Термодинамический цикл Ранкина

В турбоустановках ТЭС преобразование теплоты в работу осуществляется на перегретом паре, а на АЭС, как правило, на насыщенном паре. Рассмотрим схему паросиловой установки конденсационной электростанции (КЭС), приведенной на рис 2.1.

Преобразование энергии на КЭС производится на основе термодинамического цикла Ранкина (назван по имени У.Дж. Ранкина – одного из создателей технической термодинамики).

Цикл Ранкина – идеальный термодинамический цикл (круговой процесс), в котором совершается превращение теплоты в работу (или работы в теплоту); принимается в качестве теоретической основы для приближенного расчета реальных циклов, осуществляемых в паросиловых установках.

Рассмотрим цикл Ранкина (рис. 2.4) на трех термодинамических диаграммах (P,V), (T,s) и (h,s).

Рис. 2.4. Термодинамические диаграммы (P,V), (T,s) и (h,s)

цикла Ранкина

Цикл Ранкина осуществляется следующим образом:

1) в паровом котле происходит испарение рабочего тела (воды), а в пароперегревателе происходит перегрев нового рабочего тела (пара) при постоянном давлении P₁ = const и расширяющемся объеме, что соответствует участку (4–5–1) диаграмм (изобаре); термодинамический процесс в самом котле (4–5) является изобарно–изотермическим;

2) в паровой турбине пар адиабатически расширяется, что соответствует участку (1–2) диаграммы (адиабате), совершая работу; при этом давление пара падает до остаточного давления P₂ ;

3) в конденсаторе пар конденсируется при постоянном давлении, превращаясь в воду, что соответствует участку (2–3) диаграммы (изобаре);

4) конденсат (питательная вода) подается насосом в экономайзер, что соответствует участку (3–4) диаграммы (изохоре), где испаряется.

Так замыкается термодинамический цикл работы паросиловой установки.

Работа 1 кг пара, совершаемая в цикле Ранкина, на диаграммах состояния (P,V), (T,s) и (h,s) характеризуется площадью 1–2–3–4–5 (см. рис. 2.4).

Цикл Ранкина отличается от цикла Карно тем, что подвод тепла воде и водяному пару в котле и отвод тепла охлаждающей водой в конденсаторе турбины происходят при постоянном давлении, а работа пара в турбине и повышение давления воды в насосах – при постоянной энтропии.