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1、54、蒸汽动力循环,蒸汽动力循环：用蒸汽将热转化为功的循环,一、卡诺循环：,卡诺热机。整个循环为四个步骤：压缩、吸热、膨胀、 放热。蒸汽动力循环是将热能转化为功。最早的提出效率 最高的是卡诺循环。,取循环为封闭体系：,TS图对卡诺循环应用：整个卡诺循环由两个等温过 程和两个等熵过程组成，而且每一过程均为可逆。,首先以水蒸气为工质的卡诺循环示意图：,锅 炉,冷凝器,透 平,水泵,1,3,4,2,1,4,2,3,6,图5-14 简单的蒸汽动力装置,图5-15 TS图上的卡诺循环,能量平衡方程为：,熵平衡：,2、透平：,在绝热可逆情况下操作：（绝热膨胀）,能量平衡方程为：,熵平衡：,3、透平排出的废
2、气（称乏气）经冷凝器凝结为水：,4、泵：泵使工作物质恢复到原来的能量水平。将汽态水 送回锅炉。,能量平衡式：,熵平衡式：,因此，整个循环：,高温热源吸热,低温热源放热,卡诺热机循环的热效率：,从TS 图中：,相等,因此，卡诺热机效率与工质无关，仅于高低温两热源温度有关。,因此卡诺热机是一个理想的、不能实现的热机。 它的意义在于：提供了一个实际热机与之比较的最高标准。,1,4,3,2,图 516 TS 图上的朗肯循环,二、朗肯循环：（朗肯蒸汽动力循环的简称）,1、高温吸热：,或,2、膨胀做功：,过热蒸汽在透平中可逆绝热膨胀至冷凝压力，即等熵过程。,要求：,膨胀过程所做轴功：,理想,实际过程是不可
3、逆的 ，实际轴功为：,透平产功（实际）：,4、泵输送,3、低温放热：,过程为恒压、恒温冷凝，放出的热：,冷凝水在泵中进行可逆绝热压缩至锅炉的操作压力，,因为水是不可压缩的，则：,实际上此过程也不是等熵过程，,若已知其等熵效率 ，,则泵实际耗功为：,整个过程：,1,4,3,2,图 517 简单的实际动力循环,例 55 某蒸汽动力装置产生的过热蒸汽压力为8600kPa、 温度为500 。此蒸汽进入透平绝热膨胀作功，透平排出的乏 汽压力为10KPa. 乏汽进入冷凝器全部冷凝成为饱和液态水，,（a）理想的朗肯循环的热效率；（b）已知透平和水泵的,都,为0.75，试求在上述条件下实际动力循环的热效率；（
4、c）设计 要求实际动力循环输出的轴功率为80000kW，试求蒸汽流量以 及锅炉和冷凝器的传热速率。,从附表3（水蒸汽表）可查得8600kPa、500 的过,解,点 状态为湿蒸汽，由式（418）得,查饱和水蒸汽压力表，压力为10kPa、饱和温度为45.83 ， 这时有,由此求得,根据式（517）可以求出,将上述已知数据代入式（427），得,根据热力学第一定律，则有,另外，根据式（522）我们也可求得 ， 即,朗肯循环的热效率为,冷凝器放出的热量 为,水泵所耗的功为,锅炉吸收的热 为,或,实际循环的热效率,显然，此效率低于理想朗肯循环的效率。这是由于透平不可 逆操作所致。水泵耗功要比透平产功小得多
5、，因此水泵对效率的 影响并不重要。,（c）设计要求实际循环提供的轴功率为80000kW，则其蒸 汽流量m应为,图 518 提高过热温度对热效率的影响,三、朗肯循环的改进,1、提高蒸汽的过热温度：,最高温度不超过600,图 519 提高蒸汽压力对热效率的影响,要求乏汽干度不低于0.9,随着压力的提高，乏汽的干度下降即温度增加，因而会 引起透平机相对内部效率的降低,1,4,8,3,（a）,(b),3、采用再热循环：,再热循环的热效率为：,例 56 例55中的过热蒸汽（8600kPa、 500 ）进入 高压透平时等熵膨胀到饱和状态即图520（b）中的点3， 饱和蒸汽由再热器等压加热到500后进入低压
6、透平等熵膨胀 到冷凝压力（10KPa）。假设冷凝水在水泵中的升压过程也是 等熵过程，试求此再热循环的热效率和乏汽的干度。,由例55已知点2过热蒸汽的,值，可以从附表3（饱和水蒸汽表）中查到对应的饱和蒸汽压,。再从附表3（过热蒸汽,表）查到点4（747.64kPa、 500 ）的焓和熵值，即,解,因低压透平的膨胀为等熵过程，故,根据式（518）,从附表3（饱和水蒸汽表）查饱和压力为10kPa时的饱和蒸汽,与饱和液体的熵 与 值，并将其代入上式，可求出,显然， 比 （=0.80467，即例55中的 ）大得多。,根据式（517），得,从附表3（饱和水蒸汽表）查饱和压力为10kPa时的饱和蒸汽,与饱和液体的焓 与 值，并将其代入上式，可求出,再热循环产出的净功为,该再热循环工质吸收的总热量为,因此，其热效率为,4、采用回热循环,5.采用热电循环 既提供动力又供给热量 背压式汽轮机联合供电供热和抽汽式汽轮机联合供电供热两种形式.,
