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Der Rankine-Zyklus: 1 = Kondensat, 2 = Kesselspeisewasser unter Druck, 3 = überhitzter Dampf, 4 = verbrauchter Dampf.

EIN rankine-Prozess oder rankine-Zyklus ist eine thermodynamische zirkulärer Prozess Welche Wärme im mechanischen Arbeit Einnahmen. Die Hitze Q_im wird extern versorgt und entladen Q_von, normalerweise zusammen mit Wasser/Dampf als Medium, es kann aber auch ein anderes Medium sein, wie z Bio-Rankin-Zyklus (ORK). Der Rankine-Zyklus liefert ein theoretisches Modell für die Dampfturbine, die etwa 90 % der gesamten Energie der Welt erzeugt: beide in Atomkraftwerke, Kohlekraftwerke wenn Gaskraftwerke. Der Prozess ist nach seinem Schöpfer benannt William John Macquorn Rankine, ein schottischer Professor an der Universität Glasgow.

Der Rankine-Zyklus nähert sich dem Ideal Karottenzyklus. Der Unterschied liegt in der Wärmezufuhr und -abfuhr, die im Rankine-Zyklus den gleichen Druck hat (Isobare) und im idealen Karottenzyklus bei gleicher Temperatur (isotherm). Da ist ein Kesselspeisewasserpumpe muss es tun Kondensat nach dem Kondensator auf den erforderlichen Druck. Die Energie W_Pumpe der Kesselspeisewasserpumpe geht verloren. Auch der Verdampfungswärme Q_von der Flüssigkeit geht im Kondensator verloren.

Es Effizienz wird durch die Flüssigkeit begrenzt. Unter dem kritischer Punkt die maximal erreichbare Temperatur ist auf 565°C begrenzt, wobei rostfreier StahlSchleich beginnt zu zeigen. Der Verflüssiger ist auf 30°C begrenzt, da er in a Kühlturm möglich Vakuum. Dies ergibt einen idealen Carnot-Wirkungsgrad von 63 %, während der tatsächliche Wirkungsgrad eines Kohlekraftwerks 42 % erreicht. Diese geringe Rendite ist die Daseinsberechtigung der kombinierten STEG, bei dem die Gasturbine bei einer höheren Temperatur (1100 °C) als die Dampfturbine.

Temperatur-Entropie-Diagramm eines idealen Rankine-Zyklus mit einem Dampfkessel bei 50 Bar und ein Kondensator bei 0,06 bar

Der Rankine-Zyklus besteht aus vier Teilprozessen.

• Prozess 1-2: Eine Kesselspeisewasserpumpe setzt Kondensat unter Druck.
• Prozess 2-3: De Dampfkessel erhitzt das Kesselspeisewasser bei konstantem Druck auf überhitzter Dampf.
• Prozess 3-4: Der überhitzte Dampf wird in a . freigesetzt Dampfturbine.
• Prozess 4-1: De Kondensator kondensiert den verbrauchten Dampf bei konstantem Druck wieder zu Kondensat.

Die Rückkehr ${displaystyle eta_{therm}}$ des Rankine-Zyklus folgt dann aus:

${displaystyle eta _{therm}={frac {{dot {W}}_{turbine}-{dot {W}}_{pump}}{{dot {Q}}_{in}}}ca. {frac { {dot {W}}_{turbine}}{{dot {Q}}_{in}}}.}$

Die Pumpenarbeit beträgt ca. 1% und kann vernachlässigt werden Die zugeführte Wärme, die abgeführte Wärme, die Pumpenarbeit und die Turbinenarbeit können aus den Enthalpie, bestehend aus a Mollier-Diagramm oder aus Dampftische gelesen werden kann.

${displaystyle {frac {{dot {Q}}_{in}}{dot {m}}}=h_{3}-h_{2}}$

${displaystyle {frac {{dot {Q}}_{out}}{dot {m}}}=h_{4}-h_{1}}$

${displaystyle {frac {{dot {W}}_{pump}}{dot {m}}}=h_{2}-h_{1}}$

${displaystyle {frac {{dot {W}}_{turbine}}{dot {m}}}=h_{3}-h_{4}}$

Für eine reale Turbine und Pumpe muss ihr Wirkungsgrad also η_Turbine und_Pumpe noch belastet werden.

${displaystyle {dot {W}}}$_Pumpe / ${displaystyle {Punkt {m}}}$ = ${displaystyle h_{2}-h_{1}}$ ≈ ${displaystyle v_{1}}$ p /_Pumpe ≈ ${displaystyle v_{1}}$ (${displaystyle p_{2}-p_{1}}$) /_Pumpe

${displaystyle {dot {W}}}$_Turbine / ${displaystyle {Punkt {m}}}$ = ${displaystyle h_{3}-h_{4}}$ ≈ (${displaystyle h_{3}-h_{4}}$)_Turbine