Начальные параметры и промежуточный перегрев пара, страница 4

Рис. 4.3. Зависимость удельной теплоемкости воды и водяного пара от температуры при различных давлениях

С повышением температуры сверх критической удельная теплоемкость уже не достигает бесконечно большого значения, однако каждому сверхкритическому давлению отвечает сверхкритическая температура, при которой удельная теплоёмкость c_p достигает максимального значения. При давлениях, близких к критическому, наблюдается быстрый рост теплоемкости до максимума и затем такой же быстрый спад. По мере повышения давления максимум теплоемкости c_p относительно уменьшается и выражается все менее явно; при очень высоких давлениях р₀ кривые c_p приобретают более пологий характер (рис. 4.3).

Точки максимума удельной теплоемкости c_p естественно принять за точки условного фазового перехода в сверхкритической области воды и водяного пара. Эти точки характеризуются следующими численными значениями температур T_ф и давлений p пара:

pф, МПа . . . . . . . . . . . . .	30,0	40,0	50,0	60,0	70,0	80,0
Тф, К . . . . . . . . . . . . . . . .	680	705	730	750	765	780
cp, кДж(кг×К) . . . . . . . . .	26,0	13,2	9,6	7,9	6,9	6,3

На рис. 4.2 проведем линию p_ф = f(t_ф), характеризующую связь температур и давлений воды и водяного пара, отвечающую максимальным значениям теплоемкости c_p, т.е. условному фазовому переходу вещества. Эту линию можно принять за геометрическое место начальных точек изобар КПД h_t в сверхкритической области параметров водяного пара.

Как видно из ранее изложенного, практически важно выяснить зависимость КПД цикла и турбоустановки от начального давления пара при заданной его начальной температуре.

Рис. 4.4. Зависимость термического КПД идеального цикла водяного пара от начального давления р₀ при различных начальных температурах t₀

Исходной кривой зависимости  является рассмотренная выше (см. рис. 4.2) кривая зависимости  сухого насыщенного пара, так как одновременно эта кривая определяет зависимость . Нужно иметь в виду, что вдоль этой кривой изменяются значения как , так и связанные с ними значения р₀. Так как перегрев пара повышает КПД цикла, то все изотермы  с температурами выше критической (t_кр » 374°C) располагаются выше кривой КПД сухого насыщенного пара (рис. 4.4). Подобно кривой КПД сухого насыщенного пара изотермы КПД перегретого пара также имеют максимум, сдвигающийся последовательно в сторону более высоких давлений с повышением начальной температуры. С повышением начальной температуры кривая КПД в области максимума становится все более пологой, и при очень высокой начальной температуре пара максимум КПД в рассматриваемом интервале начальных давлений уже не наблюдается, сдвигаясь в область еще более высоких начальных давлений пара.

Рис. 4.5. Зависимости внутреннего относительного КПД отсеков турбины от объемного пропуска пара при различных отношениях давлений пара перед и после частей высокого (а) и среднего (б) давлений и числах выхлопов ЧНД (в) турбины (I — четыре или восемь выхлопов; II — три или шесть выхлопов) без учета влажности пара

Вид кривых на рис. 4.4 подтверждает положение об энергетической эффективности одновременного повышения обоих начальных параметров — температуры и давления пара.

Кривые КПД цикла h_t дают только первое приближение при определении оптимального значения начального давления пара р₀ при постоянной начальной температуре t₀. Следующим шагом должен быть учет энергетических потерь турбины, что достигается посредством введения внутреннего относительного КПД турбины h_oi. С учетом этой величины внутренний абсолютный КПД турбоустановки

Значение h_oi существенно зависит от начальных параметров пара.

С повышением температуры, с уменьшением плотности пара и ростом его удельного объема уменьшаются потери трения, увеличиваются высоты лопаток, уменьшаются относительные потери из-за протечек пара через зазоры турбинной ступени, снижается конечная влажность пара. В связи с этим при повышении начальной температуры значение h_oi возрастает.