دورة برايتون ضد دورة رانكين: 7 حقائق سريعة كاملة

يعطينا موضوع دورة برايتون مقابل دورة رانكين فكرة مفادها أنه يجب أن يكون كلاهما متشابهًا في بعض الجوانب. يتم استخدام كلتا الدورتين لتوليد طاقة ميكانيكية من الطاقة الحرارية.

الفرق الرئيسي بين هذه الدورات هو سائل العمل المستخدم. تستخدم دورة رانكين السائل (الماء في الغالب) كسائل عمل بينما تستخدم دورة برايتون الغاز (في الغالب الهواء) كسائل عمل. تقوم هذه المقالة بتحليل مقارن لدورة برايتون مقابل دورة رانكين.

المكونات الرئيسية المستخدمة في دورة برايتون

كل دورة تحتاج إلى مجموعة من الآلات التي تساعد في تحقيق الناتج المطلوب.

تتكون دورة برايتون من أجزاء العمل التالية-

  • ضاغط- يضغط الهواء بشكل متساوي.
  • حجرة الخلط- تضاف الحرارة إلى الهواء المضغوط مما يزيد من درجة الحرارة متساوي الضغط.
  • عنفة- يتمدد الهواء في التوربين ، حيث يدور عمود التوربين ويقل ضغط الهواء وتقل درجة الحرارة. هذه العملية هي التوسع المتساوي.
دورة برايتون مقابل دورة رانكين
الصورة: الأجزاء المستخدمة في دورة برايتون (الصورة توضح دورة برايتون المفتوحة)

 عمل دورة برايتون

تستخدم دورة برايتون عمومًا هواء الغلاف الجوي كسائل عملها. يستغرق الأمر ثلاث عمليات على الأقل لإكمال هذه الدورة (تحتوي الدورة المفتوحة على ثلاث عمليات والدورة المغلقة بها أربع عمليات على الأقل).

العمليات المختلفة التي يخضع لها سائل العمل في دورة مثالية Brayton المغلقة هي-

  • ضغط متساوي يتم سحب الهواء المحيط داخل الضاغط ويتم ضغطه بطريقة متساوية.
  • إضافة الحرارة متساوي الضغط تضاف الحرارة إلى الهواء المضغوط بضغط ثابت.
  • التوسع المتساوي يتمدد الهواء في التوربينات بشكل متساوٍ.
  • رفض الحرارة متساوي الضغط يتم رفض الحرارة من النظام عند ضغط مستمر.

تشير عمليات الضغط والتوسيع المتساوية إلى دورة مثالية. عادة ، لا تكون العملية متوازنة تمامًا بسبب عدم الانعكاس وفقد الاحتكاك في التوربينات والضاغط. الخواص كفاءة التوربينات ويشير الضاغط إلى حجم المخرجات المفيدة التي يمكن الحصول عليها من ظروف معينة.

الأجزاء المستخدمة في دورة رانكين

تنتج دورة رانكين طاقة ميكانيكية من الطاقة الحرارية لسائل العمل. يتم تحقيق ذلك من خلال العديد من المكونات التي تعمل في وئام.

مكونات العمل المستخدمة في دورة رانكين هي-

  • مضخة- سائل الضغط المنخفض ضخت لزيادة ضغط الغلاية.
  • سخان مياه- يضاف الحرارة إلى سائل العمل داخل المرجل. عملية إضافة الحرارة متساوية الضغط. يتم تحويل السائل عالي الضغط إلى بخار عالي الضغط داخل المرجل.
  • عنفة- يتم توسيع البخار في التوربينات. يعد البخار عالي الضغط مسؤولاً عن إنتاج الطاقة الميكانيكية التي يتم تحقيقها من خلال دوران عمود التوربين.
  • مكثف- يتكثف بخار الضغط المنخفض داخل المكثف. المكثف ليس سوى أ مبادل حراري الذي يستخرج الحرارة من البخار لتحويله إلى سائل.

عمل دورة رانكين

تُستخدم دورة رانكين لإنتاج الطاقة الميكانيكية من الطاقة الحرارية لسائل العمل (في هذه الحالة الماء) والتي بدورها تُستخدم لتوليد الكهرباء (تُستخدم قوة عمود التوربين لإنتاج الكهرباء).

