Rankine ciklus: Miben áll? (Ideaális vs. Valós + T-s diagram)

Mi a Rankine ciklus?

A Rankine ciklus egy mechanikai ciklus, amelyet gyakran alkalmaznak erőművekben, hogy a gőz nyomásenergiáját átalakítsák forgómozgási energiává gőrturbínákon keresztül. A Rankine ciklus főbb elemei egy forgó gőrturbina, egy csapágypumpa, egy álló hűtő és egy forraló.

A forraló használva a vizet a szükséges nyomású és hőmérsékletű gőz előállítására, ahogy a turbina az energia termelésére szükség van.

A turbina kibocsátása a radiális vagy axiális áramlású hűtőbe irányul, ahol a gőz kondenzálódik vissza kondensátummá, majd újra a forralóba kerül a csapágypumpa segítségével, hogy újra melegedjen.

Ez talán érthetőbb lesz, ha egy lépést visszafelé teszünk, és megértjük, hogyan néz ki egy tipikus erőmű ciklus.

Tipikus erőmű ciklus

Az elektromos energia légnézet alapú erőműveken keresztül generálható, használva szén, lignit, diesel, nagyfokú sütőolajt, a rendelkezésre állás és költség alapján. A gőz ciklus folyamatának sémája a következő:

Az egész erőmű bontsuk le a következő részszerkezetekre.

• Részrendszer A: Az erőmű (Turbina, Hűtő, Pumpa, Forraló) főbb elemei az energia termeléséhez.

• Részrendszer B: Klasszifikálva a csörfalak/kémények, ahol a hulladék gázokat pazarolnak a légkörbe.

• Részrendszer C: Klasszifikálva egy elektromos generátort, amely a mechanikai energiát elektrikus energiává alakítja.

• Részrendszer D: Klasszifikálva a hűtővízi rendszert, amely elnyeli a hőt a hőcserélőben elutasított gőzből, és a gőz anyagállapotát folyadékra (kondensátum) változtatja.

Elemzésünk során a Rankine ciklust kezelő részrendszert fogjuk megvizsgálni ebben az erőmű ciklusban.

A Carnot-ciklushoz kapcsolódó sok gyakorlati korlátozást a Rankine ciklusban megfelelően fel lehet oldani.

Ideális Rankine ciklus

Ha a munkaanyag egy gőzciklusban áthalad az erőmű különböző komponensein anélkül, hogy irreverzibilitás vagy súrlódási nyomáscsökkenés lenne, akkor a ciklust Ideális Rankine ciklusnak nevezik.

A Rankine ciklus az alapműködési ciklus minden olyan erőműhöz, ahol a munkaanyag folyamatosan változik folyadék és gőz között, és fordítva.

A (p-h) és (T-s) diagramok segítenek megérteni a Rankine ciklus működését, valamint a leírást:

1-2-3 Izobarak hőátadás vagy Állandó nyomású hőadás a forralóban

A forraló egy nagy hőcserélő, ahol a hőszabadító üzemanyag, mint például a szén, lignit vagy olaj, hőt ad közvetlenül a víznek állandó nyomás mellett. A víz a csapágypumbából a forralóba jut be, összenyomott folyadékállapotban, 1-es állapotban, és melegedik a forralóban 3-as állapotig, ahogyan a T-s diagramon is látható.

Az energiaegyenlet a forralóban, vagy a hőadás a gőzgenerátorban,
qin= h3-h1

3-4 Izentropikus kiterjesztés vagy Izentropikus kiterjesztés a turbínában

A forraló kimeneti gőz 3-as állapotban lép be a turbínába, ahol izentropikusan terjeszkedik a turbina rögzített és mozgó szárán, hogy munkát végezzen a turbina tengelyének forgómozgásával, ami csatlakoztatva van egy elektromos generátornak.
A turbina által teljesített munka (Kihagyva a környezettel történő hőátadás)
Wturbina kimeneti= h3-h4

4-5 Izobarak hőkiadás vagy Állandó nyomású hőkiadás a hűtőben

4-as állapotban a gőz belép a hűtőbe. A fázisváltás történik, miközben a gőz kondenzálódik folyadékállapotúvá állandó nyomás mellett a hűtőben, ahol a gőz hőt ad a hűtőben cirkuláló vízfolyásnak. A fázisváltás a hűtőben történik, és a munkaanyag, amely a hűtőből kilép, folyadékállapotú, és 5-jel jelölve van.
Hőkiadás a hűtőben, qout= h4-h5

5-1 Izentropikus tömörítés vagy Izentropikus tömörítés a pumpában

A víz 5-as állapotban lép ki a hűtőből, és bekerül a pumpába. Ez a pumpa a víz nyomását emeli, munkát végezve a folyamat során. A kisebb méretű eg