Цикл Карно во влажном паре и его недостатки

Паросиловые установки (ПСУ) отличаются от газотурбинных двигателей и двигателей внутреннего сгорания тем, что рабочим телом служит пар ка­кой-либо жидкости (обычно водяной пар), а продукты сгорания топлива яв­ляются лишь промежуточным теплоносителем.

Наиболее совершенным идеальным циклом, как известно, является цикл Карно. Паротурбинная установка, работающая по циклу Карно, должна со­стоять из парового котла, парового двигателя, конденсатора и компрессора. Цикл Карно, где в качестве рабочего тела используется влажный насыщен­ный пар, в Ts - pν - координатах представлен на рис. 11.1, 11.2. Рассмотрим цикла: 1-2 - адиабатный процесс расширения пара в цилиндре дви­гателя; 2-3 - конденсация пара в конденсаторе; 3-4 - сжатие пара в компрес­соре; 4-1 - парообразование (кипение) в котле.

Термический кпд цикла Карно с насыщенным паром в качестве рабочего тела определяется по формуле

.

Рис. 11.1

Рис. 11.2

Паросиловые установки, работающие по циклу Карно, имеют столь суще­ственные недостатки, что делает нецелесообразным их применение. Главные из этих недостатков следующие. Процесс конденсации пара 2-3 осуществля­ется не полностью. В связи с чем сжатию в компрессоре будет подлежать влажный пар, имеющий большой объем ν₃. Это приводит к необходимости использования цилиндра компрессора больших размеров. Размеры цилиндра возрастают также с увеличением давления пара в котле и с уменьшением в конденсаторе, т.е. при переходе к режимам с большими разностями темпера­тур T ₁ - Т ₂, которые приводят к наиболее высокому кпд. Кроме того, влаж­ность пара х ₂в конце процесса адиабатного расширения 1-2 оказывается достаточно высокой, что не позволяет применять паровые турбины вследст­вие эрозии турбинных лопаток.

Таким образом, главный недостаток цикла Карно во влажном паре за­ключается в необходимости использования громоздкого компрессора и больших затратах работы на сжатие пара в процессе 3-4, которые равны площади 54365.