Rankine-Kreisprozess (Dampfturbine)
Dieses Beispiel modelliert eine auf dem Rankine-Kreisprozess basierende Dampfturbinenanlage. Der Kreisprozess beinhaltet eine Überhitzung und eine Wiedererwärmung, um Kondensation in der Hochdruckturbine bzw. der Niederdruckturbine zu verhindern. Der Kreisprozess verfügt zudem über Regeneration, indem entnommener Dampf durch geschlossene Speisewasservorwärmer geleitet wird, um das Wasser zu erwärmen und den Wirkungsgrad des Kreislaufs zu verbessern.
Die Blöcke „Saturated Fluid Chamber“ und „Turbine“ sind benutzerdefinierte Komponenten, die auf der Simscape™-Bibliothek „Foundation > Two-Phase Fluid“ basieren. Der Block „Saturated Fluid Chamber“ modelliert ein separates gesättigtes Flüssigkeitsvolumen und ein gesättigtes Dampfvolumen und wird verwendet, um den Kessel und den Kondensator zu erstellen.
Modell
Subsystem „Feedwater Preheater“
Subsystem „Steam Boiler“
Subsystem „Steam Condenser“
Subsystem „Steam Reheater“
Simulationsergebnisse von Scopes
Simulationsergebnisse der Simscape-Protokollierung
Dieses Diagramm stellt den Energieaustausch im System dar. Die Wärme aus dem Ofen wird über den Kessel, den Überhitzer und den Zwischenüberhitzer zugeführt. Die Hochdruckturbine (HPT) und die Niederdruckturbine (LPT) entziehen dem Dampf nützliche Arbeit. Die Abwärme wird an das Kühlmittel im Kondensator abgegeben. Zur Verbesserung des thermischen Wirkungsgrads wird außerdem Wärme vom entnommenen Dampf auf das Speisewasser übertragen.
Dieses Diagramm stellt die Massendurchflussraten durch das System dar. Ein Teil des Dampfes wird zwischen der Hochdruckturbine (HPT) und der Niederdruckturbine (LPT) entnommen. Der entnommene Dampf wird zur Erwärmung des Speisewassers verwendet, bevor er am Kondensator wieder in den Hauptstrom gelangt. Die Durchflussraten des Hauptstroms und des entnommenen Dampfes werden von den Reglern geregelt, um den Flüssigkeitsstand im Kessel bzw. im Kondensator des Vorwärmers aufrechtzuerhalten.
Diese Abbildung zeigt eine Animation des Rankine-Kreisprozesses in einem Temperatur-Entropie-Diagramm im Zeitverlauf. Der Hauptdampfstrom entspricht der Schleife von Kreisprozesspunkt („Cycle Point“) 1 bis 6. Der entnommene Dampfstrom entspricht der gestrichelten Linie von Kreisprozesspunkt 4 bis 4b. Bei diesem Modell bietet die Drosselklappe vor Zykluspunkt 3 eine geringe Kontrolle über die Leistungsabgabe.
