Gasturbinentypen – eine Übersicht Flashcards
Stationäre Gasturbinen
Stationäre Gasturbinen sind kontinuierlich durchströmte ortsfeste Antriebsmaschinen mit hohen Leistungsdichten, die im Vergleich zu Abmessungen und Gewicht einen großen Energiebetrag umsetzen.
Was treibt die technologische Entwicklung der Komponenten stationärer Gasturbinen voran?
Die Technologieentwicklung der Komponenten von stationären Gasturbinen ist neben der weiteren Erhöhung der Effizienz, die ein wesentlicher Beitrag zur Ressourcenschonung und Umweltverträglichkeit ist, getrieben von der Verbesserung schadstoffarmer Verbrennungs- systeme und der Reduktion sowie Abspaltung des für die globale Klimaerwärmung als schädlich identifizierten Gases Kohlendioxid.
Mikrogasturbinen
Bei Leistungen von bis zu 250 kW spricht man von Mikrogasturbinen mit radialen Kompressoren und Turbinen.
Gasturbinen bis zu einer Leistungsklasse von ca. 25 MW
Gasturbinen bis zu einer Leistungsklasse von ca. 25 MW stehen in Konkurrenz zu Gas- und Dieselmotoren, die im Gegensatz zur Gasturbine zu den atmenden Maschinen gehören (Kolbenmaschinen)
Die Möglichkeit, die Thermodynamik zu bieten hat
Die Thermodynamik bietet aber die Möglichkeit, mit Hilfe einfacher Berechnungsmethoden, globaler Systembetrachtungen und einiger weniger Voraussetzungen, die zudem nur geringe Einschränkungen der Gültigkeit mit sich bringen, bereits sehr gute Studien über Tendenzen und Auswirkungen verschiedener Maßnahmen durchzuführen.
Die wichtigste Annahme der Thermodynamik von Gasturbinen
Die wichtigste Annahme ist, dass anstelle der realen, offenen Kreisprozesse geschlossene Prozesse ohne Änderungen des Massendurchsatzes und der Stoffeigenschaften betrachtet werden.
Verhalten den betrachteten Gase
Im Gasturbinenkreislauf verhalten sich die betrachteten Gase thermisch ideal, d. h., sie gehorchen der Idealgasgleichung:
Pν= RT
Die Annahme idealer Gase
Mit der Annahme idealer Gase ist allerdings eine wichtige Eigenschaft verbunden, die sich auch formal ableiten lässt. Dies ist die alleinige Abhängigkeit der Enthalpie von der Temperatur:
h= f(T)
Damit ist allerdings keine Aussage über die Art der Abhängigkeit verbunden, insbesondere lässt sich daraus nicht eine direkte Proportionalität herleiten. Es lässt sich aber zeigen, dass die Enthalpiedifferenz zwischen zwei Zustandspunkten immer als Integral der spezifischen Wärmekapazität über der Temperatur darstellbar ist:
Δh= integral von cp von T, dT
Die meisten zweiatomigen Gase verhalten sich in heute üblichen Druck- und Temperaturbereichen in Gasturbinen in sehr guter Näherung ideal. Höhere Abweichungen ergeben sich vor allem in Bereichen niedriger Temperatur und hohen Druckes.
Wirkungsgrade
Wirkungsgrade werden allgemein als Verhältnis von „Nutzen“ zu „Aufwand“ definiert.
Thermischer Wirkungsgrad
So erhält man den so genannten thermischen Wirkungsgrad eines Prozesses aus dem Verhältnis der frei werdenden Nutzarbeit zu der dem Prozess von außen zuzuführenden Wärmemenge.
Nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik ist die frei werdende Nutzarbeit auch berechenbar als Summe aller zu- und abgeführten Wärmemengen.
Nachdem der Wert frei werdender Nutzarbeit definitionsgemäß negativ ist, wird in der Wirkungsgraddefinition nur deren Absolutbetrag eingesetzt.
Anhebeölpumpen
Wenn die Turbinengeneratorwelle sehr langsam läuft, bzw. in der Anlauf- oder Abschaltphase, kann die normale Schmierölversorgung keinen ausreichenden hydrodynamischen Ölkeil gewährleisten, um Lagerschäden/-ausfälle zu verhindern. Die Anhebeölpumpe erzeugt einen Schmierfilm zwischen Welle und Lager.
Das hydrodynamische Gleitlager
Das hydrodynamische Gleitlager ist ein Gleitlager, in dem sich der Schmiermittel-Druck bei Betrieb des Lagers an der Stelle, an der die Kraftübertragung zwischen den beiden Lagerteilen erfolgt, selbsttätig bildet. Der Schmierspalt ist an dieser Stelle keilförmig (Schmierkeil). Der Schmierstoff wird von der Oberfläche des bewegten Lagerteils in die Verengung hineingezogen. Dadurch erhöht sich der Druck im Schmierstoff an der Engstelle und die Kraftübertragung kann über den zwischengefügten Schmiermittel-Film erfolgen.
Die spezifische Arbeit eines Prozesses
Sie ist definiert als das Verhältnis des Betrages der frei werdenden Leistung zum Massendurchsatz durch die Maschine.
αω= |P|/m
Die Turbinenaustrittstemperatur
Die Turbinenaustrittstemperatur schließlich ist vor allem in Hinblick auf die Anwendung in Kombikraftwerken (Gas und Dampf, GuD) eine bestimmende Prozessgröße. Sie kann entweder direkt der Prozessrechnung entnommen werden oder über eine Gesamtbilanz an der Maschine ermittelt werden.
Nettowirkungsgrad
Der „Nutzen“ für den Betreiber eines Kraftwerkes ist die ins Stromnetz eingespeiste elektrische Leistung nach Abzug auch der sonstigen und nicht nur der thermodynamisch und prozessbedingten Verluste, z.B. in den Lagern, dem Generator und der Verbrauch aller Hilfsaggregate. Der „Aufwand“ ist dagegen der Energieinhalt des zu bezahlenden Primärenergieträgers, wobei dieser um die eventuell vorhandene fühlbare Wärme (Enthalpie) bereinigt wird.
