朗肯循环

朗肯循环

简单蒸汽动力装置主要设备有蒸汽锅炉、汽轮机、给水泵和冷凝器等。

水首先在锅炉中吸收热量汽化和过热，形成高温、高压的过热蒸汽。过热蒸汽被送至汽轮机，在其中绝热膨胀作功。在汽轮机出口，工质达到低压湿蒸汽状态，称为乏汽。乏汽被送至冷凝器内定压冷却，重新凝结成水。最后，由给水泵加压后送回锅炉加热而完成一个循环。

朗肯循环：

蒸汽动力装置的实际工作循环可以理想化为由两个可逆定压过程和两个可逆绝热过程组成的理想循环，即朗肯循环，也称为简单蒸汽动力装置循环。如图所示：

如左图所示，0-1为工质在锅炉内定压吸热过程，过程中工质吸热q

1=h

1

-h

，可

用h-s图上的线段长度a来表示；1-2为汽轮机内绝热膨胀过程，过程中汽轮机

中作出轴功 (W

s,T )

1-2

=h

1

-h

2

，可用h-s图上的线段长度b来表示；2-3为定压放热

过程，工质放热 |q

2|=h

2

-h

1

，可用h-s图上的线段c来表示；3-4为工质在水泵

内的绝热加压过程，过程中给水泵消耗轴功 (W

s,p )

3-1

=h

-h

3

，可用h-s图上的线段

长度d来表示。

过程的循环净功为：

朗肯循环的热效率可表示为：

若忽略给水泵消耗的轴功，则朗肯循环的热效率公式可近似地表示为：

朗肯循环热效率的分析：

提高循环的平均加热温度及降低循环的平均放热温度，均可提高朗肯循环的热效

率。具体措施是提高蒸汽的初温t

1、初压p

1

，降低乏汽的压力p

2

。

①提高蒸汽初温对热效率的影响：

当蒸汽的初压p

1及乏汽的压力p

2

不变时，而蒸汽的初温由t1提高到，则如右图

所示，平均加热温度要升高，即 T'

m1>T

m1

，而放热温度T

2

不变，则朗肯循环的热

效率得到提高。

此外，蒸汽的初压不变而蒸汽的初温提高时，如右图所示，则绝热膨胀终了状态2'比原状态2有较大的干度。这有利于减少汽轮机内部的功耗散，也有利于改善汽轮机叶片的工作条件。但另一方面，为提高蒸汽的初温，则要求锅炉过热器所用材料具有较好的耐热性。

②提高蒸汽初压对热效率的影响：

当蒸汽的初温T

1及乏汽的压力p

2

不变时，而蒸汽的初压由p

1

提高到，则如左图

所示，平均加热温度要升高，即T'

m1>T

m1

，而放热温度T

2

不变，则朗肯循环的热

效率得到提高。

此外，当蒸汽的初温不变而提高蒸汽的初压时，如左图所示，绝热膨胀终了状态2'比原状态2有较小的干度，这会引起汽轮机内部的耗散增加。特别是干度较低而水分过多时，由于水滴的冲击，汽轮机叶片的表面受破坏，甚至引起叶片振动，影响叶片的使用寿命。因此，一般同时提高蒸汽的初温及初压，既能提高热效率，又能保证汽轮机内部良好的工作条件。

③降低乏汽压力对热效率的影响：

蒸汽的初温T

1及初压力p

1

不变，而降低乏汽的压力p

2

，如右图所示，放热温度

要降低，即T'

2

2

，而平均加热温度变化很小，因此导致朗肯循环的热效率提高。