موتور های احتراق داخلی و جریان دائم

  • شروع کننده موضوع شروع کننده موضوع Mohammad05
  • تاریخ شروع تاریخ شروع
ارسال‌ها
1,116
امتیاز
5,659
نام مرکز سمپاد
شهیداژه ای
شهر
اصفهان
سال فارغ التحصیلی
1402
دانشگاه
UI
رشته دانشگاه
مهندسی مکانیک
سلام
این تاپیک مختص سیکل های تولید قدرته
باشد که لذت ببرید :)
 
۱.سیکل رانکین
سیال عامل در این سیکل آبه و شمای کلی این سیکل به شکل زیره:
rankine-1.jpg

نمودار سمت چپ نمودار دما بر حسب آنتروپی هست که منحنی فاز در سیکل هایی که سیال عاملشون آبه و امکان تغییر فاز دارن ترسیم میکنیم
فرایند ها:
فرایند ۱تا۲: در پمپ اتفاق می‌افته و آیزنتروپیکه و توی نمودار هم آنتروپی ثابته. معمولا پمپ کار زیادی روی سیال انجام نمیده و تغییر دمای زیادی هم در سیکل ایده آل نداریم معمولا

فرایند ۲تا۳:در دیگ بخار یا همون بویلر اتفاق میوفته و در یک فرایند فشار ثابت فقط دما زیاد میشه. معمولا برای اینکه از آب انرژی کافی رو بگیرن داخل بویلر ها مبدل حرارتی میزارن که آب از مرحله بخار اشباع به سوپر هیت تبدیل بشه برای همین میتونه بخار از روی خط منحنی بخار اشباع هم رد بشه
فرایند ۳تا۴: در توربین اتفاق میوفته و آیزنتروپیک فرضش میکنیم. نکته مهم اینه که ما بخار رو تا جایی میتونیم سوپرهیت کنیم که پره های توربین رو خراب نکنه
برای حساب کردن کار توربین از فرمول زیر استفاده میکنیم
rankine-2.jpg.webp


و دقیقا برای محاسبه کار پمپ از قانون اول ترمودینامیک استفاده میکنیم منتها باید حواسمون باشه که کار پمپ منفی هست و نکته دوم اینکه توی نوشتن قانون اول باید برای توربین و پمپ فرض کنیم که مقدار گرما صفره چون فرایند آیزنتروپیکه
و در نهایت برای محاسبه گرما دما بالا قانون اول رو حول بویلر می‌نویسیم و در نهایت راندمان سیکل نیروگاه از رابطه زیر بدست میاد
rankine-17.jpg.webp
 
فرایند ۲تا۳:در دیگ بخار یا همون بویلر اتفاق میوفته و در یک فرایند فشار ثابت فقط دما زیاد میشه. معمولا برای اینکه از آب انرژی کافی رو بگیرن داخل بویلر ها مبدل حرارتی میزارن که آب از مرحله بخار اشباع به سوپر هیت تبدیل بشه برای همین میتونه بخار از روی خط منحنی بخار اشباع هم رد بشه
فرایند ۳تا۴: در توربین اتفاق میوفته و آیزنتروپیک فرضش میکنیم. نکته مهم اینه که ما بخار رو تا جایی میتونیم سوپرهیت کنیم که پره های توربین رو خراب نکنه
برای اینکه داخل فشار ثابت سیال رو سوپرهیت کنی حجم زیادی میخوای چطوری اذیت‌ نمیکنه این موضوع؟ در مرحله بعد هم اگه سیکل دائم کار کنه(انتقال حرارت به توربیت دائم باشه) فشار رو میتونی ببری بالاتر و اتلاف رو کمتر کنی تا آسیب کمتری به پره های توربین بخوره.
توی سیکل ها اتلاف ها و بازدهی پمپ و توربین هم مهمه نمیدونم اینجا باید چطوری حساب کرد.
 
