Паровые турбины. Газотурбинные установки. Двигатели внутреннего сгорания, страница 11

На рис 1. 5 при помощи условных обозначений нанесена так называемая тепловая схема паросиловой установки. Конденсат при температуре t_k поступает в насос 5 и им накачивается в паровой котел 1, где этот конденсат сначала нагревается до температуры кипения t_н соответствующей давлению в котле, затем превращается в сухой насыщенный (а практически в несколько влажный) пар. Из барабана котла пар попадает в пароперегреватель 2, где перегревается до заданной температуры   перегрева t₁ и при той температуре по трубопроводу подается в паровую турбину «3; в ней пар расширяется до низкого давления. Часть тепла пара при этом преобразуется в турбине в механическую работу. Из паровой турбины пар, потерявший часть тепла, сообщенного ему в паровом котле и пароперегревателе (эквивалентную полученной при этом механической работе), поступает в конденсатор, где в результате его охлаждения холодной водой конденсируется и отдает охлаждающей воде значительную часть тепла, которым он обладал при выходе из турбины. Далее процессы, образующие рассмотренный выше цикл Ренкина, повторяются в той же последовательности. В рассмотренной установке источником тепла является горящее в топке парового котла топливо; выделяющееся при этом тепло передается продуктам сгорания и от них через поверхность нагрева рабочему телу (воде, пару). Холодным источником – холодильником является охлаждающая вода, которой в конденсаторе передается значительная доля тепла теплоносителя.

Термический КПД этого цикла

                                                     ,            (1.13)

где q₁ – количество тепла, сообщенного 1 кг рабочего тела высокотемпературным источником тепла; q₂ – количество тепла, переданное холодильнику.

Отрезки 2 – 3, 3 – 4, 4 – 5 будут соответственно отображать процессы нагрева воды в котле от температуры t_к до t_н, парообразования и перегрева пара – от t_н до t₁. Перегретый пар в состоянии точки 5 поступает в паровую турбину и расширяясь в ней адиабатно до Р₂ (процесс 5 – 6), превращается во влажный пар (точка 6 ниже верхней пограничной кривой х = 1). Пар в состоянии точки 6 поступает в конденсатор и конденсируется при Р = const пока не превратится в конденсат полностью (процесс 6 – 1).

Полная работа расширения пара выражается площадью 2 – 5 – 6 – 6^' – 1^' – 2; работа, соответствующая конденсации пара площадью 6 –1 – 1^' – 6^' – 6, и имеет отрицательный знак.

Работа цикла выражается площадью 2 – 5 – 6 – 1 – 2.

Пусть в точке 1 в системе T-s соответствует точка 1 на диаграмме p-v. Эта точка лежит на нижней пограничной кривой и ввиду низкого давления конденсата температура ее должна ненамного превышать 0ºС.

Процесс в насосе изохорный. Но можно считать, что этот процесс будет происходить без теплообмена из–за невысокой температуры конденсата.

Тогда процесс сжатия воды в насосе (в p-v) будет 1– 2, а в системе T-s – совмещенными точками 1 и 2.

Линии 1 – 3 – логарифмическая, 3 – 4 – прямая, 4 – 5 – логарифмическая и отображают процессы нагрева конденсата, парообразования и нагрева пара.

Площади 1 – 3 – 2^' – 1^' – 1, 3 – 4 – 4^' – 2^' – 3 и 4 – 5 – 6^' – 4^' – 4 выражают количество тепла, подведенного в процессе парообразования (площадь 3 – 4 – 4^' – 2^' – 3 соответствует теплоте парообразования) и в процессе перегрева сухого насыщенного пара от t_н до t_1.

Прямая 5 – 6 вертикальная – адиабатный процесс расширения пара в идеальной турбине. Процесс конденсации пара – это изобара 6 – 1.

Количество тепла q₂ выражается площадью 6 – 1 – 1^' – 6^' – 6.

Таким образом полезно используемое тепло, равное q₁ – q₂ выражается площадью 1 – 3 – 4 – 5 – 6 – 1.

Термический КПД для идеального цикла.