Clausius-Rankine-Prozess

• Prinzip der Dampfkraftanlage:
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  • Dampferzeuger (Dampfkessel)
    • Wasser wird bei hohem Druck erhitzt, verdampft, der Dampf überhitzt
  • Dampfturbine
    • heißer Dampf wird unter Arbeitsabgabe entspannt
    • früher auch Kolbenmaschine (klassische Dampfmaschine, Lokomotive)
  • Kondensator
    • Dampf wird abgekühlt → Wasser
  • Pumpe
    • Wasser wird unter hohem Druck in Verdampfer geleitet
• Einsatz in Großkraftwerken als Dampfturbinen:
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  • außer Dienst gestellter Niederdruck-Turbinenläufer aus dem Kernkraftwerk Unterweser.
• Vergleichsprozess von Clausius-Rankine als Modell:
  • besteht aus 2 Isobaren und 2 Isentropen
  • im p-V-Diagramm (schematisch)
    
  • im T-s-Diagramm (schematisch)
    
  • realistische Diagramme
    
  • Schritte
    • 4 → 5 isobare Erhitzung des Wassers (Kessel)
    • 5 → 6 isobare Verdampfung (Kessel)
    • 6 → 1 isobare Überhitzung (Kessel)
    • 1 → 2 isentrope Entspannung (Turbine)
    • 2 → 3 isobarer Wärmeentzug (Kondensator)
    • 3 → 4 isentrope Druckerhöhung (Pumpe)
• Thermischer Wirkungsgrad:
  • Kreisprozessarbeit W_k
    • - W_k = Q₄₁ + Q₂₃
  • bei isobarem Prozess über Enthalpie
    • Q₂₃ = H₃ - H₂
    • Q₄₁ = H₁ - H₄
  • zugeführte Wärme Q₄₁
  • Wirkungsgrad daher
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  • Werte für H_i aus Enthalpie-Tabellen
  • Abhängigkeit von Dampf-Temperatur t₁ (p₁ = 20 bar, p₂ = 1 bar)
    
  • Abhängigkeit von Dampfdruck p₁ (t₁ = 500 °C, p₂ = 1 bar)
    
  • Abhängigkeit von Gegendruck p₂ (p₁ = 20 bar, t₁ = 500 °C)
    
• Arbeitsverhältnis r_W:
  • gegeben durch die abgegebene technische Arbeit
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  • W_t34 sehr klein → r_W fast 1
• Aufgaben:
  • Aufgabe 16