Цикли теплових двигунів

Вивчення циклів теплових двигунів дає можливість вияснити умови ефективного їх застосування

Ідеальний цикл Карно з газоподібним робочим тілом не може бути здійснений технічно неможливості практично підводити і відводити теплоту в ізотермічному процесі.

Цикли двигунів внутрішнього згорання

У двигунах внутрішнього згорання реалізуються цикли, в яких відведення теплоти відбувається в процесі v = const (лінія 1—4), а її підведення або при р = const (лінія 2—3) (цикл Дизеля), або при
х = const (2—3) (цикл карбюраторного двигуна). На рис. 1.13 показані обидва ідеальні цикли внутрішнього згорання.

Рис. 1.13. Ідеальні цикли двигунів

а - Т. s-діаграмі; б - р, v- діаграмі.

Т, s- і р,v -діаграмах. Необхідно відзначити, що дані двигуни використовуються на транспорті і не знайшли широкого застосування як енергетичних установок.

Цикли газотурбінної установки

Цикл газотурбінної установки, показаний на рис. 1.14, відрізняється від циклу Дизеля тим, що відведення теплоти відбувається при постійному тиску. Даний цикл складається з наступних процесів:

адіабатного стиснення, відповідного стисненню повітря в компресорі (лінія 1-2);

ізобарного підведення теплоти, що відповідає спалюванню палива в камері згорання при постійному тиску (лінія 2-3);

адіабатного розширення, що відповідає розширенню продуктів згорання в газовій турбіні (лінія 3-4);

замикаючого ізобарного процесу, в якому від робочого тіла відводиться теплота (лінія 4-1).

Рис. 1.14. Цикл і схема ГТУ:

а - підведення повітря; б- підведення палива; у - відведення газів; 1 - повітряний компресор; 2 - камера згорання; 3 - турбіна; 4 - генератор.

Рис. 1.16. Цикл Ренкіна з перегрівом пари в х-координатах.

На рис. 1.16 показаний ідеальний цикл Ренкіна з оборотними процесами.

Підведення теплоти здійснюється по ізобарі на ділянці 4-5, відповідному підігріві до температури насичення, і на ділянці 5-6, відповідному паротворенню; ділянка 6-2 - ізоентропійне (адіабатне) розширення пари в турбіні; ділянка 2-3 - відведення теплоти холодному джерелу (конденсація пари) і 3-4- стиснення р від кінцевого до початкового тиску.

Втрати теплоти в холодному джерелі

,

де

На ділянці 3-4 здійснюється стиснення води, в результаті якого її ентальпія підвищується. Теплота, підведенав циклі, рівна =U—U

Знаючи вищенаведені величини, простовизначити ККД циклу

(1.71)

Насичена пара в даний час атомних електростанціях з водяними і графіто – водяними реакторами.

На звичайних теплових э станціях застосовується цикл Ренкіна для перегрітої пари, показаний на мал. 1.16. Підведення теплоти для здійснення перегріву пари проводиться на ділянці 6-1. Ізоентропійне розширення пари в турбіні відповідає ділянці 1-2, а відведення теплоти - ділянці 2-3.

Із-за нестискуваної рідини процес в насосі відобразиться ізохорою верхня точка 4 якою буде визначатися величина тиску в казані. Подальші процеси (нагріваючи воду до температури насичення 4-5, процес паротворення (5-6 і перегрів пари 6-1) в ідеальному циклі протікають при постійному тиску . Розширення пари в турбіні відбувається по адіабаті 1-2 і відведення теплоти (конденсація пари) – по ізотермі 2-3.

Економічність циклу Ренкіна підвищується із збільшенням початкових параметрів пари (температури і тиск) і із пониженням кінцевого тиску.

Для підвищення термічного ККД "застосовується" також проміжний перегрів пари. З цією метою після часткового розширення пари в турбіні (мал. 1.15 - пунктирна лінія) його знову відводять на перегрів до початкової температури, після чого пара поступає в турбіну і. розширюється до кінцевого тиску.

Проміжний перегрів пари, крім того, знижує його вологість в останніх ступенях турбіни.

Ефективним засобом підвищення економічності циклу Ренкіна є регенеративний підігрів живильної води. Підігрів (лінія 4-5, мал. 1.157) здійснюється парою, що відбирається з проміжних точок при його розширенні (лінія 1-2).Цикл з підігрівом води добірною парою називається регенеративним. Цей цикл можна розглядати як складний і такий, що складається з декількох циклів для різних потоків пари. Основний потік пари розширюється в турбіні (лінія 1-2) і віддає теплоту холодному джерелу (лінія 2-3). Потоки пари, що направляються у відбір для регенеративного підігріву води (лінія 4-5), після розширення в турбіні віддають теплоту qрег не холодному джерелу, а воді, що підігрівається. Ці потоки пари здійснюють цикли без втрат теплоти в холодному джерелі. В результаті термічний ККД регенеративного циклу виявляється вищим за ККД циклу Ренкіна.

Підсумок: Після проходження даної лекції, студенти повинні освоїти основні поняття і закони термодинаміки, навчитися розрізняти термодинамічні, ізобарні та ізохорні процеси. Визначати термодинамічні властивості води, водяної пари, а також ознайомитись з циклами теплових двигунів.

Дата добавления: 2014-01-04