Запрошуємо розробників корисного устаткування до співпраці

Паровий цикл Карно

Відомо, що при однакових температурах Ттах і Tmln найбільший термічний ККД мають цикли Карно. Тому природно прагнення створити й парові установки, що працюють по цьому циклі, тому що ККД циклу Карно не залежить від роду працюючого агента.

Фазове перетворення робочої речовини є характерною рисою циклу паросилових установок.

На відміну від двигунів внутрішнього згоряння в паросиловій установці продукти згоряння палива безпосередньо не беруть участь у робочому циклі. Продукти згоряння є лише джерелом теплоти (тепловіддатчиком). Якщо робочою речовиною є насичена пара, технічно можна здійснити цикл Карно. Дійсно, основна перешкода для здійснення циклу Карно, коли робочим тілом

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К. т.н., доц. Є. О. Баганов

є газ, полягає в тому, що ізотермічні підведення й відвід теплоти в цьому циклі повинні супроводжуватися відповідно здійсненням або споживанням корисної роботи, що в технічному відношенні досить складно.

Ці труднощі відпадають, якщо робочим тілом є волога пара. У цьому випадку ізобаричний процес, як відомо, є й ізотермічним. Сталість температури в ізобаричному процесі підведення або відводу теплоти забезпечується випаром або конденсацією частини робочої речовини; при цьому ніякої роботи, крім роботи проштовхування робочого тіла, не витрачається. Таким чином, у паровому циклі процеси підведення й відводу теплоти можуть бути відділені від процесу одержання корисної роботи, що має значні практичні переваги, особливо при значній потужності установки.

Цикл Карно для насиченої пари показаний на рис. 5. Підготовка пари здійснюється в паровому котлі (випаровування киплячої води) при постійних температурі й тиску (4-1), потім відбувається адіабатне розширення пари в паровій машині (1-2). пара, що відпрацювала в машині, частково конденсується в конденсаторі при постійних температурі й тиску (2-3). Процес 3-4 адіабатного стиску пари здійснюється спеціальним насосом.

Паровий цикл Карно

V з

Рис. 5 Цикл Ренкіна

Ідеальним, або зразковим, циклом паросилової установки є цикл Ренкіна. Теплова схема такого циклу показана на рис. 6.

Паровий цикл Карно

7~И

Паровий цикл Карно

Паровий цикл Карно

^ п. н

Рис. 6

з

г

У котельному агрегаті К теплота, виділювана при згорянні палива в топці, передається робочому тілу - воді, що перетворюється в пару заданих параметрів. З котельного агрегату пар надходить у парову турбіну Т (або в парову поршневу машину), де відбувається перетворення частини підведеної в котельному агрегаті теплоти в роботу пари, що відпрацювала в турбіні, надходить у конденсатор Конд., де віддає неперетворену в роботу теплоту холодній воді. Пара конденсується, і конденсат за допомогою живильного насоса Ж. Н. спрямовується назад у котельний агрегат.

Джерелом теплоти високої температури - тепловіддатчиком - є газоподібні продукти згоряння палива. Джерелом теплоти низької температури - теплоприймачем - природна охолоджувальна вода, що циркулює по трубках конденсатора.

На рис. 7 (а, б, в), pv, Ts і is зображений цикл Ренкина 1-2-3-4.

Паровий цикл Карно

V Т

І 5

S

Рис. 7 (а, б, в)

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К. т.н., доц. Є. О. Баганов

У котельному агрегаті при тиску рl відбувається ізобарний підігрів, води від температури t4, до tsl (ділянка 4-а'), потім ізобарно-ізотермічний процес паротворення (ділянка а'-а") і, нарешті, ізобарний перегрів до температури tl (ділянка а"-1). У підсумку з котельного агрегату виходить пару з тиском рі температурою tl і питомої ентальпією il.

Далі в турбіні відбувається адіабатне розширення пари 1-2 до тиску p2. Після розширення питома ентальпія пари дорівнює i2. Потім, починається ізобарний процес 2-3 конденсації пари (в області вологої пари — ізобарно - ізотермічний), у результаті якого виходить вода при температурі ts2 з питомої ентальпією i3 = i'2. Далі в живильному насосі тиск конденсату підвищується до тиску рі (процес 4-3) і конденсат спрямовується в котельний агрегат.

Термодинамічні стани 1, 2, 3, 4 відповідають стану робочого тіла в сполучних трубках, позначених тими ж цифрами на рис. 6.

Питома технічна робота, що віддається турбіною 1Т, дорівнює il - i2, і зображується в координатах pv площею al2b. Питома робота, затрачувана на живильний насос, ln =i4 - i3 досить точно зображується прямокутником b34a=v'2(pl - р2). Одержувана за цикл робота l =lT - lH = (il - i2) - (i4 - i3) або

I = (i1 - i4 )-(i2 - i3 )

Різниця питомих ентальпій (il - i4) являє собою питома кількість теплоти ql ізобарно підведеної до робочого тіла в котельному агрегаті (у процесах підігріву рідини, паротворення й перегріву), а різниця (i2 - i3) дорівнює теплоті q2, відведеної в конденсаторі в ізобарно-ізотермічному процесі конденсації.

Приймаючи, що ізобари рідини збігаються з нижньою прикордонною кривою, можна, не виходити за межі необхідної точності, знехтувати площею 34а' на діаграмі Ts.

Тоді

14 = ts 2; i3 = i4 I = lT = Zj - i2; lH = 0

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К. т.н., доц. Є. О. Баганов

При цих умовах цикл Ренкіна буде зображуватися на діаграмах pv і Ts, як це показано на рис. 8 а, б.

