Dinge, die Sie über Gasturbinen wissen müssen

Die Gasturbine wird seit 1939 zur Stromerzeugung genutzt. Heute ist es eine der am weitesten verbreiteten Stromerzeugungstechnologien. Gasturbinen sind bekanntermaßen Verbrennungsmotoren (IC-Motoren), die es ermöglichen, dass Luft-Kraftstoff-Gemische heiße Gase erzeugen, die eine Turbine drehen, um Strom zu erzeugen. Das Verfahren ist in Düsentriebwerken, Autoverbrennungsmotoren, Schiffen, Lokomotiven usw. üblich.

Heute lernen Sie die Definition, Anwendungen, Funktion, Komponenten, Diagramme, Typen und Arbeitsprinzipien einer Gasturbine kennen. Außerdem lernen Sie die Vor- und Nachteile dieser Gasturbine kennen.

Was ist eine Gasturbine?

Eine Gasturbine ist eine mechanische Vorrichtung, die die chemische Energie eines Brennstoffs, d. h. Erdgas oder eines ähnlichen Brennstoffs, in mechanische Energie umwandelt. Die von der Turbinenwelle erzeugte mechanische Energie wird dann über ein Getriebe auf die Welle des Generators übertragen. Somit wird elektrische Energie erzeugt. Gasturbinen werden nicht wegen des Brennstoffs so benannt, sondern wegen der Entstehung von heißem Gas bei der Brennstoffverbrennung. Es können verschiedene Kraftstoffe verwendet werden, darunter Heizöle, Erdgas und synthetische Kraftstoffe. Dabei erfolgt die Verbrennung intermittierend, dh es handelt sich um einen kontinuierlichen Prozess.

Eine Gasturbine wird auch Verbrennungsturbine genannt und ist eine Art Dauer- und Verbrennungsmotor. Zu seinen Hauptfunktionselementen gehören ein vorgeschalteter rotierender Gaskompressor, eine Brennkammer und eine nachgeschaltete Turbine auf derselben Welle wie der Kompressor. Ein Bauteil wird häufig in Gasturbinen eingesetzt, um deren Wirkungsgrad zu steigern und Energie in mechanische oder elektrische Form umzuwandeln. Es trägt auch dazu bei, ein größeres Schub-Gewichts-Verhältnis in einem Nachverbrennungsmotor zu erreichen.

Außerdem kann man sagen, dass eine Gasturbine ein Verbrennungsmotor ist, der Gas als Arbeitsmedium verwendet, um eine Turbine zu drehen. Die Endleistung kann verwendet werden, um eine Generatorpumpe, einen Propeller oder im Falle eines reinen Strahltriebwerks anzutreiben.

Anwendungen einer Gasturbine

Eine Gasturbine kann verwendet werden, um Flugzeuge, Züge, Schiffe, elektrische Generatoren, Pumpen, Gaskompressoren, Tanks usw. anzutreiben. Lassen Sie uns nun tief in die verschiedenen Anwendungen einer Gasturbine eintauchen.

• Elektrische Energieerzeugung – Abgesehen von der Luftfahrt werden Gasturbinen in großem Umfang von der Elektrizitätsindustrie eingesetzt. Obwohl auch Dampfturbinen verwendet werden können.
• Industrielle Verwendungen
• Schiffsantrieb
• Lokomotivantrieb
• Automobilantrieb

Gasturbinenmotoren werden als mittelgroße „Spitzenlast“-Anlagen verwendet, um während kurzer Zeiträume mit hohem Leistungsbedarf in einem elektrischen System intermittierend zu laufen.

Gasturbinen werden zum Pumpen von Erdgas durch Pipelines verwendet, wobei ein kleiner Teil des gepumpten Gases als Turbinenbrennstoff verwendet wird.

Auch die Ölraffination macht sich dieses System zunutze. Kleine tragbare Gasturbinen mit Zentrifugalkompressoren werden zum Betrieb von Pumpen eingesetzt.

Hinweis :Die primäre Funktion einer Gasturbine ist die Erzeugung mechanischer und elektrischer Energie.

Komponenten einer Gasturbine

Nachfolgend sind die Komponenten einer Gasturbine aufgeführt:

Kompressor:

Der als Gasturbinenkomponenten verwendete Kompressor ist von unterschiedlicher Art, die früheren verwendeten Zentrifugalkompressoren. Sein Design ist relativ einfach und kostengünstig. Sie sind auf niedrige Druckverhältnisse beschränkt und in puncto Wirkungsgrad nicht mit modernen Axialverdichtern zu vergleichen. Zentrifugalkompressoren werden heute noch in kleinen Industrieanlagen eingesetzt.