تعمل دورة رانكين أيضًا على أربع عمليات رئيسية. هم انهم-

  • الضغط المتساوي (العملية 1-2): يزيد ضغط سائل العمل في هذه العملية.
  • إضافة حرارة متساوية الضغط (عملية 2 - 3): يتعرض سائل الضغط العالي للحرارة داخل الغلاية حيث يتحول إلى بخار. يخرج البخار عند ضغط مرتفع ويدخل التوربين عند النقطة 3.
  • التوسع المتساوي (عملية 3-4): يقوم بخار الضغط العالي بتدوير مراوح التوربينات نتيجة لذلك يبدأ عمود التوربين بالدوران. خلال هذه العملية ، يتم تحويل البخار عالي الضغط إلى بخار منخفض الضغط. الأقل بخار الضغط يدخل المكثف.
  • رفض الحرارة متساوي الضغط يتم تحويل البخار مرة أخرى إلى الحالة السائلة داخل المكثف. يتم رفض الحرارة من البخار عند ضغط ثابت ونتيجة لذلك يتحول البخار إلى سائل.

لاحظ أن المكثف والغلاية من الأجهزة التي تغير حالة سائل العمل دون تغيير درجة الحرارة والضغط.

دورة رانكين وكفاءة دورة برايتون

الكفاءة هي مقياس فعالية الدورة. يسمى مقدار المخرجات التي يمكن أن تقدمها الدورة بكمية معينة من المدخلات كفاءة الدورة.

قبل مناقشة كفاءات دورة رانكين وبرايتون دورة ، دعونا نلقي نظرة على كفاءة التوربينات والضاغط-

كفاءة التوربينات المتساوية اعطي من قبل-

الكفاءة المتساوية للضاغط اعطي من قبل-

فيما يلي مقارنة بين كفاءة دورة رانكين وكفاءة دورة برايتون

موضوع المقارنةدورة رانكيندورة برايتون
الكفاءة المثالية
الكفاءة الفعلية
مخطط Ts
الجدول: مقارنة بين كفاءة دورة رانكين وكفاءة دورة برايتون
اعتمادات الصورة: دورة رانكين بواسطة الصفحة الرئيسية IITK

كيفية زيادة كفاءة دورة برايتون ودورة رانكين؟

الكفاءة هي نسبة المخرجات إلى المدخلات. لزيادة كفاءة أي دورة ، يحتاج المرء إلى زيادة الإنتاج عند الإدخال الثابت أو تقليل الإدخال للإخراج الثابت أو زيادة المخرجات مع تقليل المدخلات.

في كلتا الدورتين ، يمكن استخدام نفس الأساليب لتحسين الكفاءة. هذه الطرق هي-

  • تجديد- يمر البخار من المكثف عبر التوربين لزيادة درجة حرارة المدخل قبل دخول البخار إلى الغلاية.
  • يسخن يتم استخدام توربين ثانوي ينتج عنه المزيد من مخرجات العمل.
  • تبريد- المبرد البيني يبرد الغاز بعد الضغط مما يجعله متاحًا للضغط مرة أخرى. بهذه الطريقة يتم تقليل عمل الضاغط.
  • التجديد المشترك ، التبريد البيني ودورة إعادة التسخين- تستخدم هذه الدورة مجموعة من الدورة التجديدية ودورة إعادة التسخين والتبريد البيني.

ما هما النوعان الرئيسيان لدورة برايتون؟

قد تستخدم دورة برايتون التجديد أو إعادة التسخين أو التبريد البيني أو في بعض الأحيان كلها. لكن الدورة التأسيسية التي يمكن فيها استخدام مثل هذه الأساليب نوعان.

الشكلان الأساسيان لدورة برايتون هما-

  • افتح دورة برايتون- في دورة Open Brayton ، يتم بصق غازات العادم في الغلاف الجوي. تستخدم كل دورة مجموعة جديدة من الغاز أو سائل العمل.
  • دورة برايتون المغلقة- في دورة برايتون المغلقة ، يتم تبريد غازات العادم وإعادتها إلى الضاغط لاستخدامها مرة أخرى. هذا يشكل دورة كاملة.

ما هي الدورة المركبة؟

أحدهما يجمع بين شيئين للحصول على المزيد من المخرجات أو زيادة كفاءة نظام معين. في الدورة المركبة ، يتم الجمع بين دورتي برايتون ورانكين للحصول على المزيد من المخرجات من مجموعة معينة من المدخلات.

تنتج دورة برايتون مزيدًا من الطاقة لذلك تسمى دورة القمة. تكون غازات العادم الناتجة عن هذه الدورة شديدة السخونة بحيث يمكن استخدامها كمصدر لدورة إنتاج طاقة منخفضة نسبيًا وهي دورة رانكين. في هذه الحالة ، تُعرف أيضًا باسم دورة القاع.

يتم استرداد الحرارة من غازات العادم بواسطة غلاية استرداد الحرارة المفقودة في دورة القاع. يتم تسخين البخار / الماء لإكمال دورة رانكين.

بهذه الطريقة يمكن استخدام غازات العادم الناتجة من دورة واحدة كمصدر لدورة أخرى.

انتقل إلى الأعلى