Gasturbine
Die Gasturbine gehört zu den Verbrennungskraftmaschinen, einer Unterordnung der Thermischen Fluidenergiemaschinen. Sie ist eine Strömungsmaschine, da sie kontinuierlich, ohne Pulsation durchströmt wird.
Bestandteile
Sie besteht prinzipiell aus einem Verdichter, einer Brennkammer und einer Turbine, wobei Verdichter und Turbine i.d.R. auf derselben Welle sitzen (mechanische Kopplung). Etwas verwirrend kann hierbei sein, dass der Begriff Turbine einen Bestandteil der Gasturbine bezeichnet.
Funktionsweise
Der Verdichter, auch Kompressor genannt, saugt aus der Umgebung Luft an, verdichtet sie und führt sie schließlich der Brennkammer zu. Dort wird sie zusammen mit dem eingespritzten Brennstoff unter nahezu gleichem Druck verbrannt, wobei Verbrennungsgase mit einer Temperatur von bis zu 1500 °C entstehen. Diese Brenngase strömen mit hoher Geschwindigkeit in die Turbine und treiben sie an. Die Turbine verzögert die Strömung der Brenngase und entzieht dabei Strömungenergie, die in mechanische Energie umgewandelt wird. Ein Teil dieser mechanischen Energie wird zum Antrieb des Verdichters genutzt, der verbleibende Teil steht als Nutzbare Energie zur Verfügung. Der Wirkungsgrad einer Gasturbine ist umso größer, je höher die Turbineneintrittstemperatur der Brenngase ist. Die thermische Belastbarkeit der gekühlten Turbinenschaufel begrenzt jedoch die Eintrittstemperatur.
Gasturbinen zeichnen sich im Gegensatz zu Kolbenmaschinen durch einen ruhigen Lauf aus, da sie kontinuierlich arbeiten. Der Drehmomentverlauf ist flacher als bei Kolbenmaschinen.
Einsatzgebiete
Luftfahrt
Durch ihr sehr gutes Leistungs/Masse-Verhältnis, eignen sich Gasturbinen vor allem für Anwendungen im Luftfahrtbereich (zum Beispiel als Triebwerk für Hubschrauber oder Turboprop-Flugzeuge).
Für den Rückstoßantrieb von Flugzeugen (Jets) werden Strahltriebwerke eingesetzt, deren Aufbau dem der Gasturbine sehr ähnlich ist, weshalb man sie in weiterem Sinne auch als Gasturbine bezeichnen kann. Außer dem Verdichter, der Brennkammer und der Turbine folgt noch eine Düse, durch die der Abgasstrahl austritt. Im Gegensatz zur "normalen" Gasturbine, erzeugt der Turbinenteil eines Strahltriebwerks nur soviel mechanische Energie wie für den Antrieb des Verdichters benötigt wird. Die aus der Turbine austretenden Gase (Strahl) erzeugen den Vorschub des Triebwerks.
Siehe: Strahltriebwerk
Kraftwerke
Gasturbinen werden beispielsweise zur Stromerzeugung in Kraftwerken eingesetzt, wo sie den Generator für die Stromerzeugung antreiben. Man unterscheidet hier zwischen der schweren Bauart (Heavy Frame) und der leichten Bauart (Flugturbinenderivate, Aircraft Derivative).
Schwere Bauart (Heavy Frame): Diese Turbinen haben eine Leistung ab ca. 50 MW und sind besonders für den stationären Dauerbetrieb in großen Kraftwerken geeignet.
Leichte Bauart (Flugturbinenderivate): Diese Turbinen, mit einer Leistung von 100 kW bis 40 MW, haben die typischen Konstruktionsmerkmale einer Flugzeug-Turbine und werden bevorzugt in Industriekraftwerken eingesetzt. Hier sind diese Turbinen oft Bestandteil einer Kraft-Wärme-Kopplung bzw. einer GuD-Anlage. Aber auch als Notstromaggregat finden sie Verwendung, da die Startzeit dieser Maschinen nur wenige Minuten beträgt.
Anwendungen (Beispiele)
- Panzertriebwerk
- Strahltriebwerk
- Turboprop
- Hubschraubertriebwerk
- Luftkissenfahrzeug
- Schiffsantrieb
- Kraftwerke (Druckluftspeicherkraftwerk)
- Kraft-Wärme-Kopplung (z.B. GuD=Gas-und Dampfkraftwerke)
Siehe auch: Fluidenergiemaschine