랭킨 사이클에는 물이 과열 된 증기로 끓는 보일러가 있습니다. 입력시 더 많은 물을 공급하는 펌프가 있으며 출력시 압축 증기의 에너지를 흡수하는 터빈이 있습니다.
증기압은 터빈과 펌프와 거의 동일합니다. 보일러 섹션의 압력.
펌프를 백업하고 강제로 돌리는 대신 증기를 터빈에 공급하는 이유는 무엇입니까? 음, 이것은 펌프에 전달되는 단순하고 전력입니다. 그러나 터빈이 펌프보다 더 많은 전력을 생산하는 방법은 무엇입니까? 결국 펌프는 터빈을 추진하는 동일한 압력을 극복하고 증기와 동일한 양의 물을 공급해야합니다. 장치의 중요한 요소가 없습니다. 무엇입니까?
답변:
압력은 힘 / 면적이며, 펌프 임펠러가 제공하는 면적이 증기가 보일러 밖으로 나가야하는 면적보다 작은 경우 터빈과 펌프가 연결되면 동일한 압력이 발생합니다. 터빈보다 펌프에 대한 작은 힘.
예 :
펌프가 피스톤 펌프라고 가정하고 증기 측에는 피스톤 엔진이 있습니다 (간단 성을 위해). 사이클의 특정 부분에서 펌프 피스톤과 엔진 피스톤 밸브 모두 보일러를 향해 열려 있습니다 (펌프가 보일러에 물을 공급하고 엔진이 보일러에서 증기를 빼냄).
펌프 피스톤의 "표면"의 표면적은 10cm²이고, 증기 엔진 피스톤의 표면적은 100cm²입니다. 보일러의 압력이 200kPascal이라고 가정 해 봅시다. 즉, 펌프 피스톤은 200000N / M² * 0.001M² = 200N의 힘에 대해 힘을 가해 야합니다. 증기 엔진에 대한이 압력은 200000N / M² * 0.1M² = 20kN을 생성합니다. 펌프와 엔진 사이의 직접적인 연결에서 증기 엔진은 펌프가 압력 구배에 대해 보일러 내부의 물을 공급하는 데 필요한 것보다 훨씬 많은 힘을 생성한다는 것이 분명합니다.
비교를 위해, 보일러로 물을 펌핑하는 대신 펌프가 증기를 받아 보일러로 펌핑한다고 가정합니다. 펌프 피스톤이 더 작 으면 (작은 스트로크 또는 보어를 의미), 엔진을 통해 보일러에서 나오는 물의 양은 펌프를 통해 보일러로 돌아가는 질량의 양보다 더 큽니다. 엔진이 동일한 위치에 둘 다 있으면 전력이 발생하지 않습니다. 펌프가 배출되는 것보다 더 많은 증기를 보일러에 넣을 수 있다면, 열역학의 법칙을 무시하는 위의 단위 전원을 사용하게됩니다. 곧 보일러에는 열이 없어 질 것입니다.
그러나 보일러 내부에서 펌핑되는 것은 액체 물이며 액체로서의 물은 증기보다 밀도가 훨씬 높습니다 (동일한 부피는 가스보다 액체보다 많은 질량을 보유 함을 의미 함). 작은 부피가 보일러로 물로 펌핑 될 때, 시스템에 추가 된 열 에너지는이 질량을 많은 압력과 훨씬 적은 밀도를 갖는 증기로 팽창시켜 동일한 질량의 물을 얻습니다. (스팀으로) 엔진을 통해 보일러에서 물을 넣는 데 사용했던 것보다 훨씬 큰 스윕 볼륨이 필요합니다.이 가스에 의해 펌프의 피스톤에 가하는 힘의 차이가 유입되는 수열)을 엔진 피스톤과 비교하여 시스템이 이동할 방향을 결정합니다.
아이디어가 있습니까?
다시 말하면, 물이 상을 변화시키고 고정 부피 액체보다 큰 부피를 차지할 수있는 능력은이 시스템으로의 순 전력 이득을 초래한다. 상 변화를 일으키는 에너지는 어디에서 오는가? 이로 인해 압력이 증가합니까? 열원에서 나왔습니다. 에너지는 어디로 거부됩니까? 증기가 액체가되고 부피가 줄어드는 콘덴서에서 나가서 더 작고 고정 된 부피의 액체로 보일러에 다시 주입됩니다.
여기서 핵심 아이디어는 압력을 힘을 면적으로 나눈 것과 같습니다.
주된 이유는 동일한 압력 차이로 가스보다 액체를 압축하는 데 훨씬 적은 에너지가 필요하기 때문입니다. 펌프는 물을 압축하는 데 약간의 에너지를 소비하지만 터빈에서 증기가 팽창하면 엄청난 양의 에너지가 방출됩니다. 이것이 랭킨 및 관련 사이클에서 위상 변화가 사용되는 이유입니다.
고려해야 할 또 다른 점은 펌프가 과도 일치 할 필요가 없다는 것입니다 전원 당신이 말한대로, 터빈을 - 그것은 단지 오버 일치해야합니다 압력을 .
엔탈피 대 압력 테이블을 볼 때 가스와 액체 압축의 에너지 차이를 볼 수 있습니다.
터빈 전체에 압력 차이가있어 압력이 백업되지 않습니다.
http://www.mpoweruk.com/images/rankine_pv.gif
위의 2 번 지점과 3 번 지점 사이의 차트에서 유체는 터빈을 통과하면서 터빈을 밀면서 압력을 줄입니다. 터빈의 샤프트와 회전을 무시한 경우 해당 지점은 거의 동일한 주기로 노즐로 대체 될 수 있습니다.
설명에서 펌핑 스토리지 시스템을 설명하거나 가열 / 연소 단계를 무시하는 것처럼 들립니다 (내 차트의 4 ~ 1 포인트). 이 단계는 펌프가 생성하는 압력 이상의 시스템 압력을 증가시키는 것입니다.