Materiały pomocnicze do zajęć: Systemy konwersji energii wykorzystujące odnawialne i konwencjonalne źródła
OBIEG CLAUSIUSA-RANKINE’A
Strona 1
31.03.2014
Obieg Clausiusa-Rankine’a
Obieg Clausiusa-Rankine’a (CR) jest obiegiem porównawczym siłowni parowej.
Występuje w kilku odmianach, m.in. obiegu na parę nasyconą (a) i przegrzaną (b)
T
s
K
l
CR
q
d
q
w
1
2
4
3
4a
4b
T
s
K
l
CR
q
d
q
w
2
4
3
4a
1
W dalszej części są zaprezentowane przemiany obiegu CR dla obiegu na parę przegrzaną.
Jednostkowa praca obiegu CR (l
CR
) oraz sprawność obiegu CR (η
CR
)
(bez pracy pompy)
2
1
i
i
l
T
−
=
|
|
P
T
CR
l
l
l
−
=
0
3
4
≈
−
=
i
i
l
P
0
2
1
−
−
=
i
i
l
CR
3
1
2
1
3
1
3
2
3
1
)
(
)
(
)
(
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
q
q
q
q
l
d
w
d
d
CR
CR
−
−
=
−
−
−
−
=
−
=
=
η
3
1
4
1
i
i
i
i
q
d
−
≈
−
=
3
2
i
i
q
w
−
=
|
|
w
d
CR
q
q
l
−
=
)
(
)
(
3
2
3
1
i
i
i
i
l
CR
−
−
−
=
[ ]
J/kg
2
1
i
i
l
CR
−
=
3
1
2
1
i
i
i
i
CR
−
−
=
η
a)
b)
Materiały pomocnicze do zajęć: Systemy konwersji energii wykorzystujące odnawialne i konwencjonalne źródła
OBIEG CLAUSIUSA-RANKINE’A
Strona 2
31.03.2014
Przemiany obiegu Clausiusa-Rankine’a
Przemiana 1-2
T
s
K
l
CR
q
d
q
w
1
2
4
3
4a
4b
skraplacz
q
d
q
w
l
d
l
w
przegrzewacz
pompa
3
4
2
turbina
kocioł
izentropowe rozpr
ęż
anie
pary przegrzanej do stanu pary
nasyconej mokrej
od ci
ś
nienia
p
1
do ci
ś
nienia
p
2
w turbinie parowej
praca ekspansji pary
przekazywana jest za po
ś
rednictwem
łopatek turbiny na wał turbiny i dalej do odbiornika, np.
generatora energii elektrycznej
p
v
1
2
K
l
d
= l
P
l
w
= l
T
4
3
q
d
q
w
p
1
p
2
[ ]
J/kg
2
1
2
1
i
i
l
l
T
t
−
=
=
−
1
Przemiana 2-3
T
s
K
l
CR
q
d
q
w
1
2
4
3
4a
4b
skraplacz
q
d
q
w
l
d
l
w
przegrzewacz
pompa
3
4
2
turbina
kocioł
izobaryczne skraplanie
rozpr
ęż
onej pary mokrej
przy stałym ci
ś
nieniu
p
2
i stałej temperaturze
T
2
= T
3
w
skraplaczu
woda chłodz
ą
ca odbiera
ciepło
od pary mokrej a
ż
do
całkowitego skroplenia pary
p
v
1
2
K
l
d
= l
P
l
w
= l
T
4
3
q
d
q
w
1
[ ]
J/kg
3
2
i
i
q
w
−
=
p
1
p
2
T
2
Materiały pomocnicze do zajęć: Systemy konwersji energii wykorzystujące odnawialne i konwencjonalne źródła
OBIEG CLAUSIUSA-RANKINE’A
Strona 3
31.03.2014
Przemiana 3-4
p
v
1
2
K
l
d
= l
P
l
w
= l
T
4
3
q
d
q
w
T
s
K
l
CR
q
d
q
w
1
2
4
3
4a
4b
skraplacz
q
d
q
w
l
d
l
w
przegrzewacz
pompa
3
4
2
turbina
kocioł
izentropowe / izochoryczne (*) spr
ęż
anie
kondensatu
(skroplonej wody)
od ci
ś
nienia
p
2
= p
3
do
p
4
= p
1
w pompie zasilaj
ą
cej
kocioł
praca spr
ęż
ania
wody w pompie (pompa wtłacza skropliny
do kotła)
1
odcinek 3-4
faktycznie jest du
ż
o
krótszy (p. 3 i 4
niemal pokrywaj
ą
si
ę
)
(*) spr
ęż
anie wody w
pompie jest
izentropowe
,
ale mo
ż
e by
ć
z dobrym
przybli
ż
eniem uznane
równie
ż
za
izotermiczne
i za
izochoryczne
[ ]
J/kg
3
4
4
3
i
i
l
l
P
t
−
=
=
−
[ ]
J/kg
)
(
3
4
3
4
3
p
p
v
l
t
−
≅
−
Przemiana 4-1
p
v
1
2
K
l
d
= l
P
l
w
= l
T
4
3
q
d
q
w
T
s
K
l
CR
q
d
q
w
1
2
4
3
4a
4b
skraplacz
q
d
q
w
l
d
l
w
przegrzewacz
pompa
3
4
2
1
turbina
kocioł
izobaryczne wytwarzanie pary
przegrzanej
przy stałym ci
ś
nieniu
p
1
w kotle parowym:
4-4a
→
podgrzewacz wody (podgrzewanie
wody do temperatury nasycenia T
n
=T
4a
); 4a-4b
→
parownik
(odparowanie wody przy stałej temperaturze T
n
=T
4a
=T
4b
);
4b-1
→
przegrzewacz pary (przegrzewanie pary)
do kotła doprowadzane jest
ciepło
wywi
ą
zuj
ą
ce si
ę
podczas
spalania paliwa
p
4
=p
1
p
2
=p
3
[ ]
J/kg
3
1
4
1
i
i
i
i
q
d
−
≈
−
=
T
n