Κύκλος Rankine: Τι είναι; (Ιδεαλικός απέναντι σε Πραγματικό + Διάγραμμα T-s)

Τι είναι ο κύκλος Rankine

Ο κύκλος Rankine είναι ένα μηχανικός κύκλος που χρησιμοποιείται συνήθως σε ενεργειακές εγκαταστάσεις για τη μετατροπή της πίεσης του ατμού σε μηχανική ενέργεια μέσω ατμοστρόβιλων. Τα βασικά συστατικά του κύκλου Rankine περιλαμβάνουν έναν περιστρεφόμενο ατμοστρόβιλο, έναν εκταντή ατμού, έναν σταθερό συμπυκνωτή και έναν εκταντή.

Ο εκταντής χρησιμοποιείται για να θερμανθεί το νερό για την παραγωγή ατμού με την απαιτούμενη πίεση και θερμοκρασία, σύμφωνα με τις απαιτήσεις του ατμοστρόβιλου για την παραγωγή ενέργειας.

Ο ατμός που εκτοξεύεται από τον ατμόστροβιλό κατευθύνεται στον ακτινικό ή αξονικό ροώδη συμπυκνωτή για τη συμπύκνωση του ατμού σε κόνδυσα, η οποία επανακυκλοφορεί πίσω στον εκταντή μέσω των εκταντών ατμού για να θερμανθεί ξανά.

Αυτό ίσως να έχει περισσότερη νόηση αν ανακατευθυνθούμε και κατανοήσουμε τι μορφή έχει ένας κανονικός κύκλος ενεργειακής εγκατάστασης.

Κανονικός κύκλος ενεργειακής εγκατάστασης

Η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται χρησιμοποιώντας κύκλους ατμού σε ενεργειακές εγκαταστάσεις με τη χρήση άνθρακα, λιγνίτη, ντίζελ ή βαρέων καυσίμων, ανάλογα με τη διαθεσιμότητα και το κόστος. Η διαδικασία ροής του κύκλου ατμού είναι δεδομένη παρακάτω:

Η ολόκληρη η ενεργειακή εγκατάσταση μπορεί να χωριστεί στα ακόλουθα υποσυστήματα.

• Υποσύστημα A: Κατηγοριοποιείται ως τα βασικά συστατικά της ενεργειακής εγκατάστασης (ατμόστροβιλός, συμπυκνωτής, εκταντής, εκταντής ατμού) για την παραγωγή ενέργειας.

• Υποσύστημα B: Κατηγοριοποιείται ως η καμίνα/σιδηροδρομικός στύλος, από τον οποίο τα απορριμματικά αέρια αποστέλλονται στην ατμόσφαιρα.

• Υποσύστημα C: Κατηγοριοποιείται ως ηλεκτρογεννήτρια για τη μετατροπή της μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια.

• Υποσύστημα D: Κατηγοριοποιείται ως το σύστημα ψύξης νερού για την απορρόφηση της θερμότητας του απορριμματικού ατμού στον συμπυκνωτή και τη μετατροπή της φάσης του ατμού σε υγρό (κόνδυσα).

Θα αναλύσουμε το υποσύστημα εντός αυτού του κύκλου ενεργειακής εγκατάστασης, το οποίο ασχολείται με τον κύκλο Rankine.

Πολλές από τις πρακτικές περιορισμούς που σχετίζονται με τον κύκλο Carnot μπορούν να ξεπεραστούν ευκολότερα στον κύκλο Rankine.

Ιδεώδης κύκλος Rankine

Σε έναν κύκλο ατμού, αν το εργαλείο εργασίας περνάει μέσα από τα διάφορα συστατικά της ενεργειακής εγκατάστασης χωρίς αναστροφικότητα και πίεση απώλειας, τότε ο κύκλος ονομάζεται Ιδεώδης κύκλος Rankine.

Ο κύκλος Rankine είναι ο βασικός λειτουργικός κύκλος για όλες τις ενεργειακές εγκαταστάσεις όπου ένα εργαλείο εργασίας αλλάζει συνεχώς τη φάση του από υγρό σε ατμό και αντίστροφα.

Τα διαγράμματα (p-h) και (T-s) είναι χρήσιμα για την κατανόηση της λειτουργίας του κύκλου Rankine, μαζί με την περιγραφή που δίνεται παρακάτω:

1-2-3 Ισοπιεσιακή Μεταφορά Θερμότητας ή Σταθερή πίεση θερμότητας σε εκταντή

Ο εκταντής είναι ένα μεγάλο ανταλλακτήρα θερμότητας όπου τα καύσιμα, όπως άνθρακας, λιγνίτης ή πετρέλαιο, μεταφέρουν θερμότητα έμμεσα στο νερό σε σταθερή πίεση. Το νερό εισέρχεται στον εκταντή από τον εκταντή ατμού ως συμπιεσμένο υγρό στην κατάσταση-1 και θερμαίνεται στη θερμοκρασία κατάστασης ως φανερώνεται στο διάγραμμα T-s ως κατάσταση-3.

Η ισορροπία ενέργειας στον εκταντή ή η ενέργεια που προστίθεται σε έναν εκταντή ατμού,
qin= h3-h1

3-4 Ισεντροπική Διάσταση ή Ισεντροπική διάσταση σε ατμόστροβιλό

Ο ατμός από την έξοδο του εκταντή εισέρχεται στον ατμόστροβιλό στην κατάσταση 3, όπου εκτείνεται ισεντροπικά πάνω στα κινούμενα και στατικά βλάβανα του ατμόστροβιλού για την παραγωγή εργασίας στη μορφή μηχανικής περιστροφής του πίνακα του ατμόστροβι