Lechner / Seume Stationäre Gasturbinen

1. Auflage 2003. Nachdruck2. Auflage. 2010
ISBN: 978-3-540-92788-4
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 1100 Seiten

Reihe: VDI-Buch

Das Handbuch bietet das aktuelle Wissen über stätionäre Gasturbinen in Industrie und Forschung. In fast vierzig Kapiteln werden die Grundlagen aufbereitet und der derzeitige technische Stand beschrieben. Die Herausgeber - beide blicken auf eine langjährige Industrieerfahrung zurück - haben viele namhafte Autoren gewonnen, die Fragen der Qualität, des Betriebs und der Wartung von Gasturbinen aus der täglichen Praxis kennen. Neu in der 2. Auflage sind Kapitel über Aeroderivate sowie über Ferndiagnosen.

Professor Dr.-Ing. Christof Lechner, Jahrgang 1962, studierte Maschinenbau/Turbomaschinen an der TU München und der RWTH Aachen und promovierte auf dem Gebiet der Triebwerkssimulation an der Universität Hannover. Ab 1996 war er in der Prototyperprobung stationärer Gasturbinen tätig. Seit 2005 ist er Professor für die Lehrgebiete Strömungsmechanik, Thermodynamik und Technische Mechanik an der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg. Professor Dr-Ing. Jörg Seume, Jahrgang 1958, erhielt seinen MS an der University of Wisconsin, Madison, und promovierte1988 an der University of Minnesota, Minneapolis/USA. Nach zwei Jahren industrieller Tätigkeit in den USA und neun Jahren in der Erprobung und Entwicklung stationärer Gasturbinen in Mülheim und Berlin wurde er 2000 auf die Professur für thermische Turbomaschinen und Strömungsmechanik an der Leibniz Universität Hannover berufen. Dort lehrt und forscht er auf den Gebieten der Aerodynamik, Aeroelastik und Aeroakustik thermischer Turbomaschinen und der Strömungsmechanik.

Autoren/Hrsg.

