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Turbine eines Kernkraftwerks

Kernkraftwerk Cattenon,
Frankreich

Was ist eine Dampfturbine?

Eine Dampfturbine ist eine Maschine, die die Wärmeenergie von Dampf unter Druck nutzt und sie durch eine thermodynamische Expansionsumwandlung in nützliche mechanische Energie umwandelt. Insbesondere wandelt die Dampfturbine die innere Energie von Dampf in kinetische Rotationsenergie um.

Was ist eine Dampfturbine?

Die Dampfturbine hat dank des höheren thermischen Wirkungsgrads und des besseren Leistungsgewichtes die Dampfmaschine vollständig ersetzt, eine alternative Maschine, die von Thomas Newcomen erfunden und später von James Watt erheblich verbessert wurde.

Aus thermodynamischer Sicht tritt der maximale Wirkungsgrad auf, wenn die Dampfausdehnung ein idealer Prozess (reversible Umwandlung) ist, bei dem der Druck des Dampfes in unendlich vielen Stufen abnimmt und sich in mechanische Arbeit verwandelt. Die alternative Maschine von Watt war einstufig, und spätere Verfeinerungen wurden auf den meisten der zwei oder drei Stufen (doppelte und dreifache Expansion) verwendet. Im Gegensatz dazu erreichen moderne Dampfturbinen dank einer größeren Anzahl von Stufen in Reihe einen hohen thermischen Wirkungsgrad.

Dampfturbinen sind teuer und erfordern fortschrittliche Herstellungsverfahren und hochwertige Materialien. Darüber hinaus sind sie bei Drehzahlen von Tausenden von U / min hocheffizient. Wenn sich die Last also mit niedrigeren Drehzahlen dreht, wird ein Getriebe benötigt. Wenn jedoch die installierte Leistung hoch ist, werden die hohen Investitionskosten durch die Tatsache ausgeglichen, dass die Dampfturbine weniger Kraftstoff verbraucht, weniger Wartung erfordert und im Vergleich zu einer Hubkolbenwärmekraftmaschine mit gleicher Leistung kleiner ist.

Dampfturbinenanwendungen

Dampfturbinen können zur Stromerzeugung verwendet werden, die an Generatoren gekoppelt ist, häufig ohne dass Getriebe erforderlich sind. In diesem Fall arbeiten sie unter idealen Bedingungen, da sich die Generatoren mit einer konstanten Geschwindigkeit drehen müssen (3000 U / min für 50-Hz-Netze und 3600 U / min für 60-Hz-Netze; in einigen Fällen, insbesondere in Kernkraftwerken, verwenden sie Generatoren von 4 Pole drehen sich mit halber Geschwindigkeit).

Darüber hinaus ist die Dampfturbine als Rotationsmaschine als elektrischer Generatormotor vorteilhaft, da sie kein mechanisches Element benötigt, das die Hin- und Herbewegung in eine Rotationsbewegung umwandelt.

Ein weiteres typisches Anwendungsgebiet für Dampfturbinen sind Anlagen wie Raffinerien, Papierfabriken, Entsalzungsanlagen und andere Anlagen, in denen hohe Prozessdampfmengen erforderlich sind. Die Anlage kann so ausgelegt werden, dass sie die Dampfturbine nutzt, um eine Synergie zwischen der Erzeugung von Dampf und der Erzeugung von elektrischer Energie oder mechanischer Arbeit zu erzielen.

Dampfturbinen werden auch als Schiffsmotoren auf Schiffen eingesetzt, wobei die begrenzten Abmessungen von Vorteil sind. Es wurden auch Antriebsdampfturbinenlokomotiven gebaut, deren Diffusion jedoch sehr begrenzt war.

Stromerzeugung mit Dampfturbinen

Kraftwerke, die auf der Erzeugung von Hochtemperaturdampf basieren (Wärmekraftwerke, Kernkraftwerke, Geothermiekraftwerke, einige Solarthermiekraftwerke usw.), verwenden Dampfturbinen, die an elektrische Generatoren angeschlossen sind, um etwa 80% des Stroms des Dampfes zu erzeugen Planet.

Turbinen für die Stromerzeugung werden normalerweise direkt an Ihren Generator gekoppelt.

Da sich Generatoren in Bezug auf die Frequenz des elektrischen Systems mit synchronen Drehzahlen drehen müssen, betragen die häufigsten Drehzahlen 3.000 U / min für 50-Hz-Systeme und 3.600 U / min für 60-Hz-Systeme.

Da Kernreaktoren bei niedrigeren Temperaturen und mit weniger Gasdruck als Wärmekraftwerke arbeiten, arbeiten sie normalerweise mit der halben Drehzahl, jedoch mit 4-poligen Generatoren.

Schiffsantrieb auf Basis von Dampfturbinen

Auf Schiffen hat der Antrieb auf Dampfturbinenbasis gegenüber Verbrennungsmotoren mehrere Vorteile: geringere Größe und geringeres Gewicht bei gleicher Leistung, weniger Wartung und weniger Vibrationen. Eine Dampfturbine ist jedoch nur bei hohen Drehzahlen (in der Größenordnung von Tausenden von Umdrehungen pro Minute) effizient, während die meisten Propeller für einen Betrieb mit weniger als 100 U / min ausgelegt sind. Dies erfordert präzise und komplexe Übertragungen (und zu hohen Kosten).

Eine Alternative ist die Verwendung eines turboelektrischen Antriebs, bei dem die Turbinen wie in einem Kraftwerkelektrische Energie erzeugen und damit Elektromotoren angetrieben werden, die die Propeller antreiben. Obwohl die Herstellungskosten höher sind, ist dies rentabel, da der Energieverbrauch und die Wartungskosten niedriger sind als die eines Verbrennungsmotors gleicher Leistung.

Es versteht sich von selbst, dass Dieselmotoren einen höheren Wirkungsgrad aufweisen können: Dampfturbinen erreichen immer noch keinen Wirkungsgrad von 50%, während Dieselmotoren diesen Wert häufig überschreiten (insbesondere bei Schiffsantriebssystemen).

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Erscheinungsdatum: 21. November 2018
Geändert am: 21. November 2018