За основний цикл в паротурбінної уста-новки прийнятий ідеальний цикл Ренкіна. У цьому циклі здійснюється повна кондом-сація робочого тіла в конденсаторі, слідом-ствие чого замість громіздкого малоеффек-тивного компресора для подачі води в ко-тёл застосовують живильний водяний насос, який має малі габарити і високий ККД.
На pv- діаграмі точка 4 характеризує со-стояння окропу в казані при тиску p1. Лінія 4-5 зображує процес парообра-тання в котлі; потім пар підсушується в перегрівачів при тиску p1. Отриманий пар по адіабати 1-2 розширюється в циліндрі парового двигуна до тиску p2 в кон-денсаторе. У процесі 2 - пар повністю конденсується до стану киплячій жид-кістки при тиску p2. віддаючи теплоту па-рообразованія охолоджуючої води. Процес стиснення води здійснюється в насосі; що виходить при цьому підвищення темпе-ратури води мізерно мало, і їм в дослі-нях при тисках до 3,0 - 4,0 МПа нехтують. Лінія 3-4 зображує изме-ня обсягу води при нагріванні від температури в конденсаторі до температури кипіння. Робота насоса зображується за-штрихованої пл. 03 7. Ентальпія пари при виході з перегревателя в точці 1 дорівнює i1 і на Ts -діаграмме зображується пл. 9 34617109. Ентальпія пари при вході в конденсатор в точці 2 дорівнює i2 і на Ts -діаграмме зображується пл. 9. Ен-тальпія води при виході з конденсатора в точці дорівнює i1 і на Ts -діаграмме зображені жается пл. 9 8109. Корисна робота пара в циклі Ренкінаl зображується на pv- діа-грамі пл. .
Якщо в циклі Ренкіна враховувати роботу насоса, то процес адиабатного стиснення води в ньому випаде на Ts- діаграмі Адіа-батой. а ізобара 3-4 відповідає нагріванню води в котлі при тиску p1 до відповідної температури кипіння.
Термічний ККД циклу Ренкіна визначаються-ється за формулою:
Питома кількість теплоти в циклі підводиться при p = const в процесах 3-4 (підігрів води до температури кипіння), 4-6 (пароутворення) і 6-1 (перегрів пара) і дорівнює різниці ентальпій початковій і ко-кінцевих точок процесу:
Це питома кількість теплоти зображені жается на Ts -діаграмме пл. 8. От-вод питомої кількості теплоти q2 здійснюється в конденсаторі по ізобарі 2. отже
Відведена теплота зображується на Ts -діаграмме пл.
Термічний ККД циклу Ренкіна:
Цикл повітряної компресорної хо-лодільной установки
На малюнку зображена схема повітряної холодильної установки, де в якості ра-бочего тіла застосовують повітря, що є найбільш зручним, безпечним і доступ-ним робочим тілом. Повітряна холодиль-ва установка працює наступним обра-зом.
Повітря, що охолоджує приміщення 1, сжи-томиться в компресорі 2, в результаті чого температура його збільшується. Стиснене повітря при постійному тиску нагнітаючи-ється в теплообмінник 3, в якому охолодні-ється водою до температури навколишнього середовища. Після цього стиснене повітря посту-Пает в розширювальний циліндр, або де-Тандер 4, де розширюється до початкового тиску. При розширенні температура повітря падає до -60 або -70 0 С і холод-дільной повітря спрямовується для охолодж-ня приміщення, де, нагріваючись, знову по-ступає в компресор.
в pv - і Ts - діаграмах:
повітря в процесі 1-2 адіабатно стискається від тиску p1 до p2. У изобарном процесі 2-3 від повітря відводиться питомий кількістю-ство теплоти зовнішнього джерела і темпе-ратура його знижується від T2 до Т3. При адіабатні розширенні в процесі 3-4 воз-дух додатково охолоджується від темпера-тури Т3 до Т4. Далі в изобарном процесі 4-1 відбувається відведення теплоти від охолоджують-мого приміщення (теплоотдатчика), в ре-док чого повітря нагрівається від Т4 до Т1.