Паровий цикл Карно

Рис. 8, а, б.

На діаграмі pv зазначені допущення виразяться в тому, що лінія 3-4 зіллється з віссю ординат, тобто пл. а12Ь виявиться рівною пл. 4123 (рис. 8, а, рис 7, а).

У дійсності лінія 3-4 відстоїть від осі на відстані, обумовленій значенням v'o, тому що не можна представити термодинамічний процес при питомому об'ємі робочого тіла, рівному нулю.

Термічний ККД циклу Ренкина

п - і / а =(іі - '2)

п - Іц ' а1 - (. .4

(1 - 'з)

Питома робота іц у діаграмі Ts зображується площею циклу 4а'а"123, а різниця питомих ентальпій (іі - і3) — площею з4а'а”М (мал. 10.21, б). Найбільше зручно для визначення іц і Пі користуватися діаграмою is.

(8)

(T - T2)

а -

(4 - T2 )

Вплив початкових і кінцевих параметрів пари на термічний ККД

циклу Ренкіна

Для одержання високих значень термічного ККД циклу Ренкина

необхідно підвищувати початкові параметри рі і tj і зменшувати протитиск

р2. Однак при виборі параметрів для паросилової установки поряд із

153

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К. т.н., доц. Є. О. Баганов

прагненням до підвищення nt варто врахувати й інші фактори. Так, підвищення початкового тиску у зв'язку зі зменшенням питомого об'єму пари сприятливо позначається на габаритних розмірах установок і діаметрах паропроводів, тому у великих стаціонарних установках тиск пари доводять до 30 МПа (і вище). Підвищення початкової температури обмежено здатністю металу пароперегрівника тривалий час витримувати високі температури. У цей час температура 11 доходить до 600° С.

Зниження протитиску р2, тобто створення високого розрідження в конденсаторі, пов'язане з великою витратою охолодної води. Також при малих значеннях р2 різко зростає питомий об'єм пари й у зв'язку із цим зростають розміри конденсатора й трубопроводів пари, що відпрацювала.

Сказаного досить, щоб дійти висновку, що вибір параметрів пари для паросилової установки повинен провадитися з урахуванням всіх факторів, що визначають економічність роботи установки й технологічність її виготовлення. Звичайно, немаловажну роль при виборі параметрів пари буде мати, і термічний ККД циклу.

Узагальнений цикл Карно відрізняється від циклу Карно тим, що

Регенеративний цикл паросилової установки

Паровий цикл Карно

Рис. 9

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К. т.н., доц. Є. О. Баганов

оборотні адіабати заміняються будь-якими оборотними еквідистантними процесами. Тому якщо в циклі Ренкіна з насиченою парою (рис. 9) замінити адіабатне розширення пари а"-2 оборотним політропним розширенням а"-4 і підібрати політропу так, щоб вона була еквідистантна нижній пограничній кривій, то так організований цикл буде мати термічний ККД, рівний цс - ККД ідеального циклу Карно.

Для цього необхідно безупинно відводити теплоту в процесі політропного розширення (рівну площі а4а”Ь) і затрачати її на підігрів води на ділянці 3-а' прикордонні криві рідини.

Зрозуміло, що практично такий цикл через необхідність мати нескінченно велику кількість регенераторів нездійсненний, але наблизитися до нього в деякій мері цілком можливо. Для цього застосовують східчастий підігрів води.

Цикл паросилової установки, у якому застосований підігрів води, що використовує теплоту конденсації пари, що відбирається з турбіни, називається регенеративним.

У результаті регенеративного процесу витрата теплоти ззовні на підігрів води в котельному агрегаті буде менше. Економія у витраті теплоти буде дорівнює. Одночасно з економією теплоти зменшується робота, чинена пором у турбіні, тому що не вся пара розширюється до заданого протитиску р2.

Однак відносна ентальпія в теплоті, що підводиться, буде більше, ніж програш у роботі, і завдяки цьому термічний ККД циклу підвищиться.

Паровий цикл Карно

s

011К

Паровий цикл Карно

Рис. 10

На рис. 10 у координатах Ts умовно показаний регенеративний цикл (прийнято, що ізобари води зливаються з нижньої пограничної кривою). Горизонтальні відрізки аі = а; bl = b; с і = с відповідають трьом відборам пари. Відрізок підбирається з розрахунку, щоб площа b0a1aa0 рівнялася площі b’ob’a’a’o. Перша із зазначених площ дорівнює кількості теплоти, відведеної при тиску ра у першому підігрівнику, а друга площа дорівнює теплоті, підведеної до живильної води в тому ж першому підігрівнику. Таким самим чином підбираються розміри відрізків bl - b і з і-с, а саме з розрахунку площ.

При збільшенні нескінченно числа відборів східчаста лінія перетвориться в плавну криву (рис. 9). У цьому випадку црег = цс (для сухого насиченої пари).

Додати коментар

Реквізити Майстерні своєї справи

Адреса і телефони:

Україна, Кіровоградська обл., м. Олександрія, вул. Куколівське шосе 5/1А,
тел./факс +38 (05235) 7 41 13,
+380 (68) 408 39 56 — будівельне обладнання, шлакоблочні вібропреси
+380 (50) 984 5 684 — будівельне обладнання, шлакоблочні вібропреси
+380 (67) 561 22 71 — решта обладнання
ICQ: 491675177
e-mail: msd@inbox.ru

WordPress Video Lightbox