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Der Rankine-Zyklus für eine Dampfturbine

Obwohl der technologische Fortschritt sehr schnell ist, ist es oft möglich, Situationen zu sehen, in denen moderne Installationen Prinzipien verwenden, die in den vergangenen Jahrhunderten entdeckt wurden. Zum Beispiel wird der Rankine-Zyklus, der im 19. Jahrhundert erfunden wurde, heute im Betrieb von Dampfturbinen eingesetzt .

Der große Erfinder

Rankins Zyklus wurde von einem schottischen Physiker und Ingenieur entdeckt, der im letzten Jahrhundert lebte und arbeitete. Die Erfindung wurde nach diesem großen Wissenschaftler benannt, der auch einer der Gründer der technischen Thermodynamik war.

Rankin William John wurde 1820 in der Stadt Edinburgh geboren, wo er drei Jahre am Institut studierte. Allerdings hat der Wissenschaftler diese Institution wegen einer schwierigen finanziellen Situation nicht beendet. Aber das hielt den begabten Physiker nicht davon ab, eine Reihe nützlicher Entdeckungen durchzuführen. So erhielt er 1849 Gleichungen in der Thermodynamik und beschrieb die Beziehung zwischen mechanischer Energie und Wärme. Er baute auch die Theorie einer Dampfmaschine und entwickelte die Grundprinzipien, die die Arbeit dieser Einheit unterlag. Diese Bestimmungen bilden den Prozess, der den Namen zu Ehren des Wissenschaftlers gegeben hat – der Rankine-Zyklus.

Highlights

Dieser Zyklus ist ein theoretischer Ausdruck der Arbeit der thermodynamischen Prozesse, die während des Betriebs von Dampfkraftwerken im Wiederholungsmodus auftreten. Es ist möglich, solche Grundoperationen auszuschließen, die in diesen Zyklus eintreten:

  • Die Flüssigkeit verdampft bei hohem Druck;
  • Die Wassermoleküle im gasförmigen Zustand erweitern sich;
  • Nasser Dampf kondensiert an den Wänden des Schiffes;
  • Der Fluiddruck erhöht sich (kehrt zum ursprünglichen Wert zurück).

Es ist anzumerken, dass der thermische Wirkungsgrad für diesen Zyklus direkt proportional zur Anfangstemperatur ist. Auch wird die Effizienz dieses Verfahrens durch die Druckwerte und den Heizzustandsindex an der Ausgangsposition und am Auslass bestimmt.

Dampfturbine

Diese Einheit ist eine Wärmekraftmaschine, wodurch Strom erzeugt wird. Die Hauptknoten dieser Anlage können in der folgenden Liste dargestellt werden:

  • Beweglicher Teil, der aus einem Rotor und festen Klingen besteht;
  • Ein stationäres Element mit solchen Bestandteilen wie Stator und Düsen.

Die Arbeit der Anlage kann so charakterisiert werden. Wasser im gasförmigen Zustand bei hoher Temperatur und Druck wird in die Turbinendüsen eingespeist. Hier wird bei einer Überschallgeschwindigkeit die potentielle Energie des Dampfes zu einer kinetischen Energie, während die Teilchen des Dampfes angetrieben werden. Dies wiederum schafft eine gasförmige Strömung, die auf die Turbinenschaufeln wirkt. Die Drehung dieser Elemente bewirkt, dass sich der Rotor bewegt, was zur Bildung von Elektrizität führt. Weiterhin findet eine Kondensation des Dampfes statt, und er setzt sich in einem speziellen Kaltwasserempfänger ein, von wo aus die Flüssigkeit wieder in den Wärmetauscher gedrückt wird. So gibt es eine Wiederholung von Operationen, das heißt, der Rankine-Zyklus wird durchgeführt.

Dieses Prinzip wird in Anlagen in Kernkraftwerken eingesetzt und wird auch im Betrieb von autonomen Turbinenanlagen zur Stromerzeugung eingesetzt. Diese Regelung ist bei weitem die effizienteste und wirtschaftlichste. Installationen, die nach den Prinzipien von Rankin arbeiten, sind weltweit verteilt.