Expander (Strömungsmaschine)

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Ein Expander, auch Turboexpander, Gasentspannungs- oder -expansionsturbine genannt, ist eine Gasturbine im engeren Sinne, d. h. eine Turbine (Strömungsmaschine), in der ein unter Druck stehendes Gas expandiert und dabei Arbeit leistet.

Ein Expander besteht im Gegensatz zu einer Gasturbine im weiteren Sinne nur aus der eigentlichen Turbine, verfügt also nicht über einen Verdichter oder eine Brennkammer als integralen Bestandteil der Maschine. Das zu expandierende Gas wird also nicht von der Maschine selbst erzeugt (z.B. durch einen Verbrennungsprozeß), sondern fällt aus vorgeschalteten Prozessen an.
Im Gegensatz zur Druckminderung durch eine einfache Drossel wird durch den Expander auch die Energie des Gases genutzt.

Die Turbine kann ein- oder mehrstufig, axialer oder radialer Bauart sein. Die abgeführte Arbeit kann zum Antrieb eines Generators, einer Pumpe oder eines Kompressors verwendet werden. Der Turbolader eines Verbrennungsmotors besteht beispielsweise aus einem durch den Abgasstrom angetriebenen Expander, der durch eine Welle mit einem Kompressor für die Verbrennungsluft verbunden ist.

Der Expander ist eine Unterordnung der thermischen Fluidenergiemaschinen und thermischen Turbomaschine (von lat. turbare = drehen).

Bestandteile[Bearbeiten]

Der Expander besteht prinzipiell aus

  • einer ein- oder mehrstufigen Abtriebswelle axialer (beschaufelte Stufen) oder radialer (Laufräder) Bauart
  • den Leitstufen (Leitschaufeln oder Diffusoren)
  • dem Außengehäuse.

Der Abtrieb kann am eintritts- oder am austrittsseitigen Wellenende liegen.

durch Hochtemperaturkorrosion/-oxidation „gealterte“ Turbinenschaufel

Ähnlich wie bei Gasturbinen werden aufgrund der Heißgas-Parameter (Temperatur, Zusammensetzung) auch bei den Expanderbauteilen hohe Ansprüche an die verwendeten Werkstoffe bezüglich ihrer Festigkeit und Temperaturstabilität sowie Beständigkeit gegen Korrosion und Oxidation gestellt. Es kommen daher überwiegend nur hochlegierte ferritische und austenitische Stähle sowie Nickelbasislegierungen zum Einsatz.

Einsatzgebiete[Bearbeiten]

Für Verfahrensprozesse in

werden entweder Gase mit hohen Temperaturen und hohem Druck erzeugt und nur zum Teil im Prozess "verbraucht" oder die Gase entstehen beim Prozeß selber.

Die in diesen Heißgasen enthaltene Enthalpie kann durch Expansion in mechanische Energie umgewandelt werden und steht wieder als nutzbare mechanische Energie wT zum Antrieb zur Verfügung.

Der Wirkungsgrad eines Expanders ist umso höher, je höher die Eintrittstemperatur des Gases und das Druckverhältnis der Turbine ist.

Wird eine Gasexpansionsturbine dazu genutzt, um mit dem Druck eines Gasnetzes (z. B. Erdgas) Strom zu erzeugen, so wird dieses auch mit dem Begriff Pressure to Power bezeichnet.[1]

Hersteller[Bearbeiten]

General Electric, MAN Diesel & Turbo und Siemens Power Generation und Atlas Copco in Europa sowie Mitsubishi in Japan.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. FAZ.net: Strom aus Druckunterschieden im Gasnetz vom 8. Mai 2013, abgerufen am 12. Januar 2015.