І0.2. Паросилові установки, які працюють по простому циклу Ренкіна

Перераховані вище недоліки, які властиві ПСУ в яких здійснюється цикл Карно на вологій парі, можна частково усунути, якщо відведення теплоти в конденсаторі проводити до тих пір, поки волога пара повністю сконденсується.

На рис. 10.2а показана принципова схема ПСУ, що працює за циклом Ренкіна, а на рис. 10.2б - графічне зображення циклу Ренкіна.

Рис. 10.2. Принципова схема ПСУ, яка працює по простому циклу Ренкіна (а), та графічне зображення циклу Ренкіна в Т-s - координатах

В цьому випадку стисненню від тиску р₂ до тиску р₁ піддається не волога пара низької щільності, а вода. В порівнянні із питомим об'ємом вологої пари, питомий об'єм води досить малий, а її стискаємість безмежно мала в порівнянні із стискаємістю вологої пари. Для транспортування води із конденсатора в котел з одночасним підвищенням її тиску, використовуються не компресори, а насоси, компактніші і простіші за конструкцією, що споживають значно менше енергії для його приводу.

Схема теплосилової установки з циклом Ренкіна аналогічна попередній схемі лише з тією різницею,

Цикл Ренкіна в Т-s — діаграмі зображений на рис. 10.2б. Волога пара в конденсаторі ІУ повністю конденсується по ізобарі-ізотермі р₂ = const та Т₂ = const (пр. 2-3). Потім вода стискається насосом V по адіабаті при s₅ = s₃ = const (пр. 3-5) від тиску р₂ до р₁. При цьому температура води підвищується від Т₂ до Т₅ (але дуже незначно).

Довжина відрізка 3-5 в Т-s - діаграмі дуже мала; як вже відмічалося, в області рідини (лівіше від лівої інверсійної кривої) ізобари проходять досить близько одна від одної та і температура зростає не вище ніж на 1 С. І можна з достатнім ступенем достовірності рахувати, що в області рідини ізобари практично співпадають з лівою пограничною кривою; тому часто при зображені циклу Ренкіна в Т-s - координатах ізобари в області рідини зображають такими, що зливаються з лівою пограничною кривою.

Мала довжина відрізка 3-5 свідчить також про малу величину роботи, яку насос затрачає при стисканні води, що в порівнянні із значною величиною роботи, яку затрачає компресор на стиснення вологої пари в циклі Карно, є значною перевагою циклу Ренкіна. Також перевагою циклу Ренкіна є те, що робота, яку виконує водяна пара при розширенні в паровій турбіні ІІ (пр. 1-2), є значно більшою від роботи, яка затрачена в процесі 3-5 - стиснення води в насосі V.

Із насоса V вода під тиском р₂ надходить в парогенератор І, де до неї в ізобарному процесі підводиться теплота при р₁ = const в кількості q₁. Спочатку вода в котлі нагрівається до кипіння (пр. 5-4 по ізобарі р₁ = const), а потім випаровується (пр. 4-1 по ізобарі-ізотермі при р₁ = const та Т₁ = const). Кількість теплоти, яка затрачається в парогенераторі І можна підрахувати

-аналітично: q₁ = i₁ – і₅; (10.2)

-графічно: q₁ = пл. а-1-4-5-б-5. (10.2а)

Суха насичена пара, яка утворилася в котлі, подається в турбіну ІІ під тиском р₁, де вона розширюється , виконуючи при цьому роботу l_тур. (пр. 1 - 2 -адіабатне розширення при s₁ = s₂ = const).

Відпрацьована водяна пара р₂ та Т₂ і ступенем сухості х₂ < 1 (волога м'ята пара) надходить в конденсатор ІV де віддає, конденсуючись, свою теплоту охолоджуючій воді (пр. 2-3 — ізотерма-ізобара при р₂ = const та Т₂ = const).