Термодинамический анализ реального цикла Ренкина.

В реальном цикле существуют необратимые потери энергии, связанные в основном с потерями на трение при течении пара в проточной части турбины. В следствие этого уменьшается располагаемый перепад энтальпий h₁–h₂ до h₁–h_{2 действит.}, а это приводит и к уменьшению полезной работы.

Необратимые потери кинетической энергии из-за трения в проточной части турбины учитываются внутренним относительным КПД турбины.

Внутренний абсолютный КПД цикла, который равен отношению действительного перепада энтальпии ко всей теплоты подведенной в цикле:

Для увеличения термического КПД цикла Ренкина необходимо увеличивать температуру пара и уменьшать температуру охлажденной воды в конденсаторе.

Цикл Карно насыщенного водяного пара.

Этот цикл можно в принципе осуществить следующим образом: теплота от горячего источника должна подводить при некоторой постоянной температуре Т₁.

В результате вода т. 1 превращается в сухой насыщенный пар т.2.

В соответствии с циклом Карно затем сухой насыщенный пар должен адиабатно расширяться до температуре Т₂.

Процесс 2–3 можно осуществить в паровой турбине, совершая техническую работу l_т при этом сухой насыщенный пар т.2 превращается во влажный насыщенный.

Затем в соответствии с циклом с циклом Карно должен иметь место изотермический процесс 3– 4. Этот процесс возможно осуществить в конденсаторе турбины, где влажный насыщенный пар отдает теплоту холодному источнику, т.е. циркулирующей по его трубкам холодной воде в результате чего степень сухости пара уменьшается с х₃ до х₄.

Изотермы в области влажного насыщенного пара является одновременно и изобарами, поэтому процессы 1–2 и 3– 4 протекают при постоянных давлениях Р₁ и Р₂.

В соответствие с циклом Карно далее должен иметь место процесс адиабатного сжатия рабочего тела, который мог бы в принципе осуществлять компрессор (процесс 4–1). В результате влажный насыщенный пар превращается опять в воду.

На практике рассматриваемый цикл не принимается по тем причинам, что и классический цикл Карно в ДВС. К тому же расчеты показывают, что из-за потерь энергии на привод будет затрачиваться на привод будет затрачиваться большая часть мощности, вырабатываемой турбиной.

Значительно более удобно в реальном цикле конденсировать пар не до т.4, а до т.4^/, а затем насосом увеличивать давление с Р₂ до Р₁ (адиабата 4^/–1^/). Такое изменение цикла приводит к существенному повышению его экономичности.

По сравнению с компрессором, затрачиваемая на привод насосом мощность, мощность оказывается в десятки раз меньше по сравнению с мощностью турбины. Т.е. практически вся мощность используется в качестве полезной.

Действительно, цикл Карно насыщенного водяного пара имеет низкий термический КПД из-за невысоких температур:

P_н=9,8 МПа  t_н=311;

t₂=25C

Технико-экономические расчеты показывают, что дальнейшее увеличение Т₁ и, соответственно, Р₁ не целесообразно, т.к. мало увеличение температурного КПД, это приводит к дальнейшему усложнению и утяжелению оборудования.

Поэтому модифицированный цикл насыщенного пара применяется лишь ограниченно, в атомной энергетике, где перегрев связан с большими трудностями.