Енергоконсультант енергоаудит підприємств енергетичні обстеження енергетичний паспорт
НЕСЕРЙОЗНИЙ РОЗДІЛ
1.1. Про фізичні величини, що використовуються у практиці виробництва та споживання електричної та теплової енергії Мета цього розділу — нагадати читачеві основні та похідні від них фізичні величини, що використовуються в теплотехніці. Понад 40 років тому було введено обов'язкову для всіх Міжнародну систему одиниць (СІ), на використання якої давно мав би перейти весь світ. Однак досі через звички, а також нестачу на робочих місцях електростанцій приладів з відповідним градуюванням у практиці використовуються й інші численні одиниці фізичних величин та їх похідні, що часто ускладнює спілкування, особливо теплоенергетиків тих країн, в яких використовуються різні позасистемні одиниці. Якщо при відвідуванні будь-якої ТЕС в Англії на запитання про початкові параметри енергоблоку вам дадуть відповідь, що вони становлять 3400 psi (3400 фунтів на квадратний дюйм) і 1000 °F (1000 градусів за Фаренгейтом), то ці цифри, можливо, вам майже нічого не скажуть. Разом про те це 239 атмосфер і 538 °З, тобто. параметри, що практично збігаються з параметрами наших енергоблоків на надкритичні параметри пари. Звичайно, використання різних систем одиниць незручно, і вихід із цього лише один: необхідно мати під рукою довідник або мікрокалькулятор, що дозволяє швидко здійснити переведення у звичні для нас одиниці.
Цей же розділ має ще одну мету. Теплотехніка та, зокрема, теплоенергетика – це інженерні науки. Тому вони «починаються з цифри» і, маючи те чи інше відношення до теплоенергетики, не можна не знати певного набору величин та їх значень.Не можна, наприклад, не знати, що ККД типового паротурбінного енергоблоку становить 40 %, газотурбінної установки — 36 %, а парогазової — 50 %. Тому, нагадуючи про фізичні величини та одиниці їх вимірювання, ми одночасно стосуватимемося діапазону значень цих величин для об'єктів теплоенергетики та енергомашинобудування.
Одиницею виміру довжини у системі СІ є метр. У метрах, наприклад, вимірюються довжини турбоагрегатів (наприклад, довжина турбіни потужністю 1200 МВт становить близько 48 м), розмір машинного залу теплових електростанцій, висотні позначки установки обладнання.
Для виміру розмірів деталей зазвичай використовують міліметри. Наприклад, дуже рідко можна почути, що довжина лопатки останнього ступеня турбіни дорівнює 1,2 м; зазвичай кажуть – 1200 мм. У міліметрах вимірюють зазори між деталями (наприклад, радіальні зазори між ротором, що обертається, і статором становлять 0,5—1,5 мм), теплових розширень турбіни на фундаменті (вони можуть досягати 10 мм) і т.д.
Дуже малі лінійні величини вимірюють у мікрометрах (мікронах): 1 мкм = 10 -6 м. У мікрометрах вимірюють, наприклад, розмах вібрацій корпусів підшипників турбіни, товщину масляної плівки в опорних підшипниках, на вкладишах яких обертається ротор (зазвичай це 20 ).
У теплоенергетичній практиці нашої країни для вимірювання довжин ніколи не використовуються сантиметри, ангстреми, кілометри, світлові роки та парсеки, не кажучи вже про милі, ярди, сажні тощо. Сказати, що довжина робочої лопатки дорівнює 96 см, можна, але це поганий тон.
Для вимірювання маси і в системі СІ, і на практиці, найчастіше використовують кілограм та кратні йому величини: грам та тонну. У кілограмах вимірюють маси окремих деталей (наприклад, маса згаданої робочої лопатки останнього ступенядовжиною 960 мм дорівнює приблизно 12 кг), у грамах – наприклад, значення мас балансувальних вантажів, у тоннах – масу великих об'єктів (наприклад, повна маса турбіни потужністю 500 МВт становить 1000 т, а її найважча частина – 100 т). Однак у практиці теплоенергетики для вимірювання маси ніколи не використовують центнери, пуди і більше фунти.
Одиницею часу у системі СІ є секунда. Секундами користуються для аналізу швидкоплинних процесів у системах автоматичного регулювання турбін (і навіть сотими її частками), у проточних частинах турбін, насосів, паропроводах і трубопроводах. Хвилинами та годинами зазвичай користуються для опису менш швидких процесів, наприклад, тривалості етапів пуску, навантаження, розвантаження та зупинки турбіни, що протікають від кількох хвилин до кількох годин. Наприклад, пуск парової турбіни після нічного простою займає 30-40 хв, а тривалість пуску енергоблока після ремонту може досягати 3-5 год.
У годиннику зазвичай вимірюється напрацювання турбіни та ресурси різного типу. Наприклад, призначений ресурс складових частин обладнання енергоблоків за рідкісним винятком має бути не менше 200 тис. год, парковий ресурс більшості турбін становить 170—220 тис. год, напрацювання турбіни на відмову працездатності (він має бути не менше 5000 год для парових турбін та 3000 год для газових турбін).
Днями або цілодобово вимірюються тривалість ремонтів (наприклад, тривалість планових ремонтів для енергоблоку потужністю 800 МВт: капітального — 72—73 дні, середнього — 37—42 дні, поточного — 10 днів). Роками вимірюються міжремонтний термін служби турбіни (він має бути не менше 4 років), термін служби турбіни до списання (не менше 40 років).
Дуже корисно запам'ятати, що рік = 8760 год.
