13. Desnokretni kružni procesi sa realnim radnim fluidima 13.1 Uvod mogućnosti ostvarivanja Karnoovog kružnog procesa sa realnim fluidima

Transcript

1 . Denokretni kružni procei a realnim radnim fluidima. Uvod mogućnoti otvarivanja Karnoovog kružnog procea a realnim fluidima Zbog činjenice da je proce iparavanja, odnono kondenzacije realnog fluida izobarkoizotermki proce, izotermki proce primanja (-), odnono predaje toplote (2-) je relativno lako otvariti Tehnički problemi e javljaju pri otvarivanju procea izentropkog abijanja vlažne pare (-), odnono, njenog izentropkog širenja u turbini (-2). Stanja i obično e pomeraju na granične linije, jer e u tom lučaju dobija više pecifičnog rada Problemi a abijanjem vlažne pare: Bilo bi potrebno da kopreor bude znatnih dimenzija jer je v relativno veliko (područje vlažne pare) Za pogon kompreora bilo bi porebno trošiti relativno veliki rad ( W kom ) odnono nagu ( P kom )

2 Da bi e kompreoreijom vlažne pare tanja ( tečnot ( veoma teško otvariti (kontroliati) p min ), dobila zaićena x ), što je p max ), ona uvek mora biti tačno određene uvoće ( Čak i kad bi bilo moguće da e kontroliše tanje, odnono na ulaku u kompreor uvek bila para zahtevane uvoće ( x ), i am proce izenrtopkog abijanja (-), bio bi teško otvariv. Naime, parni deo vlažne pare tanja ( ), lako bi e abijao i pri tom bi para promenila temperaturu. Za razliku od parnog, tečni deo tanja ( ), pri promeni pritiaka, ukoliko je proce dovoljno brz, ne bi promenio temperaturu. To znači da po završetku procea abijanja ne bi bilo tvareno tanje zaićene tečnoti (), nego bi natala heterogena meša pare više i tečnoti niže temperature. kompreora e zamenjuje a napojnom pumpom i predgrejačem (ekonomajzer) tanje e više ne nalazi u području vlažne pare, nego tačno na liniji zaićene tečnoti Problemi a širenjem vlažne pare: Pored tehničkih problema u radu a kompeorom, tehnički problemi e javljaju ukoliko e uviše vlažna para širi u turbini. To e događa, ukoliko u turnini ulazi uva para, koja tokom procea izentropkog širenja ve dublje ulazi u područje vlažne pare. Takva uviše vlažna para u tanju je da ošteti lopatice turbine. uvodi e još jedan uređaj u potrojenje predgrejač pare

3 .2 Rankin-Klauziuov (Rankine-Clauiu) kružni proce Termoelekrane Toplotni izvor produkti agorevanja (ga, mazut, nafta, ugalj,...) Toplotni ponor reke, jezera, okolni vazduh (kule za hlađenje) Radni fluid voda vodena para.2. Idealni Rankin-Klauziuov kružni proce Idealni reč označava da u ve promene tanja, pa i one koje e odvijaju u turbini i u napojnoj pumpi ravnotežene. Šema potrojenja Prikaz ciklua u T koordinatnom itemu Φ preg Φ ip Φ pred P np 6 5 K Pregrajač Kotao Predgrajač Napojna pumpa Turbina PT P tur 2 G Kondenzator Φ kd = Φ pred T C 5 p = idem 6 p = idem = idem 2 T ti T tp Prikaz ciklua u h qm koordinatnom itemu Φ prim h C p = idem p = idem 6 = idem P tur 5 pred Φ P np q m Toplotni protok a toplotnog izvora (produkata agorevanja) na vodu vodenu paru tokom njenog izobarkog zagrevanja ( p = idem ) u predgrejaču, kotlu i pregrejaču Φprim = Φpredg + Φkotao + Φpreg = qm( h h ) Φ = q ( h h ) + ( h h ) + ( h h ) = q ( h h ) [ ] prim m m 5

