Цикл Ренкина для паровой турбины

Хотя технологический прогресс идет очень быстро, часто можно увидеть ситуации, когда на современных установках используются принципы, которые были открыты еще в прошлых столетиях. Например, цикл Ренкина, который был изобретен в 19-м веке, применяется при работе паровых турбин и сейчас.

Великий изобретатель

Цикл Ренкина был открыт шотландским физиком и инженером, который жил и работал в позапрошлом столетии. Изобретение было названо в честь этого великого ученого, который также был одним из основателей технической термодинамики.

Ренкин Уильям Джон родился в 1820 году в городе Эдинбург, где он проучился три года в институте. Однако закончить это заведение ученому не удалось из-за трудного материального положения. Но это не помешало одаренному физику осуществить ряд полезных открытий. Так, в 1849 г. он получил уравнения по термодинамике, описывающие отношение между механической энергией и теплотой. Также осуществил построение теории паровой машины и разработал основные принципы, которые легли в основу работы данного агрегата. Эти положения и составляют процесс, которому дали название в честь ученого, – цикл Ренкина.

Основные моменты

Данный цикл является теоретическим выражением работы термодинамических процессов, происходящих при работе паросиловых установок в режиме повторения. Можно выделить такие основные операции, входящие в этот круговорот:

• жидкость испаряется при высоком давлении;
• молекулы воды в газообразном состоянии расширяются;
• влажный пар конденсируется на стенках сосуда;
• давление жидкости увеличивается (возвращается в исходное значение).

Можно отметить, что термический КПД для этого цикла находится в прямой пропорциональной зависимости от начальной температуры. Также эффективность данного процесса обусловлена от значений давления и показателя теплового состояния на исходной позиции и на выходе.

Паровая турбина

Этот агрегат представляет собой тепловой двигатель, в результате работы которого вырабатывается электроэнергия. Основные узлы этой установки можно представить в следующем списке:

• подвижная часть, которая состоит из ротора и закрепленных на нем лопаток;
• стационарный элемент, имеющий такие составные части, как статор и сопла.

Работу установки можно охарактеризовать таким образом. Вода в газообразном состоянии при большой температуре и давлении подается в сопла турбины. Здесь при сверхзвуковой скорости потенциальная энергия пара переходит в кинетическую, при этом приводятся в движение частицы пара. Это, в свою очередь, создает газообразный поток, который воздействует на лопатки турбины. Вращение этих элементов заставляет двигаться ротор, в результате чего образуется электроэнергия. Далее происходит конденсация пара, и он оседает в специальном приемнике охлажденной воды, откуда жидкость опять нагоняется в теплообменник. Таким образом, происходит повторение операций, то есть осуществляется цикл Ренкина.

Данный принцип используется в установках на атомных станциях, также его применяют в работе автономных турбинных установок для производства электроэнергии. Эта схема является на сегодняшний день наиболее эффективной и экономичной. Установки, работающие на принципах Ренкина, распространены по всему миру.