Làm thế nào trong chu trình Rankine, tuabin tạo ra nhiều năng lượng hơn so với bơm?


9

Trong chu trình Rankine có nồi hơi nơi nước được đun sôi thành hơi quá nhiệt. Đầu vào có một máy bơm cung cấp nhiều nước hơn và trên đầu ra có một tuabin lấy năng lượng của hơi nén.

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Áp suất hơi gần giống với tuabin và bơm; áp suất của phần lò hơi.

Điều gì làm cho hơi nước cung cấp cho tuabin thay vì sao lưu và buộc máy bơm quay ngược? - tốt, cái này đơn giản, điện được cung cấp cho máy bơm. Nhưng làm thế nào mà tuabin tạo ra nhiều năng lượng hơn so với bơm? Rốt cuộc, máy bơm phải vượt qua cùng một áp lực đẩy tuabin và cung cấp cùng một lượng nước đang được đẩy ra như hơi nước. Tôi đang thiếu một số yếu tố quan trọng của thiết bị. Nó là gì?

Câu trả lời:


6

Áp suất là lực / diện tích, nếu diện tích do bánh công tác bơm cung cấp nhỏ hơn diện tích chống lại hơi nước phải thoát ra khỏi nồi hơi, và cả tuabin và bơm đều được liên kết, khi đó, cùng một áp suất sẽ dẫn đến một lực nhỏ hơn trên máy bơm so với trên tuabin.

Thí dụ :

Giả sử rằng máy bơm là máy bơm piston và trên mặt hơi có động cơ piston (để đơn giản). Trong một phần nhất định của chu trình, cả pít-tông bơm và van pít-tông động cơ đều mở về phía nồi hơi (bơm được cấp nước cho nồi hơi và động cơ lấy hơi từ nồi hơi).

"Mặt" của piston bơm có, có thể nói, diện tích bề mặt là 10cm², trong khi piston động cơ hơi nước có diện tích bề mặt là 100cm². Giả sử áp suất trên nồi hơi là 200kPascal. Điều này có nghĩa là pít-tông bơm sẽ cần buộc nó chống lại 200000N / M² * 0,001M² = 200N lực. Trong khi áp suất này trên động cơ hơi nước tạo ra 200000N / M² * 0.1M² = 20kN. Rõ ràng là trong một liên kết trực tiếp giữa máy bơm và động cơ, động cơ hơi nước sẽ tạo ra lực mạnh hơn nhiều so với máy bơm cần để cấp nước bên trong nồi hơi chống lại độ dốc áp suất.

Để so sánh, giả sử thay vì bơm nước vào nồi hơi, máy bơm sẽ lấy hơi và bơm vào nồi hơi. Nếu pít-tông bơm nhỏ hơn (có nghĩa là một cú đánh hoặc lỗ khoan nhỏ hơn), lượng nước thoát ra khỏi nồi hơi qua động cơ sẽ lớn hơn khối lượng quay trở lại lò hơi thông qua máy bơm. Nếu cả hai nơi bằng nhau, động cơ sẽ không tạo ra bất kỳ sức mạnh. Mặc dù nếu máy bơm có thể đưa nhiều hơi vào nồi hơi hơn là thoát ra, bạn sẽ có một nguồn năng lượng đơn vị ở trên - tức là bất chấp các định luật nhiệt động lực học. Chẳng mấy chốc nồi hơi sẽ hết khối lượng nhiệt.

Nhưng, vì thứ được bơm bên trong nồi hơi là nước lỏng và nước là chất lỏng có mật độ cao hơn nhiều so với hơi nước (nghĩa là cùng một thể tích giữ khối lượng lớn hơn chất lỏng so với khí - bên cạnh thực tế là chất lỏng có thể tích cố định trong khi khí có thể giãn nở), khi khối lượng nhỏ đó được bơm vào nồi hơi dưới dạng nước, năng lượng nhiệt được thêm vào hệ thống sẽ mở rộng khối này thành một hơi nước có nhiều áp suất và mật độ nhỏ hơn nhiều, vì vậy để có cùng khối lượng nước (dưới dạng hơi) ra khỏi nồi hơi qua động cơ, bạn sẽ cần một khối lượng quét lớn hơn nhiều so với lượng nước bạn đã sử dụng để đưa nước vào bên trong, dẫn đến sự khác biệt về lực do khí này tác dụng lên pít-tông của bơm (thông qua cột nước đến) so với pít-tông động cơ, quyết định hướng về phía hệ thống sẽ di chuyển.