برای اینکه داخل فشار ثابت سیال رو سوپرهیت کنی حجم زیادی میخوای چطوری اذیت‌ نمیکنه این موضوع؟ در مرحله بعد هم اگه سیکل دائم کار کنه(انتقال حرارت به توربیت دائم باشه) فشار رو میتونی ببری بالاتر و اتلاف رو کمتر کنی تا آسیب کمتری به پره های توربین بخوره.
توی سیکل ها اتلاف ها و بازدهی پمپ و توربین هم مهمه نمیدونم اینجا باید چطوری حساب کرد.
این سیکل رانکین که اولا ساده ترین نوع سیکل به حساب میاد و توی نیروگاه ازش الهام میگیرن چون راندمانش یه چیزی حدود ۲۰ درصده و زیاد نیست عملا و صد درصد همین حجم زیاد رو اولا بویلرای نیروگاه اینقدری بزرگ هستن که میتونن این حجم زیاد رو بخار کنن اما یه بحثی که هست اینه که سیکلایی که استفاده میکنیم اصلا مثل حالت ایده آلشون نیست و یه بحثی اینجا میاد وسط به اسم بازگشت ناپذیری مثلا افت فشار لوله ها بازگشت ناپذیری به حستب میاد یا داغ شدن توربین ییا پمپ خودش بازگشت ناپذیریه برای همین میان انحراف از سیکل واقعی براش تعریف و حساب میکنن که با قانون دوم ترمودینامیک انجامش میدن.راجب بالا بردن فشار دقیقا درست گفتی میان یا فشار رو توی بویلر میبرن بالا یا میان دما و فشار داخل کندانسور و میارن پایین که راندمان سیکل و ببرن بالا اما این بالا بردن فشار بازم محدودیت داره
همزمان توی نمودار TS تو هرچی فشار و بیشتر ببری بالا متناسب باهاش دما هم میره بالا و این بازم به پره های توربین آسیب میزنه برای همین میان معمولا به طراحای سیکل نیروگاه توان خروجی توربین و میدن و اون طراح سیکل میاد تمام تغییرات فرایندش و رو حساب توربین انجام میده
هر پمپی یه راندمانی داره که بر اساس اون میان کار واقعیش رو حساب میکنن:
راندمان پمپ= کار پمپ در سیکل ایده آل تقسیم بر کار واقعی
و راندمان خود توربین دقیقا معکوس این نسبته
حالا که کار واقعی هرکدوم و حساب کردی دوباره میزاری توی قانون اول ترمودینامیک و درنهایت میزاری توی فرمول راندمان کل که توی رانکین معمولی یه چیزی حول هوش ۲۰ ۲۲ درصده
حالا ادامش میگم چجوری راندمانشو میبرن بالا
پ.ن: توی پایین آوردن دما و فشار کندانسور چون سیال دوفازی بیشتری داریم همین باعث خوردگی پره های توربین میشه و اینم محدودیت داره
 
این سیکل رانکین که اولا ساده ترین نوع سیکل به حساب میاد و توی نیروگاه ازش الهام میگیرن چون راندمانش یه چیزی حدود ۲۰ درصده و زیاد نیست عملا و صد درصد همین حجم زیاد رو اولا بویلرای نیروگاه اینقدری بزرگ هستن که میتونن این حجم زیاد رو بخار کنن اما یه بحثی که هست اینه که سیکلایی که استفاده میکنیم اصلا مثل حالت ایده آلشون نیست و یه بحثی اینجا میاد وسط به اسم بازگشت ناپذیری مثلا افت فشار لوله ها بازگشت ناپذیری به حستب میاد یا داغ شدن توربین ییا پمپ خودش بازگشت ناپذیریه برای همین میان انحراف از سیکل واقعی براش تعریف و حساب میکنن که با قانون دوم ترمودینامیک انجامش میدن.راجب بالا بردن فشار دقیقا درست گفتی میان یا فشار رو توی بویلر میبرن بالا یا میان دما و فشار داخل کندانسور و میارن پایین که راندمان سیکل و ببرن بالا اما این بالا بردن فشار بازم محدودیت داره
همزمان توی نمودار TS تو هرچی فشار و بیشتر ببری بالا متناسب باهاش دما هم میره بالا و این بازم به پره های توربین آسیب میزنه برای همین میان معمولا به طراحای سیکل نیروگاه توان خروجی توربین و میدن و اون طراح سیکل میاد تمام تغییرات فرایندش و رو حساب توربین انجام میده
هر پمپی یه راندمانی داره که بر اساس اون میان کار واقعیش رو حساب میکنن:
راندمان پمپ= کار پمپ در سیکل ایده آل تقسیم بر کار واقعی
و راندمان خود توربین دقیقا معکوس این نسبته
حالا که کار واقعی هرکدوم و حساب کردی دوباره میزاری توی قانون اول ترمودینامیک و درنهایت میزاری توی فرمول راندمان کل که توی رانکین معمولی یه چیزی حول هوش ۲۰ ۲۲ درصده
حالا ادامش میگم چجوری راندمانشو میبرن بالا
پ.ن: توی پایین آوردن دما و فشار کندانسور چون سیال دوفازی بیشتری داریم همین باعث خوردگی پره های توربین میشه و اینم محدودیت داره
آره بحث فشار و دما توی سیالات باید انقدر بالا پایینش کنی تا حالت مطلوب رو پیدا کنی، سیالاتی نیستم ولی منتظر ادامه این بحث هستم زودتر بیا اون اتلاف مسیره رو مخمه :-"
 
