Rankine Siklus: Wat is dit? (Ideaal vs. Werklik + T-s Diagram)
Wat is die Rankine-siklus?
Die Rankine-siklus is 'n meganiese siklus wat algemeen in kragstasies gebruik word om die drukenergie van stoom in meganiese energie deur middel van stoomturbines oor te skakel. Die belangrikste komponente van die Rankine-siklus sluit in 'n roterende stoomturbine, 'n ketel pomp, 'n statiese kondensor en 'n ketel.
'n Ketel word gebruik om water vir stoom by die vereiste druk en temperatuur te verhit, soos die turbine se vereistes vir kragopwekking.
Die turbine-uitlaat word na die radiale of aksiale vloei kondensor gestuur om die stoom tot kondensaat te kondenseer en terug na die ketel te herwin deur middel van ketelpompe vir opnuut verhitting.
Dit kan meer sin maak as ons 'n stap terug neem en begryp wat 'n tipiese kragstasie-siklus lyk.
Tipiese Kragstasie-siklus
Elektriese krag word gegenereer deur gebruik te maak van dampkring-kragstasies deur gebruik te maak van steenkool, ligte steenkool, diesel, swaar ketelfynol as brandstof afhangend van beskikbaarheid en koste. Die vloei-skema van die dampkring-siklus word hieronder gegee:
Die hele kragstasie kan in die volgende sub-stelsels verdeel word.
Sub-stelsel A: Geklassifiseer as die hoofkomponente van die kragstasie (Turbine, Kondensor, Pomp, Ketel) vir kragopwekking.
Sub-stelsel B: Geklassifiseer as die rookpijp/skiem, waar die afvalgasse na die atmosfeer uitgeblaas word.
Sub-stelsel C: Geklassifiseer as 'n elektriese generator vir die omskakeling van meganiese energie na elektriese energie.
Sub-stelsel D: Geklassifiseer as die koelwaterstelsel vir die absorpsie van die hitte van die afgeweierde stoom in die kondensor en die verandering van die stoom fase na vloeistof (kondensaat).
Ons gaan die sub-stelsel binne hierdie kragstasie-siklus analiseer wat met die Rankine-siklus te doen het.
Baie van die praktiese beperkings wat verband hou met die Carnot-siklus kan gemaklik in die Rankine-siklus oorkom word.
Idealisering van die Rankine-siklus
In 'n dampkring, as die werklike vloeistof in 'n dampkring deur die verskillende komponente van die kragstasie beweeg sonder irreversibiliteit en wrydruk-dal, dan word die siklus 'n Ideale Rankine-siklus genoem.
Die Rankine-siklus is die basiese bedryfsiklus vir alle kragstasies waar 'n werklike vloeistof voortdurend sy fase van vloeistof na damp en andersom verander.
Die (p-h) en (T-s) diagramme is nuttig om die werking van die Rankine-siklus te verstaan saam met die beskrywing hieronder:
1-2-3 Isobare hitte-oordrag of Konstantedruk hitte-toevoer in 'n ketel
Die ketel is 'n groot hitte-ruiliger waar hitte-liberale brandstof soos steenkool, ligte steenkool, of olie die hitte indirek aan water by konstante druk oordra. Water gaan die stoomketel in vanaf die ketelpomp as 'n gekompromeerde vloeistof by toestand-1 en word verhit tot die verzadigingstemperatuur soos getoon in die T-s-diagram as toestand-3.
Die energiebalans in die ketel is of energie toegevoeg in 'n stoomgenerator,
qin= h3-h1
3-4 Isentrope Uitbreiding of Isentrope uitbreiding in 'n turbine
Vapour van die ketel-uitlaat gaan die turbine by toestand 3 in, waar dit isentropies oor die turbine-vaste en -bewegende blare uiteenval om werk te lewer in die vorm van meganiese rotasie van die turbine-as, wat aan die elektriese generator gekoppel is.
Werk gelewer deur die turbine (Negliseer hitte-oordrag met die omgewing)
Wturbine out= h3-h4
4-5 Isobare Hitte Verwydering of Konstante Druk Hitte Verwydering in 'n Kondensor
By toestand-4, gaan damp die kondensor in. Die faseverandering vind plaas as damp tot vloeistof by konstante druk in die kondensor deur die overdrag van die stoom se hitte na die sirkulerende waterstroom deur die buise van die kondensor. Faseverandering vind plaas in die kondensor, en die werklike vloeistof wat die kondensor verlaat is in 'n vloeistoftoestand en gemerk as punt 5.
Energie afgeweier in die kondensor, qout= h4-h5
5-1 Isentrope Kompressie of Isentrope kompressie in 'n pomp
Water verlaat die kondensor by toestand 5 en gaan die pomp in. Hierdie pomp verhoog die druk van die water deur werk tydens die prosesse te gee. In eenhede van kleiner grootte en lae spesifieke volume, kan hierdie klein werk vergeleken met die werk-uitset van 'n stoomturbine genegeer word.
Werk gedoen op die pomp per kg water, W51= h5-h1.
