Rankine cykel

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 21 maj 2020; kontroller kräver 2 redigeringar .

Rankine-cykeln  är en termodynamisk cykel där värme omvandlas till arbete med hjälp av en arbetsvätska som genomgår en ånga-vätskefasövergång ( kondensation ) och en omvänd vätske-ångfasövergång ( avdunstning ). Vatten, kvicksilver , olika freoner och andra ämnen används som arbetsvätska .

Historik

Rankine-cykeln föreslogs i mitten av 1800-talet av ingenjören och fysikern W. Rankine .

Från och med början av 2000-talet, enligt Rankine-cykeln i dess olika variationer, med användning av ångturbiner, genererades cirka 90 % av all elektricitet som förbrukades i världen [1] , inklusive ångkraftverk av sol-, kärn- och värmekraft anläggningar som används som eldningsolja, gas, kol eller torv.

Rankine-cykeln används också i radioisotopkraftgeneratorer .

cykeleffektivitet

Termodynamiska studier av Rankine-cykeln visar att dess effektivitet till stor del beror på skillnaden mellan värdena för de initiala och slutliga parametrarna (tryck och temperatur) för ångan. Effektiviteten för Rankine-cykeln uttrycks som:

Processer

Rankine-cykeln med vatten som arbetsvätska består av följande processer :

Applikation

Rankine-cykeln används ofta i moderna värme- och kärnkraftverk med hög effekt, med vatten som arbetsvätska.

Omvänd rankningscykel

När arbetsvätskan passerar genom Rankine-cykeln i motsatt riktning (1-6-5-4-3-2-1), beskriver den arbetsprocessen för en kylmaskin med en tvåfas arbetsvätska (dvs. fasövergångar från gas till vätska och vice versa under processen).

Kylskåp som fungerar enligt denna cykel, med freon som en arbetsvätska, används ofta i praktiken som en del av hushållskylskåp , luftkonditioneringsapparater och industriella kylskåp med en temperatur i den kylda kammaren upp till -40 ° C.

Varianter av Rankine-cykeln

Rankine-cykel med uppvärmt matarvatten

En ångturbinanläggningscykel där matarvattnet förvärms av ånga som hämtas från ångturbinens mellansteg innan det kommer in i pannenheten. Uppvärmning realiseras med hjälp av en speciell värmeväxlare - en regenerativ värmare, högt eller lågt tryck (LDPE och HDPE). Den mest utbredda termodynamiska cykeln i värmekraftindustrin, och uppvärmning utförs i flera steg (vid kärnkraftverk används en LPH och mellanliggande överhettning av ånga på grund av val från HPC, i kärnkraftsindustrin arbetar ångturbiner på mättad ånga, med undantag för reaktorer med LMC-kylmedel ), har vissa ångturbiner i värmekraftverk ett lågtrycksvärmarknippe inbyggt i kondensorn som det allra första steget i regenereringen. Cykelns effektivitet ökar också användningen av värmeextraktioner (som regel sker uppvärmning av nätvatten i pannor i vilka ånga från värmeextraktioner kommer in i två steg), så endast 10 % av den termiska energin som produceras genom förbränning bränsle avleds i atmosfären, med hänsyn tagen till utnyttjandet av rökgasvärme för uppvärmning av matarvatten och uppvärmning av luft som tillförs brännare med hjälp av en luftvärmare i en konvektiv axel och en regenerativ luftvärmare (RAH).

Andra arbetsämnen som används i Rankine-cykeln

Den så kallade organiska Rankine-cykeln använder organiska vätskor istället för vatten och ånga, såsom n-pentan [2] eller toluen [3] . På grund av detta blir det möjligt att använda värmekällor med låg temperatur, såsom soldammar (Solar pond), som vanligtvis värms upp till 70-90 °C [4] . Den termodynamiska effektiviteten för en sådan variant av cykeln är låg på grund av låga temperaturer, men lågtemperaturvärmekällor är mycket billigare än högtemperaturkällor. Landau geotermiska kraftverk i Tyskland använder isopentan som arbetsvätska .

Rankine-cykeln kan också användas med vätskor som har en högre kokpunkt än vatten för att få större effektivitet. Ett exempel på sådana maskiner är en kvicksilverångturbin som används som en högtemperaturdel i en kvicksilver-vatten- kvicksilver-ångturbin med binär cykel) [5] [6] .

Se även

binära cykler

Anteckningar

  1. ↑ Wiser, Wendell H. Energiresurser: förekomst, produktion, omvandling, användning  (neopr.) . — Birkhauser, 2000. - S. 190. - ISBN 978-0-387-98744-6 .
  2. ↑ Kanada, Scott; G. Cohen, R. Cable, D. Brosseau och H. Price. Parabolic Trough Organic Rankine Cycle Solar Power Plant  (engelska)  // 2004 DOE Solar Energy Technologies: tidskrift. - Denver, Colorado: US Department of Energy NREL, 2004. - 25 oktober. Arkiverad från originalet den 18 mars 2009.
  3. ↑ Button, Bill Organic Rankine Cycle Engines for Solar Power (länk inte tillgänglig) . Solar 2000 konferens . Barber-Nichols Inc. (18 juni 2000). Hämtad 18 mars 2009. Arkiverad från originalet 20 augusti 2013. 
  4. ↑ Nielsen et al., 2005, Proc. Int. Solar Energy Soc.
  5. ↑ Vukalovich M.P. Novikov I.I.  Termodynamik. M., 1972. S. 585.
  6. ↑ Typer av kraftvärmeturbiner Arkivexemplar av 15 april 2012 på Wayback Machine (utbildnings- och metodkomplex "Teknisk termodynamik") // Chuvash State University. : ”Kviksilver har ett lågt mättnadstryck vid höga temperaturer och höga kritiska parametrar p cr = 151 MPa (1540 kgf / cm 2 ), T cr = 1490 ° C , och vid en temperatur på till exempel 550 ° C, mättnaden trycket är endast 1420 kPa (14,5 kgf/cm 2 ); detta gör det möjligt att utföra Rankine-cykeln på mättad kvicksilverånga utan överhettning med en tillräckligt hög termisk verkningsgrad. … Kvicksilver som arbetsvätska är alltså bra för den övre delen (högtemperatur) av cykeln och otillfredsställande för den nedre delen.”

Litteratur

  1. Bystritsky G. F. Fundamentals of Energy. — M. : Infra-M, 2007. — 276 sid. — ISBN 978-5-16-002223-9 .
  2. Teknisk termodynamik. Ed. V. I. Krutova. Moskva "High School". 1981. (djvu-format).
  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
I bibliografiska kataloger