Dampfturbine

Die Dampfturbine ist ein bevorzugter Antrieb in Dampfkraftwerken. Die Leistung einer Dampfturbine kann zwischen 5 und 2000 Megawatt liegen.

Die Vorteile einer Dampfturbine gegenüber einem Dieselmotor sind wie folgt.

1. Die Größe einer Dampfturbine ist viel kleiner als die eines gleichwertigen Dieselmotors. Eine 30-Megawatt-Dampfturbine hat die gleiche Größe wie ein 5-Megawatt-Dieselmotor.

2. Konstruktiv gesehen ist eine Dampfturbine viel einfacher als ein Dieselmotor. Die Rotorwelle, Schaufeln und die Dampfsteuerklappe sind die drei wesentlichen Komponenten einer Dampfturbine.

3. Eine Dampfturbine neigt weniger zu Vibrationen als ein Dieselmotor, wenn die rotierenden Teile des Systems korrekt installiert und ausgerichtet sind.

4. Die Geschwindigkeit einer Dampfturbine kann viel höher sein als die eines Dieselmotors. Die Standardgeschwindigkeit einer Dampfturbine in einem Kraftwerk beträgt in den USA 3600 U/min und im Vereinigten Königreich 3000 U/min, während die höchste Standardgeschwindigkeit eines für denselben Zweck verwendeten Dieselmotors 200 U/min beträgt.

5. Die Steuerung einer Dampfturbine ist viel einfacher als die eines Dieselmotors. Zu diesem Zweck wird eine Steuerklappe verwendet. Die Klappe ist an der Einleitungslinie des Dampfs angebracht. Diese Steuerklappe regelt den Dampfstrom zur Turbine. Vor der Steuerklappe ist eine Stoppklappe installiert. Die Funktion der Stoppklappe besteht darin, den gesamten Dampfstrom zur Turbine bei Auftreten von Fehlfunktionen zu blockieren. Die Stoppklappe ist eine Notfallklappe.

Der Dampf tritt unter hohem Druck und hoher Temperatur in die Turbine ein. Nachdem er die gewünschte Arbeit geleistet hat, um den Rotor zu drehen, entweicht der Dampf mit viel niedrigerem Druck und niedrigerer Temperatur. Der Dampf kann in die Turbine bei einem Druck und einer Temperatur von 1800 Pa und 1000oF eintreten und der Druck und die Temperatur des austretenden Dampfs können 1 Pa und 100oF betragen.

Funktionsprinzip der Dampfturbine

In einer Kolben-Dampfmaschine wirkt der druckbeaufschlagte Dampf auf den Kolben und verursacht dessen mechanische Bewegung. Idealerweise wird keine dynamische Wirkung des Dampfs in einem Kolbensystem genutzt. Bei einer Dampfturbine wird jedoch hauptsächlich die dynamische Wirkung plötzlich expandierenden Dampfs genutzt, um mechanische Arbeit zu leisten.

In einer Dampfturbine expandiert der Dampf in den Düsen und gewinnt kinetische Energie, wobei er seinen Druck verliert. Der Dampf erhält seine kinetische Energie während seiner Expansion aus seiner internen Enthalpie. Die Schaufeln der Turbine behindern den Impuls des Dampfs und zwingen ihn, seine Flussrichtung zu ändern. Mit anderen Worten, der Impuls des expandierenden Dampfs übt eine Kraft auf die Turbinenschaufeln aus. Man kann sagen, dass der Impuls des expandierenden Dampfs die treibende Kraft einer Dampfturbine ist.

Die Expansion des Dampfs und die Änderung der Richtung des Impulses können einmal in einer einzelnen Stufe oder mehrmals in verschiedenen Stufen je nach Turbinentyp erfolgen.

Wenn es nur eine Möglichkeit zur Expansion des Dampfs in einer Turbine gibt und der Dampfdruck während des gesamten Prozesses nach der Expansion durch die Düsen gleich bleibt, nennt man die Turbine eine Einstufen-Impulsturbine. In der Impulsturbine expandiert der hochdruckige, hochtemperierte Dampf, der aus dem Düsenkopf austritt, und bildet einen Dampfstrahl, der direkt auf die beweglichen Schaufeln trifft und die Rotation des Turbinenrotors verursacht.

Es gibt eine andere Art von Turbine, in der der Dampf während des gesamten Prozesses expandiert. Hier findet die Expansion des Dampfs statt, wenn er durch die Turbinschaufeln fließt. Während der Expansion wird die Enthalpie des Dampfs in kinetische Energie umgewandelt, wodurch der Turbinenrotor mit Propellerwirkung rotiert.

Diese Art von Turbine wird als Reaktionsturbine bezeichnet. Bei dieser Art von Turbinen gibt es zwei Sätze von Schaufeln. Ein Satz besteht aus festen Schaufeln, die an den stationären Teilen der Turbine befestigt sind, und der andere Satz besteht aus beweglichen Schaufeln, die am Rotor der Turbine befestigt sind. Die Expansion des Dampfs findet im Raum statt, der von den festen und beweglichen Schaufeln gebildet wird.

Normalerweise hat eine praktische Turbine zwei wichtige Komponenten: Düsen und Schaufeln. Die Düse ist ein Gerät, das an der Dampfeinlassstelle der Turbine angebracht ist. Der hochtemperierte, hochdruckige Dampf mit vernachlässigbarer kinetischer Energie expandiert, verliert Druck und gewinnt somit ausreichende kinetische Energie, um mit Hilfe der Düsen mechanische Arbeit zu leisten.

Die Schaufeln der Turbine werden auch als Ablenker bezeichnet. Dies liegt daran, dass der dynamische Dampf abgelenkt wird, wenn er auf die Schaufeln trifft. Die mechanische Energie des expandierenden Dampfs wird an den Turbinschaufeln extrahiert.

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