7.1. Анализ возможности практической реализации цикла Карно в области влажного насыщенного водяного пара

Паротурбинный цикл Карно (схема установки на рис. 7.1) теоретически можно реализовать в области влажного насыщенного пара. В этой области изотермы водяного пара одновременно являются изобарами (рис. 7.2). Значение нижней температуры Т₂ в цикле ПТУ близко к температуре окружающей среды (Т₂=Т_OC) поскольку охлаждение рабочего тела в ПТУ осуществляется водой рек, прудов охладителей и т.п.. Следовательно термический КПД данного цикла в основном определяется температурой горячего источника теплоты Т₁

Максимальное значение Т₁=Т_КР, т.к. при больших значениях Т₁ практически осуществить изотермический подвод теплоты к водяному пару очень сложно.

При критическом значении температуры Т₁=646 К и Т₂=293 К КПД цикла Карно равен 54,7 %. Это большое значение КПД, по сравнению с современными ПТУ. Однако в этом случае получается парадокс – при наибольшом КПД работа цикла равна нулю, такой цикл Карно в Т,s- диаграмме вырождается в вертикальную прямую. При этом работа расширения пара в турбине равна работе сжатия пара в компрессоре и КПД цикла не может отражать его экономичность. При меньших значениях температуры Т₁<Т_КР работа цикла Карно больше нуля, однако и в этом случае имеется ограничение по температуре Т₁, вызванное необходимостью иметь влажность пара на выходе из паровой турбины не белее 12 % (х_К.ДОП=0,88). При больших влажностях пара происходит быстрое разрушение последних ступеней турбины. Если выполнить это ограничение по Т₁=Т_1ДОП, КПД цикла Карно будет иметь значение 24 %. Это очень низкое значение КПД для современных энергетических установок. Однако практическая реализация и такого цикла Карно в области влажного пара невозможна по причине сложности технической реализации адиабатного сжатия пара в компрессоре с одновременным фазовым переходом пара в жидкость. При переходе пара в жидкость происходит резкое уменьшение объема воды, что приведет к гидравлическим ударам в компрессоре и его разрушению.

Исходя из выше приведенного анализа следует, что практическая реализация цикла Карно в области влажного насыщенного пара технически невозможна.