3. Методы повышения кпд паросиловых установок.

Прежде чем перейти к описанию термодинамических методов и приемов по увеличению КПД, введем некоторое вспомогательное понятие. Необходимость этого введения состоит в следующем. Дело в том, что η_t, по определению, есть отношение «пользы» к «затратам». Практически все методы повышения КПД одновременно изменяют и числитель и знаменатель дроби η_t. И поэтому возникает неопределенность в поведении всей дроби.

С другой стороны, этой неопределенности нет, если имеем дело с циклом Карно, так как изменение температуры источника теплоты Т₁ и стока теплоты Т₂ довольно однозначно говорит об изменении η_t^к. Кроме того, все термодинамические методы и приемы повышения КПД паросиловых установок не изменяют величину Т₂, так как практически ее трудно изменить.

Итак, подвод теплоты в цикле Ренкина происходит по некоторой ломаной кривой (см. рис. 6.4 и диаграмму Т – s, процесс 4 – 5 – 1, р₁ = const).

Определение: средне интегральной температурой процесса подвода теплоты в паросиловом цикле называется

<T₁> ≡ (6.6)

Иными словами, <Т₁> в математике называют средне интегральной величиной функции на каком-то интервале изменения аргумента. Тогда для любого цикла паросиловой установки эквивалентный цикл Карно будет иметь КПД, равный:

η_t^к = 1 – Т₂/<T₁>. (6.7)

Любое предложение по увеличению или изменению η_t паросиловой установки будем оценивать по изменению <T₁>.

3.1. Повышение температуры рабочего тела перед турбиной.

На рис. 6.6 представлена иллюстрация этого приема повышения термического коэффициента полезного действия.

Обращаем внимание, что количество «пользы», т.е. работы за цикл увеличилось с увеличением Т₁, но одновременно увеличились потери теплоты в конденсаторе, увеличились затраты теплоты за цикл. Здесь наглядно видно, что у дроби η_t увеличился и числитель и знаменатель, а результат неопределенен (см. (6.5)). Зато воочию видно, что увеличение Т₁ до Т₁΄ увеличивает <T₁>. Следовательно, η_t увеличивается с увеличением Т₁.

Рис. 6.6. Иллюстрация метода повышения η_t путем

увеличения температуры Т₁ пара перед турбиной.

Замечание. Производя увеличение Т₁, мы сознательно не меняли все остальные параметры цикла Ренкина. Нельзя же изменять все сразу, чтобы выявить какую-то закономерность.

3.2. Повышение давления рабочего тела перед турбиной.

На рис. 6.7 представлена иллюстрация этого метода повышения η_t.

Рис. 6.7. Иллюстрация метода повышения η_t путем повышения

давления водяного пара перед турбиной.

Судя по рис. 6.7, трудно решить, увеличились или уменьшилась работа за цикл, зато потери теплоты в конденсаторе явно уменьшились. Если же использовать понятие <T₁>, то из рис. 6.7 следует, что с увеличением р₁ величина <T₁> тоже увеличилась, а температура Т₂ не изменилась. Следовательно, однозначно можно сделать вывод, что увеличение давления пара перед турбиной увеличивает термический коэффициент полезного действия η_t.

Замечание. Повышение температуры Т₁ пара перед турбиной мало эффективно, так как изобары p = const довольно круто идут вверх в области перегретого водяного пара. Такова уж природа этого вещества.

Замечание. Оба метода повышения η_t, показанных выше, «благославляются» термодинамикой. А практически увеличение температуры и давления водяного пара перед турбиной ограничивается набором термостойких и особо прочных материалов для изготовления и котельного агрегата и турбины. Здесь во весь свой грозный рост встает наука «Материаловедение».