Паровые
двигатели
В
паровых двигателях рабочим телом служит
водяной пар, вырабатываемый в
котельном агрегате. При расширении
рабочего тела в двигателе совершается
работа, которая преобразуется в
механическую энергию. В качестве
парового двигателя в основном используют
паровые турбины. В отдельных случаях
применяют поршневые паровые двигатели
(прямодействующие паровые насосы,
паровозы и др.).
Цикл
Карно. В упрощенном виде работу теплового
поршневого двигателя можно представить
следующим образом. От какого-либо
источника тепла с температурой выше
температуры окружающей среды к рабочему
телу подводится тепло. При этом рабочее
тело расширяется, давит на поршень и,
преодолевая приложенную к поршню силу,
совершает работу С приходом поршня в
крайнее положение расширение s
рабочего тела заканчивается.
Чтобы двигатель работал, необходимо
поршень привести в первоначальное
положение, а рабочее тело в первоначальное
состояние. При этом часть работы Ь2
будет затрачена на сжатие рабочего
тела. Разность работ расширения и сжатия
определяет величину полезной работы
двигателя, которая может быть использована
для приведения в действие машин.
Полный
процесс изменения состояния рабочего
тела называется циклом. Одним из
таких циклов, реализующим максимальный
термический к. п. д. двигателя
является
цикл Карно. Он протекает следующим
образом (рис. VI-1). Расширение рабочего
тела происходит по изотермическому
1—2 и адиабатному 2—3 процессам. В течение
изотермического процесса рабочее тело
получает от горячего источника тепло
qL.
В адиабатномГлава VI
1. Циклы паровых машин
=
Яг-Я2
^ Lx-L2
Яг Яг
Таким
образом, термический к. п. д. цикла Карно
зависит
только от
отношения температур холодного и
горячего источников.
Он
тем больше, чем ниже температура
холодного источника
Т2
и
выше температура
горячего источника 7\. В курсе
термодинамики
доказывается,
что цикл Карно имеет максимальный к.
п. д. для
источников
тепла с температурами
Т±
и
Т2.
Цикл
Ренкина. Круговой процесс изменения
состояния рабо-
чего
тела в паротурбинной установке
описывается циклом Ренкина.
Упрощенная
схема такой установки приведена на
рис. VI-2.
Рассмотрим
состояние рабочего тела на /?F-диаграмме
при про-
хождении его
через агрегаты установки (рис. VI-3).
Пусть точка 1
характеризует
состояние воды после конденсатора.
Отсюда она
поступает
в питательный насос, в котором давление
воды повы-
шается до
давления в котле (линия 1—2). Затем вода
поступает
в котел, где
она превращается в пар (линия 2—3) и
перегревается
(линия
3—4). Объем рабочего тела при этом
увеличивается, а дав-
ление
остается постоянным. Из котла пар
поступает в турбину,
где
происходит его расширение, сопровождаемое
снижением давле-
ния
(линия 4—5). Затем пар направляется в
конденсатор, где при
постоянном
давлении отдает скрытую теплоту
испарения и конден-
сируется
(линия 5—1). На
современных
тепловых
элек- р
1
трических
станциях прийе-
няют
более сложные циклы
для
повышения их к. п. д.
Часто
удельным объемом
h
Рис.
VI-1. Цикл Карно:
а
— в
pV-диаграмме;
б
— в
Ts-диаг-
рамме.
процессе
рабочее тело отсоединяется от источника
тепла. Затем происходит сжатие рабочего
тела по изотерме 3—4 и отвод от него
тепла
q2
холодным источником, а
затем процесс идет по адиабате 4—1.
Термический к. п. д. цикла Карно равен
<7i
—
?2
_
тг
(S2
—
Sj_)
—
т2
(S2
—
Si)
_
тг~т2
t
т2
VT
9
~
T^St-SA
~
тг
~1
"17 (
' }
воды
по сравнению с удельным объемом пара
пренебрегают. В этом случае линия 1—2
сливается с осью ординат.
Определим
термический к. п. д. простейшей
паротурбинной установки. В паровом
котле происходит процесс при постоянном
давлении. Пару сообщается количество
тепла, равное разности энтальпий пара
iL
и поступающего в котел
конденсата
i'2.
Таким образом каждый
килограмм рабочего тела получает тепло