4 Ili, ukoliko e integrali po vremenu Qprim = Qpredg + Qkotao + Qpreg = Q-5 + Q5-6 + Q6- Toplotni protok a vlažne vodene pare, tokom njene izobarke kondenzacije ( p = idem ) u kondenzatoru, na toplotni ponor (reke, jezera, okolni vazduh kule za hlađenje) Φ Ili, ukoliko e integrali po vremenu = Φ = qm( h h ) pred kond 2 Q = Q = Q = m( h h ) pred kond 2-2 Mehanički naga (rad) potrebna za izentropku promenu pritika ( = idem ) vode u napojnoj pumpi Pnp = qm( h h5 ) W = m( h h ) np 5 Mehanički naga (rad) koju pri izentropkom i ravnotežnom širenju u turbini ( = idem ) pare preda vratilu naga turbine ( dobijeni rad) Ptur = qm ( h h2 ) W = m( h h ) tur 2 Termodinamički tepen korinoti idealnog Rankin-Klauzijuovog kružnog procea η t,r-k P P h h = = = Φ Φ h h tur tur 2 prim prim Kondenzator uobičajeno e za hlađenje (kondenzovanje) pare u kondenzatoru koriti voda iz reka ukoliko nema reke, za kondenzovanje pare e koriti tzv. kula za hlađenje (iparavanjem vode u vazduh, voda e hladi i tako ohlađena kuplja u dnu kule (ili tornja) za hlađenje). videti Mapa za termodinamiku, zadatak.5.6 tr. 87 K Pregrajač Kotao Turbina PT P tur G Rahladna kula Predgrajač Kondenzator P np Napojna pumpa Φ kd = Φ pred Pumpa 6

5 . Odtupanja tvarnog od idealnog Rankin Klauziuovog kružnog procea Odtupanja od idealnog Renkin Klauzijuov kružnog procea nataju kao poledica nepovratnih procea koji e dešavaju u pojedinim delovima potrojenja. Dva najčešća uzroka nepovratnoti u: Mehanički (vikozno trenje, odvijanje procea u mehaničkoj neravnoteži,...) Termički prelaženje toplote a radnog fluida na okolni vazduh Vikozno trenje, koje nataje kretanjem fluida, izaziva pad pritika u predajnicima toplote (kondenzatoru, predgrejaču, iparivaču i pregrejaču) kao i cevima koje povezuju ove uređaje. Da bi e nadoknadili ovi padovi pritika, pritiak vode e u pumpi e mora podići na znatno viši nivo, nego za lučaj idealnog ciklua. Poledično, za pogon pumpe je potrebno uložiti više rada, nego u idealnom lučaju. Od poebne važnoti u nepovratnoti koje e događaju u turbinama i pumpama. Nepovratnoti u ovim uređajima nataju uled mehaničke neravnoteže, neizotavno priutne pri proticanju radnog fluida kroz ove uređaje. Kao poledica tih nepovratnoti a u turbinama e proizvodi manje rada, a za pogon pumpi potrebno je uložiti više rada, nego pod idealnim ulovima. U idealnim ulovima promene tanja koje e dešavanju u pumpama i turbinama u izentropke, dok u u realnim neizentropke. Stepen odtupanja realnih od idealnih procea opiuje e preko tepena dobrote (unutrašnjeg tepana korinoti uređaja). Stepen dobrote atijatermne ekpanzije (unutrašnji tepen korinoti turbine) η realno realno tur tur Wtur Ptur h h2 d = ηi = = = idealno idealno Wtur Ptur h h2id Stepen dobrote adijatermne kompreije (unutrašnji tepen korinoti pumpe) η idealno idealno pum pum Wpum Ppum hid h d = ηi = = = realno realno Wpum Ppum h h Drugi važan uzrok nepovratnoti nataje kao poledica gubitaka toplote prelaženja toplote a radnog fluida na okolniu a pri prolaku radnog fluda kroz pomenute predajnike toplote (kondenzator, predgrejač, iparivač i pregrejač) kao kroz cevi koje povezuju ove uređaje. Da bi vrednot proizvedenog rada u turbini otala nepromenjena, gubitke je potrebno nadoknaditi dopunkom količinom toplote koju je u kotku potrebno predati radnom fluidu. 7

6 T pad pritika u predgrejaču C pad pritika u iparivaču 5 6 5r r 6r r r 2 2r nepovratnoti u pumpi "gubitak toplote" u cevima pad pritika u pregrejaču pad pritika u kondenzatoru realni proce idealni proce "gubitak toplote" u cevima nepovratnoti u turbini Zbog relativno malih promena pritika, kao i prihvatljio malih gubitaka toplote u predajnicima toplote, ove promene obično mogu da e zanemare, a pod realnim (neidealnim) Renkin-Klauzijuovim proceom, u kurevima Temodinamike, podrazumeva e onaj proce koji u obzir uzima amo neravnotežne procee što e javljaju u turbini i napojnoj pumpi. T C realni proce idealni proce 5 6 id 2id 2 8