Lechner, Christof

Seume, Jörg

Inhaltsverzeichnis

1;Autoren;22
2;Nomenklatur;28
3;1 Gasturbinentypen – eine Übersicht;41
4;Alexander Wiedermann;41
4.1;1.1 Betriebsarten und Gasturbinentypen;42
4.2;1.2 Zur Entwicklung der Gasturbine;46
4.3;Literaturverzeichnis;50
5;2 Thermodynamische Grundlagen;51
6;Jost Braun;51
6.1;2.1 Definitionen der verwendeten Größen;52
6.1.1;2.1.1 Ideales Gasverhalten;52
6.1.2;2.1.2 Unveränderte Stoffeigenschaften im Kreisprozess;52
6.1.3;2.1.3 Mittlere Wärmekapazität über Zustandsänderungen;53
6.1.4;2.1.4 Thermischer Wirkungsgrad und Prozesswirkungsgrade;54
6.1.5;2.1.5 Verdichter- und Turbinenwirkungsgrade;55
6.1.6;2.1.6 Mischtemperatur und Mischwirkungsgrade;57
6.2;2.2 Ideale Vergleichsprozesse;59
6.2.1;2.2.1 Carnot-Prozess;59
6.2.2;2.2.2 Umsetzung des Carnot-Prozesses mit Gasen;60
6.2.3;2.2.3 Offener Joule- (oder Brayton-)Prozess;61
6.2.4;2.2.4 Ericsson-Prozess;62
6.3;2.3 Reale Gasturbinenprozesse;63
6.3.1;2.3.1 Einfluss der Hauptverluste auf den Joule-Prozess;64
6.3.2;2.3.2 Einfluss von Druckverhältnis und Prozesstemperaturen;67
6.3.3;2.3.3 Spezifische Arbeit, Wirkungsgrad und Abgastemperatur;69
6.3.4;2.3.4 Prozessbestimmende Komponenten;70
6.4;2.4 Varianten des offenen Joule-Prozesses zur Prozessverbesserung;75
6.4.1;2.4.1 Einfluss einer Zwischenerhitzung (Reheat);75
6.4.2;2.4.2 Einfluss einer Zwischenkühlung;79
6.4.3;2.4.3 Einfluss eines Rekuperators;80
6.4.4;2.4.4 Leistungsorientierte Prozessverbesserungen;81
6.4.5;2.4.5 Beispiele stationärer Gasturbinen;82
6.5;Literaturverzeichnis;87
7;3 GT-Kraftwerke;88
8;Lothar Balling;88
8.1;3.1 Historische Entwicklung;88
8.2;3.2 Frühe Anwendungen;89
8.3;3.3 Wandel der Kundenstruktur und Marktanforderungen;91
8.4;3.4 Betriebs- und Wartungskosten;94
8.5;3.5 GT-Kraftwerke für die Stromerzeugung heute;95
8.5.1;3.5.1 Gasturbinen-Kraftwerke (simple cycle);95
8.5.2;3.5.2 Phasenschieberbetrieb;97
8.5.3;3.5.3 Anlagen zur Wärme-Kraft-Kopplung;97
8.5.4;3.5.4 Gasturbinen für Verbund-/Kombikraftwerke und Repowering;97
8.5.5;3.5.5 GuD-Anlagen mit integrierter Vergasung;98
8.5.6;3.5.6 Luftspeicher-Kraftwerke („Compressed Air Storage System“ = CAS);99
8.6;3.6 Aufbau des GT-Kraftwerkes;100
8.6.1;3.6.1 Gasturbine;100
8.6.2;3.6.2 Gasturbinen-Hilfssysteme;101
8.6.3;3.6.3 Generator, Hochspannungssystem;104
8.6.4;3.6.4 Ansaugsystem;105
8.6.5;3.6.5 Kupplung;107
8.6.6;3.6.6 Abgassystem;107
8.6.7;3.6.7 Elektrotechnik;107
8.6.8;3.6.8 Leittechnik;108
8.6.9;3.6.9 Bautechnik;110
8.6.10;3.6.10 Außen- und Nebenanlagen;111
8.7;3.7 GuD-Kraftwerke;111
8.8;3.8 Kraftwerkstypen, Konzepte;117
8.8.1;3.8.1 Mehrwellenanlagen;117
8.8.2;3.8.2 Einwellenanlagen;120
8.8.3;3.8.3 Standardisierung und Modularisierung;122
8.8.4;3.8.4 Basiskraftwerk mit Optionen;124
8.8.5;3.8.5 Reduzierte Abwicklungszeiten;125
8.8.6;3.8.6 Konzept einer modernen Testanlage;126
8.9;3.9 Hauptkomponenten der GuD-Anlagen;127
8.9.1;3.9.1 Wasser-Dampf-Kreislauf;128
8.9.2;3.9.2 Abhitzedampferzeuger;131
8.10;3.10 Betrieb der GuD-Anlage;131
8.11;Literaturverzeichnis;136
9;4 Aeroderivate;139
10;Alexander Wiedermann;139
10.1;4.1 Prinzipieller Aufbau;139
10.2;4.2 Bevorzugte Einsatzgebiete von Aeroderivaten und Industriegasturbinen in Schwerbauweise;142
10.3;Literaturverzeichnis;146
11;5 Kraftwerkskomponenten;147
11.1;5.1 Wellenkupplung;147
12;Frank Rossig-Kruska;147
12.1;5.1.1 Allgemeines;147
12.1.1;5.1.2 Nichtschaltbare Wellenkupplungen;148
12.1.2;5.1.3 Schaltbare Wellenkupplungen;150
12.2;5.2 Getriebe;154
13;Thomas Deeg;154
13.1;5.2.1 Einführung;154
13.1.1;5.2.2 Verzahnung;154
13.1.2;5.2.3 Lager;161
13.1.3;5.2.4 Getriebekonzepte;162
13.1.4;5.2.5 Werkstoffe und Wärmebehandlung;165
13.1.5;5.2.6 Herstellung von Rotoren und Verzahnungen;167
13.1.6;5.2.7 Schmierung und Getriebeverluste;168
13.1.7;5.2.8 Betriebsbedingungen und Überwachung;170
13.2;5.3 Abgasstrecke und Abhitzedampferzeuger in GuD-Anlagen;173
14;Hans-Gerd Brummel;173
14.1;5.3.1 Zusammenstellung der abgasführenden Komponenten, Funktionsbeschreibung, Bauformen und Varianten, Stand der Technik;173
14.1.1;5.3.2 Abhitzedampferzeuger;190
14.1.2;5.3.3 Abhitzedampferzeuger mit Sondereinbauten;226
