Влияние основных параметров пара на термический К.П.Д. цикла Ренкина

Термический К.П.Д. цикла Ренкина по уравнению (13.5) определяется значениями энтальпии i₁, i₂ и ,которые в свою очередь зависят от давления р₁ и температуры пара, поступающего в турбину и его давления р₂ в конце адиабатного расширения.

Рассмотрим влияние каждого из параметров– р_1, t₁ и р₂ на термический К.П.Д. В i-s–диаграмме (рисунок 13.6) показаны адиабатные процессы расширения при повышающемся начальном давлении пара p₁ и постоянных значениях t₁ и р₂.

Как видно из диаграммы, в этом случае происходит увеличение работы цикла l_ц (l_ц¹ > l_ц¹¹ > l_ц¹¹¹) и уменьшение начальной энтальпии параi₁. В соответствии с уравнением (13.5) термический К.П.Д. увеличивается.

С повышением начального давления одновременно увеличивается конечная влажность пара (х¹¹¹ < х¹¹ < х¹), что вызывает эрозийный износ лопаток последних ступеней турбины и может привести к аварии. Допустимая конечная влажность пара не может быть больше 10-12%.

При повышении начальной температурыt₁ и постоянных давлениях р₁ и р₂ увеличиваются энтальпия пара i₁ и работа цикла l_ц, которые оказывают противоположное влияние на (рисунок 13.7). Расчеты показали, что работа l_ц растет более интенсивно, чем энтальпия i₁ и поэтому термический К.П.Д. повышается.

Из i-s–диаграммы (рисунок 13.7) видно, что с повышением начальной температуры t₁ происходит увеличение конечной степени сухости пара, в связи с чем уменьшаются внутренние потери в турбине и обеспечиваются более надежные условия ее работы.

Термический К.П.Д. цикла повышается более интенсивно, если с повышением начального давления пара p₁ увеличивается и его температура t₁, причем влажность пара в конце адиабатного расширения остается в допустимых пределах. Вышеизложенное объясняет, почему развитие паротурбинных установок (ПТУ) сопровождалось одновременным повышением и давления, и температуры перегретого пара.

Повышение начальных параметров пара p₁ и t₁ требует применения качественных металлов для изготовления различных элементов парогенератора и турбины, которые соприкасаются с паром высоких параметров и способны длительное время работать без заметного изменения своих свойств.

Понижение конечного давления пара р₂ при постоянных p₁ и t₁ увеличивает работу цикла l_ц при неизменной энтальпии пара i₁, и термический К.П.Д. повышается. Однако получение глубокого вакуума в конденсаторе по существу ограничивается температурой охлаждающей воды, которая в свою очередь определяется районом расположения станции и временем года. Обычно в конденсаторе поддерживается давление около 0,005—0,0035 МПа, которому соответствует температура насыщения 33—27°С, поэтому для обеспечения конденсации пара температура охлаждающей воды должна быть на 10—15°С ниже температуры насыщения. Таким образом, охлаждающая вода должна иметь температуру около 15—20°С, что не везде и не всегда возможно, даже при использовании воды из естественных водоемов. Следовательно, давления в конденсаторе 0,005—0,0035 МПа нужно считать предельными. При высоких начальных параметрах пара и глубоком вакууме термический К.П.Д. цикла Ренкина не превышает 45—47%.