Робота витрачається на здійснення циклу, дорівнює різниці питомих кількостей теплоти q1 іq2. Вважаючи теплоємність посто-начення маємо:
Тоді холодильний коефіцієнт циклу:
З адіабатних процесів 1-2 і 3-4
Де Т1 - температура охолоджуваного примі-щення або температура повітря, засмоктуючи-ного в компресор.
Т2 - температура стисненого повітря.
Цикл парової компресорної холод-дільной установки
Найбільшого поширення для охолодження тел до температури -20 0 С отримали холодильні установки, в яких холодильним агентом є-ються легкокипящие рідини - ам-Міаком, фреони, сірчистий ангідрид та інші при невисоких тисках (ж-лательно близьких до атмосферного).
На малюнку схема компресорної установки, що працює на парах ам-Міака NH3.
1 компресор; 2 конденсатор; 3 дросельний вентиль; 4 - охолоджуване приміщення (випарник)
У компресорі стискається аміачний суху насичену пару або вологий пар з великим ступенем сухості по адіабати 1-2 до стану перегрітої пари в точці 2. З компресора пар нагнітається в конденсатор, де повно-стю перетворюється в рідину (про-процес 2-3-4 ). З конденсатора рідкий аміак проходить через дросельний вентиль, в якому дросселируется, що супроводжується зниженням тим-ператури і тиску. Потім рідкий аміак з низькою температурою посту-Пает в охолоджувач, де, отримуючи кіль-кість теплоти (в процесі 5-1) испа-ряется і охолоджує розсіл, який циркулює в охолоджуваних камерах. Процес дроселювання як необр-тімий процес зображується на діа-грамі умовної кривої 4-5.
У парової компресорної установки не застосовується розширювальний ци-Ліндрен (детандер), а робоче тіло дрос-селіруется в регулювальному вентилі. Заміна розширювального циліндра дроселем супроводжується віку-ням ентропії, що викликає Незнач-рую втрату холодопродуктивність-сти, але ця заміна значно спрощено-щает установку і дає можливість легко регулювати тиск пара і отримувати необоротну температуру в охолоджувачі.
Питома робота затрачено-ва на совершеніецікла: =
Холодильний коефіцієнт компресорної аміачної установки:
Де - питома-ну кількість теплоти, сприймається аміачним паром в охолоджувачі.
Холодильний коефіцієнт установки
Значення ентальпій в рівнянні визна-ляють по is-діаграмі або по таблиці аммі-ака.
Парові холодильні установки мають велику перевагу перед повітряними. Вони компактні, дешеві і мають більш ви-сокий холодильний коефіцієнт.
Процес пароутворення в p - V діаграмі
Фазова pv - діаграма системи, перебуваючи-щей з рідини і пара, являє собою графік залежності питомих обсягів води і пари від тиску.
Нехай вода при температурі 0 0 С і Незнач-ром тиску # 961; займає питома обсяг v0 (відрізок NS). Вся крива АЕ висловлює за-лежність питомої обсягу води від тиску-ня при температурі 0 0 С. Оскільки вода віщо-ство майже нестисливої то крива АЕ майже паралельна осі ординат. Якщо при по-постійному тиску повідомляти воді теплоту, то її температура буде підвищуватися і питомий об'єм збільшуватися. При недо-торою температурі tsвода закипає, а її питома-ний об'ёмv 'в точкеА' досягне при дан-ном тиску максимального значення. Зі збільшенням тиску зростає температура киплячої рідини tsі обсяг v 'також збіль-личивается. Графік залежності v 'від давши-лення представлений кривої АК яка називаються ється прикордонної кривої рідини. Ха-характеристику кривої є ступінь су-хости x = 0. У разі подальшого підведення теплоти при постійному тиску почнеться процес пароутворення. При цьому кількість води зменшується, кількість пара збільшується. У момент закінчення паро-освіти в точці 'пар буде сухим насиченим. Питома обсяг сухого насиченої пари позначається v ''.
Якщо процес пароутворення протікає при постійному тиску то температура його не змінюється і процес A'B 'є одночасно ізобарним і ізотермічен-ським. У точкахA 'і B' речовина знаходиться в однофазному стані. У проміжних точках речовина складається з суміші води і пари. Таку суміш тел називають двухфазной системою.
