Turbine - Technik.

« Der Trend bei modernen Wasserkraftanlagen geht mehr zum Bau von größeren Anlagen an größeren Gefällen.

Die Anlage mit dem weltweit größten Gefälle in einer Stufe(etwa 1 770 Meter) ist derzeit das Hochdruck-Speicherkraftwerk bei Reisseck-Kreuzeck in Österreich.

In diesem Werk wird eine Pelton-Turbine eingesetzt.

Die größtenTurbinen gibt es in einem Wasserkraftwerk bei Itaipu in Paraguay, unmittelbar an der Grenze zu Brasilien.

Dort sind 18 Francis-Turbinen mit je 700 Megawatt Leistung undeiner Gesamtleistung von 12 600 Megawatt installiert.

Itaipu ist derzeit das leistungsstärkste Wasserkraftwerk der Welt – seine Leistung soll mit zwei weiterenTurbineneinheiten ab April 2004 auf insgesamt 14 000 Megawatt gesteigert werden.

Das Kraftwerk wird von Paraguay betrieben, produziert aber mehr Strom, als das Landselbst benötigt.

Da Brasilien sich stark an den Baukosten für das Unternehmen beteiligt hat, geht ein Großteil des produzierten Stromüberschusses nach Brasilien. Die größte Anlage in den Vereinigten Staaten befindet sich beim Grand-Coulee-Damm am Columbia.

Die dort installierte Gesamtleistung beträgt fast 10 000 Megawatt.Beispiele für leistungsstarke Anlagen in Deutschland sind die Laufwasserkraftwerke Jochenstein (Bayern und Österreich) an der Donau und Schwörstadt-Riburg (Baden-Württemberg und Schweiz) am Rhein. Die zunehmend steigenden Kosten für fossile Brennstoffe lassen in neuerer Zeit die Anlagen mit geringem Gefälle wieder interessant erscheinen.

Durch die Entwicklungstandardisierter Schraubenturbinen, deren Wellen fast horizontal liegen, sind kleine Anlagen wieder attraktiv geworden. 4 DAMPFTURBINEN Funktionsweise einer DampfturbineDie hier gezeigten Illustrationen geben die Funktionsweise einer Dampfturbine stark vereinfacht wieder.© Microsoft Corporation.

Alle Rechte vorbehalten. Der Erfolg mit Wasserturbinen führte zu der Überlegung, Turbinen auch zur Energiegewinnung aus Dampf einzusetzen.

In Dampfturbinen wird die Druckenergie vonhochgespanntem, heißem Dampf auf Schaufelrädern in mechanische Energie umgewandelt. Dampfturbinen werden u.

a.

in Kernkraftwerken und in Schiffen mit Nuklearantrieb eingesetzt, wo sie in Verbindung mit brennstoffbeheizten Dampferzeugern Stromerzeugen.

In Blockheizkraftwerken, die sowohl Prozesswärme (Wärme für den Einsatz in technischen Verfahren) als auch Elektrizität produzieren, wird im Dampferzeugerunter hohem Druck stehender Dampf erzeugt, der sich im Prinzip in der Turbine auf den Druck und die Temperatur entspannt, die in dem technischen Verfahren benötigtwird.

Dampfturbinen lassen sich in kombinierten Verfahrenskreisläufen mit Dampfgenerator einsetzen.

Industrielle Anlagen nutzt man u.

a.

für den Antrieb von Maschinen,Pumpen, Kompressoren und elektrischen Generatoren.

Das Leistungsspektrum dieser Einrichtungen reicht von einigen Kilowatt bis über 1 300 Megawatt. Die Dampfturbine wurde nicht von einer einzelnen Person erfunden, sondern ist das Ergebnis der Arbeit zahlreicher Erfinder in der zweiten Hälfte des 19.

Jahrhunderts.Bemerkenswerte Beiträge zur Entwicklung der Turbine leisteten der britische Erfinder Charles Algernon Parsons und der schwedische Erfinder Carl Gustaf Patrik de Laval.Parsons entwickelte ein Prinzip, bei dem sich der Dampf in einer Reihe einzelner Stufen entspannt und bei jeder Stufe Arbeit verrichtet.