Температура у системі СІ вимірюєтьсяу Кельвінах (К) (але не в градусах Кельвіна!). Чисельно 1 °С = 1 К, а температури в Кельвінах Т і градусах Цельсія t пов'язані співвідношенням:
У практиці стаціонарної теплоенергетики, на відміну, наприклад, від авіадвигуна, користуються виключно стоградусною шкалою (градусами Цельсія).
Розглянуті одиниці - довжини, маси, часу та температури (у Кельвінах) входять до складу основних одиниць СІ. Решта одиниць є похідними від основних.
Площа та обсяг зазвичай вимірюються відповідно в м 2 та м 3 . Гектари та літри у практиці теплоенергетики не використовуються.
Особливо необхідно сказати про одиниці виміру кількості природного газу. Найпростіше для цієї мети було б використовувати одиниці маси (кг або т). Однак історичні та технічні причини призвели до того, що кількість природного газу вимірюється в одиницях обсягу (м3). Це дуже незручно, тому що в рівних обсягах при різних тисках міститься різна маса газу, що містить різну теплову енергію. Тому кількість газу вимірюють у про нормальних кубометрах, тобто. наведених до «нормальних» умов (відсутності вологи, температури 0 ° С та тиску 1 атм - див. нижче). У більшості випадків слово «нормальний» перед кубометром опускають, але під час проведення розрахунків завжди слід пам'ятати, що йдеться саме про них.
Швидкість середовища (пара, води) та лінійна швидкість переміщення деталей турбіни вимірюється в м/с, але ніколи в км/год. Наприклад, швидкість перебігу пари в елементах турбіни становить 50-500 м/с. Як правило, інтенсивність вібрації вимірюється так званою віброшвидкістю, що вимірюється в мм/с безпосередньо приладом. Кожен машиніст турбіни знає, що нормальний рівень вібрації становить 2,8 мм/с, а призростанні вібрації до 7,1 мм/с він повинен негайно зупинити турбіну.
Частота обертання вимірюється кількістю обертів за секунду чи хвилину. Оскільки частота мережі нашій країні дорівнює 50 Гц, то частота обертання турбоагрегатів, включених у електричну мережу становить 50 чи 25 об/с (відповідно 3000 і 1500 об/мин).
Сила та вага тіл у системі СІ вимірюється в ньютонах (Н). Однак на практиці часто користуються позасистемною одиницею – кілограм-силою (кгс). Легко запам'ятати, що 1 кгс = 9,8 Н»10 Н.
Тиск і механічна напруга (що виникає в тілі під впливом доданих до нього сил) у системі СІ вимірюються у паскалях (1 Па = 1 Н/м 2 ). Паскаль це дуже мала величина, тому використовують кратні величини: кілопаскаль (кПа) і мегапаскаль (МПа). Іноді використовують бари:
що приблизно відповідає атмосферному тиску.
Корисно запам'ятати, що атмосферний тиск дорівнює приблизно 100 кПа, а тиск за парової конденсаційною турбіною становить всього 3-8 кПа. Тиск пари перед сучасними паровими турбінами 12-30 МПа, перед газовими турбінами 1,0-1,8 МПа. Розглянуті одиниці вимірювання тиску в умовах експлуатації обладнання електростанцій не прижилися, головним чином, через відсутність на ТЕС приладів із градуюванням у паскалях. Експлуатаційний персонал ТЕС зазвичай користується технічними атмосферами (ат):
У ряді випадків тиск у судинах вимірюють за допомогою ртутних приладів - заввишки ртурного стовпа (мм рт. ст.). Наприклад, згаданий вище нормальний тиск 1 атм = 760 мм рт. ст. та відповідно 1 мм рт. ст. = 133,3 Па.
Численне обладнання теплових електростанцій працює при тиску р меншому, ніж атмосферний тиск В. Їхня різниця
називається вакуумом, і цей термін найчастіше використовується на ТЕС, коли йдеться про розрідження. Якщо вакуум у конденсаторі становить 95 %, а атмосферний тиск 100 кПа, то, отже, розрідження в конденсаторі становить 95 кПа, а тиск — 5 кПа.
Електрична та теплова енергія в системі СІ вимірюється у джоулях (Дж), а потужність – у ватах (Вт): 1 Вт = 1 Дж/с.
Електричну потужність турбоагрегатів та електростанцій зазвичай представляють у мегаватах (1 МВт = 10 6 Вт) або мільйонах кіловат (1 МВт = 10 3 кВт). Рідше, коли йдеться про потужність енергосистем, використовують гігавати (1 ГВт = 103 МВт).
Електричну енергію на практиці теплоенергетики зазвичай вимірюють у кіловат-годинах (кВт·ч). Очевидно,
Потужність на електростанціях ніколи не вимірюють у кінських силах.
Кількість теплової енергії вимірюється або у джоулях, або в калоріях (кал): 1 кал = 4,1868 Дж>
Теплова потужність (теплопродуктивність) зазвичай вимірюється в Гкал/год, але іноді і менш звичних одиницях — мегаватах. Корисно запам'ятати, що 1 Гкал/год = 1,16 МВт. Наприклад, теплопродуктивність потужної ТЕЦ із 5 енергоблоками 250 МВт становить 1650 Гкал/год = 1914 МВт.
Щільність або обернена їй величина - питомий обсяг вимірюються відповідно в кг/м 3 або м 3 /кг.
На закінчення наведемо кілька корисних таблиць, що містять співвідношення між різними одиницями, які часто використовуються в практиці (табл. 1.1-1.3).