебный шифр); ­ наименование профессионального модуля (ПМ), междисциплинарного курса (МДК) и тема; ­ специальность; ­ курс; ­ группа; ­ почтовый адрес. Работа   отправляется   на   адрес   учебного   заведения   или   приносится   лично   в   установленные учебным графиком сроки.  Проверка работы должна быть осуществлена в недельный срок. Оценка работы «зачтено» или «не зачтено». После   получения   прорецензированной   работы   студенту   необходимо   исправить   отмеченные ошибки,   повторить   недостаточно   усвоенный   материал   и   выполнить   все   указания   преподавателя. Дополнения или исправления выполняются в конце работы после текста рецензии. Работы, выполненные не по своему варианту или не соответствующие заданию, не зачитываются и подлежат повторному выполнению. Незачтенные контрольные работы подлежат повторному выполнению. Задания для выполнения контрольной работы Вариант № 1. 1. Описать   принцип   действия   и   основные   элементы   паровой   турбины.   Изобразить   схему простейшей паровой турбины.  2. Начертить принципиальную схему и цикл простой газотурбинной установки.     3. Назначение и классификация ДВС. 4. Типы тепловых электростанций.    5. Задача: Как велика скорость истечения перегретого пара через сопло Лаваля, если начальные параметры пара р1=1,4 МПа и t1=300°С, а конечное давление пара р2=0,006 МПа. Чему была бы равна эта скорость, если сопло было бы суживающимся? Теплообменом со стенками, потерями и скоростью пара на входе в сопло пренебречь. Вариант № 2.  1. Описать и привести схему работы конденсационной турбины.  2. Принципиальная   схема   и   цикл   газотурбинной   с   регенерацией   теплоты   и   с   промежуточным подогревом рабочего тела и охлаждением воздуха. 3. История двигателя внутреннего сгорания. 4. Тепловая схема ТЭС.    5. Задача: Через сужающееся сопло вытекает М=1 кг/с воздуха в среду с давлением рср=0,6 МПа. Начальное давление воздуха р1=1 МПа и температура t1= 127°С.Определить площади выходного сечения сопла и скорость истечения Вариант № 3. 1. Описать и привести схему работы теплофикационной турбины.  2. Основные показатели современных стационарных газотурбинных установок. 3. Принцип работы двигателя внутреннего сгорания. 4. Причины основной потери тепла на ТЭС.  5. Задача: Воздух с начальными параметрами p1=0,3 МПа и t1=40°C вытекает через сужающееся сопло во внешнюю среду, в которой давление постоянно и равно pср=0,12 МПа. Считая воздух идеальным газом   с   показателем   адиабаты   k=1,4;   определить   давление,   скорость,   температуру   и   плотность воздуха   в   выходном   сечении   сопла,   если   скоростной   коэффициент   =0,95.   Определить   также площадь  выходного сечения, необходимую  для обеспечения  расхода воздуха, равного G=3 кг/с. Изменится ли расход воздуха, если давление внешней среды снизить до pср =0,05 МПа? φ Вариант № 4. 1. Описать и привести схему паровых турбин специального назначения. 2. Основы термодинамического расчета простой газотурбинной установки.  3. 4. Схема принципа действия двигателя с внешним смесеобразованием.  Технологический   процесс   преобразования   химической   энергии   топлива   в электроэнергию на ТЭС.    5. Задача: Определить индикаторную мощность паротурбинной установки,  если известно:     расхода воздуха, равного G0=130 кг/с, параметры пара на входе в ступень турбины  p0=6 МПа и t0=350°C,  давление и степень сухости конденсата pк=0,05 МПа и хк=0,86               Вариант № 5. Описать преимущества и недостатки паровых турбин. Проектирование схем газовых  турбин  по  заданным  условиям. Схема принципа действия двигателя с внутренним смесеобразованием. Достоинства и недостатки ТЭС. 1. 2. 3. 4. 5.   