Rankine Cikls: Kas tas ir? (Ideāls vs. Reāls + T-s Diagramma)

Kāds ir Rankine cikls?

Rankine cikls ir mehāniskais cikls, kas tiek bieži izmantots elektrības stacijās, lai pārvērstu gāzes spiediena enerģiju par mehānisko enerģiju, izmantojot gāzes turbīnas. Rankine cikla galvenie komponenti ietver rotējošo gāzes turbīnu, kārtošanās pompu, nemainīgu kondensatoru un kārtošanās katlu.

Kārtošanās katls tiek izmantots, lai sildītu ūdeni pie nepieciešamā spiediena un temperatūras, atbilstoši turbīnas prasībām enerģijas ražošanai.

Turbīnas izplūdes tiek novirzītas radilveida vai assveida plūsmas kondensoram, lai kondensētu gāzi līdz kondensātam un atkalapgroztu to kārtošanās katlā caur kārtošanās pompām, lai to vēlreiz sildītu.

Šis varētu kļūt saprotams, ja mēs solīsimies atpakaļ un sapratīsim, kā izskatās tipiska elektrības stacijas cikla shēma.

Tipiska elektrības stacijas cikla shēma

Elektroenerģija tiek ģenerēta, izmantojot gāzes ciklus elektrostacijās, izmantojot ugunsgrāvu, lignītu, dizelu, smagāku krosnēja naftu kā degvielu, atkarībā no pieejamības un izmaksām. Gāzes enerģijas cikla plūsmas shēma ir šāda:

Visa elektrības stacija var tikt sadalīta šādās apakšsistēmās.

• Apakšsistēma A: Klasificēta kā elektrības stacijas galvenās komponentes (turbīna, kondensors, pompa, katls) enerģijas ražošanai.

• Apakšsistēma B: Klasificēta kā dūmu izplūdes caur dzelzs torni, kurā tiek izmetti atkritumu gāzes atmosfērai.

• Apakšsistēma C: Klasificēta kā elektrības ģeneratora, lai pārvērstu mehānisko enerģiju par elektrisku enerģiju.

• Apakšsistēma D: Klasificēta kā dzesēšanas ūdens sistēma, lai absorbu ar izmestā gāzes siltumu kondensorā un mainītu gāzes fāzi par šķidrumu (kondensātu).

Mēs analizēsim šajā elektrības stacijas ciklā esošo apakšsistēmu, kas saistīta ar Rankine ciklu.

Daudzas praktiskas ierobežojumi, kas saistīti ar Carnot ciklu, var viegli tikt pārvarēti Rankine ciklā.

Ideālais Rankine cikls

Gāzes ciklā, ja darba šķīdums gāzes ciklā nonāk dažādos elektrības stacijas komponentos bez neapgriezeniskuma un spraugu spiediena pazeminājuma, tad šis cikls tiek saukts par Ideālo Rankine ciklu.

Rankine cikls ir pamata darbības cikls visām elektrības stacijām, kur darba šķīdums nepārtraukti maiņo savu fāzi no šķidruma uz gāzi un otrādi.

(p-h) un (T-s) diagrammas ir noderīgas, lai labāk saprastu Rankine cikla darbību, kopā ar sniegto aprakstu:

1-2-3 Isobāriskā siltuma pārnesa vai Konstantā spiediena siltuma pievienošana katlā

Katls ir liels siltummaiņas aparāts, kurā siltumu izdalīšu degviela, piemēram, ugunsgrāva, lignīts vai nafta, nepārtraukti pārnes ūdenim konstantā spiedienā. Ūdens ienāk katlā no katla piepildes pompas kā komprimēts šķidrums stāvoklī 1 un tiek sildīts līdz satura temperatūrai, kā parādīts T-s diagrammā stāvoklī 3.

Enerģijas bilance katlā vai pievienotā enerģija pārveidošanas katlā,
qin= h3-h1

3-4 Izentropiskā paplašināšanās vai Izentropiskā paplašināšanās turbīnā

Gāze no katla izplūdes ieiet turbīnā stāvoklī 3, kur tā izentropiski paplašinās pār turbīnas fiksētās un kustīgās lejas, lai producētu mehānisko darbu formā turbīnas veļas rotācija, kas savienota ar elektrības ģeneratoru.
Darbs, ko nodrošina turbīna (ignorējot siltuma pārnesi ar apkārtējo vidi)
Wturbīnas izplūde= h3-h4

4-5 Isobāriskā siltuma atmetšana vai Konstantā spiediena siltuma atmetšana kondensorā

Stāvoklī 4 gāze ieiet kondensorā. Fāzes maiņa notiek, jo gāze kondensorā tiek kondensēta līdz šķidrumam konstantā spiedienā, nododot gāzes siltumu cirkulējošajam ūdens plūsmām caur kondensora trubču sistēmu. Fāzes maiņa notiek kondensorā, un darba šķīdums, kas atstāj kondensoru, ir šķidruma veidā un atzīmēts kā punkts 5.
Enerģija, kas atmetas kondensorā, qout= h4-h5

5-1 Izentropiskā kompresija vai Izentropiskā kompresija pompā

Ūdens iziet no kondensora stāvoklī 5 un ieiet pompā. Šī pompa paaugstinā šķidruma spiedienu, piedā