При и регенерацией теплоты:

а - в vP- диаграмме; б – в sT-диаграмме.

Термический КПД с полной регенерацией:

. (12.8)

Из выражения (12.8 ) видно, что термический КПД ГТУ с изобарным подводом теплоты с полной регенерацией теплоты и адиабатным сжатием воздуха в компрессоре зависит от температуры газа в конце адиабатного расширения и начальной температуры газа. Чем вышеи чем ниже, тем выше.

13. Циклы паросиловых установок

Преобразование энергии органического или ядерного топлива в механическую при помощи водяного пара осуществляется в паровых силовых установках (ПСУ). Принципиальная схема простейшей паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина, показана на рис. 13.1, теоретический цикл – на рис. 13.2. Вода, поступающая в котел 1 (т.3), в объеме которого поддерживается постоянное давление, нагревается за счет теплоты, получаемой при сжигании топлива в топке (процесс 3-4) и достигает температуры насыщения Т_н при заданном давлении .

Рис. 13.1. Принципиальная схема паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина:

а – с насыщенным паром; б - с перегретым паром;

1 – паровой котел; 2 – пароперегреватель; 3 – турбина; 4 – электрогенератор;

5 – конденсатор; 6 – насос.

При последующем подводе теплоты происходит парообразование (процесс 3-4). Полученный сухой насыщенный пар в пароперегревателе 2 перегревается при том же постоянном давлении до требуемой температуры(процесс 5-1). Перегретый пар направляется в проточную часть турбины, где происходит процесс адиабатного расширения 1-2.

Отработавший в турбине пар поступает в конденсатор, в котором охлаждающей водой от пара отбирается количество теплоты = пл.22аb (рис. 13.2-б), пар конденсируется (процесс 2-2) и превращается в воду с параметрами состояния в точке 2. Затем конденсат насосом возвращается в котел (точка 3). Обычно при анализе таких циклов вода принимается в качестве несжимаемого тела, поэтому процесс 2-3 подачи воды принимается изохорным. Т.к. нижняя пограничная кривая расположена вблизи линии этого процесса, часто процесс сжатия в насосе и подогрев воды в котле до состояния кипения совмещаются (процесс 2-4 в sT- диаграмме). Образованный таким образом термодинамический цикл является циклом Ренкина с перегретым паром.

Рис. 13.2. Теоретический цикл Ренкина с перегретым паром:

а – в - координатах;б – в - координатах.

При осуществлении цикла Ренкина с сухим насыщенным паром адиабатное расширение пара осуществляется после достижения состояния, характеризуемого т.5 (сухой насыщенный пар). Т.е. процесс расширения в данном случае - 5-d.

Для ПСУ в заданном температурном интервале термодинамически наиболее выгодным циклом также мог бы быть цикл Карно (цикл с45d). В цикле Карно конденсация пара в изотермическом процессе 2-3 осуществляется неполностью, поэтому в адиабатном процессе 3-4 сжимается не вода, а влажный пар, который имеет относительно большой объем. Сжатие пара связано с наличием специального компрессора и затратой относительно большой работы на сжатие (пл. с4). Кроме того, затрата работы на сжатие увеличивается при повышении начальных параметров параиили уменьшении конечных параметрови. При работе во влажном паре происходит механический износ лопаток последних ступеней турбины и компрессора каплями воды. По этим причинам цикл Карно практически не применяется в паросиловых установках и сохраняет лишь теоретическое значение как эталонный цикл, имеющий в заданном температурном интервале максимальный термический КПД.

В рассмотренном выше цикле Ренкина осуществляется полная конденсация пара с последующим адиабатным сжатием 2-3 конденсата в насосе, что значительно уменьшает работу на адиабатное сжатие (пл. 23). Термический КПД цикла Ренкина может быть вычислен по общему выражению:

. (13.1)

Теплота сообщается на участках 3-4-5-1 (рис 13.2) при постоянном давлениии ее можно определить как разность энтальпий конечной (точка 1) и начальной (точка 3) точек процесса:

. (13.2)

Отвод теплоты происходит в конденсаторе по изобаре 2-2, следовательно,

. (13.3)

Подставив выражения (13.2) и (13.3) в выражение (13.1), получим:

. (13.4)

Полезная работа цикла равна разности работы паровой турбины и работы, затраченной на привод насоса:

.

Работа паровой турбины равна уменьшению энтальпии в процессе 1-2:

.

При адиабатном сжатии воды в насосе и подаче ее в котел затрачивается работа:

,

Тогда

.

Обычно величиной работы насоса, вследствие ее малости по сравнению с работой турбины, пренебрегают, тогда и выражение (13.4) принимает вид:

. (13.5)