Паросиловой цикл Ренкина схемы установки - изображение в Рv; Tv и is(hs) диаграммах

Цикл Ренкина - теоретический термодинамический цикл паровой машины, состоящий из четырех основный операций:

-4- увеличения давления жидкости до начального значения.

На рис. 1 представлена технологическая схема паросиловой установки для производства электроэнергии.

Пар большого давления и температуры подается в сопловые аппараты турбины, где происходит превращение потенциальной энергии пара в кинетическую энергию потока пара (скорость потока – сверхзвуковая). Кинетическая энергия сверхзвукового потока превращается на лопатках турбины в кинетическую энергию вращения колеса турбины и в работу производства электроэнергии.

На рис. 1 показана одна турбина, на самом деле турбина имеет несколько ступеней расширения пара.

После турбины пар направляется в конденсатор. Это обычный теплообменник, внутри труб проходит охлаждающая вода, снаружи – водяной пар, который конденсируется, вода становится жидкой.

Рис. 1. Принципиальная технологическая схема паросиловой установки.

Эта вода поступает в питательный насос, где происходит увеличение давления до номинальной (проектной) величины.

Далее вода с высоким давлением направляется в котельный агрегат (на рис. 1 он обведен штриховой линией). В этом агрегате вода сначала нагревается до температуры кипения от дымовых газов из топки котла, затем поступает в кипятильные трубы, где происходит фазовое превращение вплоть до состояния сухого насыщенного пара.

Наконец, сухой насыщенный пар идет в пароперегреватель, обогреваемый топочными дымовыми газами из топки. Состояние пара на выходе из пароперегревателя характеризуется точкой 1. Так замыкается цикл. Этот цикл паросиловой установки предложил немецкий инженер Ренкин, и потому его и назвали циклом Ренкина.

Рассмотрим цикл Ренкина на трех термодинамических диаграммах P v, T s, i – s(hs)

Рис. 2. Цикл Ренкина на термодинамических диаграммах

Цикл Ренкина на термодинамических диаграммах

Нумерация точек совпадает с нумерацией на рис. 1. Процесс 1 – 2 – расширение пара в соплах турбины; 2 – 3 – процесс конденсации пара; 3 – 4 – процесс в питательном насосе;4 – 5 – процесс нагрева воды и ее кипение; 5 – 1 – процесс перегрева пара. Заштрихованы те области диаграмм, площадь которых численно равна работе и теплоте за цикл, причем q_ц = w_ц.

Из технологической схемы на рис. 1 и диаграммы Т – s на рис. 2 следует, что теплота подводится к рабочему телу в процессах 4 – 5 – 1, у которых ds > 0. И эти процессы характеризуются инвариантом p₁ = const. Поэтому подводимая в цикле Ренкина теплота q_подв равна: q_подв = h₁ – h₄. Дж.

Теплота отводится от рабочего тела в процессе 2 – 3 (ds < 0) и этот процесс тоже p₂ = const. Поэтому q_отв = h₂ – h₃. Дж.

Разность между подведенной теплотой и отведенной представляет собой теплоту цикла q_ц, превращенную в работу A_ц

A_ц = q_ц = (h₁ – h₄) – (h₂ – h₃) = (h₁ – h₂) – (h₄ – h₃)

Разность энтальпии воды до питательного насоса (точка 3) и после (точка 4) ничтожно мала. В связи с этим A_ц = q_ц = h₁ – h₂.

Термический коэффициент полезного действия цикла Ренкина (а это отношение «пользы», т.е. A_ц, к «затратам», т.е q_подв) равен

Иллюстрация причины малого КПД цикла Ренкина по сравнению с циклом Карно. Потери работы – заштрихованная площадь. Нумерация точек совпадает с нумерацией на рис. 1 и 2.

Цикл Карно — идеальный термодинамический цикл. Тепловая машина Карно, работающая по этому циклу, обладает максимальным КПД из всех машин, у которых максимальная и минимальная температуры осуществляемого цикла совпадают соответственно с максимальной и минимальной температурами цикла Карно. Состоит из 2 адиабатических и 2 изотермических процессов.

