Rankine Cycle क्या है? | Working, Process, Efficiency & Applications in Hindi

Rankine Cycle एक Ideal Vapor Power Cycle है जिसका उपयोग Thermal Power Plant में Heat Energy को Mechanical Energy तथा अंततः Electrical Energy में परिवर्तित करने के लिए किया जाता है। यह सबसे महत्वपूर्ण thermodynamic cycle है और आधुनिक steam power plants का आधार माना जाता है।

Rankine Cycle का नाम Scottish Engineer William John Macquorn Rankine के नाम पर रखा गया है। यह Cycle मुख्य रूप से Boiler, Steam Turbine, Condenser तथा Feed Water Pump पर आधारित होती है। Vapor Carnot Cycle की तुलना में Rankine Cycle अधिक Practical, Efficient तथा Economical होती है, इसलिए इसका उपयोग लगभग सभी Steam Power Plants में किया जाता है।

Rankine Cycle क्या है?

Rankine Cycle एक Closed Thermodynamic Cycle है जिसमें Working Fluid के रूप में Water/Steam का उपयोग किया जाता है। इस Cycle में Water को Boiler में Heat देकर Steam बनाया जाता है। Steam Turbine में Expand होकर Mechanical Work उत्पन्न करती है। इसके बाद Condenser में Steam पुनः Water में बदल जाती है और Feed Water Pump द्वारा Boiler में वापस भेज दी जाती है।

Rankine Cycle के मुख्य Components

Rankine Cycle के चार मुख्य Processes

Rankine Cycle का Working Principle

Cycle की शुरुआत Condenser से निकलने वाले Water से होती है। Feed Water Pump Water का Pressure बढ़ाकर Boiler में भेजता है। Boiler में Fuel के Combustion से उत्पन्न Heat द्वारा Water High Pressure Steam में बदल जाता है। यह Steam Turbine में प्रवेश करके Expand होती है और Turbine Shaft को घुमाती है। Turbine से निकलने वाली Low Pressure Steam Condenser में जाकर Cooling Water की सहायता से Condense होकर पुनः Water बन जाती है। इसके बाद यही Water Pump द्वारा फिर Boiler में भेज दिया जाता है। इस प्रकार Cycle लगातार चलती रहती है।

Rankine Cycle का T-S Diagram

Temperature-Entropy (T-S) Diagram Rankine Cycle को समझने का सबसे आसान माध्यम है।

• 1-2 : Isentropic Pumping
• 2-3 : Constant Pressure Heat Addition
• 3-4 : Isentropic Expansion
• 4-1 : Constant Pressure Heat Rejection

T-S Diagram के अंदर enclosed area Net Work Output को दर्शाता है।

Rankine Cycle का P-V Diagram

Pressure-Volume Diagram में Boiler Process के दौरान Pressure लगभग Constant रहता है। Turbine Expansion में Pressure तथा Temperature दोनों कम हो जाते हैं। Condenser में Steam Condense होती है तथा Pump द्वारा Water का Pressure पुनः बढ़ा दिया जाता है।

Thermal Efficiency of Rankine Cycle

Thermal Efficiency निम्न प्रकार से व्यक्त की जाती है।

η = (Turbine Work − Pump Work) / Heat Supplied

या

η = Net Work Output / Heat Added

Efficiency बढ़ाने के लिए Boiler Pressure बढ़ाया जाता है, Condenser Pressure कम किया जाता है तथा Superheating एवं Reheating का उपयोग किया जाता है।

Rankine Cycle की विशेषताएँ

• Steam Power Plant की Standard Cycle है।
• Working Fluid के रूप में Water/Steam का उपयोग करती है।
• Liquid Water Pump होने के कारण Pump Work बहुत कम होता है।
• Continuous Power Generation के लिए उपयुक्त है।
• Practical एवं Economical Cycle है।
• Thermal Efficiency अच्छी होती है।

Advantages of Rankine Cycle

• Thermal Power Plants में व्यापक रूप से उपयोग होती है।
• High Power Output प्राप्त किया जा सकता है।
• Pump Work बहुत कम होता है।
• Operation सरल एवं विश्वसनीय होता है।
• Maintenance अपेक्षाकृत आसान होती है।
• Large Scale Electricity Generation के लिए सर्वोत्तम Cycle है।
• Efficiency बढ़ाने के लिए Superheater, Reheater तथा Regenerator आसानी से जोड़े जा सकते हैं।

Limitations of Rankine Cycle

• Turbine Exit पर Steam में Moisture उत्पन्न होती है।
• Carnot Cycle की तुलना में Thermal Efficiency कम होती है।
• Heat Addition पूरी तरह Constant Temperature पर नहीं होती।
• Boiler एवं Condenser का Size बड़ा होता है।
• Cooling Water की अधिक आवश्यकता होती है।

Rankine Cycle की Efficiency बढ़ाने के तरीके

• Boiler Pressure बढ़ाना।
• Condenser Pressure कम करना।
• Steam Superheating करना।
• Reheating का उपयोग करना।
• Regenerative Feed Water Heating का उपयोग करना।
• High Efficiency Turbine का उपयोग करना।

Applications of Rankine Cycle

• Thermal Power Plants
• Nuclear Power Plants
• Solar Thermal Power Plants
• Geothermal Power Plants
• Steam Power Stations
• Marine Steam Propulsion Systems

Rankine Cycle और Carnot Cycle में अंतर

Exam Point of View

• Rankine Cycle की Definition।
• Working Principle।
• चार Thermodynamic Processes।
• T-S एवं P-V Diagram।
• Thermal Efficiency Formula।
• Advantages एवं Limitations।
• Carnot Cycle से Difference।
• Efficiency बढ़ाने के Methods।

Conclusion

Rankine Cycle आधुनिक Steam Power Plants की सबसे महत्वपूर्ण एवं Practical Thermodynamic Cycle है। इसमें Water और Steam का उपयोग करके Heat Energy को Mechanical तथा Electrical Energy में परिवर्तित किया जाता है। Pump Work कम होने, सरल Operation, बेहतर Reliability तथा अधिक Practical Efficiency के कारण Rankine Cycle का उपयोग Thermal, Nuclear, Solar Thermal एवं Geothermal Power Plants में व्यापक रूप से किया जाता है। Engineering तथा Diploma विद्यार्थियों के लिए Rankine Cycle Thermodynamics का एक अत्यंत महत्वपूर्ण विषय है।