Có ý tưởng?

Nói cách khác, khả năng của nước thay đổi pha và chiếm một thể tích lớn hơn chất lỏng thể tích cố định dẫn đến tăng công suất ròng vào hệ thống này. Năng lượng từ đâu gây ra sự thay đổi pha, từ đó gây ra áp suất này? Đó là từ nguồn nhiệt. Năng lượng bị từ chối ở đâu? Nó đi ra khỏi thiết bị ngưng tụ, nơi hơi nước trở thành chất lỏng, mất thể tích, được bơm lại vào nồi hơi dưới dạng chất lỏng có thể tích nhỏ hơn và cố định, v.v.

Ý tưởng chính ở đây là áp lực bằng lực chia cho diện tích.


4

Lý do chính là nó cần ít năng lượng hơn để nén chất lỏng so với chất khí bằng cùng một chênh lệch áp suất. Máy bơm cần một chút năng lượng để nén nước, nhưng một lượng năng lượng khổng lồ được giải phóng khi hơi nước nở ra trong tuabin. Đây là lý do tại sao một sự thay đổi pha được sử dụng trong Rankine và các chu kỳ liên quan.

Một điều khác cần xem xét là máy bơm không cần phải khớp quá công suất của tuabin, như bạn đã nói - nó chỉ cần phù hợp với áp suất quá mức .

Bạn có thể thấy sự khác biệt về năng lượng giữa khí nén và chất lỏng khi nhìn vào bảng áp suất so với áp suất.


Nhưng áp lực lên nồi hơi, đi qua nước vào máy bơm, đó là điều anh ta không hiểu, làm thế nào để cùng một áp lực không tác dụng với máy bơm theo cách có thể khiến máy bơm ngừng cấp nước?
Jorge Aldo

Ah, máy bơm có kích thước để nó có thể làm việc chống lại áp suất thiết kế của lò hơi. Nếu nồi hơi hoạt động ở 1000 kPa, ví dụ, nên sử dụng máy bơm có thể xả nước ở 1100 kPa. Bằng cách đó, luôn có một độ dốc áp suất thuận lợi trong lò hơi, di chuyển hơi nước đúng hướng.
Carlton

Tôi không tin như vậy, nếu cả hai hệ thống được kết nối, áp lực sẽ bằng nhau trên tất cả các tàu được kết nối. Giả sử bơm pít-tông, van mở về phía nồi hơi ở mức 100kpa. Làm thế nào máy bơm có thể "xả" ở 110kpa? Các hệ thống được kết nối, áp lực sẽ được truyền qua nước đến piston bơm, đơn giản như vậy.
Jorge Aldo

Đây là nguyên tắc giống như động cơ brayton, cả brayton và Rankine đều cần một cách để làm cho chất lỏng / khí đi qua tuabin điện và không quay trở lại máy nén / bơm. điều này được giải quyết thông qua sự khác biệt về kích thước kích thước của tuabin / máy nén (tuabin nếu được quay bằng khí sẽ tạo ra một lực lớn hơn lực kéo vào máy nén ...)
Jorge Aldo

1
có nhưng áp lực trên xả của bơm bằng với áp suất trên đầu vào động cơ. Không có sự khác biệt về áp suất ở đây, từ khóa là FORCE, cùng áp lực với các pít-tông khác nhau tạo ra các lực khác nhau, và đó là điều cho phép máy bơm bơm nước vào hệ thống.
Jorge Aldo

0

Có một chênh lệch áp suất trên tuabin ngăn cản áp suất sao lưu.

http://www.mpoweruk.com/images/rankine_pv.gifChu kỳ xếp hạng lý tưởng của ai đó P-vs-vol Trên biểu đồ trên giữa điểm 2 và điểm ba, chất lỏng đi qua tuabin mở rộng trong khi nó đẩy tuabin và giảm áp suất. Nếu bạn bỏ qua trục và vòng quay của tuabin thì điểm đó gần như có thể được thay thế bằng một vòi có cùng tác dụng với chu trình.

