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Turbine eines Kernkraftwerks

Kernkraftwerk Cattenon,
Frankreich

Wie funktioniert eine Dampfturbine?

Eine Dampfturbine ist eine Maschine, die die Wärmeenergie von Dampf bei hohem Druck nutzt. Wärmeenergie wird durch eine thermodynamische Expansionstransformation in nützliche mechanische Energie umgewandelt. Die Dampfturbine wandelt die innere Energie des Dampfes in kinetische Rotationsenergie um.

Wie funktioniert eine Dampfturbine?

Die Dampfturbine hat sich dank des besten thermischen Wirkungsgrads und des besten Leistungsgewichtes gegenüber der Dampfmaschine vollständig durchgesetzt.

Maximale Effizienz entsteht, wenn die Dampfexpansion ein idealer Prozess ist. In diesem Fall nimmt der Dampfdruck ab und wird in unendlich vielen Stufen zu mechanischer Arbeit.

Eine Möglichkeit, die verschiedenen Turbinentypen zu klassifizieren, besteht in ihrem Reaktionsgrad:

  • Aktionsturbinen: Die Expansion erfolgt an den festen Schaufeln.

  • Reaktionsturbinen: Die Expansion kann sowohl an festen als auch an beweglichen Schaufeln durchgeführt werden.

Dampfturbinen arbeiten normalerweise in einem geschlossenen Kreislauf. Der Dampfeinlass wird durch die Einlassventile geregelt. Am Turbinenausgang befindet sich üblicherweise ein Dampfkondensator.

Wofür sind Dampfturbinen?

Es gibt verschiedene Verwendungszwecke von Turbinen, je nachdem, wie Sie die Dampfenergie nutzen möchten.

1. Wärmekraftwerke und Stromerzeugung

Dampfturbinen können zur Stromerzeugung verwendet werden, die an Generatoren gekoppelt ist, häufig ohne dass Getriebe erforderlich sind. Einige Beispiele sind Kernkraftwerke, Kohlekraftwerke und einige solarthermische Kraftwerke.

Alle Wärmekraftwerke zusammen erzeugen rund 80% des weltweiten Stroms.

In diesem Fall arbeiten sie in idealen Regimen, da sich die Generatoren mit konstanter Geschwindigkeit drehen müssen.

Darüber hinaus kann die Dampfturbine auch als Motor eines elektrischen Generators fungieren. Der Hauptvorteil besteht darin, dass kein mechanisches Element erforderlich ist, das die Hin- und Herbewegung in eine Drehbewegung umwandelt.

Turbinen zur Stromerzeugung koppeln normalerweise die Turbinenwelle an ihren Generator.

Da Kernreaktoren bei niedrigeren Temperaturen und mit weniger Gasdruck als Wärmekraftwerke arbeiten, arbeiten sie normalerweise mit der halben Drehzahl.

2. Industrielle Prozesse

Ein weiteres Gebiet, in dem Dampfturbinen eingesetzt werden, sind Anlagen wie Raffinerien, Papierfabriken und andere Anlagen, in denen hohe Prozessdampfmengen erforderlich sind.

Die Anlage kann so ausgelegt werden, dass sie die Dampfturbine nutzt, um eine Synergie zwischen:

  1. Dampferzeugung

  2. Das der elektrischen Energie oder der mechanischen Arbeit.

3. Dampfturbinen für den Transport

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.

Auf Schiffen hat der auf Dampfturbinen basierende Antrieb gegenüber thermischen Verbrennungsmotoren mehrere Vorteile:

  • Kleinere Größe und Gewicht bei gleicher Leistung

  • Weniger Wartung

  • Weniger Vibrationen.

Eine Dampfturbine ist jedoch nur bei hohen Drehzahlen effizient. Dies erfordert präzise und komplexe Übertragungen (und zu hohen Kosten).

Eine Alternative ist die Verwendung eines turboelektrischen Antriebs. In diesem System erzeugen die Turbinen wie in einem Kraftwerkelektrische Energie. Die gewonnene Energie wird zum Antrieb von Elektromotoren verwendet, die die Propeller antreiben.

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Erscheinungsdatum: 21. November 2018
Geändert am: 30. Dezember 2020