Ciclul Rankine

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 21 mai 2020; verificările necesită 2 modificări .

Ciclul Rankine  este un ciclu termodinamic de transformare a căldurii în lucru cu ajutorul unui fluid de lucru care trece printr -o tranziție de fază vapor-lichid ( condens ) și o tranziție inversă de fază lichid-vapor ( evaporare ). Apa, mercurul , diverse freoni și alte substanțe sunt folosite ca fluid de lucru .

Istorie

Ciclul Rankine a fost propus la mijlocul secolului al XIX-lea de către inginerul și fizicianul W. Rankine .

De la începutul anilor 2000, conform ciclului Rankine în diferitele sale variații, folosind turbine cu abur, aproximativ 90% din toată energia electrică consumată în lume a fost generată [1] , inclusiv centrale cu abur de energie solară, nucleară și termică. plante care folosesc ca păcură, gaz, cărbune sau turbă.

Ciclul Rankine este, de asemenea, utilizat în generatoarele de energie cu radioizotopi .

eficiența ciclului

Studiile termodinamice ale ciclului Rankine arată că eficiența acestuia depinde în mare măsură de diferența dintre valorile parametrilor inițiali și finali (presiune și temperatură) aburului. Eficiența ciclului Rankine este exprimată astfel:

Procese

Ciclul Rankine cu apa ca fluid de lucru constă din următoarele procese :

• izobară (termodinamică)  - linia 4-5-6-1. Apa este încălzită și evaporată, iar apoi aburul este supraîncălzit. În acest proces, căldura este consumată .

• adiabat  - linia 1-2. Procesul de extindere a aburului într-o turbină și de transformare a unei părți din energia internă a aburului în lucru mecanic ( ).

• izotermă - linia 2-3 condensarea aburului evacuat cu îndepărtarea căldurii în condensator prin răcirea cu apă a condensatorului.

• adiabat  - linia 3-4. Comprimarea apei condensate la presiunea inițială în generatorul de abur cu cheltuielile de muncă .

Aplicație

Ciclul Rankine este utilizat pe scară largă în centralele termice și nucleare moderne de mare putere, folosind apa ca fluid de lucru.

Ciclul Rankine invers

Când fluidul de lucru trece prin ciclul Rankine în direcția opusă (1-6-5-4-3-2-1), acesta descrie procesul de lucru al unei mașini de refrigerare cu un fluid de lucru în două faze (adică, supus tranziții de fază de la gaz la lichid și invers în timpul procesului). ).

Frigiderele care funcționează în conformitate cu acest ciclu, cu freonul ca fluid de lucru, sunt utilizate pe scară largă în practică ca parte a frigiderelor de uz casnic , a aparatelor de aer condiționat și a frigiderelor industriale cu o temperatură a camerei de răcire de până la -40 ° C.

Variante ale ciclului Rankine

Ciclu Rankine cu apă de alimentare încălzită

Un ciclu de instalație de turbină cu abur în care apa de alimentare este preîncălzită de abur extras din treapta intermediară a turbinei cu abur înainte de a intra în unitatea cazanului. Încălzirea se realizează prin intermediul unui schimbător de căldură special - un încălzitor regenerativ, de înaltă sau joasă presiune (LDPE și HDPE). Cel mai răspândit ciclu termodinamic în industria termoenergetică, iar încălzirea se realizează în mai multe etape (la centralele nucleare se folosește un LPH și supraîncălzirea intermediară a aburului datorită selecției din HPC, în industria nucleară turbinele cu abur funcționează pe bază saturată). cu abur, cu excepția reactoarelor cu lichid de răcire LMC ), unele turbine cu abur din centralele termice au un pachet de încălzire de joasă presiune încorporat în condensator ca prima etapă de regenerare. Eficiența ciclului crește și utilizarea extracțiilor de abur de extracție a căldurii (de regulă, încălzirea apei din rețea în cazanele în care intră aburul din extracția de încălzire are loc în două etape), deci doar 10% din energia termică produsă prin ardere combustibilul este disipat în atmosferă, ținând cont de utilizarea căldurii gazelor de ardere pentru încălzirea apei de alimentare și încălzirea aerului furnizat arzătoarelor folosind un încălzitor de aer într-un puț convectiv și un încălzitor de aer regenerativ (RAH).

