Όταν η κυρτή ατμός που παράγεται σε κατερμάτη περνάει από επιφάνειες μεταφοράς θερμότητας, τότε η θερμοκρασία της θα αυξάνεται πάνω από την καύση ή την κυρτή.
Ο ατμός περιγράφεται ως υπερθερμοκρασια, αν η θερμοκρασία του είναι μεγαλύτερη από την θερμοκρασία κυρτής. Το βαθμός υπερθερμοκρασίας σχετίζεται άμεσα με την θερμοκρασία του ατμού που έχει θερμανθεί πάνω από την κυρτή θερμοκρασία.
Η υπερθερμοκρασία μπορεί να παρασχεθεί μόνο σε κυρτή ατμό και όχι σε ατμό με παρουσία υγρασίας. Για να επιτευχθεί υπερθερμοκρασία, η κυρτή ατμός πρέπει να περάσει από έναν άλλον ανταλλακτή θερμότητας. Αυτός ο ανταλλακτής θερμότητας για υπερθερμοκρασία λέγεται δευτερεύοντας ανταλλακτής θερμότητας μέσα στην κατερμάτη. Ο θερμός ατμός που βγαίνει από την κατερμάτη θεωρείται ως η καλύτερη μέθοδος θέρμανσης της κυρτής ατμό.
Ο υπερθερμοκρασια ατμός εφαρμόζεται σε ισχυοσταθμούς ατμού για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Στους τουρβίνες, ο υπερθερμοκρασια ατμός εισέρχεται από την ένα άκρο και βγαίνει από το άλλο στο συμπυκνωτή (που μπορεί να είναι τύπου υδατικής ή αεριούχης). Η διαφορά της ενέργειας υπερθερμοκρασια ατμό μεταξύ της είσοδου και της εξόδου της τουρβίνης προκαλεί την περιστροφή του ρότορα της τουρβίνης. Υπάρχει μια σταδιακή μείωση της ενέργειας του ατμού καθώς περνάει μέσα από τον ρότορα της τουρβίνης.
Είναι ουσιώδες να υπάρχει αρκετή υπερθερμοκρασία στην είσοδο της τουρβίνης, ώστε να αποφευχθεί η κόνδυση υγρού ατμού στα τελικά στάδια του ρότορα της τουρβίνης.
Βασικά, ο ρότορας της τουρβίνης έχει αριθμό σταδίων και ο ατμός πρέπει να περάσει από κάθε στάδιο πριν φτάσει στον συμπυκνωτή. Έτσι, αν δεν παρασχεθεί αρκετή υπερθερμοκρασία στον ατμό στην είσοδο της τουρβίνης, τότε ο ατμός μπορεί να γίνει κυρτός κατά την άφιξή του στα τελικά στάδια του ρότορα και συνεπώς να γίνει πιο υγρός καθώς περνάει από κάθε επόμενο στάδιο.
Ο υγρός ατμός στο τέλος του ρότορα είναι πολύ επικίνδυνος, καθώς μπορεί να οδηγήσει σε Χτύπημα Νερού και σοβαρή ερόσιον στα τελικά στάδια των πτερυγίων της τουρβίνης. Για να ξεπεραστεί αυτό το πρόβλημα, είναι συμβουλούμενο να σχεδιαστούν οι παραμέτροι είσοδου του ατμού στην τουρβίνη με τέτοιο τρόπο ώστε υπερθερμοκρασια ατμός να εισέρχεται στην είσοδο της τουρβίνης και οι παραμέτροι εξόδου της τουρβίνης να σχεδιάζονται να ταιριάζουν με τις παραμέτρους του ατμού κοντά σε κυρτές συνθήκες.
Ένα από τα μεγαλύτερα λόγια χρήσης του υπερθερμοκρασια ατμού στην τουρβίνη είναι η σημαντική βελτίωση της θερμοδυναμικής αποδοτικότητας του κύκλου.
Η αποδοτικότητα του θερμοκινητήρα μπορεί να βρεθεί χρησιμοποιώντας είτε:
Αποδοτικότητα κύκλου Carnot: Λόγος της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ είσοδου και εξόδου προς την θερμοκρασία είσοδου.
Αποδοτικότητα κύκλου Rankine: Λόγος της θερμότητας ενέργειας στην είσοδο και την εξόδο της τουρβίνης προς την συνολική θερμότητα που λαμβάνεται από τον ατμό.
2. Παράδειγμα υπολογισμού της αποδοτικότητας κύκλου Carnot και Rankine.
Εξηγημένο με παράδειγμα:
Μια τουρβίνη εφοδιάζεται με υπερθερμοκρασια ατμό σε 96 bar και 490oC. Η εξόδος είναι σε 0.09 bar και 12 % υγρασία.
Η θερμοκρασία του κυρτού ατμού είναι : 43.7oC
Να καθοριστεί και να συγκριθεί η αποδοτικότητα κύκλου Carnot και Rankine.
Διαδικασία καθορισμού της αποδοτικότητας κύκλου Carnot :
Διαδικασία καθορισμού της αποδοτικότητας κύκλου Rankine :
Όπου,
Λογική θερμότητα στην κόνδυση που αντιστοιχεί σε εξόδο 0.09 bar σε KJ/Kg = 183.3
3.
Διάγραμμα φάσης-ατμού είναι μια γραφική αναπαράσταση δεδομένων που παρέχονται στον πίνακα ατμού. Το διάγραμμα φάσης-ατμού παρέχει τη σχέση μεταξύ ενθαλπίας, θερμοκρασίας σε διάφορες πίεσεις. Ενθαλπία υγρού hf. Αυτό αντιπροσωπεύεται από τη γραμμή A-B στο διάγραμμα φάσης. Όταν το νερό ξεκινά να λαμβάνει θερμότητα από 0o C, τότε λαμβάνει όλη την ενθαλπία υγρού κατά μήκος της γραμμής κυρτού νερού A-B στο διάγραμμα φάσης
Ενθαλπία κυρτού ατμού (hfg): Οποιαδήποτε πρόσθετη θερμότητα αποτελεί μεταβολή φάσης σε κυρτό ατμό και αντιπροσωπεύεται από (hfg) στο διάγραμμα φάσης, δηλαδή B-C.
Κλίμακα ξηρότητας (x): Όταν εφαρμόζεται θερμότητα, τότε το υγρό ξεκινά να αλλάζει φάση από υγρό σε ατμό και η κλίμακα ξηρότητας του μίγματος αρχίζει να αυξάνεται, δηλαδή πηγαίνει προς τη μονάδα. Στο διάγραμμα φάσης, η κλίμακα ξηρότητας του μίγματος είναι 0.5 ακριβώς στη μέση της γραμμής BC. Ωστόσο, στο σημείο c του διαγράμματος φάσης, η τιμή της κλίμακας ξηρότητας είναι 1.
Γραμμή C-D Το σημείο c είναι στη γραμμή κυρτού ατμού, ο
