Turbine

Turbine, eine der verschiedenen Vorrichtungen, die die Energie eines Flüssigkeitsstroms in mechanische Energie umwandeln. Die Umwandlung erfolgt im Allgemeinen dadurch, dass die Flüssigkeit durch ein System von stationären Kanälen oder Schaufeln geleitet wird, die sich mit Kanälen abwechseln, die aus an einem Rotor befestigten flossenartigen Schaufeln bestehen. Indem man die Strömung so anordnet, dass eine tangentiale Kraft oder ein Drehmoment auf die Rotorblätter ausgeübt wird, dreht sich der Rotor, und es wird Arbeit gewonnen.

Windturbinen in der Nähe von Tehachapi, Calif.

© Greg Randles/.com

Turbinen lassen sich je nach den verwendeten Flüssigkeiten in vier allgemeine Typen einteilen: Wasser, Dampf, Gas und Wind. Obwohl für alle Turbinen die gleichen Prinzipien gelten, unterscheiden sich ihre spezifischen Konstruktionen so sehr, dass sie gesondert beschrieben werden müssen.

Eine Wasserturbine nutzt die potentielle Energie, die sich aus dem Höhenunterschied zwischen einem stromaufwärts gelegenen Wasserreservoir und dem Wasserstand am Turbinenausgang (dem Unterwasser) ergibt, um diese sogenannte Fallhöhe in Arbeit umzuwandeln. Wasserturbinen sind die modernen Nachfolger von einfachen Wasserrädern, die etwa 2.000 Jahre alt sind. Heute werden Wasserturbinen in erster Linie zur Stromerzeugung eingesetzt.

Die größte Menge an elektrischer Energie stammt jedoch von Dampfturbinen, die mit elektrischen Generatoren gekoppelt sind. Die Turbinen werden durch Dampf angetrieben, der entweder in einem mit fossilen Brennstoffen befeuerten oder in einem mit Kernkraft betriebenen Generator erzeugt wird. Die Energie, die dem Dampf entnommen werden kann, wird in Form der Enthalpieänderung in der Turbine ausgedrückt. Die Enthalpie spiegelt sowohl thermische als auch mechanische Energieformen in einem Strömungsprozess wider und ergibt sich aus der Summe der internen Wärmeenergie und dem Produkt aus Druck und Volumen. Die verfügbare Enthalpieänderung durch eine Dampfturbine steigt mit der Temperatur und dem Druck des Dampferzeugers und mit reduziertem Turbinenaustrittsdruck.

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Bei Gasturbinen kann die dem Fluid entzogene Energie auch durch die Enthalpieänderung ausgedrückt werden, die bei einem Gas nahezu proportional zum Temperaturabfall in der Turbine ist. Bei Gasturbinen ist das Arbeitsmedium Luft, die mit den gasförmigen Verbrennungsprodukten vermischt ist. Die meisten Gasturbinenmotoren umfassen mindestens einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Turbine. Diese sind in der Regel als integrale Einheit montiert und arbeiten als komplette Antriebsmaschine in einem so genannten offenen Kreislauf, bei dem Luft aus der Atmosphäre angesaugt wird und die Verbrennungsprodukte schließlich wieder in die Atmosphäre abgegeben werden. Da ein erfolgreicher Betrieb von der Integration aller Komponenten abhängt, ist es wichtig, nicht nur die Turbine allein zu betrachten, sondern das gesamte Gerät, das eigentlich eine Verbrennungskraftmaschine ist. Aus diesem Grund werden Gasturbinen in dem Artikel Verbrennungsmotor behandelt.

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