2. За счёт перегрева пара. (Цикл Ренкина на перегретом паре).

Схема ПСУ	Диаграммы идеального цикла Ренкина

Этот путь состоит в применении перегретого пара. Для получения перегретого пара в схеме паросиловой установки должен иметься специальный элемент—пароперегреватель 1¹. В соответствии с этим принципиальная схема паросиловой установки, работающей с перегретым паром, будет иметь вид, изображенный на схеме справа.

Сухой насыщенный пар с параметрами p₁ t_sl, i"₁ посту­пает из котла 1 в турбину 2, приводящую во вращение генератор 3. В турбине пар расширяется до давления р₂, соответствующего темпера­туре насыщения t_s2, несколько превышающей температуру окружающей среды (охлаждающей воды) t₂. Полученный в результате расширения в турбине влажный пар низкого давления поступает в конденсатор 4, где полностью конденсируется, отдавая теплоту парообразования охлаждающей воде, прохо­дящей по трубкам конденсатора. Вода из конденсатора забирается насосом 5 и подается в котел с параметрами р₁ t₃, i₃. Поступающая в котел вода смешивается с кипящей в котле водой, имеющей при том же да­влении температуру t_sl. За счет этого, а также за счет тепла, подводимого извне, вода нагревается до температуры кипения и испаряется при постоянном давлении, равном р₁. Таким образом, рабочее тело в установке осуществляет круговой цикл.

Цикл паросиловой установки, работающей с перегретым паром, изображен на Т - s-диаграмме. Процесс перегрева происходит при постоянном давлении и изображается на обеих диаграммах отрезками изобар 5—1. Изобары в области перегретого пара в отличие от области насыщенного пара не совпадают с изотермами.

Так как тепло, необходимое для перегрева водяного пара, на участке изобары 5—1 подводится при темперагуре более высокой, чем температура парообразования, то средняя температура подвода тепла к рабочему телу во всем цикле возрастает, а следовательно, с применением перегрева повышается и термический к. п. д. ПСУ. Все без исключения тепловые электрические станции на органическом топливе работают сейчас на перегретом паре.

Насыщенный пар применялся для паросиловых установок до конца XIX в. При этом начальное давление пара достигало 10—12 ата, что соответствует температуре насыщения 180—190° С.

Параметры цикла с перегревом пара

, ,

, , , .

Учитывая, что при сжатии воды насосом 8 энтальпия почти не возрастает, то есть i₃ ≈ i₂', можно записать:

η_t = (i₁ – i₂’ – i₂ – i₂’)/(i₁ – i₂’) = (i₁ – i₂)/(i₁ – i₂’).

(Конец лекции для групп АС, АТ .и ЛУ)

Дальнейшие пути увеличения к.П.Д. Цикла псу

3. За счёт увеличения давления р4-5-1.

Если при одинаковом конечном давлении р₂ и одной и той же максимальной температуре цикла Т₁ повысить начальное давление р₁, то вследствие соответствующего повышения температуры насыщения возрастает также и средняя температура подвода тепла, что наглядно представлено на диаграмме фиг. 17-15.

Фиг. 17-.15

30 60 90 120 150 180 ата

Фиг. 17-16

Возрастание средней температуры подвода тепла при постоянной температуре отвода тепла приводит к повышению термического к. п. д. цикла. Повышение начального давления является одним из наиболее эффективных методов увеличения к.п.д. цикла паросиловой установки. На фиг. 17-16 показана зависимость к.п.д. от давления при различных температурах перегрева при давлении в конденсаторе 0,04 ата.
Кривые фиг. 17-16 показывают, что наиболее значительное возрастание термического к. п. д. цикла происходит при повышении начального давления примерно до 90 ата; свыше этого давления рост к.п.д. замедляется. Это

явление, в основном, объясняется тем, что при высоких давлениях увеличивается доля тепла, необходимая для подогрева воды, а также тем, что температура кипения с возрастанием давления повышается медленнее, поэтому при высоких давлениях даже большое приращение давления дает незначительное увеличение средней температуры подвода тепла.

В настоящее время для крупных станций принято стандартное начальное давление р₁ == 90 ата; проектируется и строится станция на р₁ =170 ата. В отдельных опытных агрегатах давление пара доводится до 300 ата.

	350 400 450 500 °С
Рис. 17-18	Фиг. 17-19

Однако высокое давление насыщения пара при применяемых в теплотехнике температурах является основным недостатком водяного пара, так как значительно утяжеляет и удорожает конструкцию теплосиловых установок.

4. За счёт Т₁

Весь цикл в целом при увеличенной температуре перегрев будет иметь несколько больший к. п. д. Повышение термического к. п д. цикла в результате применения высокого перегрева пара привело к следующему. Металлы, которыми располагает современное машиностроение, позволяют перегревать пар до 550 - 600 °С. Поэтому в настоящее время эти температуры доходят до 550—600°С. Перегрев пара уменьшает потери на трение при его течении в проточной части турбины.

Фиг. 17-20.

5. Влияние конечного давления р2

Из диаграммы фиг. 17-20 можно также заключить, что применение более низкого давления р₂ в цикле дает возможность получить большую величину работы, измеряемую площадью цикла.

Понижение конечного давления р₂ вызывает соответствующее понижение температуры конденсации, которое при заданных начальных параметра пара приводит к повышению термического к. п. д. паросиловой установки.

17-21

Зависимость термического к. п. д. цикла от конечного давления р₂ при р₁ == 90 ата и t₁ == 480° С представлена графически на фиг. 17-21. Приведенные данные показывают, что понижение конечного давления приводит к резкому повышению термического к п. д. цикла. Например, при уменьшении конечного давления от 0,1 до 0,03 ата η_t увеличивается от 0,396 до 0,427, т. е. на 7,5%, а уменьшение р₂ от 1 до 0,03 ата увеличивает термический к. п. д. почти на 25°/о.

Теоретический предел понижения давления р₂ в цикле определяется из того условия, чтобы температура насыщения при этом давлении была не ниже температуры окружающей среды. Однако на практике эта температура больше. Это объясняется, прежде всего, тем, что для более или менее интенсивного теплообмена должна существовать конечная разность температур между паром, отдающим тепло, и средой, воспринимающей это тепло. Кроме того, конденсирующийся пар, как правило, отдает тепло не непосредственно окружающей среде, имеющей бесконечно большую тепловую емкость, а некоторому промежуточному телу (чаще всего воде, протекающей по трубкам конденсатора), тепловая емкость которого конечны. Это промежуточное тело в процессе теплообмена нагревается, что заставляет еще больше увеличивать температуру конденсирующегося пара.

Последнее ограничение связано также с тем, что удельные объемы пара с понижением конечного давления возрастают чрезвычайно быстро, что может привести к крайне большим габаритам двигателя. Так, при понижении конечного давления р₂ от 1 до 0,03 ата удельный объем пара v" увеличивается в 27 раз.

В современных крупных паротурбинных установках давление в конденсаторе р₂ доведено до 0,040—0,035 ата; Поддержание вакуума является о дним из важнейших требований при эксплуатации паросиловых установок. При давлении р₂ ==0,04 ата температура насыщенного пара составляет 28,6° С.