 |
8. Цикл Ренкина (цикл паросиловых установок)
|
|
|
|
8. Цикл Ренкина (цикл паросиловых установок)
Цикл Ренкина является основным (идеальным) циклом паросиловых установок. Характерная особенность паросиловых установок – использование влажного пара в цикле в качестве рабочего тела. Принципиальная схема установки, реализующей цикл Ренкина, представлена на рис. 8. 1.
Соответствующие этой схеме P-v-, T-s- и h-s-диаграммы цикла Ренкина представлены на рис. 8. 2 – 8. 4.
Рис. 8. 1. Схема установки, реализующей цикл Ренкина: ПТ – паровая турбина; ЭГ – электрогенератор; КН – конденсатор; ОВ – охлаждающая вода; Н – насос; ЭК – экономайзер; ИС – испаритель; ПП – пароперегреватель; Q1 – подведенное тепло; Q2 – отведенное тепло
Рис. 8. 2. P-v-диаграмма цикла Ренкина
Рис. 8. 3. T-s-диаграмма цикла Ренкина
Рис. 8. 4. h-s-диаграмма цикла Ренкина
Цикл состоит из двух адиабат (1-2, 3-4) и двух изобар (4-5-6-1 (P=P1), 2-3 (P=P2)). В области влажного пара каждая изобара является одновременно и изотермой (5-6, 2-3); T1=Tн(P1), T2=Tн(P2).
Процессы цикла:
(1-2) – адиабатное расширение пара от P1 до P2;
dq=Tds=0; dh=vdP;
(2-3) – конденсация пара в конденсаторе;
P=P2; T2=Tн(P2); dh=dq=T2 ds;
(3-4) – адиабатное сжатие жидкости в насосе от P2 до P1;
dq=Tds=0; dh=vdP;
(4-5) – подогрев до Tн(P1);
Х5=0; P=P1; dh=dq=T ds; T4£ T£ Tн(P1);
(5-6) – подогрев от X5=0 до X6=1;
P=P1; T1=Tн(P1); dh=dq=T1 ds;
(6-1) – подогрев от X6=1 до X1> 1;
P=P1; T> T1; dh=dq=T ds.
Параметры состояния рабочего тела определяются в точке 4 по таблицам для жидкости в недогретом состоянии (P=P1); в точке 1 по таблицам для пара в перегретом состоянии (P=P1); в точках 3, 5, 6 по таблицам для вещества на линии насыщения; в точке 2 по зависимостям для влажного насыщенного пара (P=P2, T=Tн(P2)). Компактно вся эта информация содержится на h-s-диаграммах.
|
|
|
Термический к. п. д. цикла Ренкина
За цикл рабочее тело передает внешней среде в форме работы энергию L1. В свою очередь, внешняя среда передает, а рабочее тело получает в форме работы энергию L2. Разность DL= L1– L2 называется полезной работой цикла. На рисунке 8. 2 это площадь, ограниченная кривой цикла 1 – 6.
С другой стороны, за цикл к рабочему телу подводится от внешней среды в тепловой форме энергия Q1 и отводится Q2 (участки 4–5–6–1 и 2–3 соответственно на рис. 8. 1 – 8. 4).
Термический к. п. д. цикла представляет собой отношение полезной работы к подведенной теплоте:
hт=( L1– L2)/Q1.
В общем случае (первый закон термодинамики) du=dq–dl. Поскольку внутренняя энергия – функция состояния, то du – это полный дифференциал, и за цикл
.
Следовательно, за цикл DQ=Q1–Q2=DL= L1– L2 и
hт=( Q1– Q2)/Q1.
Ограничиваясь только работой расширения dL=Pdv, получаем du=dq–Pdv, dh=dq+vdP (h=u+Pv; dq=Tds).
Замечательной особенностью цикла Ренкина является то, что подвод и отвод тепла идет на изобарах, где dP=0. В этом случае dq=dh и, т. к. h – функция состояния, q1=h1–h4, a q2=h2–h3 (рис. 8. 4). Таким образом, термический к. п. д. цикла Ренкина
.
Иногда, пренебрегая потерями энергии на насосе, полагают h4–h3@0, тогда
.
Цикл Ренкина с промежуточным перегревом пара
Принципиальная схема установки, реализующей этот цикл, и соответствующая этой схеме h-s-диаграмма представлены на рис. 8. 5, 8. 6.
В этой схеме паровая турбина конструктивно разделена на две ступени: ПТ1 (контур «высокого давления») и ПТ2 (контур «низкого давления»).
Отработавший адиабатно на лопатках первой ступени влажный пар (состояние в точке 7: X< 1; P2< P*< P1) поступает на промежуточный пароперегреватель ПП1. При том же давлении P* (изобарно) он переводится в перегретое состояние (точка 8) и поступает на лопатки второй ступени турбины ПТ2.
Рис. 8. 5. Принципиальная схема установки, реализующей цикл Ренкина с промежуточным перегревом пара
|
|
|
Рис. 8. 6. h-s-диаграмма цикла Ренкина с промежуточным
перегревом пара
Для этого цикла
q1=(h1–h4)+( h8–h7), q2=h2–h3
и
.
Если потерями энергии на насосе пренебречь, т. е. положить h4=h3, то
.
Замечание. При решении задач этого раздела используются обозначения рис. 8. 1, 8. 5 и соответствующих им диаграмм. Рабочее тело (вещество) – вода.
|
|
|
