8. Как зависит термический кпд теоретических циклов пту от значения начальных параметров пара?

Значения подводимой теплоты и работы, получаемой в цикле Ренкина, зависят от начальных параметров пара p₁, Т₁ и от конечного давления р₂. Для установления методов повышения эффективности циклов ПТУ, необходимо исследовать влияние этих параметров на термический КПД цикла. При этом исследовании исходим из общих положений термодинамики, которые рекомендуют подводить теплоту к рабочему телу при возможно более высокой температуре, близкой к температуре горячего источника теплоты (газов), а отводить— при возможно более низкой, близкой к температуре окружающей среды (забортной воды).

8А. Как зависит термический кпд теоретических циклов пту от давления пара в конденсаторе?

Рис.5. Сопоставление циклов ПТУ при разных давлениях конденсации пара

Первоначально рассмотрим влияние конечного давления расширения пара р₂. При анализе цикла в диаграмме Т, s (рис. 5) видно, что в случае понижения р₂ уменьшается средняя температура отвода теплоты, а средняя температура подвода теплоты при фиксированных значениях р₁ и Т₁ уменьшается незначительно. Работа пара в процессе расширения возрастает существеннее, чем количество дополнительно подводимой теплоты. Поэтому, при уменьшении давления конденсации р₂ термический КПД цикла ПТУ увеличивается. Однако значение р₂ не может быть ниже 0,004…0,005 МПа, поскольку температура конденсации должна примерно на 10°С превышать температуру охлаждающей воды для обеспечения интенсивного теплообмена между конденсирующимся паром и забортной водой. К тому же для создания глубокого вакуума увеличивается расход энергии на удаление проникающего в конденсатор воздуха, а также значительно возрастает удельный объем пара в конце расширения и, следовательно, размеры (высота лопаток) последних ступеней турбины и самого конденсатора.

Рис.6. Сопоставление циклов ПТУ при разных температурах пара перед турбиной

8Б. Как зависит термический кпд теоретических циклов пту от температуры пара перед турбиной?

Повышение температуры перегрева пара Т₁ при неизменных значениях p₁ и р₂ увеличивает среднюю температуру подвода теплоты, что обуславливает рост значения η_t. Из диаграммы Т,s (рис. 6) также видно, что для части цикла, расположенной под кривой перегрева пара, характерно более благоприятное соотношение между подведенной теплотой и совершенной работой, чем для остальной части цикла. Рост значения Т₁ (при фиксированных значениях p₁ и р2) полезен также с эксплуатационной точки зрения, так как приводит к увеличению степени сухости пара в конце расширения (х_2'>x₂). Благодаря этому уменьшается эрозия лопаток турбины (механическое разрушение), которая происходит под действием капель воды, имеющихся во влажном паре.

8В. Как зависит термический кпд теоретических циклов пту от давления пара перед турбиной?

Изменение начального давления p₁ влияет на термический КПД цикла не столь однозначно, как изменение параметров р₂ и Т_1.

С увеличением р₁ при фиксированных значениях остальных параметров (Т₁ и р₂) возрастают средние температуры подвода теплоты на всех участках изобарного процесса 4΄-5΄-6΄-1΄. Однако при этом уменьшается количество теплоты, подводимой в процессах парообразования (5΄-6΄) и перегрева (6΄-1΄), и растет ее количество в наименее выгодном с термодинамической точки зрения процессе подогрева питательной воды (4΄-5΄). Поэтому с ростом р₁ средняя температура подвода теплоты в цикле сначала увеличивается, а затем начинает уменьшаться, и значение η_t изменяется аналогичным образом. В зависимости от заданных величин Т₁ и р₂ термический КПД имеет максимум при различных значениях р₁, причем с ростом Т₁ максимум смещается в область более высоких начальных давлений р₁ (рис. 8).

Рис.7. Сопоставление циклов ПТУ при разных давлениях пара перед турбиной

Поэтому увеличение начального давления p₁ должно сопровождаться одновременным повышением температуры Т₁, что обычно приводит к росту термического КПД.

Рис.8. Зависимость термического КПД циклов ПТУ от температуры и давления пара перед турбиной