De Laval entwarf als Ersterströmungsgünstige Gehäuse und Schaufeln für die wirkungsvolle Nutzung des expandierenden Heißdampfes. 4.1 Arbeitsweise der Dampfturbine Die Arbeitsweise der Dampfturbine beruht auf thermodynamischen Prinzipien ( siehe Thermodynamik).

Beim Entspannungsvorgang sinkt die Temperatur des Dampfes, wobei seine innere Energie abnimmt.

Während dieses Prozesses wird die innere Energie in mechanische Energie umgewandelt, so dass man direkt eine große Menge anArbeitsenergie erhält. Die wesentlichen Teile aller Dampfturbinen sind ähnlich, auch wenn die Turbinen nach zwei verschiedenen Prinzipien aufgebaut sind.

Sie bestehen u.

a.

aus Düsen, durchdie der Dampf zur Entspannung strömt.

Dabei nimmt er kinetische Energie auf und gelangt anschließend auf die mit Schaufeln ausgestatteten Leit- und Laufräder - eineStufe (s.

o.) setzt sich aus je einem Leit- und einem rotierenden Laufrad zusammen.

An dieser Stelle übt der schnell strömende Dampf einen entsprechenden Druck aus.

DieAnordnung von Düsen und Schaufelrädern hängt von der Bauart der Turbine ab. 4.2 Bauarten von Dampfturbinen Dampfturbinen lassen sich beispielsweise nach der Druck-Energie-Umwandlung oder nach der Dampfstromrichtung einteilen.

Bei der Gleichdruck- oder auch Aktionsturbinebleibt der Druck vor und hinter dem Laufrad gleich.

Die Druck-Energie-Umwandlung erfolgt nur in der Leiteinrichtung.

Beispiele für Aktionsturbinen sind u.

a.

die Laval- (nurein Laufrad), Zoelly-Rateau- (mehrere Laufräder mit vorgeschalteten Leiträdern) und die Curtis-Turbine (Dampfumlenkung in den Leiteinrichtungen). Im Gegensatz dazu wird in der Überdruck- oder Reaktionsturbine der Druck zu gleichen Teilen in der Leiteinrichtung und am Laufrad umgewandelt.

Dadurch entsteht amLaufrad ein Druckabfall, so dass der Druck vor dem Laufrad größer ist als hinter dem Rad.

Reaktionsturbinen wie beispielsweise die Parson-Turbine haben ein kleineresDruckgefälle als Aktionsturbinen. Aufgrund der Volumenzunahme bei der Expansion des Dampfes in den einzelnen Stufen einer Turbine müssen die Öffnungen, durch die der Dampf strömt, von Stufe zuStufe größer werden.

Beim Bau von Turbinen wird dies erreicht, indem man die Schaufeln von Stufe zu Stufe verlängert und den Durchmesser von Leit- und Laufrädernvergrößert.

Daraus folgt, dass eine kleine Industrieturbine eine mehr oder weniger konische Form haben kann, wobei die Hochdruck- oder Eingangsseite den kleinstenDurchmesser hat, die Niederdruck- oder Ausgangsseite hingegen den größten.

Eine große Turbine für Kernkraftwerke kann z.

B.

vier Rotoren haben, einen Doppelstrom-Hochdruckteil und drei Doppelstrom-Niederdruckteile. Je nach Dampfstromrichtung unterscheidet man Axial- und Radialturbinen.

Bei Axialturbinen muss aufgrund des bei der Entspannung zunehmenden Dampfvolumens dieLänge der Schaufeln ebenfalls zunehmen.

Bei Radialturbinen strömt der Dampf von innen nach außen.

Dieser Turbinentyp arbeitet mit feststehenden Schaufeln am Leitrad.Im Gegensatz dazu enthält die Gegenlauf- oder auch Ljungström-Turbine zwei in entgegengesetztem Drehsinn laufende Schaufelräder ohne feststehende Schaufeln an derLeiteinrichtung.

Der Wirkungsgrad von Dampfturbinen liegt bei 40 Prozent.

Siehe auch Gasturbine Eine technische Neuheit jüngeren Datums ist ein System mit einer knopfgroßen Miniaturturbine.

Dieses System wurde von Wissenschaftlern des Massachusetts Institute ofTechnology entwickelt und soll in Konkurrenz zur herkömmlichen Batterie treten.

Bis zur Serienreife sind allerdings noch einige Entwicklungsschritte notwendig. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation.

Alle Rechte vorbehalten.. »