همونطور که متوجه شدیم، سیکل رانکین یک سیکل مناسب برای تولید برق در نیروگاه هاست اما یکی از مشکلات اون، راندمان کمشه. برای همین مهندسان طراح فرایند میان از یکسری کلک هایی برای افرایش راندمان سیکل استفاده میکنن که در ادامه بهشون می‌پردازیم
۱. گرمایش مجدد یا reheat
ReheatRankine2-1.jpg.webp

با توجه به شکل بالا، بخار با کیفیت بالا از توربین پرفشار خارج و برای سوپرهیت کردن مجدد وارد بویلر میشه و درنهایت وارد بخش کم فشار توربین میشه. این عمل به این خاطر انجام میشه که در نمودار TS میزان دما و فشار بخار بالاتر رفته و به مراتب راندمان سیکل افزایش پیدا کنه اما این گرمایش مجدد رو تا جایی میتونیم انجام بدیم که بخار خروجی از بویلر به پره آسیبی نزنه. در شکل پایین نمودار TS این سیکل رو قرار میدم
ReheatRankine1.jpg
۲. استفاده از گرمکن باز آب تغذیه(Open feedwater)
یکی از روش های رایج و مرسوم بین مهندسان مکانیک طراح فرایند و نیروگاه استفاده از بازیاب های باز هست. در این روش برخلاف سایر روش هایی که گفتیم به جای یک پمپ از ۲ پمپ برای انتقال سیال عامل استفاده میکنیم. هدف در این سیکل افزایش دمای سیال مایع متراکم به مایع اشباع قبل از ورود به بویلر برای افزایش کیفیت بخار خروجی از بویلر هست. برای همین از یک مبدل حرارتی به اسم گرمکن باز آب تغذیه استفاده میکنن که تا حدودی میتونه به افزایش راندمان سیکل رانکین کمک کنه

ReheatRankine16.jpg.webp

باید این نکته رو توجه کنیم که در حین طراحی این سیکل باید فشار نقاط ۲و۳و۶ باهم برابر باشن. اگر فشار این ۳ نقطه نا میزون باشه، به فرض مثال اگر فشار نقطه ۲ بیشتر از ۳و۶ باشه، سیال مایع اشباع به لوله ی توربین وارد میشه و باعث خرابی توربین میشه برای همین یکی از عیب های این روش، دشواری همفشار نگه داشتن این سه نقطه در سیکله. در شکل زیر نمودار TSاین فرایند بر اهمیت این موضوع تاکید داره
ReheatRankine17.jpg.webp

مطابق نمودار، فرایند ۱-۷ همفشار، فرایند ۱۲ آیزنتروپیک، فرایند ۲۳ همفشار، فرایند ۳۴ آیزنتروپیک ، فرایند ۴۵ همفشار و فرایند های ۵تا۷ هم آیزنتروپیک درنظرگرفته میشن(در شرایط ایده آل اگر بازگشت ناپذیری نداشته باشیم)
 
Back
بالا