Gleichdruckturbine

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Unter einer Gleichdruckturbine, auch Aktionsturbine oder Impulsturbine genannt, versteht man eine Turbine, bei welcher das Arbeitsmedium vor und nach dem Laufrad den gleichen (statischen) Druck bzw. die gleiche Enthalpie aufweist. Die verwendbare Arbeit für das Laufrad kommt also ausschließlich aus der Umwandlung der Bewegungsenergie (dynamischer Druck) des Arbeitsmediums gemäß der Bernoullischen Energiegleichung. Eine Gleichdruckturbine hat einen Reaktionsgrad von Null. Beispiele für Gleichdruckturbinen sind die Peltonturbine, Curtisturbine, Lavalturbine und die Durchströmturbine. Gleichdruckturbinen werden überwiegend in Kammerbauweise gebaut, da die Querschnittsflächen für Leckströme kleiner sind im Vergleich zur Trommelbauweise. Die Kammerbauweise wird auch auf Grund der sehr geringen Axialkräfte möglich (diese treten in Überdruckturbinen verstärkt auf).

Das Gegenstück zur Gleichdruckturbine ist die Überdruckturbine, auch Reaktionsturbine genannt (Reaktionsgrad > 0). Eine Unterdruckturbine (Reaktionsgrad < 0) ist zwar theoretisch denkbar, praktisch aber nicht sinnvoll und daher nicht realisiert.

Vorteil Gleichdruckstufe (neben anderen):

  • minimale Stufenanzahl, geringere Investitionskosten (die Gleichdruckturbine kann in einer Stufe die zweifache Umfangsgeschwindigkeit abbauen)
  • Abdichtung zwischen Laufschaufel und Gehäuse nicht so wichtig (keine Druckdifferenz vor und nach der Laufschaufel)
  • Teilbeaufschlagung ist möglich, da sich das Arbeitsmedium nach Verlassen der Leitschaufel nicht ausdehnt (Dichte konstant)
  • Bei gleicher Leistungsabgabe dreht eine Gleichdruckstufe 0,707-mal (1/√2) langsamer als eine Überdruckstufe mit einem Reaktionsgrad von 0,5, vorausgesetzt Massenstrom und Turbinendurchmesser sind identisch.
  • Bei gleicher Drehzahl gibt eine Gleichdruckstufe doppelt so viel Leistung ab wie eine Überdruckstufe mit einem Reaktionsgrad von 0,5, vorausgesetzt Massenstrom und Turbinendurchmesser sind identisch.
  • Eine Turbine mit Gleichdruckbeschaufelung hat somit im Vergleich zu anderen Turbinen das größte Losreißmoment und ist deswegen in der Technik insbesondere dort interessant, wo bei kleinen Drehzahlen hohe Anfahrmomente erforderlich sind. So kommen Gleichdruckstufen bevorzugt in Air-Startern von Strahltriebwerken zum Einsatz.

Nachteil Gleichdruckstufe (neben anderen):

  • mäßiger Wirkungsgrad, mäßiges Betriebsverhalten (jedoch unwesentlich geringer im Vergleich mit Gleichdruckturbinen)
  • Strömungsgeschwindigkeit zwischen den Laufschaufeln höher als bei Überdruckbeschaufelung ⇒ mehr Druckverlust in der Laufschaufel selbst (Spaltverluste sind höher).

Quellen[Bearbeiten]

  • Willy J G Braunling: Flugzeugtriebwerke, Springer Verlag. Gleichdruckturbine Seite 578 Online