Эталонный цикл Эдвардса

Цикл Эдвардса был предложен в начале 70-х годов прошлого века инженером А. Пииром как эталонный термодинамический цикл для энергоустановок на органическом топливе, по аналогии с циклом Карно, который является эталоном для тепловых двигателей с изотермическими источниками теплоты. Советская теплотехническая школа^[1][2][3] ошибочно (по словам А. Э. Пиира, не подтверждёнными ссылками на других исследователей) считает цикл Карно эталоном для всех без исключения тепловых двигателей, а «карнотизацию» циклов газотурбинных и комбинированных парогазовых установок — способом их совершенствования^[4][5].

Термодинамический цикл Эдвардса — внешне обратимый идеальный цикл теплового двигателя, источником тепла которого служат продукты сгорания топлива, а тепловым стоком — окружающая среда .

Идеальный цикл Эдвардса — эталон теплового совершенства для двигателей внутреннего и внешнего сгорания, поскольку его термический КПД является предельным и превышает КПД цикла Карно^[6].

Конфигурация цикла Эдвардса вытекает из теории Карно^[7] для внешне и внутренне обратимого термодинамического цикла в указанных выше температурных рамках. Цикл Эдвардса образуют изохорный (или изобарный) процесс подвода теплоты 1-2 (горение топлива), адиабатное расширение продуктов сгорания 2-3, изотермическое сжатие 3-1 (рис. 1а).

Термический КПД цикла Эдвардса (по словам А. Э. Пиира, не подтверждёнными ссылками на других исследователей) описывает формула:

${\displaystyle \eta =1-{\frac {ln(T_{2}/T_{1})}{T_{2}/T_{1}-1}}}$,

где ${\displaystyle T_{1}}$, К — начальная температура газов;

${\displaystyle T_{2}}$, K — конечная температура газов.

Цикл Эдвардса может быть реализован различными способами. Наиболее просто — в виде паротурбинной установки со суперсверхвысокими начальными параметрами пара или паротурбинной установки двух давлений (как на английской АЭС Колдер Холл с газоохлаждаемым реактором); в виде комбинированной установки с газовыми и паровыми турбинами (Северо-Западная ТЭЦ Санкт-Петербурга); мини-ТЭЦ с газовыми турбинами и двигателями внутреннего сгорания; судовых энергоустановок с дизельными двигателями и паровыми котлами-утилизаторами.

Для вариантов цикла Эдвардса с газотурбинным регенеративным двигателем или двигателем внутреннего сгорания (рис. 1б) выражение термического КПД примет вид:

${\displaystyle \eta =1-{\frac {T_{4}ln(T_{2}/T_{1})}{T_{2}-T_{1}}}}$,

где ${\displaystyle T_{4}}$, К — температура теплового стока.