Такой цикл был предложен шотландским инженером У. Ренкиным в 50-х годах XIX века.

Схема теплосиловой установки, в которой осуществляется этот цикл, представлена на рисунке 4.2 (на этой схеме показана также возможность пере-грева пара в пароперегревателе 6-1, которая в цикле насыщенного пара не реа-лизуется).

Рисунок 4.2. Схема паросиловой установки: ПК - паровой котел; Т-паровая турбина; ЭГ- электрогенератор; К- конденсатор; Н - насос

Отработавший в турбине пар поступает в конденсатор К, где конденсируется по линии 2-3, отдавая теплоту конденсации холодному источнику (охлаждающей воде). Конденсат забирается насосом Н и подается снова в котел (линия 3,4 на рисунке 4.1).

К сожалению, цикл насыщенного водяного пара обладает весьма низким КПД из-за невысокой температуры насыщения (Т₁). На практике широко применяется регенеративный подогрев воды, который позволяет существенно увеличить КПД реального цикла.Цикл Ренкина насыщенного пара (регенеративный)применяется в основном в атомной энергетике, где перегрев пара выше температуры насыщения связан с определенными трудностями.

В паросиловой установке, работающей по регенеративному циклу, часть пара отбирается в середине рабочего процесса турбины и направляется в специальный теплообменник, где смешивается с конденсатом и таким образом повышает температуру смеси, подаваемой в котел.

Рисунок 4.3. Цикл Ренкина на перегретом паре:

а – в Р, - диаграмме; б – в Т, s – диаграмме

Термический КПД паросиловой установки возрастает с увеличением температуры пара перед турбиной. Повышение параметров пара определяется уровнем развития металлургии, поставляющей металлы для котлов и турбин. Между тем металлы, которыми располагает современное машиностроение, позволяют перегревать пар до 550 – 600 ^оС. Это позволяет повысить термический КПД процесса.

Если точка 1 будет находиться значительно правее, в области перегретого пара, то цикл приобретет вид в Р, и Т, s- диаграмме (рисунок 4.3), он называется циклом Ренкина на перегретом паре. Максимальная температура цикла ограничена. Этот цикл отличается от цикла Ренкина насыщенного пара (рисунок 4.1) только наличием дополнительного перегрева по линии 6-1. Он осуществляется в пароперегревателе, являющемся элементом парового котла.

Максимальная температура цикла ограничена стойкостью паропровода, по которому пар поступает от парового котла в турбину. Благодаря примене-нию низколегированных сталей стало возможно получение пара с температу-рой 535-565 ^оС, а применение сталей высоколегированных дает возможность получить пар с температурой 600-650 ^оС.

Перегрев пара увеличивает КПД цикла. Суммарный КПД цикла составля-ет 40%, без перегрева пара – 38%. Перегрев пара не только увеличивает терми-ческий КПД, но также помогает бороться с паровой эрозией - основной про-блемой эксплуатации паровых турбин.

Пароводяная смесь в хвостовой части турбины обладает сильным эрозий-ным свойством, что вызывает разрушение лопаток и трубопроводов. Одновре-менно с повышением температуры перегрева пара необходимо повышать и его давление перед турбиной, чтобы поддерживать влажность выходящего из тур-бины пара в заданных пределах.

Пар, частично расширившийся в турбине, возвращают в котел и снова перегревают (уже при меньшем давлении), осуществляя так называемый вто-ричный (а иногда и третичный) регенеративный подогрев. Одновременно это повышает термический КПД.

Термический КПД цикла Ренкина, естественно, меньше_t цикла Карно при тех же температурах Т₁ и Т₂, поскольку средняя температура подвода теп-лоты уменьшается при неизменной теплоте отвода.

Перегрев пара дает возможность уменьшить потери при передаче тепло-ты от продуктов сгорания к рабочему телу и тем самым увеличить эффектив-ность цикла. Кроме того, перегрев пара уменьшает потери на трение при его те-чении в проточной части турбины. Все без исключения тепловые электрические станции на органическом топливе работают сейчас на перегретом паре, а иногда пар на станции перегревают дважды и даже трижды.

Итак, для прохождения цикла паросиловой установки необходимо сооб-щить воде тепло, получить из нее перегретый пар (этот процесс совершается в паровом котле при постоянном давлении), затем, за счет расширения получен-ного пара в паровом двигателе (паровой турбине), получить механическую ра-боту и далее отвести тепло к холодному источнику – конденсатору, где отрабо-танный пар охлаждается холодной водой, превращаясь в конденсат. Круговой

процесс замыкается при сжатии конденсата с помощью насоса до давления в котле.

В отличие от цикла Карно, в идеальном цикле Ренкина подвод тепла от источника и отвод тепла происходит не при постоянной температуре, а при постоянном давлении (p = const). Второй особенностью цикла Ренкина является то, что в процессе отвода тепла от теплоносителя его состояние доводится до полной конденсации в жидкость.

Термический КПД цикла Ренкина повышается с увеличением давления и температуры пара (р₁и Т₁) перед турбиной и с уменьшением давления за турби-

ной (р₂).

Чем выше температура пара, поступающего из котла в турбину, тем меньше влажность отработанного пара. Однако повышение начальной темпера-туры пара лимитируется качеством современных сталей и другими конструк-тивными факторами. В связи с этим в паросиловых установках высокого давле-ния применяется так называемый промежуточный перегрев пара, происходя-щий обычно в том же котельном агрегате. Промежуточный перегрев дает воз-можность заметно улучшить термический КПД парового цикла и повысить срок службы последних ступеней паровых турбин.

Экономичность современных паросиловых установок можно повысить путем подогрева питательной воды за счет частично отработавшего пара, отби-раемого из турбины. Этот процесс, называемый регенеративным, позволяет снизить потери тепла с отработавшим паром.

Энтальпия

В термодинамике важную роль играет энтальпия - величина, которая яв-ляется функцией состояния и обозначается Н.

Н = U+pV.		(4.1)
Энтальпия –этосумма внутренней энергии системыUи произведения
давления системы р на ее объем V. Также как внутренняя энергия,работа и
теплота, она измеряется в джоулях (Дж))ж).
h	H	,	(4.2)
M

где h – удельная энтальпия, которая представляет собой энтальпию системы, содержащей 1 кг вещества, и измеряется в Дж/кг.