Brennkammer:

In diesem System gibt es zwei Luftströme, die vom Kompressor kommen. Der kleinere Strom wird zentral in einen Bereich eingespeist, wo zerstäubter Brennstoff eingespritzt und mit einer Flamme verbrannt wird, die durch ein Turbulenzen erzeugendes Hindernis an Ort und Stelle gehalten wird. Der andere Strom, der als Kühlerstrom bekannt ist, wird dann zusammen mit einem „Verbrennungsliner“ (einer Art Hülle) durch Löcher in die Kammer geleitet. Dies trägt dazu bei, die Gesamttemperatur auf ein für den Turbineneinlass geeignetes Niveau zu senken.

Turbine:

Diese Gasturbinenkomponenten basieren normalerweise auf dem Reaktionsprinzip, bei dem die heißen Gase in bis zu acht Stufen expandieren. Es verwendet Turbinen mit einer oder zwei Spulen. In dieser Turbine wird externe Last angetrieben, ein Teil der Entspannung findet in einer Hochdruckturbine statt. Diese Hochdruckturbine treibt nur den Verdichter an, während die restliche Expansion in einer separaten, freien Turbine erfolgt, die mit der Last verbunden ist.

Steuerung und Inbetriebnahme:

Bei einem Gasturbinentriebwerk, das einen elektrischen Generator antreibt, muss die Drehzahl geregelt und unabhängig von der elektrischen Last konstant sein. Eine Reduzierung des Kraftstoffflusses in diesem System senkt die Austrittstemperatur der Brennkammer. Aus diesem Grund sinkt die der Turbine zur Verfügung stehende Enthalpie, obwohl der Turbinenwirkungsgrad leicht reduziert ist. Die Steuerung in Flugzeug-Gasturbinentriebwerken ist schwieriger zu steuern.

Andere Designüberlegungen:

Bei der Konstruktion moderner Gasturbinentriebwerke können zusätzliche Funktionsteile hinzugefügt werden, um deren Effizienz zu verbessern.

Diagramm eines Gasturbinentriebwerks:

Arten von Gasturbinen

Unten sind die verschiedenen Typen von Gasturbinen aufgeführt:

Turbojet:

Diese Arten von Gasturbinen sind weniger komplex als alle Flugzeugturbinentriebwerke. In seiner Arbeitsweise wird ein Vierteiler erreicht:Kompressor, Brennkammer-Turbinenteil und Abgas. Turbojets sind seit Jahrzehnten erhältlich und wurden vor dem Zweiten Weltkrieg in Deutschland und England entwickelt. Bei Turbojet-Gasturbinen wird die Luft mit hoher Geschwindigkeit in die Brennkammer geleitet. Diese Kammer lässt Kraftstoff hinein und enthält einen Zünder. Die Turbine wird durch expandierende Luft angetrieben, die von beschleunigten Abgasen angetrieben wird.

Turboprop:

In Turboprop-Gasturbinentriebwerken werden Propeller durch ein Untersetzungsgetriebe angetrieben, das eine optimale Propellerleistung bei niedrigeren Drehzahlen bietet. Dies trägt dazu bei, eine höhere Kraftstoffeffizienz und Leistung bei langsameren Fluggeschwindigkeiten zu erreichen, was Turboprops zu einer besseren Wahl für Flugzeugtriebwerke macht, einschließlich kleiner Pendlerflugzeuge, Frachtflugzeuge und landwirtschaftlicher Nutzung. Beachten Sie, dass die Propeller mit zunehmender Flugzeuggeschwindigkeit weniger effizient sind, wodurch sie für Flugzeuge geeignet sind, die nicht mit höheren Geschwindigkeiten fliegen.

Turbofan:

Turbofan ist ein Flugzeugturbinentriebwerk, das einen sekundären Luftstrom um die Brennkammer herumleitet, wodurch zusätzliches Vertrauen geschaffen werden kann. Turbofan-Typen von Gasturbinentriebwerken sind moderne Versionen, die in Hochgeschwindigkeitstransport- und Kampfflugzeugen zu finden sind.

