Turbinen

Umsetzung von Fluidenergie (Enthalpie) in mechanische Energie (Rotation der Welle)

Grundlage ist 1. Hauptsatz Thermo

Funktionsprinzip:

• Turbinenstufe besteht aus Leitrad und Laufrad

• Leitrad (0-1) stehend, keine Arbeitsumsetzung:

  1. Umwandlung von Enthalpie in kinetische Energie durch Druckabsenkung

  2. Aufprägen von Drall

• Laufrad (1-2), rotierend, mit Arbeitsumsetzung

  • Kraft auf Laufschaufeln durch Strömungsumlenkung und Beschleunigung

  • Umwandlung von kinetischer Energie in Wellenarbeit

  • Drall wird abgebaut

Die Auslegung der Turbinenstufe hängt vom Reaktionsgrad r_k ab

Sie ist ein Maß für die Aufteilung des Enthalpiegefälles zwischen Leitrad und Laufrad der Stufe

1. Reaktionsbeschaufelung

2. Aktionsbeschaufelung

1. Reaktionsbeschaufelung:

   • Bei Turbinen mit Reaktionsbeschaufelung erfolgt der Druckabbau des Arbeitsmediums sowohl in den feststehenden als auch in den sich drehenden Schaufeln.

   • Die Strömung ändert kontinuierlich ihren Druck und ihre Geschwindigkeit über die gesamte Länge der Turbinenschaufeln.

   • Dieser Typ wird oft als "Druck- oder Geschwindigkeitsstufe" bezeichnet, da der Druck und die Geschwindigkeit des Arbeitsmediums in jeder Stufe der Turbine abnehmen.

2. Aktionsschaufelung:

   • Bei Turbinen mit Aktionsschaufelung erfolgt der Großteil des Druckabfalls im Lauf der rotierenden Schaufeln (Laufrad).

   • Die feststehenden Schaufeln lenken die Strömung und ändern den Druck nur geringfügig, während die rotierenden Schaufeln den Hauptteil der Arbeit bei der Druckentlastung verrichten.

   • Dieser Typ wird auch als "Geschwindigkeitsstufe" bezeichnet, da die Geschwindigkeit des Arbeitsmediums in der Rotorschaufelstufe am stärksten abnimmt.

Ist eine Aktionsstufe mit zweifacher Umlenkung zum Abbau großer ENthalpie und Druckgefällen

Selten bei KRaftwerksturbinen

1. Einschalige Turbinen

2. Mehrschalige Turbinen

3. Topfbauart Turbinen (sonderform von Mehrschaligen Turbinen) (für sehr hohe Drücke)

• In Reihe, mit einem Generator - entsprechend einer Welle und gleicher Drehzahl für alle Teilturbinen

• Parallel, mit zwei Generatoren - Zweiwellenbauart, Drehzahl kann variieren, erlaubt einsparung von ND-Teilen

Will man den Turbinenoutput maximieren (in Megawatt) benötigt man Two casing Turbinen

Die DT-Regelung (Dampfturbinenregelung) ist eine Regelungstechnik, die in Dampfturbinen eingesetzt wird, um die Leistung oder Drehzahl der Turbine zu steuern. Hier sind die Aufgaben der DT-Regelung:

1. Einhaltung einer gegebenen Drehzahl bzw. Leistung:

   • Die DT-Regelung sorgt dafür, dass die Dampfturbine eine vorgegebene Drehzahl (im Inselbetrieb) oder eine bestimmte Leistung (im Netzbetrieb) aufrechterhält.

2. Drehimpulssatz:

   • Die Leistung (P) einer Dampfturbine und die Drehzahl (n) sind durch den Drehimpulssatz miteinander verknüpft: P=(pi * n/30) M, mit M = Drehmoment

3. Ausregelung von Last- oder Verbrauchsänderungen:

   • Wenn sich die Last oder der Verbrauch ändert, reagiert die DT-Regelung, um die Turbine entsprechend anzupassen. Dies könnte Änderungen in der Dampfzufuhr oder in anderen Parametern umfassen, um die gewünschte Leistung aufrechtzuerhalten.

4. Wiederherstellung des Energiegleichgewichts:

   • Die Regelung stellt sicher, dass das Energiegleichgewicht im System aufrechterhalten wird. Dies ist wichtig, um die Turbine stabil zu betreiben und unerwünschte Belastungen zu vermeiden.

5. Veränderung des Sollwerts während des Betriebs ermöglichen:

   • Die DT-Regelung ermöglicht es, den Sollwert (gewünschte Drehzahl oder Leistung) während des Betriebs zu ändern. Dies könnte notwendig sein, um den Betrieb der Turbine an sich ändernde Anforderungen anzupassen.

1. Dampfmassestrom “m”

2. Enthalpiegefälle “delta h_s)

3. beides gleichzeitig

Regelkonzepte:

Drosselregelung oder Düsengruppenregelung

(!) Kesseldruck bleibt konstant

• Blockleistung wird über Stellventile geregelt

• Drosselregelung: Regelung des Turbineneintrittsdrucks bei konstanter Eintrittsfläche (über Stellventile) (Turbineneintrittsdruck wird über Ventil angepasst, druck wird abgelassen)

• Düsengruppenregelung: Variation der Eintrittsfläche bei konstantem Eintrittsdruck (Massenstromregelung)

Stellgröße ist der Kesseldruck - dieser wird an Turbine angepasst, um Drehzahl zu regeln

Betriebszustand, bei dem eine Turbine bzw. eine Turbinenstufe nur wenig oder nicht mehr durchströmt wird

Beschaufelungliefert keine Leistung, sondern nimmt Leistung auf und gibt sie an die Strömung ab

ventilierender Bereich arbeitet als „schlechter Verdichter“

Entstehung von Wirbelstrukturen

Erhöhte dynamische Anregung der Laufschaufeln

Temperaturerhöhung, thermische Beanspruchung der Laufschaufeln

Betriebszustand mit hohem Gefährdungspotential für die BeschaufelungSchaufelbruch möglich!

• Durch Expansion des Dampfes bis ins Zwei-Phasen Gebiet tritt Kondensation auf

• Auftreten von Tropfen mit Durchmessern bis 1qm

• Es kommt zum “jetting” seitliches ausfließen von Wasser mit sehr hohen Geschwindigkeiten

• Schädigt das Material

Maßnahme: Wassermenge verringern, Leitschaufel beheizen, Absaugen, Kondensatabsaugung an der Gehäusewand

Material widerstandfähiger machen