Вопрос. Паросиловой цикл Ренкина,схемы установки. Изображение в Р, v -и T,s –диаграммах
Цикл Ренкина- теоретический термодинамический цикл паровой машины, состоящий из четырехосновный операций:
-1- испаренияжидкости при высоком давлении;
-2-расширения пара;
-3-конденсации пара;
-4-увеличения давления жидкости до начального значения.
На рис. 1представлена технологическая схема паросиловой установки для производстваэлектроэнергии.
Пар большогодавления и температуры подается в сопловые аппараты турбины, где происходитпревращение потенциальной энергии пара в кинетическую энергию потока пара (скоростьпотока – сверхзвуковая). Кинетическая энергия сверхзвукового потокапревращается на лопатках турбины в кинетическую энергию вращения колеса турбиныи в работу производства электроэнергии.
На рис. 1показана одна турбина, на самом деле турбина имеет несколько ступенейрасширения пара.
После турбиныпар направляется в конденсатор. Это обычный теплообменник, внутри труб проходитохлаждающая вода, снаружи – водяной пар, который конденсируется, водастановится жидкой.
/>
Рис. 1.Принципиальная технологическая схема паросиловой установки.
Эта водапоступает в питательный насос, где происходит увеличение давления дономинальной (проектной) величины.
Далее вода свысоким давлением направляется в котельный агрегат (на рис. 1 он обведенштриховой линией). В этом агрегате вода сначала нагревается до температурыкипения от дымовых газов из топки котла, затем поступает в кипятильные трубы,где происходит фазовое превращение вплоть до состояния сухого насыщенного пара(см. т. 5 на рис. 6.3).
Наконец,сухой насыщенный пар идет в пароперегреватель, обогреваемый топочными дымовымигазами из топки. Состояние пара на выходе из пароперегревателя характеризуетсяточкой 1. Так замыкается цикл. Этот цикл паросиловой установки предложилнемецкий инженер Ренкин, и потому его и назвали циклом Ренкина.
Рассмотримцикл Ренкина на трех термодинамических диаграммах p – v, T – s, h – s (см. рис.2).
/>
/>
Нумерацияточек совпадает с нумерацией на рис. 1. Процесс 1 – 2 – расширение пара всоплах турбины; 2 – 3 – процесс конденсации пара; 3 – 4 – процесс в питательномнасосе;4 – 5 – процесс нагрева воды и ее кипение; 5 – 1 – процесс перегревапара. Заштрихованы те области диаграмм, площадь которых численно равна работе итеплоте за цикл, причем qц = wц.
Рис. 2. ЦиклРенкина на термодинамических диаграммах
Изтехнологической схемы на рис. 1 и диаграммы Т – s на рис. 2 следует, чтотеплота подводится к рабочему телу в процессах 4 – 5 – 1, у которых ds > 0.И эти процессы характеризуются инвариантом p1 = const. Поэтомуподводимая в цикле Ренкина теплота qподв равна:
qподв= h1 – h4. Дж. (6.2)
Теплотаотводится от рабочего тела в процессе 2 – 3 (ds
qотв= h2 – h3. Дж. (1)
Разностьмежду подведенной теплотой и отведенной представляет собой теплоту цикла qц,превращенную в работу wц
wц= qц = (h1 – h4) – (h2 – h3)= (h1 – h2) – (h4 – h3).
Разностьэнтальпии воды до питательного насоса (точка 3) и после (точка 4) ничтожномала. В связи с этим
wц= qц = h1 – h2. (2)
Термическийкоэффициент полезного действия цикла Ренкина (а это отношение «пользы», т.е. wц,к «затратам», т.е qподв) равен
ηt= (h1 – h2)/(h1 – h4). (3)
/>
Рис. 3.Иллюстрация причины малого КПД цикла Ренкина по сравнению с циклом Карно.Потери работы – заштрихованная площадь. Нумерация точек совпадает с нумерациейна рис. 1 и 2.