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Gasturbinen und Gasturbinenanlagen

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Time and place:

  • Mon 10:15-13:45, Room Zoom-Meeting

Fields of study

  • WPF ET-MA-VTE from SEM 1
  • WF CE-MA from SEM 5
  • WF MB-MA from SEM 5

Content

Gasturbinenanlagen, besonders die zur Stromerzeugung, haben in den vergangenen Jahren eine beinahe atemberaubende Entwicklung durchgemacht. Dabei zeichnen sich weitere Verbesserungsmöglichkeiten für die nahe Zukunft ab, die eine stetig fortschreitende Entwicklung vorhersagen lassen. Ausgegangen wird von den technischen Grundlagen der Thermodynamik, der Strömungsmechanik und der Verbrennungslehre.
Aufbauend auf diesen Grundlagen soll in möglichst einheitlicher Form die Berechnung von Gasturbinenanlagen dargestellt werden.
Ausdrücklich verzichtet werden soll auf spezielle Kenntnisse bzw. Ansätze der verschiedenen Hersteller von Gasturbinenanlagen, auch wenn natürlich die derzeit verwirklichten Schaltungen und Auslegungswerte für beispielsweise Temperaturen und Drücke zu Grunde gelegt werden. Von den Anlagenkomponenten werden insbesondere die thermischen Strömungsmaschinen Turbine und Verdichter behandelt, allerdings ausführlicher nur in der axial durchströmten Form. Betrachtet wird vor allem auch die gekühlte Turbine. Die Strömungs- und Wärmeübergangsvorgänge werden mit relativ einfachen Ansätzen erfasst. Bei der Brennkammer sind zu untersuchen die grundlegenden Verbrennungsvorgänge, die Schadstoffbildung, insbesondere die Stickoxide, deren Konzentration im Abgas neben Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen strengen Grenzwerten unterliegen, sowie die bei der Durchströmung auftretenden Totaldruckverluste.
Weitere, wenn auch nicht so komplizierte Komponenten sind der Einlass mit Luftfilter und Schalldämpfer, der Diffusor nach der Turbine und der Auslass der Anlage mit Schornstein und Schalldämpfer.
In sehr vielen Fällen werden heute keine einfachen Gasturbinenanlagen eingesetzt, sondern Kombianlagen mit nachgeschaltetem Abhitzedampferzeuger und Dampfturbinen (GuD-Anlagen). Selbstverständlich muss auch dieser Teil behandelt werden. Und weil sie im Aufbau so ähnlich sind, werden auch die Fliegenden Gasturbinen, die Flugtriebwerke, vorgestellt. Weil der Bau und der Einsatz von Gasturbinen zur Stromerzeugung z.Zt. aus wirtschaftlichen Gründen umstritten ist, muss natürlich die Wirtschaftlichkeit untersucht werden. Bei einer Vorlesung selbstverständlich sind Beispiele für die Gasturbinen-Berechnung und Ergebnisse von genaueren Berechnungen.

