Циклы Карно и Ренкина на насыщенном паре

Рис. 1.25. Циклы Карно и Ренкина на насыщенном паре

Цикл Карно на насыщенном паре можно было бы осуществить следующим образом. Теплота от горячего источника подводится при постоянной температуре Т₁ по линии 5-1. В результате вода с параметрами точки 5 превращается в сухой насыщенный пар с параметрами точки 1. Пар адиабатно расширяется в турбине до температуры Т₂, совершая техническую работу l_тех. При этом превращается во влажный пар с параметрами точки 2. Этот пар поступает в конденсатор, где отдает теплоту холодному источнику. Степень сухости при этом уменьшается от х₂ до х₂^I. Влажный пар с параметрами точки 2^I сжимается в компрессоре по линии 2^I-5, превращаясь в воду с температурой кипения. На практике этот цикл не осуществляется, так как на привод компрессора затрачивалась бы большая часть мощности вырабатываемой турбиной.

Цикл Ренкина на насыщенном паре реализуется следующим образом. Пар конденсируют до конца по линии 2-3. Затем насосом увеличивают давление воды от р₂ до р₁ по линии 3-4. Поскольку вода не сжимаема, точки 3 и 4 почти совпадают, и затрачиваемая на привод насоса мощность оказывается ничтожной по сравнению с мощностью турбины (несколько процентов). Соответственно полезная мощность турбины будет значительно больше, чем в предыдущем цикле.

Рис. 1.26. Схема паротурбинной установки:

ПК - паровой котел; Т – паровая турбина; ЭГ – электрогенератор;К – конденсатор; Н – насос.

Теплота в этом цикле подводится по линии 4-5-1 в паровом котле ПК. Далее пар поступает в турбину Т и расширяется там по линии 1-2 до давления р₂. Расширяясь пар, совершает техническую работу l_тех. Она передается на электрический генератор ЭГ или другую машину, которую вращает турбина. Отработавший в турбине пар поступает в конденсатор К, где конденсируется по линии 2-3, отдавая теплоту конденсации охлаждающей воде.

Термический КПД цикла Ренкина меньше чем КПД цикла Карно при тех же температурах Т₁ и Т₂, поскольку средняя температура подвода теплоты уменьшается при неизменной температуре отвода. Однако реальный цикл (с учетом неравновесности сжатия в компрессоре в цикле Карно) оказывается экономичнее.