Водяной пар, получаемый в паровых котлах, очень широко используется в теплотехнике как рабочее тело и теплоноситель. его состояние близко к насыщению и поэтому он не подчиняется законам идеальных газов. Процесс парообразования протекает обычно в паровых котлах при постоянном давлении 
. в начале процесса парообразования имеется только жидкость, в конце - только пар, а в течение процесса рабочее тело находится в двух фазах: часть - в жидком состоянии, часть - в состоянии сухого насыщенного пара.
Пар, находящийся в равновесии с жидкостью, из которой он образуется, называется влажным насыщенным или просто насыщенным паром; если он не содержит жидкой фазы, его называют сухим насыщенным. Повышение температуры пара сверх температуры насыщения называется перегревом пар, а пар в этом состоянии - перегретым. Чтобы судить о содержании во влажном паре воды и сухого насыщенного пара, используют понятие «степень сухости пара». Степень сухости пара «х» - это массовая доля сухого пара в смеси сухого пара с кипящей жидкостью. Все состояния сухого пара могут быть представлены на 
диаграмме. Кривой 
соответствует вода при 0°С, кривой 
- вода при температуре кипения (насыщения), кривая 
- верхняя пограничная кривая. Между кривыми 
и 
находится область влажного насыщенного пара. Область правее кривой определяет состояние перегретого пара, 
- критическая точка, она характеризует состояние, при котором исчезает различие в свойствах пара и жидкости. Критические параметры водяного пара следующие:
°С, 
МПа, 
Рис. 12
Основным циклом паросиловых установок (ПСУ) является цикл Ренкина. Пар из парового котла ПК поступает в пароподогреватель ПП, откуда он направляется в турбину Т, где совершает полезную работу, и далее - в конденсатор К. В конденсаторе с помощью охлаждающей воды, подаваемой циркуляционным насосом ЦН, от пара отводится теплота и он конденсируется. Образовавшийся конденсат питательным насосом ПН подается в котел, и весь цикл повторяется вновь.
|
|
двигатель теплоемкость дизель пар
Рис. 13
Точка 3 характеризует состояние воды на выходе из конденсатора; 3-4 - процесс повышения давления в питательном насосе; 4-5 - подогрев воды в паровом котле до температуры кипения; точка 5 характеризует состояние воды при температуре насыщения; 5-6 - процесс парообразования в котле; 6-1 - перегрев пара; точка 1 характеризует состояние пара, поступившего в турбину; 1-2 - адиабатное расширение пара в турбине; точка 2 характеризует состояние отработавшего пара; 2-3 - процесс в конденсаторе.
Рис. 14
Рис. 15
В 
и 
диаграммах в связи с тем, что в процессе сжатия жидкости в насосе 3-4 температура ее (и, следовательно, энтальпия) повышается незначительно, точки 3 и 4 совмещаются, а изобара 4-5 совпадает с нижней пограничной кривой. Термический к.п.д. цикла Ренкина находится из выражения
,
где 
и 
- начальное и конечное значение энтальпии пара в процессе адиабатного расширения его в турбине; 
- энтальпия кипящей жидкости (конденсата) при давлении 
. Величины 
называется располагаемым теплоперепадом. Удельный расход пара при осуществлении рассмотренного цикла находят по формуле
, 
Задание. Рассчитать три цикла Ренкина паросиловой установки, имеющей следующие параметры:
|
|
| № цикла |  , МПа  ,°С , МПа
| ||
| 2,0 | 0,03 | ||
| 3,5 | 0,03 | ||
| 2,0 | 0,003 |
Определить:
значение основных параметров и функций состояния 
для характерных точек рассматриваемых циклов;
значения термического к.п.д. циклов 
и удельные расходы пара 
;
влияние основных параметров 
на термический к.п.д. цикла Ренкина 
;
значения термического к.п.д. циклов и удельные расходы пара 
, используя диаграмму;
а также построить графические изображения циклов Ренкина в 
и 
диаграммах.
Решение:
Цикл №1
. Расчет параметров и функций состояния в точках циклах
Точка 1
МПа; 
°С; 
1; 
; 
;
;
.
Точка 2
МПа; 
; 
°С; 
; 
; 
; 
; 
0,9441 
; 
7,7673 .
По формулам определяем:
= 0,8966;
;
= 
;
.
Точка 3(4)
МПа; 
; 
; 
°С
По формулам определяем:
;
.
Точка 5
2,0 МПа; 
0; 
°С; 
;
; 
2,4471 .
По формулам определяем:
Точка 6
2,0 МПа; 
212,36°С; 
1; 
2799,2 
;
0,09961 ; 
6,3411 .
По формулам определяем:
2599,98 .
Результаты расчета цикла Ренкина (№1)
№ точки 
, МПа 
,
,°С 
,
  ,  , 
| |||||||
| 2,0 | 0,1462 | 2911,6 | 7,0621 | ||||
| 0,03 | 4,691 | 69,12 | 0,8966 | 2242,40 | 2383,13 | 7,0621 | |
| 3(4) | 0,03 | 0,0010223 | 69,12 | 289,582 | 289,613 | 0,9441 | |
| 2,0 | 0,0011768 | 212,36 | 906,246 | 908,6 | 2,4471 | ||
| 2,0 | 0,09961 | 212,36 | 2599,98 | 2799,2 | 6,3411 |
. Расчет термического к.п.д. цикла и удельного расхода пара
Результаты расчета цикла Ренкина (№2)
№ точки , МПа 
,
,°С 
,
,
 , 
| |||||||
| 3,5 | 0,09770 | 3086,25 | 3428,2 | 7,1285 | |||
| 0,03 | 4,7402 | 69,12 | 0,906 | 2262,87 | 2405,082 | 7,1285 | |
| 3(4) | 0,03 | 0,0010223 | 69,12 | 289,582 | 289,613 | 0,9441 | |
| 3,5 | 0,0012344 | 242,54 | 238,22 | 1049,8 | 2,7251 | ||
| 3,5 | 0,05706 | 242,54 | 2603,09 | 2802,8 | 6,1249 |
|
|
Результаты расчета цикла Ренкина (№3)
№ точки , МПа ,
,°С ,
,
,
| |||||||
| 2,0 | 0,1462 | 2911,6 | 7,0621 | ||||
| 0,003 | 37,330 | 24,078 | 0,8156 | 1982,568 | 2094,558 | 7,0621 | |
| 3(4) | 0,003 | 0,0010028 | 24,078 | 100,857 | 100,887 | 0,3547 | |
| 2,0 | 0,0011768 | 212,36 | 906,246 | 908,60 | 2,4471 | ||
| 2,0 | 0,09961 | 212,36 | 2599,98 | 2799,20 | 6,3411 |