Одним из важных свойств цикла Карно является его обратимость: он может быть проведён как в прямом, так и в обратном направлении, при этом энтропия адиабатический изолированной (без теплообмена с окружающей средой) системы не меняется.

Обратимый круговой процесс, в котором совершается превращение теплоты в работу (или работы в теплоту). К. ц. состоит из последовательно чередующихся двух изотермических и двух адиабатных процессов. Превращение теплоты в работу сопровождается переносом рабочим телом двигателя определённого количества теплоты от более нагретого тела (нагревателя) к менее нагретому (холодильнику).

2.2 Цикл Карно на диаграмме P- V (давление - объём), T и S (температура и энтропия)

δQ₁ — количество теплоты, получаемой рабочим телом от нагревателя,

δQ₂ — количество теплоты, отдаваемой им холодильнику. Площадь ABCD численно равна работе цикла Карно.

К. ц. осуществляется следующим образом: рабочее тело (например, пар в цилиндре под поршнем) при температуре T₁приводится в соприкосновение с нагревателем, имеющим постоянную температуру T₁, и изотермически получает от него количество теплоты δQ₁ при этом пар расширяется и совершает работу. Этот процесс изображен отрезком изотермы AB. Затем рабочее тело, расширяясь адиабатически по адиабате BC, охлаждается до температуры T₂. При этой температуре, сжимаясь изотермически CD, рабочее тело отдаёт количество теплоты δQ₂ холодильнику с температурой T₂.Завершается К. ц. адиабатным процессом DA, возвращающим рабочее тело в исходное термодинамическое состояние. При постоянной разности температур (T₁ — T₂) между нагревателем и холодильником рабочее тело совершает за один К. ц. работу

К. ц. обратим, и его можно осуществить в обратной последовательности (в направлении ADCBA. При этом количество теплоты δQ₂ отбирается у холодильника и вместе с затраченной работой δА превращенной в теплоту передаётся нагревателю. Тепловой двигатель работает в этом режиме как идеальная холодильная машина.

К. ц. имеет наивысший кпд η = δA/δQ₁ = (T₁ — T₂)/T₁

среди всех возможных циклов, осуществляемых в одном и том же температурном интервале (T₁ — T₂). В этом смысле кпд К. ц. служит мерой эффективности др. рабочих циклов.

Обратимый цикл Карно, осуществляется в интервале Т1 и Т2 изображается в координатах T и S (температура и энтропия) прямоугольникам 1234.

Изотермическое расширение (на рисунке — процесс 1→2). В начале процесса рабочее тело имеет температуру T₁, то есть температуру нагревателя. Затем тело приводится в контакт с нагревателем, который изотермически (при постоянной температуре) передаёт ему количество теплоты Q₁. При этом объём рабочего тела увеличивается.

Адиабатическое (изоэнтропическое) расширение (на рисунке — процесс 2→3). Рабочее тело отсоединяется от нагревателя и продолжает расширяться без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура уменьшается до температуры холодильника.

Изотермическое сжатие (на рисунке — процесс 3→4). Рабочее тело, имеющее к тому времени температуру T₂приводится в контакт с холодильником и начинает изотермически сжиматься, отдавая холодильнику количество теплоты Q₂.

Адиабатическое (изоэнтропическое) сжатие (на рисунке — процесс 4→1). Рабочее тело отсоединяется от холодильника и сжимается без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура увеличивается до температуры нагревателя.

При изотермических процессах температура остаётся постоянной, при адиабатических отсутствует теплообмен, а значит, сохраняется энтропия.

Поэтому цикл Карно удобно представить в координатах T и S (температура и энтропия). Количество теплоты, полученное рабочим телом от нагревателя при изотермическом расширении, равно.

Аналогично, при изотермическом сжатии рабочее тело отдало холодильнику

Отсюда коэффициент полезного действия тепловой машины Карно

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: