اگرچه پیشرفت تکنولوژی بسیار سریع است، معمولاً شرایطی را می بینیم که گیاهان امروزی از اصولی استفاده می کنند که در قرن های گذشته کشف شده اند. برای مثال، چرخه رانکین که در قرن نوزدهم اختراع شد، امروزه هنوز در توربین‌های بخار استفاده می‌شود.
مخترع بزرگ
چرخه رانکین توسط یک فیزیکدان و مهندس اسکاتلندی که در قرن قبل از گذشته زندگی و کار می کرد، کشف شد. این اختراع به نام این دانشمند بزرگ که یکی از بنیانگذاران ترمودینامیک فنی نیز بود نامگذاری شد.
رانکین ویلیام جان در سال 1820 در شهر ادینبورگ به دنیا آمد و به مدت سه سال در این موسسه تحصیل کرد. اما این دانشمند به دلیل شرایط سخت مالی موفق به تکمیل این موسسه نشد. اما این مانع از این نشد که فیزیکدان با استعداد به تعدادی اکتشاف مفید دست یابد. بنابراین، او در سال 1849 معادلاتی را در ترمودینامیک به دست آورد که رابطه بین انرژی مکانیکی و گرما را توصیف می کند. او همچنین ساخت تئوری موتور بخار را انجام داد و اصول اولیه ای را که اساس عملکرد این واحد را تشکیل می داد، توسعه داد. این مقررات فرآیند را تشکیل می دهندبه نام دانشمند، چرخه رانکین.
برگزیده
این چرخه بیانی نظری از کار فرآیندهای ترمودینامیکی است که در حین کار نیروگاه های بخار در حالت تکرار اتفاق می افتد. ما می توانیم عملیات اساسی زیر را که در این چرخه گنجانده شده است تشخیص دهیم:
- مایع در فشار بالا تبخیر می شود؛
- مولکول های آب در حالت گازی منبسط می شوند؛
- بخار مرطوب بر روی دیواره های ظرف متراکم می شود؛
- فشار سیال افزایش می یابد (به مقدار اولیه باز می گردد).
می توان توجه داشت که راندمان حرارتی برای این چرخه با دمای اولیه نسبت مستقیم دارد. همچنین راندمان این فرآیند به مقادیر فشار و شاخص حالت حرارتی در محل شروع و در خروج بستگی دارد.
توربین بخار
این واحد یک موتور حرارتی است که برق تولید می کند. اجزای اصلی این نصب را می توان در لیست زیر نشان داد:
- قطع متحرک که از یک روتور و تیغه های متصل به آن تشکیل شده است؛
- عنصر ثابت با قطعاتی مانند استاتور و نازل.
عملکرد کارخانه را می توان به شرح زیر توصیف کرد. آب در حالت گازی در دما و فشار بالا به نازل های توربین می رسد. در اینجا، با سرعت مافوق صوت، انرژی پتانسیل بخار به انرژی جنبشی تبدیل می شود و ذرات به حرکت در می آیند.جفت این به نوبه خود یک جریان گازی ایجاد می کند که روی پره های توربین عمل می کند. چرخش این عناصر باعث حرکت روتور می شود که در نتیجه برق تولید می شود. سپس بخار متراکم می شود و در یک گیرنده آب سرد مخصوص قرار می گیرد و از آنجا مایع دوباره به مبدل حرارتی وارد می شود. بنابراین، عملیات تکرار می شود، یعنی چرخه رانکین انجام می شود.
این اصل در تاسیسات در نیروگاه های هسته ای استفاده می شود، همچنین در بهره برداری از تاسیسات توربین های مستقل برای تولید برق استفاده می شود. این طرح تا حد زیادی کارآمدترین و مقرون به صرفه ترین است. گیاهان مبتنی بر رانکین در سراسر جهان توزیع شده اند.
