Arbeitsdampf

Arbeitsdampf bezeichnet in der Thermodynamik der Dampfantriebe den Dampf, der in einem Prozess Arbeit verrichtet. Er wird im Heizkessel durch Erhitzen von Wasser erzeugt und dient in Turbinen, Motoren oder anderen Arbeitsprozessen als Medium zur Umwandlung von Wärme in mechanische Energie. In Kraftwerken ist der Arbeitsdampf typischerweise Teil des Rankine-Zyklus und durchläuft dabei Phasenwechsel, Expansion und Kondensation.

Zustand und Qualität des Arbeitsdampfes sind entscheidend für Effizienz und Anlagenlebensdauer. Es kann sich um saturierten Dampf (Sättigungsdampf), feuchten Dampf (Gemisch aus Dampf und Wasser) oder überhitzten Dampf handeln. Die Qualität oder der Trockenteil x beschreibt den Massenanteil des Dampfes im Dampf-Wasser-Gemisch (0 ≤ x ≤ 1). Die Enthalpie eines Gemisches folgt ungefähr h = hf + x(hg − hf); bei überhitztem Dampf hängt die Enthalpie von Druck und Temperatur ab.

Typischer Prozessverlauf: Der Arbeitsdampf wird im Hochdruckkessel erzeugt, expandiert in einer Turbine und verrichtet dort Arbeit, anschließend kondensiert er im Kondensator zu Wasser, das durch eine Pumpe wieder auf den Hochdruck des Heizkreises gebracht wird. Um die Effizienz zu erhöhen, kommen Reheating-Stufen und Vorwärmung des Speisewassers zum Einsatz; außerdem wird versucht, den Trocknungsgrad hoch zu halten, um Turbinenverschleiß und Kondensationsverluste zu minimieren.

Anwendungen finden sich hauptsächlich in der elektrischen Energieerzeugung, aber auch in industriellen Prozessen, die Wärme in mechanische Arbeit umwandeln. Sicherheitstechnisch sind hohe Drücke und Temperaturen sowie feuchte Dampfphasen potenzielle Risiken, weshalb Dampfsysteme entsprechend ausgelegt und überwacht werden.