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Cycle de Rankine (turbine à vapeur)

Cet exemple modélise un système de turbine à vapeur basé sur le cycle de Rankine. Le cycle comprend la surchauffe et le réchauffage qui éviteront la condensation au niveau respectivement de la turbine haute pression et de la turbine basse pression. Le cycle comprend également une régénération obtenue en faisant circuler la vapeur extraite à travers des réchauffeurs d'eau d'alimentation fermés pour réchauffer l'eau et améliorer l'efficacité du cycle.

Les blocs Saturated Fluid Chamber et Turbine sont des composants personnalisés qui s’appuient sur la Simscape™ Foundation Two-Phase Fluid Library. Le bloc Saturated Fluid Chamber modélise un volume de liquide saturé et un volume de vapeur saturée séparés. Il est utilisé pour créer la chaudière et le condenseur.

Modèle

Sous-système Feedwater Preheater

Sous-système Steam Boiler

Sous-système Steam Condenser

Sous-système Steam Reheater

Résultats de simulation générés par les blocs Scope

Résultats de simulation enregistrés par Simscape

Ce tracé présente les échanges d’énergie au sein du système. La chaleur provenant du four est transférée à travers la chaudière, le surchauffeur et le réchauffeur. Le travail utile est extrait de la vapeur par la turbine haute pression (HPT) et la turbine basse pression (LPT). La chaleur perdue est rejetée dans le liquide de refroidissement du condenseur. La chaleur est également transférée depuis la vapeur extraite vers l’eau d’alimentation afin d’améliorer l’efficacité thermique.

Ce tracé présente les débits massiques qui circulent à travers le système. Une partie de la vapeur est extraite entre la turbine haute pression (HPT) et la turbine basse pression (LPT). La vapeur extraite est utilisée pour réchauffer l'eau d'alimentation avant de rejoindre le flux principal au niveau du condenseur. Les débits du flux principal et de la vapeur extraite sont régulés par les contrôleurs qui ont pour fonction de maintenir le niveau de liquide respectivement dans la chaudière et le condenseur du préchauffeur.

Cette figure présente une animation illustrant le cycle de Rankine sur un diagramme température-entropie au cours du temps. Le flux de vapeur principal correspond à la boucle des points 1 à 6 du cycle. Le flux de vapeur extrait correspond à la ligne en pointillés des points 4 à 4b du cycle. Dans ce modèle, la vanne d'étranglement située en amont du point 3 du cycle offre un certain contrôle sur la puissance de sortie.