Turbowelle (Nachverbrennungs-Turbojet):

Diese Arten von Gasturbinentriebwerken werden überwiegend in Kampfflugzeugen verwendet. Es enthält einen Nachbrenner in einem Kern-Turbojet, sodass ein Teil der Energie aus dem Abgas zum Drehen der Turbine verwendet werden kann. Immer wenn der Nachbrenner eingeschaltet ist, wird zusätzlicher Kraftstoff in den Abgasstrom eingespritzt, was zusätzlichen Schub erzeugt. Dies erzeugt keine zusätzliche Geschwindigkeit für das Flugzeug und es verbrennt mehr Treibstoff als herkömmliche Turbojet-Flugzeuge.

Arbeitsprinzip der Gasturbine

Die Funktionsweise einer Gasturbine ist weniger komplex und leicht verständlich. Es arbeitet mit Ansaug-, Kompressions-, Expansions- und Auslasszyklus. Normalerweise wird in jeder Gasturbine die Luft von einem Kompressor komprimiert und dann durch eine Brennkammer getrieben. Für die Hochtemperatur- und Hochdruckgasverarbeitung wird kontinuierlich Brennstoff verbrannt. Das Luft-/Brenngas wird verbrannt (gezündet) und es findet eine Expansion statt, wodurch Rotationsenergie erzeugt wird, die vom Kompressor in der vorhergehenden Stufe verwendet wird. Die restliche Energie wird von einer Abtriebswelle genutzt.

Sehen Sie sich das Folgende an, um mehr über die Funktionsweise von Gasturbinen zu erfahren:

https://www.youtube.com/watch?v=t7N1kKz5faM

Lassen Sie mich in wenigen Schritten erklären, wie Gasturbinen Strom erzeugen. Nun, es durchläuft den gleichen Prozess wie oben beschrieben, muss aber noch klären, wie Strom erzeugt wird. Zur Stromerzeugung erhitzt die Gasturbine das Luft-Brennstoff-Gemisch auf sehr hohe Temperaturen, wodurch sich die Turbinenschaufeln drehen. Die sich drehende Turbine treibt einen Generator an, der die Energie in Strom umwandelt. Gasturbinen können mit Dampfturbinen in einem GuD-Kraftwerk kombiniert werden, um äußerst effizient Strom zu erzeugen. Einfach richtig! Hier sind die Schritte:

• Luft-Kraftstoff-Gemisch entzündet sich.
• Heißgas dreht Turbinenschaufeln.
• Die Antriebswelle dreht sich zusammen mit den Messern.
• Turbinenrotation treibt den Generator an.
• Generatormagnet bringt Elektronen in Bewegung und erzeugt Strom.

Vor- und Nachteile der Gasturbine

Vorteile:

Nachfolgend sind die Vorteile des Gasturbinentriebwerks in seinen verschiedenen Anwendungen aufgeführt:

• Das Leistungsgewicht ist im Vergleich zu Hubkolbenmotoren sehr hoch.
• Kleiner als die meisten Hubkolbenmotoren der gleichen Nennleistung.
• Weniger bewegliche Teile
• Reibungsfreie Drehung der Hauptwelle
• Weniger Vibration als Hubkolbenmotoren.
• Abwärme wird fast vollständig im Auspuff abgeführt.
• Niedrige Spitzenverbrennungsdrücke der Hubkolbenmotoren.
• Geringe Schmierölkosten und -verbrauch.
• Für den Betrieb können verschiedene Brennstoffe verwendet werden.
• Ein Aufwärmen ist nach dem Start nicht erforderlich.
• Die Anschaffungskosten sind geringer.
• Benötigt weniger Platz.

Nachteile:

Trotz der guten Vorteile von Gasturbinentriebwerken treten immer noch einige Einschränkungen auf. Nachfolgend sind die Nachteile einer Gasturbine in ihren verschiedenen Anwendungen aufgeführt.

• Die Motorkosten sind aufgrund exotischer Materialien hoch.
• Längerer Startvorgang
• Reagiert weniger auf Änderungen des Strombedarfs.
• Die inhärente Effizienz ist geringer.

Schlussfolgerung

Gasturbinentriebwerke sind für Luftfahrtanwendungen weithin bekannt, tatsächlich werden die verschiedenen oben aufgeführten Arten von Turbinen in der Luftfahrt verwendet. Eine Gasturbine bietet in den meisten Situationen gute Vorteile und verwendet chemische Energie für ihre Arbeit. Das ist alles für diesen Artikel, in dem wir Definition, Anwendungen, Funktion, Komponenten, Diagramm, Typen und Funktionsweise einer Gasturbine erklärt haben. Wir haben auch seine Vor- und Nachteile besprochen.

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