Графік залежності питомої об'ёмаv '' від тиску представлений кривої КВ, кото-раю називається прикордонної кривої пара.
Якщо до сухого насиченого пару підщепі-дить теплоту при постійному тиску, то температура і обсяг його будуть увеличи-тися і пар з сухого насиченого перей-дет в перегрітий (точка D). Обидві криві АК і КВ ділять діаграму на три частини. Ліворуч від прикордонної кривої рідини АК до ну-лівої ізотерми розташовується область рідини. Між кривими АК і КВ розташовуючись-ється двухфазная система, що складається з суміші води і сухого пара. Вправо від КВ і вгору від точкіК розташовується область пе-регретого пара або газоподібного стану тіла. Обидві криві АК і КВ сходяться в одній точкек. званої критичною точкою.
Критична точка є кінцевою точ-кою фазового переходу рідина - пар, що починається в потрійній точці. Вище кри-тичної точки існування речовини в двофазному стані неможливо. Ніка-ким тиском не можна перевести газ в жид-кое стан притемпературі вище кри-ної.
Параметри критичної точки для води:
Процес p = const водяної пари. Зображення процесу в p - V. i - S і T -S діаграмах.
На is - діаграмі ізобара в області наси-ного пара представляється прямий чи-нией, що перетинає прикордонні криві рідини пара. При підведенні теплоти до вологого пару ступінь сухості його увели-чивается і він (при постійній температурі) переходить в сухий, а при подальшому підводі теплоти - в перегрітий пар. Ізобара в області перегрітої пари представляє со-бій криву, спрямовану опуклістю вниз.
На pv - діаграмі ізобарний процес зображується відрізком горизонтальної прямої, який в області вологої пари зображує і ізотермічний процес од-ночасно.
НаTs - діаграмі в області вологої пари ізобара зображується прямою горизонталь-ної лінією, а в області перегрітої пари - кривий, зверненої опуклістю вниз. Значення всіх необхідних величин для розрахунку беруться з таблиць насичених і перегрітих парів.
Зміна питомої внутрішньої енергії пара:
Підведений питома кількість теплоти:
У тому випадку, коли q задано і потрібно знайти параметри вто-рій точки, що лежить в області двофазних станів, застосо- ється формула для ентальпії вологого пара:
Процес T = const водяної пари. Зображення процесу в p - V. i - S і T -S діаграмах.
На is - діаграмі в області вологої пари ізотерма збігається з ізобарою і є прямою похилою лінією. В області пере-гріти пара ізотерма зображується кривої з опуклістю вгору.
На pv - діаграмі в області вологої пари ізотермічний процес зображується гори-зонтальним прямий. Для насиченого пара цей процес збігається з Ізобаричний. В об-ласті перегріву тиск пара знижується, а процес зображується кривої з опукло-стю до осі абцісс.
На Ts - діаграмі ізотермний процес зображується відрізком горизонталі.
Питома внутрішня енергія водяної пари на відміну від внутрішньої енергії идеаль-ного газу змінюється внаслідок зміни потенційної складової, тому при T = const
Підведений питома кількість теплоти в процесі:
Зовнішня робота визначається з першого закону термодинаміки:
де k - показник адіабати.
Поняття «Холодильний коеффіці-ент»
Холодильний коефіцієнт безраз-мірна величина (зазвичай більше оди-ниці), що характеризує енергетичн-ську ефективність ра-боти холодильної машини; дорівнює від-носіння холодопроизводительности до кількості енергії (роботи), затра-ченной в одиницю часу на осу-ществление холодильного циклу. Визначається типом холодильного циклу, по якому у працює машина, досконалістю її основних елементів і для однієї і тієї ж машини залежить від температурних умов її роботи.
Холодильний коефіцієнт иде-альної холодильної машини, робота-нього по зворотному циклу Карно:
де Tмін і tмакс - відповідно низ-Шая і вища температури в циклі.
Холодильний коефіцієнт воздуш-ної холодильної машини (малюнок),
де T1 і T2 - відповідно темпера-тури початку і кінця адиабатного сжа-ку;
T3 і T4 - температури початку і кінця адиабатного розширення в детандере.