Geräteserie – Dampfturbinen

Der nächste Teil unserer Geräteserie konzentriert sich auf Dampfturbinen. Eine Dampfturbine ist eine Art Generator, der unter Druck gesetztem Dampf Energie entzieht und diese für mechanische Arbeit unter Verwendung einer rotierenden Abtriebswelle anwendet. Es wird häufig als Antrieb in elektrischen Generatoren verwendet. Tatsächlich wird der Großteil der in den Vereinigten Staaten erzeugten Elektrizität durch den Einsatz von Dampfturbinen erzeugt.

Wie funktionieren Dampfturbinen?

Eine Turbine verwendet einen sich drehenden Rotor, der von einem Gas oder einer Flüssigkeit angetrieben wird. Rotoren in Dampfturbinen werden durch heißen, gasförmigen Dampf gedreht, um zu arbeiten. Die Klingen sind in einem versiegelten Außenbehälter untergebracht, sodass die Energie aus dem Dampf maximiert werden kann. Beim Vorbeiströmen an den Schaufeln dehnt sich das Gas aus und kühlt ab, um möglichst viel der ursprünglich enthaltenen Energie weiterzugeben. Im Gegensatz zu anderen Turbinen dreht der Dampfstrom die Schaufeln kontinuierlich, ohne zu drücken oder zu ziehen, und ohne auf die Rückkehr der Kolben zu warten.

Profis von Dampfturbinen

Dampfturbinen drehen Stromgeneratoren mit unglaublich hohen Geschwindigkeiten und rotieren viel schneller als Wasser- oder Windturbinen. Beispielsweise dreht sich eine typische Dampfturbine in einem Kraftwerk mit 1800 bis 3600 U / min, während eine Windturbine mit einem Bruchteil davon dreht und häufig ein Getriebe verwendet, um sie schnell genug anzutreiben, um Strom zu erzeugen. Dampfturbinen sind auch kleiner und benötigen weniger Platz als eine Turbine, die eine Kolben-Zylinder-Kurbel-Anordnung verwendet.

Arten von Dampfturbinen

Mehrstufige Dampfturbinen – Dampfturbinen, die in der Schwerindustrie verwendet werden, sind komplexer als oben beschrieben. Die meisten heute verwendeten Dampfturbinen haben nicht nur einen Schaufelsatz am Rotor, sondern normalerweise eine Anzahl verschiedener Sätze, die als Mehrfachstufen bezeichnet werden. Jede Stufe trägt dazu bei, dem Dampf etwas mehr Energie zu entziehen, bevor er ausgestoßen wird, wodurch die Anzahl der benötigten Turbinen reduziert wird. Jede Schaufelstufe kann entweder durch Reaktion oder Impuls arbeiten, wobei eine typische Dampfturbine eine Mischung aus beiden Stufen aufweist. Sie können sogar auf der gleichen Rotorachse montiert sein und sich gleichzeitig drehen.

Kondensationsdampfturbinen – Einige Dampfturbinen können nicht nur Energie erzeugen, sondern auch die Luft kühlen, wenn sie durch das Gerät strömt. Kondensationsturbinen werden häufig in großen Kraftwerken zur Stromerzeugung eingesetzt. Sie wandeln den Dampf in einigen Teilen durch den Einsatz von Kondensatoren und riesigen Kühltürmen in Wasser um. Der Dampf dehnt sich weiter aus, während er die maximale Energie entzieht, wodurch der Erzeugungsprozess effizienter wird. Um den Dampf zu kondensieren, werden große Mengen an kaltem Wasser benötigt, weshalb Kraftwerke oft neben großen Gewässern gebaut werden. Nicht kondensierende Turbinen kühlen keinen Dampf, sondern verwenden die Wärme, um heißes Wasser in einem Prozess zu erzeugen, der als Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) bekannt ist.

Probleme im Zusammenhang mit Dampfturbinen

• Rotorunwucht ist eines der häufigsten Wartungsprobleme im Zusammenhang mit Dampfturbinen. Dies kann zu übermäßigen Vibrationen führen, die dazu führen können, dass sich die Blätter vom Rotor lösen und in das Gehäuse eindringen.
• Stromturbinen müssen mit hochwertigem Dampf in Form von entweder überhitztem oder gesättigtem Dampf mit einem hohen Trockengehalt betrieben werden. Wenn eine andere Form von Dampf verwendet wird, kann dies zu Erosion in den Klingen führen, wenn Feuchtigkeit übertragen wird. Leitbleche und Regler werden häufig verwendet, um eine hohe Dampfqualität zu gewährleisten.
• Dichtungen an der Dampfturbine können ebenfalls versagen und Flüssigkeit und andere Verunreinigungen in die Einheit eindringen lassen. Dies kann die Drucklager sowie jede andere Anzahl von Komponenten beschädigen. Oft werden Kondensatableiter installiert, um sicherzustellen, dass eventuell in das Gehäuse eindringende Flüssigkeiten entfernt werden.

Insgesamt sind die Wartungsanforderungen von Dampfturbinen einfach und mit geringen Kosten verbunden. Bei maximaler Effizienz kann eine Dampfturbine über 50 Jahre halten.

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