§ П. ЦИКЛ РЕНКИНА
Цикл Ренкина может быть осуществлен в паросиловой установке, изображенной на рис. 102, с заменой пароводяного компрессора водяным насосом. Такая замена устраняет отмеченный выше недостаток цикла Карно — наличие пароводяного компрессора.
Рассмотрим протекание этого цикла в осях v? для 1 кг насыщенного пара (рис. 105). Начнем с того момента, когда сухой пар поступает из парового котла в цилиндр паровой машины (точка 1).
Линия 1-2 изображает адиабатное" расширение пара в цилиндре паровой машины до давления Р„ равного давлению в холодильнике. В конце этого расширения пар становится влажным. Обозначим удельный объем его через Уу Понятно, что этот объем должен быть равен объему цилиндра паровой машины при крайнем правом положении поршня. Линия 2-3 изображает процесс конденсации мятого пара, поступающего в холодильник из паровой машины. В отличие от цикла
Рис. 105. гР-диаграмма цикла Ренкина
Карно в цикле Ренкина конденсация производится до полного превращения пара в воду. Этот процесс происходит,, очевидно, при постоянной температуре, равной температуре насыщения пара при давлении?,. Конечная точка этого процесса—точка 3— должна лежать на кривой жидкости, так как пар целиком переходит в иоду. Вода, образовавшаяся в результате конденсации пара, отсасывается из холодильника водяным насосом при ходе его поршенька вправо. В конце этого хода цилиндр насоса должен вместить весь конденсат в количестве 1 кг, поэтому полный объем цилиндра водяного насоса должен равняться v'. При обратном ходе поршенька водяного насоса пода нагнетается в паровой котел. Вода практически считается несжимаемой, поэтому процесс сжатия изобразится на диаграмме отрезком прямой 3-4, параллельной оси ординат.
В точке 4 температура воды будет такой же, как" в начале нагнетания, т. е. равной ^.,, так как сжатие должно быть изотермическим. В паровом котле происходит процесс нагревания жидкости при постоянном давлении Р^, причем участок 4-5 относится к процессу подогрева воды от температуры ^,„ до ^,, соответствующей давлению рг Таким образом, процесс 4-5 является изобарным. Дальнейший же процесс нагревания, изображаемый линией 5-1, является так же, как и в цикле Карно, процессом превращения воды, уже нагретой до температуры г^, в сухой пар. Следовательно, линия
5-1 является одновременно изобарой и изотермой.
1 ак как удельный ооъем воды v' приблизительно равен
0,001 м^кг, то при построении •о^-диаграммы цикла Ренкина с соблюдением масштаба линия 3-4 проходит настолько близко к оси ординат, что почти сливается с ней. Поэтому цикл Ренкина изображают обычно так, как это показано на рис. 106, на котором точки 3 и 4 нанесены непосредственно на оси ординат.
Рис. 106. Обычный способ изображения цикла Ренкина
в осях v?
Для цикла. Ренкина отношение объема цилиндра водяного насоса к объему цилиндра паровой машины, как это видно на рис. 105, равно
Установим численное значение этого отношения для какого-нибудь частного случая, например, когда давления взяты
/?1= 12 ата, а /?г==0,1 ата.
Имеем
-о'=0,001 м^кг.
Объем ^ найдем, пользуясь ^-диаграммой. Находим на ней начальную точку процесса для сухого пара при у»; ==12 ата и, опустив из нее вертикаль до пересечения с изобарой ^=0,1 ата, видим, что степень сухости в конце адиабатного расширения
х ==0,784. По табл. III для р^=0,1 ата •г^'== 14,95 м^/кг.
Следовательно,
^=.с<= 0,784Х14,95= 11,72 м^кг.
При этом т. е. объем водяного насоса оказывается в 11 720 раз меньше объема цилиндра паровой машины.Вследствие весьма незначительных размеров водяного насоса вся паросиловая установка получается компактнее и легче, чем для цикла Карно. При столь малых размерах водяного насоса и мощность, затрачиваемая на его работу, получится, конечно, очень небольшой. Для цикла же Карно мощность, затрачиваемая на работу; пароводяного компрессора, как это отмечалось, составляет около '/з.)мощности самой паровой машины. Рассмотренные выше соображения заставляют принимать за идеальный цикл паросиловых установок цикл Ренкина, хотя Т с точки зрения использования теплоты этот цикл менее экономичен, чем цикл Карно.
ПироСои. наглел
Сравним эти два цикла по величине полезной работы, совершаемой 1 кг пара (см. рис. 105). Если на нем провести адиабату 3'-4, то получим диаграмму ]-2-3'-4 цикла Карно. Как видим, при одинаковом перепаде давлений, а следовательно, и температур, площадь диаграммы цикКола3и.л/1ни.н
Рис. 107. Совмещение зТ- диаграмм циклов Кар-
но и Ренкина, протекающих при одинаковых пе-
репадах температур ла Ренкина 1-2-3-4 боль-
ше. площади цикла Карно. Но площадь диаграммы любого цикла в осях г»Р представляет в масштабе работу за цикл. Поэтому 1 кг пара, работая по циклу
Ренкина, дает больше полезной работы, чем по циклу Карно.
Однако из этого нельзя сделать заключения, что цикл Ренкина экономичнее цикла Карно, так как расход теплоты на получение пара в этих циклах неодинаков. Чтобы убедиться в этом, сравним два указанных цикла в осях зТ, также при одинаковых перепадах давлений и температур. На рис. 107 диаграмма цикла Карно изображена в виде прямоугольника 1-2-3-4. Линия 4-1 является изотермой, по которой подводится теплота в процессе парообразования при температуре ^ в паровом котле, а линия 2-3— изотермой, по которой теплота отдается паром в холодильник в процессе конденсации при температуре ^^. Линии 1-2 и 3-4 являются адиабатами: первая—
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
