Термодинамический анализ обратимого цикла Ренкина.

Если пренебречь ничтожным повышением температуры при адиабатном сжатии воды в насосе, что h₃ = h_4.

Термический КПД цикла Ренкина определяется значениями энтальпий пара до турбины h₁ и после нее h₂ и энтальпией h₃ кипящей воды при температуре Т₂.

В свою очередь, эти значения определяются тремя параметрами цикла Ренкина: давлением Р₁, температурой перегретого пара Т₁ и давлением за турбиной Р₂, т.е. в конденсаторе. Из TS-диаграммы непосредственно видно, что перегрев пара увеличивает среднюю температуру подвода теплоты в цикле. При этом температура отвода теплоты не меняется.

Увеличение термического КПД цикла Ренкина с увеличением температуры, описывается таблицей:

Рассмотрим, как влияет давление перегретого пара на термический КПД:

Из hS-диаграмме непосредственно следует, что с увеличением давления пара перед турбиной при неизменных Т₁ и Р₂ полезная работа цикла возрастает.

Одновременно количество подведенной теплоты q₁ несколько уменьшается за счет уменьшения энтальпии перегретого пара h₁.

Вывод: чем выше давление Р₁, тем выше h_t реального цикла Ренкина. Из hS-диаграммы также видно, что большему давлению перед турбиной соответствует и более высокая влажность выходящего из него пара.

При Р₁=Р₁^/ из турбины выходит перегретый пар.

При Р₁=Р₁^// – слегка влажный пар.

При Р₁=Р₁^/// – степень сухости пара существенно меньше 1.

Появление капелек воды в паре увеличивает потери от его трения в проточной части турбины. Одновременно с повышением давления пара за котлом необходимо повышать и температуру его перегрева, чтобы поддерживать влажность выходящего пара в заданных пределах. На практике для этого частично расширившийся в турбине пар возвращают в котел и перегревают, осуществляя так называемый вторичный перегрев пара.

Одновременно это повышает и термический КПД.

Повышение параметров пара определяется уровнем развития науки и техники. Применяемый перегрев 535°С стал возможен благодаря специальных марок стали из которых перенагреватель и паровая турбина. Переход на более высокие параметры (580-650°С) требует применения еще более дорогостоящих высоколегиованных сталей. При уменьшении давления Р₂ пара за турбиной, тем выше термический КПД цикла. Давление пара за турбиной равно давлению в конденсаторе и в основном определяется температурой охлаждающей воды. Если эта температура составляет 10-15°С, то из конденсатора она составляет 20-25°С. Пар должен конденсироваться только в том случае , если отвод выделяющейся теплоты, а для этого необходимо, чтобы температура пара в конденсаторе была бы, хотя бы, на 5-10°С больше температуры охлаждающей воды. Температура насыщения пара в конденсаторе 25-35°С, а абсолютное давление этого пара Р₂=3¸5 кПа. Повышение термического КПД цикла за счет снижения Р₂ практически невозможно из-за отсутствия естественных охладителей с более низкой температурой.