17.2. Цикл Ренкина
За основной цикл в ПТУ принят идеальный цикл Ренкина. В этом цикле полностью осуществляется полная конденсация рабочего тела в конденсаторе, вследствие чего вместо громоздкого малоэффективного компрессора для подачи воды в котел применяют питательный водяной насос, который имеет малые габариты и высокий КПД. Кроме того, в цикле Ренкина возможно применение перегретого пара, что позволяет повысить среднеинтегральную температуру подвода теплоты и тем самым увеличить термический КПД цикла. Цикл Ренкина в –диаграмме изображен на рис. 79, в –диаграмме на рис. 80.
υ
υrр
Рисунок 79 – Идеальный цикл Ренкина в – диаграмме.
(∙) 5 характеризует состояние кипящей воды в котле при давлении ;
5–6 изображает процесс парообразования в котле;
6–1 – перегрев пара в перегревателе при давлении ;
полученный пар по адиабате 1–2 расширяется в цилиндре парового двигателя до давления в конденсаторе;
в процессе 2–2’ пар полностью конденсируется до состояния кипящей жидкости при давлении , отдавая теплоту парообразования охлаждающей воде;
процесс сжатия воды 2’–3 осуществляется в насосе, получающееся при этом повышение температуры ничтожно мало, и им при давлениях пренебрегают;
линия 3–4 изображает изменение объёма воды при нагревании от температуры в конденсаторе до температуры кипения при давлении .
Рисунок 80 – Идеальный цикл Ренкина в – диаграмме.
Если в цикле Ренкина учитывать работу насоса, то процесс адиабатного сжатия воды в нем представится на – диаграмме адиабатой 2’–3, а изобара 3–4 соответствует нагреванию воды в котле при давлении р1 до соответствующей температуры кипения.
Термический КПД цикла Ренкина определяется по уравнению:
Удельное количество теплоты q1 в цикле подводится при в процессах 3–4 (подогрев воды до температуры кипения), 4–6 (парообразование) и 6–1 (перегрев пара), и равно разности энтальпий начальной и конечной точек процесса:
Отвод удельного количества теплоты q2 осуществляется в конденсаторе по изобаре 2 – 2’:
Термический КПД цикла Ренкина будет определяться по уравнению:
где – работа паровой турбины;
– работа, затрачиваемая на адиабатное сжатие воды в насосе и подачу её в котёл.
Учитывая, что вода практически несжимаема, при адиабатном сжатии её в насосе и можно записать:
где – удельный объём воды при давлении р2.
Тогда
но , тогда
На рис. 81 изображен цикл Ренкина в –диаграмме. В этой диаграмме расстояние по ординате между точками 1 и 2 соответствует адиабатному расширению пара в паровой турбине. Расстояние по ординате между точками 2 и 2’ изображает количество теплоты, отводимое в конденсаторе при . Расстояние между ординатами 2 и 3 – количество теплоты, затраченное на сжатие воды в насосе до давления в котле. Расстояние по ординате между точками 3 и 4 соответствует количеству теплоты, затраченному на подогрев воды до температуры котла. Расстояние по ординате между точками 4 и 5 изображает количество теплоты, затраченное на получение влажного пара в котле со степенью сухости .
Рисунок 81 – Цикла Ренкина в – диаграмме.
Расстояние по ординате между точками 5 и 6, 6 и 1 определяет количество теплоты, затраченное на подсушку влажного пара и перегрев сухого пара в пароперегревателе при давлении в котле .
Таким образом, удельное количество теплоты , подведенное к воде в этом цикле, определяется расстоянием по ординате между точками 1 и 3, а отведенное – между точками 2 и 2’.
Применение – диаграммы значительно облегчает расчеты термодинамических процессов и циклов, так как количества теплоты в этой диаграмме изображается отрезками прямых линий по ординате между начальными и конечными точками процессов.
Напомним, что при невысоких давлениях в расчетах цикла Ренкина делают следующие допущения:
не учитывают повышения температуры воды при адиабатном сжатии в насосе (практически точки 3 и 2’ в – диаграмме сливаются);
полагают, что изобары жидкости сливаются с пограничной кривой жидкости вследствие того, что удельный объем воды весьма мал по сравнению с объемом пара;
пренебрегают работой насоса.
Поэтому цикл Ренкина с учетом этих допущений принимает вид, изображенный на рис. 82, а термический КПД паротурбинного цикла определяется по приближенной формуле:
Теоретический удельный расход пара определяется как:
,
где и –энтальпия, ;
,
υ
Рисунок 82 – Цикл Ренкина в – диаграмме с учетом принятых допущений.
- Тема 12 Дросселирование газов и паров
- 12.1. Дросселирование газа
- 12.1. Изменение энтропии и температуры при дросселировании
- 12.3. Дросселирование водяного пара
- Контрольные вопросы
- Тема 13. Влажный воздух
- 13.1. Параметры состояния влажного воздуха
- 13.2. Диаграмма состояния влажного атмосферного воздуха
- Контрольные вопросы
- Тема 14. Компрессоры
- 14.1. Классификация компрессорных машин
- 14.2. Поршневой компрессор. Индикаторная диаграмма идеального поршневого компрессора
- 14.3. Индикаторная диаграмма реального поршневого компрессора
- Учет прямых утечек газа в компрессоре
- 14.3. Определение количества теплоты, отведенной от газа при различных процессах сжатия
- 14.4. Мощность привода и коэффициент полезного действия компрессора
- 14.5. Многоступенчатое сжатие газа
- Контрольные вопросы
- Тема 15. Циклы тепловых двигателей с газообразным рабочим телом
- 15.1. Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания (двс)
- 15.2. Циклы двс с подводом теплоты при постоянном объеме
- 15.3. Цикл двс с подводом теплоты при постоянном давлении (цикл Дизеля)
- 14.4. Цикл двс со смешанным подводом теплоты (цикл Тринклера)
- 14.5. Сравнение циклов поршневых двигателей внутреннего сгорания
- 14.6. Цикл двигателя Стирлинга
- Контрольные вопросы
- Тема 16. Циклы газотурбинных установок
- 16.1. Цикл гту с подводом теплоты при постоянном давлении
- 16.2. Цикл гту с подводом теплоты при постоянном объеме
- 16.3. Методы повышения термического кпд гту
- 16.4. Цикл гту с регенерацией теплоты
- 16.3.1. Цикл гту с подводом теплоты при и регенерацией теплоты
- 16.3.2. Цикл гту с подводом теплоты при и регенерацией теплоты
- 16.4. Цикл с многоступенчатым сжатием воздуха и промежуточным охлаждением
- Контрольные вопросы
- Тема 17. Теплосиловые паровые циклы
- 17.1. Цикл Карно
- 17.2. Цикл Ренкина
- 17.3. Влияние основных параметров на кпд цикла Ренкина
- 17.3.1. Влияние начального давления пара
- 17.3.2. Влияние начальной температуры пара
- 17.3.3. Влияние конечного давления в конденсаторе
- 17.4. Цикл с вторичным перегревом пара
- 17.5. Регенеративный цикл паротурбинной установки
- 17.6. Теплофикационные циклы
- Контрольные вопросы
- Тема 18. Циклы холодильных установок
- 18.1. Цикл воздушной холодильной установки
- 18.2. Цикл парокомпрессионной холодильной установки
- 18.3. Цикл пароэжекторной холодильной установки
- 18.4. Цикл абсорбционной холодильной установки
- 18.5. Тепловой насос
- Контрольные вопросы
- Библиографический список