Alte substanțe de lucru utilizate în ciclul Rankine

Așa-numitul ciclu organic Rankine folosește lichide organice în loc de apă și abur, cum ar fi n-pentanul [2] sau toluenul [3] . Datorită acestui fapt, devine posibilă utilizarea surselor de căldură cu o temperatură scăzută, cum ar fi iazurile solare (Solar pond), care sunt de obicei încălzite la 70-90 ° C [4] . Eficiența termodinamică a unei astfel de variante a ciclului este scăzută din cauza temperaturilor scăzute, totuși, sursele de căldură cu temperatură joasă sunt mult mai ieftine decât cele cu temperatură ridicată. Centrala geotermală Landau din Germania folosește izopentan ca fluid de lucru .

De asemenea, ciclul Rankine poate fi utilizat cu lichide care au un punct de fierbere mai mare decât apa pentru a obține o eficiență mai mare. Un exemplu de astfel de mașini este o turbină cu vapori de mercur utilizată ca piesă la temperatură înaltă într-o turbină cu ciclu binar mercur-apă mercur-abur.) [5] [6] .

Vezi și

cicluri binare

Note

1. ↑ Wiser, Wendell H. Resurse energetice: apariție, producție, conversie, utilizare  (neopr.) . — Birkhauser, 2000. - P. 190. - ISBN 978-0-387-98744-6 .
2. ↑ Canada, Scott; G. Cohen, R. Cable, D. Brosseau și H. Price. Parabolic Trough Organic Rankine Cycle Solar Power Plant  (engleză)  // 2004 DOE Solar Energy Technologies: journal. - Denver, Colorado: US Department of Energy NREL, 2004. - 25 octombrie. Arhivat din original pe 18 martie 2009.
3. ↑ Button, Bill Organic Rankine Cycle Engines for Solar Power (link nu este disponibil) . Conferința Solar 2000 . Barber-Nichols Inc. (18 iunie 2000). Preluat la 18 martie 2009. Arhivat din original la 20 august 2013. (nedefinit) 
4. ↑ Nielsen și colab., 2005, Proc. Int. Solar Energy Soc.
5. ↑ Vukalovich M.P. Novikov I.I.  Termodinamică. M., 1972. S. 585.
6. ↑ Tipuri de turbine de cogenerare Copie de arhivă din 15 aprilie 2012 pe Wayback Machine (Complexul educațional și metodologic „Temodinamică tehnică”) // Universitatea de Stat Chuvash. : „Mercurul are o presiune de saturație scăzută la temperaturi ridicate și parametri critici înalți p cr = 151 MPa (1540 kgf / cm 2 ), T cr = 1490 ° C , iar la o temperatură de, de exemplu, 550 ° C, saturația presiunea este de numai 1420 kPa (14,5 kgf/cm2 ) ; aceasta face posibilă efectuarea ciclului Rankine pe vapori saturați de mercur fără supraîncălzire cu o eficiență termică suficient de mare. … Astfel, mercurul ca fluid de lucru este bun pentru partea superioară (de temperatură ridicată) a ciclului și nesatisfăcător pentru partea inferioară.”

Literatură

1. Bystritsky G. F. Fundamentele energiei. — M. : Infra-M, 2007. — 276 p. — ISBN 978-5-16-002223-9 .
2. Termodinamica tehnica. Ed. V. I. Krutova. „Liceul” din Moscova. 1981. (format djvu).

Dicționare și enciclopedii	Mare catalană Un norvegian grozav Britannica (online)
În cataloagele bibliografice	BNF : 17025904m J9U : 987007535081905171 LCCN : sh2003000204