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Gasturbine 09:03 min

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Transkript Gasturbine

Hallo, und ganz herzlich willkommen. Dieses Video heißt "Gasturbine". Du kennst Wärmekraftmaschinen, den Kreisprozess und den thermischen Wirkungsgrad. Nachher weißt du Bescheid über Aufbau, Funktion, Verwendung und den Wirkungsgrad der Gasturbine. Der Film besteht aus vier Abschnitten. Erstens: Wesen, Zweitens: Aufbau, Drittens: Funktion und Indikatordiagramm und Viertens Einsatzgebiete und Wirkungsgrad.Erstens: Wesen. Die Gasturbine ist eine "Wärmekraftmaschine", die chemische Energie direkt in Rotationsenergie umwandelt. Die Gasturbine ist somit eine Antriebsmaschine. Zweitens: Aufbau.  Wir schauen uns noch einmal den Querschnitt an. An dieser Stelle wird Frischluft eingeleitet. Der Verdichter ist lilafarben gekennzeichnet. Dieses Stück des blauen Rohrsystems ist der Wärmeaustauscher. An den Enden des blauen Rohres verlässt das Abgas die Gasturbine. Durch die rot gekennzeichneten Rohre wird von außen Kraftstoff eingespritzt. Das ist die Brennkammer, sie sprüht Heißgas aus. Das ist die Welle, die man für den Antrieb benötigt. Drittens: Funktion und Indikatordiagramm. Auf der linken Seite wird Luft angesaugt. Im lilafarbenen Kompressor wird die Luft adiabatisch verdichtet. Die erwärmte Luft gelangt in die Brennkammer. Nun wird Kraftstoff eingespritzt. Jetzt wird eine einmalige Zündung vorgenommen. Dadurch kommt es zu einer dauernden Verbrennung. Aus der Brennkammer strömt Heißgas. Die Gasturbine dreht sich. Im Wärmeaustauscher wird die angesaugte, vorgewärmte Luft durch das Abgas erwärmt. Das Abgas verlässt die Gasturbine. Die Funktion einer Gasturbine kann man in vier Takten beschreiben, ähnlich wie zum Beispiel beim Dieselmotor: Im ersten Takt findet adiabatische Kompression statt; das geschieht im Kompressor. Druck und Temperatur des Gases steigen. Der zweite Takt findet in der Brennkammer statt; man beobachtet isobare Wärmezufuhr. Der Druck bleibt praktisch konstant, die Temperatur steigt weiter. Das Heißgas verlässt nun die Brennkammer, es expandiert. Es kommt zur adiabatischen Expansion. Druck und Temperatur fallen. Das Abgas verlässt die Gasturbine. Das ist verbunden mit isobarer Wärmeabgabe. Der Druck bleibt etwa konstant, die Temperatur sinkt. Wir wollen nun ein Indikatordiagramm zeichnen. Das heißt, wir tragen den Druck P über das Volumen V ab. Die vier Arbeitstakte lassen sich in einen Kreisprozess zusammenfügen. Bei der Arbeit der Gasturbine findet eine ständige Wiederholung des Kreisprozesses statt. Das Indikatordiagramm ist sehr nützlich. Mit seiner Hilfe kann man die verrichtete Arbeit W bestimmen; und auch der thermische Wirkungsgrad ηtherm wird so zugänglich. Bei der Zeichnung des Kreisprozesses sollen uns drei Isothermen helfen. Entlang dieser Kurven ist die Temperatur T konstant. Entlang der Isothermen sollen die Temperaturen T1, T2 und T3 mit aufsteigender Größe herrschen. Der erste Takt beginnt im Punkt A auf der Isotherme T1 und führt zum Punkt B auf der Isotherme T2. Wir notieren die Punkte vor dem ersten Takt. Der zweite Takt ist isobar, das heißt eine Gerade parallel zur V-Achse. Die Temperatur steigt von T2 auf T3. Wir notieren Start- und Zielpunkt. Im dritten Takt, bei der adiabatischen Expansion, fallen Druck und Temperatur. Wir verlassen die Isotherme T3 und gelangen wieder zur Isotherme T2. Jetzt müssen wir aufpassen, das hat mit dem vierten Takt zu tun. Erstmal notieren: von C nach D. Der vierte Takt ist gekennzeichnet durch isobare Wärmeabgabe. Aha, die Strecke DA muss parallel zur V-Achse sein, denn der Druck P ist konstant, während die Temperatur sinkt. Noch schnell den Streckenzug DA notieren. Und was bedeutet die eingeschlossene Fläche, erinnert ihr euch? Richtig, das ist die geleistete Arbeit W. Die Bewegungsrichtung geht im Uhrzeigersinn. Der Prozess ist rechtslaufend, denn wir haben es mit einer Wärmekraftmaschine zu tun. Nach so viel Theorie möchte ich zum Schluss noch einige Bilder zeigen. Viertens: Einsatzgebiete und Wirkungsgrad. Eine Gasturbine kann verschiedene Vorrichtungen antreiben: Generatoren, Kompressoren, Propeller bei Flugzeugen und Rotoren bei Hubschraubern. Außerdem gibt es zwei ganz wichtige wirtschaftliche Einsatzgebiete: Gasturbinen werden verwendet für die Elektroenergieerzeugung in Spitzenzeiten und außerdem für den Erdöltransport durch Antrieb von Pumpen. Zu guter Letzt kommen wir zum Wirkungsgrad. Wir hatten bereits gelernt, dass der technische Wirkungsgrad stets kleiner als der thermische Wirkungsgrad ist. Der thermische Wirkungsgrad wiederum ist kleiner gleich T1-T2T2, wobei T1 und T2 die Temperaturen der Wärmereservoirs der Wärmekraftmaschine sind, und dieser Bruch ist stets kleiner als eins. Für den technischen Wirkungsgrad möchte ich den Wert angeben, der auch in der modernen Schulliteratur aufgeführt wird: ηtech ≤ 28%. Die 28% sind der Maximalwert. Uff! Ich denke, wir haben uns einen glücklichen Smiley verdient. Das war ein weiterer Film von Andre Otto. Ich wünsche Euch alles Gute und viel Erfolg, Tschüss.