Recommended Literature

- D. G. Ainley, B. Sc.: Performance of Axial-flow Turbines. Proc. Inst. Mech. Eng. 159 (1948) - O. Redlich, J.S.N. Kwong: On the thermodynamics of solution. V. Chemical Review 44, 1949 - W. Cordes: Strömungstechnik der gasbeaufschlagten Axialturbine. Springer-Verlag Berlin 1963 - Rolls-Royce collaborators: The Jet Engine, 2nd edition. REF. T.S.D. 1302, Derby, July 1966 - N. Scholz: Technische Unterlagen. M.A.N. TURBO GMBH, 1967 - H.D. Baehr et al.: Thermodynamische Funktionen idealer Gase für Temperaturen bis 6000 K. Springer Verlag Berlin, Heidelberg, New York 1968 - E. Schmidt: Properties of Water and Steam in SI-Units. Springer-Verlag Berlin, Heidelberg und R. Oldenbourg, München 1969 - E. Schmidt: Properties of water and steam. 4th enlarged printing, edited by U. Grigull, Springer Verlag Berlin, München, Oldenbourg 1982 - Th. J. Bohn, W. Bitterlich: Grundlagen der Energie- und Kraftwerkstechnik. Technischer Verlag Resch, Verlag TÜV Rheinland, Köln 1982 - W. Bitterlich et al.: Strömungsverluste, Wirkungsgrade und Zustandsänderungen in Strömungsmaschinen und Wärmeaustauschern. Forsch.Ing.-Wres. Bd. 49 (1983) Nr. 3, S. 69-100 - R.C. Prausnitz et al.: The properties of gases and liquids, 4th Edition. Mc Graw-Hill, New York 1987 - H.D. Baehr, Ch. Diederichsen: Berechnungsgleichungen für Enthalpie und Entropie der Komponenten von Luft und Verbrennungsgasen. Brennst.-Wärme-Kraft 40, 1988 - VDI-Wärmeatlas Berechnungsblätter für den Wärmeübergang. VDI-Verlag GmbH 1989 - W. Bitterlich et. al.: Gasturbinen und Gasturbinenanlagen. B. G. Teubner GmbH 2002, ISBN 3-519-00384-8 - W. Traupel: Thermische Turbomaschinen, Erster Band. Springer Verlag 1990 - W. Traupel: Thermische Turbomaschinen, Zweiter Band. Springer Verlag 1988 - W. Bitterlich et al.: Zusammensetzung, Zustandsgrößen und Transportgrößen der Verbrennungsgase von festen, flüssigen und gasförmigen Brennstoffen. Fortschrittberichte VDI, Reihe 6: Energieerzeugung, Nr.243, 1990 - H.D. Baehr: Thermodynamik, 8. Auflage. Springer Verlag, Berlin 1992 - W. Wagner: Wärmeübertragung, 4. überarbeitete Auflage. Vogel, Würzburg 1993 - M. Al-Haj Mustafa: Verbrennungsgase als reale Gemische. Diplomarbeit am Lehrstuhl für Energie- und Kraftwerkstechnik der Universität GH Essen 1995 - W. Wagner et al.: IAPWS Industrial Formulation 1997 for the Thermodynamic Properties of Water and Steam. 1997 International Association for the Properties of Water and Steam - VDI: Energietechnische Arbeitsmappe. Springer Verlag Berlin, Heidelberg, New York 2000 - W. Bitterlich: Numerische Methoden für technische Berechnungen. SHAKER-Verlag Aachen 2004, ISBN 3-8322-2420-3 - S. Ausmeier, W. Bitterlich: Berechnung des stationären Betriebsverhaltens von Gasturbinenanlagen. Unveröffentlichter Bericht, Rurberg 2004 - W. Bitterlich: Theoretische Verbrennungslehre. Unveröffentlichter Bericht, Rurberg Juni 2008 - FASZINATION STAHL - HEFT 16 2008 - W. Bitterlich et. al.: Kosten- und Energie-Rechnung für Ingenieure. Unveröffentlichter Bericht des Lehrstuhls EKT, Universität DU-E 2009 - GE Power Systems. GEA13640-1 (11/03) - M. Mehringer, A. Wagner: Flugzeugturbinen. Seminar "Strömungsmaschinen" am Lehrstuhl für Systemverfahrenstechnik, TUM Weihenstephan/Freising, am 12.10.2011 - Anna-Lisa, Claudia, Laura (Traum-Thermo-Trio mit W. Bitterlich): Thermodynamik. Vorlesungsumdruck (Buch) an der TUM of Education, TUM München, WS 2013/14 - Deutsches Museum München 2013 - Antonia Ohner: Kawasaki 2-Wellen Gasturbine. Seminarvortrag an der TUM of Education 2013

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Keywords: Gasturbinen, Gasturbinenanlagen

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