Паротурбинная установка является основой современных тепловых и атомных электростанций. Рабочим телом в таких установках является пара какой-либо жидкости (например, водяной пар).
Принципиальная схема ПТУ показана на рисунке 3.9 и процесс получения работы происходит следующим образом. В паровом котле 1 и в перегривнику 2 теплота горения топлива передается воде.
Полученный пар поступает в турбину 3, где происходит преобразование теплоты в механическую работу, а затем в электрическую энергию в электрогенераторе 4. Отработанный пар поступает в конденсатор 5, где отдает теплоту воде, охлаждающей. Полученный конденсат насоса 6 отправляется в питательный бак 7, откуда питательным насосом 8 сжимается до давления, равного давлению в котле, и подается через подогреватель 10 в паровой котел 1.
Основным циклом в паротурбинной установке является цикл Ренкина. На рисунке 3.10 изображен идеальный цикл Ренкина на перегретом паре в Pv-и Ts ^-диаграммах. Точка 4 характеризует состояние кипящей воды в котле при давлении Ри. Линия 4-5 изображает процесс парообразования в котле, затем пара подсушивается в перегривнику - процесс 5-6, 6-1 - процесс перегрева пара в перегривнику при давлении Ри, Полученный пар по адиабаты 1-2 расширяется в цилиндре парового двигателя до давления Р2 в конденсаторе. В процессе 2-2 'пар вполне конденсируется до состояния кипящей жидкости при давлении Р2, отдавая теплоту парообразования воде, охлаждающей. Процесс сжатия воды 2'-3 осуществляется в насосе, повышение температуры воды, получающейся при этом, является ничтожно малым, и им в исследованиях при давлениях до 3,0-4,0 МПа пренебрегают. Линия 3-4 изображает изменение объема воды при нагревании от температуры в конденсаторе до температуры кипения. Работа насоса изображается заштрихованной площадью - 032 '7. Энтальпия пара при выходе из перегривника в точке 1 равна h1 и на Ts-диаграмме (рис. 3.10, б) изображается площадью 92ь3461709. Энтальпия пара при входе в конденсатор в точке 2 равна h2 и на Ts-диаграмме изображается площадью 92ь2709. Энтальпия воды при выходе из конденсатора в точке 2 'равен h2 "и на Ts-диаграмме изображается площадью 92ь809. Полезная работа пары в цикле Ренкина изображается на Pv-диаграмме площадью 2ь346122 "(рис. 3.10, а).
Если в цикле Ренкина учитывать работу насоса, то процесс адиабатного сжатия воды в нем представится на Ts-диаграмме (рис. 3.10, б) адиабаты 2 '-3, а изобары 3-4 соответствует нагреву воды в котле при давлении Р1 до соответствующей температуры кипения .
В этой диаграмме расстояние по ординате между точками 1 и 2 соответствует адиабатного расширению пара в паровой турбине. Расстояние по ординате между точками 2 и 2 'изображает количество теплоты, отводимой в конденсаторе при Р2 = еош1. Расстояние по ординате между точками 2 и 3 - количество теплоты, которая расходуется на сжатие воды в насосе до давления Р1 в котле. Расстояние по ординате между точкам 3 и 4 соответствует количеству теплоты, которая расходуется на подогрев воды до температуры котла. Расстояние по ординате между точками 4 и 5 изображает количество теплоты, которая расходуется на получение влажного пара в котле со степенью сухости XK = const. Расстояние по ординате между точками 5 и 6, 6 и 1 определяет количество теплоты, которая расходуется на подсушивания влажного пара и перегрев сухого пара в пароперегреватель при давлении в котле Р1 = const.
Таким образом, удельное количество теплоты qi, подводимой к воде в этом цикле, определяется расстоянием по ординате между точками 1 и 3, а отведена количество теплоты q2 - между точками 2 и 2 '.
Применение йя-диаграммы значительное облегчает расчеты термодинамических процессов и циклов, так как количества теплоты в этой диаграмме изображаются отрезками прямых линий по ординате между начальными и конечными точками процессов.
Следует отметить, что КПД ПТУ может созревать 45%. Для повышения КПД используют следующие методы:
1) повышение начального давления пара (при этом КПД ПТУ значительно увеличивается, а удельные расходы пара уменьшаются);
2) повышение начальной температуры пара (КПД увеличивается, так как увеличивается середньоинтегральна температура подвода теплоты и при этом возрастает адиабатное теплопадиння)
3) уменьшение конечного давления в конденсаторе (при этом уменьшается середньоинтегральна температура отвода теплоты и увеличивается адиабатное теплопадиння).