Từ mô tả của bạn, có vẻ như bạn đang mô tả một hệ thống lưu trữ được bơm hoặc bạn đang bỏ qua giai đoạn đốt nóng / đốt cháy (điểm 4 đến điểm 1 trên biểu đồ của tôi). Giai đoạn này là những gì làm tăng áp lực của hệ thống vượt quá áp lực mà máy bơm tạo ra.


"Nếu bạn bỏ qua ..." - tôi có thể bỏ qua nó như vậy không? Nếu có một vòi phun, sẽ có một sự mất mát hoàn toàn về năng lượng, giải nén. Nếu có một động cơ hơi nước piston có van lớn, áp suất sẽ được sao lưu sau khi cân bằng giữa buồng piston và nồi hơi. Bất cứ điều gì ở giữa là sự đánh đổi giữa năng lượng được thu hoạch (và giữ lại áp suất) và giải phóng hơi nước qua vòi phun, tạo ra tổn thất. Làm thế nào là áp suất không sao lưu qua tuabin, và vẫn để lại đủ năng lượng để phá vỡ ngay cả với máy bơm?
SF.

Ý tôi là "reductio ad absurdum": đặt hai thiết bị đối xứng giống hệt nhau, có thể đóng vai trò là máy bơm và là tuabin, một lò sưởi ngay giữa chúng ở một bên, một bộ tản nhiệt ở giữa ở phía bên kia. Kết nối trục của họ. Bạn thậm chí có thể cho nó lực đẩy ban đầu, để một người bơm nước vào trong khi người kia bị đẩy ra bởi hơi nước, nhưng các viên đạn sẽ hủy bỏ. Sự bất đối xứng đến từ đâu?
SF.

chờ đã ... tôi nghĩ tôi đang nhìn thấy ở đâu Tôi không chắc liệu tôi có đúng hay không nếu tôi mơ mộng. Mô-men xoắn bơm / tua-bin tỷ lệ thuận với áp suất và thể tích di chuyển, không phải khối lượng . Áp suất ở cả hai đầu sẽ bằng nhau (cân bằng), nhưng sẽ có nhiều hơi nước hơn nước, do đó, máy bơm nước có thể tạo ra một vòng quay trên 100 vòng quay của tua bin hơi và vẫn là lượng nước (+ hơi nước) trên mặt nóng sẽ không đổi. Nhiều khối lượng hơn ở cùng áp lực = công việc có thể sử dụng nhiều hơn. Máy của tôi sẽ cần một hộp số: phía hơi sẽ tạo ra mô-men xoắn ít hơn các nhu cầu khác, nhưng nhiều RPM hơn.
SF.

"Bằng cách ngưng tụ hơi nước làm việc thành chất lỏng, áp suất ở đầu ra của tuabin được hạ xuống và năng lượng cần thiết của bơm cấp liệu chỉ tiêu thụ 1% đến 3% công suất đầu ra của tuabin và các yếu tố này góp phần mang lại hiệu quả cao hơn cho chu trình. " <Wikipedia> Máy bơm không phải là thứ tạo ra năng lượng mà tuabin đang được cung cấp, giai đoạn lò hơi / sưởi ấm là. Năng lượng của chất lỏng không được lưu trữ chỉ bằng áp suất do bơm tạo ra. Năng lượng trong hệ thống này được xây dựng bởi giai đoạn lò hơi / sưởi ấm nên không thực sự có mối liên hệ chặt chẽ giữa đầu vào của bơm và tua bin.
Dopeybob435

Cân bằng năng lượng là giữa nguồn sưởi và tuabin. tải lên.wikierra.org/wikipedia/commons/thumb/b/be/ Từ Trong hình ảnh hãy xem kích thước của W-in của máy bơm so với Tần của nguồn nhiệt.
Dopeybob435
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.