Цикл Карно для водяного пара и его недостатки

Рассмотрим вопрос о практической осуществимости на водяном паре цикла Карно, представленной Ts-диаграмме.

Этот цикл состоит из изобарно-изотермического процесса парообразования 4-1, адиабатного расширения пара 1-2, изобарно-изотермического процесса неполной конденсации пара 2-3 и, наконец, адиабатного сжатия влажного пара 3-4 с полным превращением его в воду.

Нижняя температура такого цикла определяется параметрами тройной точки воды и получается равной около 25°С, как с точки зрения возможности теплообмена с окружающей средой при конденсации пара, так и с точки зрения практической достижимости глубокого вакуума (этой температуре соответствует р₂=0, 03 бар). Верхняя температура такого цикла определяется критической температурой воды (374, 15°С) может быть принятой около 350°С чему соответствует p₁ около 170 бар.

Максимально достижимый термический к. п. д. цикла составляет всего

,

Основным препятствием в данном случае является именно практическая неосуществимость такой установки.

Действительно, несложный расчет показывает, что при использовании сухого насыщенного пара с параметрами p₁=170 бар и t₁ =352°С (которые выше были приняты за предельно высокие) конечная влажность его при адиабатном расширении до р₂ =0, 03 барсоставляет 41, 3%. Таким образом, двигателю пришлось бы работать в чрезвычайно неблагоприятных гидродинамических условиях очень высокой влажности пара.

Далее, на осуществление адиабатного сжатия частично сконденсировавшегося при р₂=0, 03 бар отработавшего пара до начального давления p₁ =170 бар с полным превращением его в воду необходимо затратить работу l_Т = 5б2 кДж/кг, что составляет 55, 3% всей работы l_Т =1014 кДж/кг, совершаемой двигателем.

Приведенные данные показывают, что паросиловые установки, в которых нашел бы практическое осуществление цикл Карно, являются совершенно бесперспективными. Поэтому развитие паросиловой техники с самого начала пошло в другом направлении, связанном с полной конденсацией отработавшего пара и применением перегретого пара. Это направление открыло большие возможности расширения используемого температурного интервала и соответственно повышения термического к. п. д. паросилового цикла.

Цикл Ренкина

В результате замены парового компрессора насосом, подающим в котел конденсат отработавшего пара, а также введения перегрева пара перед двигателем цикл Карно превращается уже в цикл Ренкина, по которому работают все современные тепловые и атомные станции.

Схема простейшей паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина включает в себя паровой котел 1 с пароперегревателем (наличие последнего необязательно), паровой двигатель 2, конденсатор 3 и насос 4.

Паровой котел представляет собой устройство, в котором производится сжигание топлива и теплота образующихся газообразных продуктов сгорания используется для превращения поступающей в него воды в перегретый (или насыщенный) пар. Паровой двигатель является основным элементом всей установки, поскольку именно в нем потенциальная энергия пара используется для совершения полезной работы. Большей частью эта работа состоит во вращении ротора электрического генератора, как, например, показано на схеме. Конденсатор представляет собой трубчатый теплообменник, внутренняя поверхность трубок которого охлаждается циркуляционной водой, за счет чего на наружной поверхности их происходит конденсация отработавшего пара. Скапливающийся внизу конденсат откачивается насосом, который повышает его давление до необходимой величины и подает обратно в котел.

 

Цикл Ренкина, представленный в Ts-диаграмме, состоит из адиабатного процесса 1-2, соответствующего расширению пара в двигателе, изобарно-изотермического процесса 2-3, соответствующего конденсации отработавшего пара в конденсаторе, адиабатного процесса 3-4, соответствующего повышению давления воды в насосе, и, наконец, изобарного процесса 4-5-6-1, соответствующего парообразованию в котле. При этом участок 4-5 соответствует нагреванию воды до температуры кипения, изобарно-изотермический участок 5-6 – превращению кипящей воды в сухой насыщенный пар, а участок 6-1 – перегреву пара в пароперегревателе.

Термический к.п.д. цикла Ренкина

. (12.4)

 

Величину термического к.п.д. цикла Ренкина удобно определять графо-аналитическим методом с помощью is-диаграммы. Для этого по заданным начальным пара-метрам p₁и t₁ на is -диаграмме находится точка 1, затем от нее проводится вертикальная прямая до пересечения с изобарой в точке 2, соответствующая адиабате расширения пара в двигателе. Отрезок 1-2 представляет собой в масштабе диаграммы располагаемое теплопадение , т.е. числитель выражения для термического к. п. д. Что же касается знаменателя, то его определяют как разность между энтальпией пара i₁ в точке 1 и энтальпией кипящей воды i^/₂ при температуре изотермы t_н, проходящей через точку 3 на верхней пограничной кривой.

Помимо термического к.п.д. показателем эффективности цикла Ренкина может служить теоретический удельный расход пара, т. е. количество пара, теоретически расходуемое на единицу работы. Очевидно, что величина его определяется по формуле

, кДж/кг, или , кг/ (кВт× ч).

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Dermal mask, Коллагеновая тканевая маска для лица, 23гр -
2. Gigabit Ethernet на витой паре категории 5
3. I. 17. Понятие о чистых и занятых парах.
4. I. He могли узы смерти удержать Господа нашего.
5. I. Въезд патриарха в столицу. – Остановка и пребывание его в монастыре св. Афанасия и Кирилла в Кремле. – Возвращение патриарха Никона. – Въезд царя.
6. I. Его руки подняты для благословения.
7. I. Основные физические явления и процессы в электрических аппаратах
8. I. Прочитайте текст и переведите его письменно.
9. I. Смотрите на Него, приготовляющего для Себя престол.
10. I. ТИТУЛ «ИНТЕРНАЦИОНАЛЬНЫЙ ЧЕМПИОН ПО КРАСОТЕ» (C.I.B.) ДЛЯ ПОРОД С ОБЯЗАТЕЛЬНЫМИ И НЕОБЯЗАТЕЛЬНЫМИ РАБОЧИМИ ИСПЫТАНИЯМИ СОГЛАСНО НОМЕНКЛАТУРЕ FCI.
11. I. Устранитесь от ошибочных представлений о покаянии в грехе и печали по его поводу.
12. I. ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕКУЩЕГО СОСТОЯНИЯ, ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ СФЕРЫ КУЛЬТУРЫ И ИСКУССТВА