Цикл Карно для водяного пара и его недостатки

Рассмотрим вопрос о практической осуществимости на водяном паре цикла Карно, представленной Ts-диаграмме.

Этот цикл состоит из изобарно-изотермического процесса парообразования 4-1, адиабатного расширения пара 1-2, изобарно-изотермического процесса неполной конденсации пара 2-3 и, наконец, адиабатного сжатия влажного пара 3-4 с полным превращением его в воду.

Нижняя температура такого цикла определяется параметрами тройной точки воды и получается равной около 25°С, как с точки зрения возможности теплообмена с окружающей средой при конденсации пара, так и с точки зрения практической достижимости глубокого вакуума (этой температуре соответствует р₂=0,03 бар). Верхняя температура такого цикла определяется критической температурой воды (374,15°С) может быть принятой около 350°С чему соответствует p₁ около 170 бар.

Максимально достижимый термический к. п. д. цикла составляет всего

,

Основным препятствием в данном случае является именно практическая неосуществимость такой установки.

Действительно, несложный расчет показывает, что при использовании сухого насыщенного пара с параметрами p₁=170 бар и t₁ =352°С (которые выше были приняты за предельно высокие) конечная влажность его при адиабатном расширении до р₂ =0,03 барсоставляет 41,3%. Таким образом, двигателю пришлось бы работать в чрезвычайно неблагоприятных гидродинамических условиях очень высокой влажности пара.

Далее, на осуществление адиабатного сжатия частично сконденсировавшегося при р₂=0,03 бар отработавшего пара до начального давления p₁ =170 бар с полным превращением его в воду необходимо затратить работу l_Т = 5б2 кДж/кг, что составляет 55,3% всей работы l_Т =1014 кДж/кг, совершаемой двигателем.

Приведенные данные показывают, что паросиловые установки, в которых нашел бы практическое осуществление цикл Карно, являются совершенно бесперспективными. Поэтому развитие паросиловой техники с самого начала пошло в другом направлении, связанном с полной конденсацией отработавшего пара и применением перегретого пара. Это направление открыло большие возможности расширения используемого температурного интервала и соответственно повышения термического к. п. д. паросилового цикла.