Задача:   Рассчитать   значения   внутреннего   КПД   теоретического   цикла   газотурбинной   установки   с изобарным подводом  тепла (без регенерации) с целью оценки влияния температуры газов перед турбиной на внутренний КПД ГТУ, для двух случаев:  1) при температуре газов перед турбиной t3=600°C  2) при температуре газов перед турбиной t3=800°C  остальные параметры принять следующие: начальная температура рабочего тела t1=20°C  степень повышения давления  =7β   внутренний КПД компрессора и турбины ηт= ηк=0,85 Принять показатель адиабаты равным к=1,4. Теплоемкость считать постоянной. 1. Привести схему(рисунок) проточной части паровой турбины и описать принцип действия.  2. Выполнить  схему  газовой  турбины. 3. 4. Технология обеспечения и продления ресурса элементов энергетического оборудования Задача: Для Описать рабочий цикл четырехтактного ДВС. Вариант № 6. цикла состоящего из процессов  1­2 при T=const (изотерма); 5. 2­3 при V=const (изохора); 3­4 при T=const (изотерма); 4­1 при V=const (изохора), требуется: 1. Рассчитать давление, удельный объем, температуру для основных точек цикла. 2. Для каждого из процессов определить значения показателей политропы, теплоемкости, вычислить изменение внутренней энергии, энтальпии, теплоту и работу процесса. 3. Определить суммарные количества подведенной и отведенной теплоты, работу цикла и термической КПД. 4. Построить цикл PV и TS на диаграммах состояния. Принять газовую постоянную воздуха R=287 Дж/(кг•К);  р1=0,3 МПа, T1=300 К, p2=0,8 МПа, Т3=473 К. Вариант № 7. 1. 2. 3. 4. 5. Назначение и классификация паровых турбин Выполнение  схем  сложных   ГТУ.  Принцип работы  ДВС  двухтактного  действия.  Турбинное отделение ТЭС. Задача: Теплоцентраль отдает на производственные нужды заводу Dпр=20000кг/час пара при р=0,7 МПа и х=0,95. Завод возвращает конденсат 60% от Dпр , при температуре tвозвр=70 °C. Потери конденсата покрываются химически очищенной водой, имеющей температуру tхим=90 °C. Сколько нужно было бы сжечь топлива в топке парового котла, работающего с КПД ηпг=0,80, если бы этот паровой котел специально вырабатывал пар, нужный заводу. Теплота  сгорания топлива Qн р=30 МДж/кг.    Вариант № 8. 1. Схема конденсационной установки паровых турбин. 2. Проектирование  схем  двухканальных газотурбинных  установок. 3. 4. 5. Задача: Определить степень реакции ступени паровой турбины, если известны:      Принцип работы   бензиновых карбюраторных ДВС. Общее представление о тепловой электростанции. параметры пара на входе в ступень турбины p0=20 МПа и t0=530°C,  давление пара в точках 1 и 2  p1=14 Мпа, p2=13МПа Вариант № 9. Теоретические основы регулирования скоростных режимов двигателей.  Расчеты  подогревателей   высокого  давления. 1. Проектирование  схем  автоматического  регулирования  паровых  турбин. 2. Проектирование  схем  газотурбинных  установок с замкнутым  циклом. 3. 4. 5. Задача:   Составить   уравнение   теплового   баланса   и   определить   расход   греющего   пара   Gп  на подогреватель низкого давления (ПНД), если известно: :         расход основного конденсата через ПНД   ,   равного   G0.к=350   кг/с,  параметры   отбираемого   пара   pп=24   МПа   и   tп=203°C,   энтальпия дренажа, предыдущего по ходу пара, подогревателя  hдр=543 кДж/кг, расхода пара через дренаж Gдр=7,8   кг/с,   энтальпия   основного   конденсата   на   входе   и   выходе   из   ПНД  hвх=415,13   кДж/кг, hвых=522,6 кДж/кг,  Вариант № 10. 1. 2. 3. 4. Схема аксиальной и радиальной паровой турбины. Принцип действия. Проектирование  схем  парогазовых  установок.  Классификация и конструкции регуляторов ДВС.  Расчеты  подогревателей низкого  давления. 5. Задача: На заводской теплоцентрали установлены две паровые турбины, мощностью N = 4000 кВт∙ч каждая, работающие по циклу Ренкина. Весь пар из турбин направляется на производство, откуда возвращается в котельную в виде конденсата при температуре  насыщения. Турбины работают с полной нагрузкой при следующих начальных параметрах пара: р1=3,5 МПа, t1=435 С°. Конечное давление   пара   р2=0,12   МПа.   КПД   котельной   установки   ηку=0,84;   теплота   сгорания   топлива Qр н=28470   кДж/кг.   Определить   часовой   расход   топлива   и   количество   теплоты,   потребляемой   в производстве.