Thermodynamik im Maschinenbau, Teil II, Leistungszyklen

Das letzte Mal haben wir über einige allgemeine Konzepte in einem Bereich des Maschinenbaus gesprochen, der als Thermodynamik bekannt ist. In dem Artikel dieser Woche werden wir unseren Fokus etwas einschränken, um einen Teil der Thermodynamik zu betrachten, der sich mit Leistungszyklen befasst.

Ein gigantisches Beispiel für einen Stromkreislauf findet sich in einem Kohlekraftwerk. Sie können nicht anders, als diese Pflanzen mit ihren riesigen Gebäuden, Bergen von Kohle und hohen Schornsteinen zu bemerken. Sie haben in letzter Zeit viel negative Presse erhalten und stehen im Mittelpunkt der Debatte über die globale Erwärmung, aber die meisten Menschen haben keine Ahnung, was in ihnen vor sich geht. Lass uns einen Blick darauf werfen.

Erzeugungsstation

Abbildung 1 – Ein Kohlekraftwerk

Ein Kraftwerk hat die Grundfunktion, die chemische Energie der Kohle in die elektrische Energie umzuwandeln, die wir in unserem modernen Leben verwenden, und es ist ein Energiekreislauf, der im Mittelpunkt dieses Umwandlungsprozesses steht. Der grundlegendste Leistungszyklus würde in diesem Fall einen Kessel, eine Dampfturbine, einen Kondensator und eine Pumpe umfassen (siehe Abbildung 2 unten).

Aus- und Wiedereinschalten

Abbildung 2 – Ein grundlegender Energiezyklus

Wenn Kohle im Ofen eines Kraftwerks verbrannt wird, wird ihre chemische Energie in Wärmeenergie umgewandelt. Diese Wärmeenergie und der Kessel sind vom Ofen eingeschlossen, so dass der Kessel die Wärmeenergie zur Erzeugung von Dampf effizienter aufnehmen kann. Ein Rohr führt den Dampf vom Kessel zu einer Dampfturbine. Die Dampfturbinendüsen wandeln die Wärmeenergie des Dampfes in kinetische Energie um, wodurch der Dampf beim Austritt aus den Düsen beschleunigt wird. Der sich schnell bewegende Dampf überträgt seine kinetische Energie auf die Turbinenschaufeln, wodurch sich die Turbine wie eine Windmühle dreht (siehe Abbildung 3 unten).

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Abbildung 3 – Das Innenleben einer Dampfturbine

Die rotierende Turbine ist über eine Welle mit einem Generator verbunden. Die Turbine dreht den Generator und erzeugt daher Strom. Sobald die Energie aus dem Dampf von der Turbine verbraucht ist, gelangt sie zum Kondensator, dessen Aufgabe es ist, den Dampf wieder in Wasser umzuwandeln. Um dies zu erreichen, verwendet der Kondensator kaltes Wasser, beispielsweise aus einem nahe gelegenen See oder Fluss, um den Dampf abzukühlen, bis er sich von einem Gas in eine Flüssigkeit, dh Wasser, verwandelt. Dies ist der Grund, warum Kraftwerke normalerweise neben einem Gewässer liegen. Sobald sich die Dinge abgekühlt haben, schaltet sich die Pumpe ein und drückt das Kondenswasser in den Kessel, wo es wieder zu Dampf wird. Dieser Stromzyklus wiederholt sich, solange Kohle im Ofen verbrannt wird, die Anlagenausrüstung ordnungsgemäß funktioniert und der Strom aus dem Kraftwerk fließt.

Die Thermodynamik etabliert ein Energiebuchhaltungssystem, mit dem Maschinenbauer Energiezyklen entwerfen und analysieren können, um sicherzustellen, dass sie sicher, zuverlässig, effizient und wirtschaftlich sind. Letztendlich überträgt ein richtig gestalteter Leistungszyklus so viel Wärmeenergie wie möglich von der brennenden Kohle an einem Ende des Zyklus, um den Strombedarf am anderen Ende des Zyklus zu decken. Wie im Blog der letzten Woche erwähnt, ist nichts 100% effizient.

Nächstes Mal werden wir lernen, cool zu sein. Nein, ich werde nicht über das neueste Mobiltelefon sprechen oder darüber, wer auf Facebook angemeldet ist. Wir werden Kühlkreisläufe abdecken.

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