מחזור רנקין: מה זה? (אידיאלי לעומת מציאותי + תרשים T-s)

מהו מחזור רנקין?

מחזור הרנקין הוא מחזור מכני נפוץ במכונות חשמל הממיר את אנרגיית הלחץ של הקיטור לאנרגיה מכנית דרך טורבינות קיטור. המרכיבים העיקריים של מחזור הרנקין כוללים טורבינת קיטור מסתובבת, משאבה לבויילר, מקרר סטטי ולבויילר.

לבויילר משמש לחימום המים לקיטור בעומס ובטמפרטורה הנדרשת לפי דרישות הטורבינה ליצירת חשמל.

הפליטה מהטורבינה מופנית למקרר זרימה רדיאלית או אקסיאלית לחימום הקיטור לקונדנסט ושימוש חוזר בלבויילר דרך משאבות לבויילר לחימום מחדש.

זה עשוי להיות יותר מובן אם נקח צעד אחורה ונבין איך נראה מחזור כוח טיפוסי.

מחזור כוח טיפוסי

חשמל מיוצר באמצעות תחנות כוח שטוף קיטור תוך שימוש בפחם, ליגניט, דיזל, שמן כבד לתנור בהתאם לזמינות ומחיר. הסכמה של מחזור הקיטור נתונה להלן:

כל תחנת הכוח יכולה להתפרק למשתני המשנה הבאים.

• משתנה A: מסווג כמרכיבי הכוח העיקריים (טורבינה, מקרר, משאבה, לבויילר) ליצירת חשמל.

• משתנה B: מסווג כצינור/כינים, מאיפה פault gases are exhausted to the atmosphere.

• משתנה C: מסווג כמגנט חשמלי עבור המרת אנרגיה מכנית לחשמלית.

• משתנה D: מסווג כמערכת מים מתקררים לספיגת החום של הקיטור הנדחה במקרר והמרת פאזה של הקיטור לiquid (condensate).

ננתח את המשתנה בתוך מחזור הכוח הזה שמתעסק עם מחזור הרנקין.

רבים מהגבלות המעשיות הקשורות למחזור קרנו יכולות להתגבר בנוחות במחזור הרנקין.

מחזור רנקין אידיאלי

במחזור קיטור, אם הזורם עובד במחזור קיטור עובר דרך מרכיבים שונים של תחנת הכוח ללא אי-הפיכות ומפחת לחץ, אז המחזור מכונה מחזור רנקין אידיאלי.

מחזור הרנקין הוא המחזור הבסיסי לכל תחנות הכוח שבהן הזורם עובד משתנה באופן מתמשך מוזר לקיטור ולהיפך.

התרשימים (p-h) ו-(T-s) הם שימושיים בהבנת פעולת מחזור הרנקין יחד עם התיאור המופיע להלן:

1-2-3 העברת חום איזוברית או הוספת חום קבועה בלבויילר

הלבויילר הוא חילוף חום גדול שבו דלק משחרר חום כמו פחם, ליגניט או שמן מעביר חום באופן עקיף למים בעומס קבוע. המים נכנסים ללבויילר מקומפרסורים של לבויילר כזיר מכווץ במצב 1 ונלחמים לטמפרטורת השוויון כפי שמוצג בתרשים T-s במצב 3.

האיזון האנרגטי בלבויילר הוא או אנרגיה שהוספה במחולל קיטור,
qin= h3-h1

3-4 הרחבת איזנטרופית או הרחבת איזנטרופית בטורבינה

קיטור מהיציאה של הלבויילר נכנס לטורבינה במצב 3, שם הוא מתפשט איזנטרופית מעל להלהט והלהט המזוז של הטורבינה כדי ליצור עבודה בצורה של סיבוב מכני של ציר הטורבינה, שהוא מחובר למגנט חשמלי.
עבודה שנמסרה על ידי הטורבינה (בהתעלמות מהעברת חום בסביבה)
Wturbine out= h3-h4

4-5 דחיית חום איזוברית או דחיית חום קבועה במקרר

במצב 4, קיטור נכנס למקרר. שינוי הפאזה קורה כאשר הקיטור מתרכך לזיר בעומס קבוע במקרר על ידי העברת חום של הקיטור לזרימת מים מעגלית דרך צינורות המקרר. שינוי הפאזה קורה במקרר, והזורם המסתלק מהמקרר נמצא במצב זיר ומסומן כנקודה 5.
אנרגיה שנדחתה במקרר, qout= h4-h5

5-1 דחיסה איזנטרופית או דחיסה איזנטרופית במשאבה

מים יוצאים ממקרר במצב 5 ונכנסים למשאבה. המשאבה מגבירה את לחץ המים על ידי העברת עבודה במהלך התהליכים. ביחידה קטנות בגודל ובנפח נמוך, העבודה הקטנה הזו יכולה להתעלם לעומת העבודה המסופקת על ידי טורבינת קיטור.
עבודה שנעשתה על המשאבה לק"ג מים, W51= h5-h1.

יע