14.1.3;5.3.4 Verhalten der Abgasstrecken/Abhitzedampferzeugerbeim Anfahren eines GUD-Blocks mit Abgas-Bypasskaminen ;232
14.1.4;5.3.5 Zusammenfassung und Ausblick (Status 2003);236
14.1.5;5.3.6 Neue Entwicklungstendenzen bei der Abgasstrecke und bei Abhitzedampferzeugern (Status 2010);237
14.2;5.4 Dampfturbine;245
15;Andreas Feldmüller;245
15.1;5.4.1 Einleitung;245
15.1.1;5.4.2 Dampfturbinen für Dampfkraftwerke;246
15.1.2;5.4.3 Anforderungen an Dampfturbinen für Kombiprozessemit Gasturbinen;246
15.1.3;5.4.4 Bauformen der Dampfturbinen für GuD-Kraftwerke;249
15.1.4;5.4.5 Beschaufelung;253
15.1.5;5.4.6 Konstruktive Aspekte von Dampfturbinen für GuD-Prozesse;256
15.2;5.5 Wärmeabfuhrsystem;262
16;Georg Haberberger und Dieter Blanck;262
16.1;5.5.1 Komponenten des Kalten Endes;262
16.1.1;5.5.2 Einfluss des Kalten Endes auf den Wirkungsgrad;263
16.1.2;5.5.3 Kühlverfahren;263
16.1.3;5.5.4 Auswahl des Kühlverfahrens;279
16.1.4;5.5.5 Niederdruckteilturbine;280
16.1.5;5.5.6 Oberflächenkondensator;282
16.1.6;5.5.7 Abwärmenutzung;286
16.2;5.6 Turbogenerator;288
17;Joachim Böer und Klaus Sedlazeck;288
17.1;5.6.1 Allgemeines;288
17.1.1;5.6.2 Generatorbauarten im mittleren Leistungsbereich;297
17.1.2;5.6.3 Generatorerregung, Anfahrmotor- und Phasenschieberbetrieb;305
17.1.3;5.6.4 Anforderungen an Generatoren und Prüfungen;309
17.1.4;5.6.5 Ausblick;314
17.2;Literaturverzeichnis;317
18;6 Grundlagen der Strömungsmaschinen;322
19;Günther Dibelius;322
19.1;6.1 Energieumwandlung;322
19.1.1;6.1.1 Umwandlungsprinzip;322
19.1.2;6.1.2 Auswirkung der Energieumwandlung auf die Strömungsgrößen;324
19.1.3;6.1.3 Auswirkung der Energieumwandlung auf die thermodynamischen Größen;325
19.1.4;6.1.4 Wirkungsgrade;329
19.2;6.2 Schaufelgitter;331
19.2.1;6.2.1 Lauf- und Leitgitter;331
19.2.2;6.2.2 Verzögerungs- und Beschleunigungsgitter;332
19.2.3;6.2.3 Verluste in Schaufelgittern;333
19.2.4;6.2.4 Gitterauslegung;334
19.2.5;6.2.5 Gitterkenngrößen;335
19.3;6.3 Stufe;339
19.3.1;6.3.1 Kombination von Schaufelgittern zu Stufen;339
19.3.2;6.3.2 Stufenkenngrößen;341
19.3.3;6.3.3 Stufencharakteristiken, Betriebsverhalten von Stufen;343
19.4;6.4 Maschine;344
19.4.1;6.4.1 Beschaufelung;345
19.4.2;6.4.2 Schaufellose Strömungsführungen;345
19.4.3;6.4.3 Maschinenkenngrößen;346
19.4.4;6.4.4 Maschinencharakteristiken, Betriebsverhalten;346
19.4.5;6.4.5 Leistungsregelung von Gasturbinen;347
19.5;Literaturverzeichnis;348
20;7 Verdichter;349
21;Reinhard Mönig und Ulrich Waltke;349
21.1;7.1 Anforderungen an Gasturbinenverdichter;349
21.2;7.2 Grundlagen;352
21.3;7.3 Verdichterbetrieb;357
21.4;7.4 Leistungsbetrieb;361
21.5;7.5 Transsonische Verdichterstufen;364
21.6;7.6 Subsonische Verdichterstufen;371
21.7;7.7 Konzeption von Gasturbinenverdichtern;378
21.8;7.8 Auslegung und Betriebsverhalten von Gasturbinenverdichtern;388
21.9;7.9 Betrieb von Gasturbinenverdichtern;393
21.9.1;7.9.1 An- und Abfahren von vielstufigen Axialverdichtern;393
21.9.2;7.9.2 Massenstromregelung durch Leitschaufelverstellung;396
21.9.3;7.9.3 Drehzahlbereich und Umgebungsbedingungen;396
21.9.4;7.9.4 Kritische Betriebszustände;399
21.9.5;7.9.5 Experimentelle Erprobung;400
21.9.6;7.9.6 Praxisprobleme und Maßnahmen;401
21.10;Literaturverzeichnis;405
22;8 Axialturbinen;406
23;Herbert F. J. Bals und Konrad Vogeler;406
23.1;8.1 Grundsätzliches;406
23.2;8.2 Auslegungsverfahren;411
23.3;8.3 Wahl des Reaktionsgrades;413
23.4;8.4 Festlegung des Meridiankanals;415
23.5;8.5 Festlegung der Profilsehnenlänge;419
23.6;8.6 Profilierung der Schaufeln;421
23.7;8.7 Einfluss der Radialspalte;423
23.8;8.8 Dreidimensionale Nachrechnung;423
23.9;8.9 Lebensdauerbetrachtungen;425
23.10;8.10 Betriebsgrenzen;426
23.11;8.11 Betriebsverhalten;428
23.12;Literaturverzeichnis;430
24;9 Grundlagen der Verbrennung in stationären Gasturbinen;431
25;Thomas Sattelmayer;431
25.1;9.1 Aufgaben der Brennkammer;431
25.2;9.2 Energie- und Stoffumwandlung in der Brennkammer;433
25.3;9.3 Flammentypen;438
25.3.1;9.3.1 Einfluss des Brennstoffs;438
25.3.2;9.3.2 Hauptcharakteristika;440
25.4;9.4 Flammenstabilisierung;442
25.5;9.5 Ablauf der Reaktion;444
25.6;9.6 NO-Bildung;450
25.6.1;9.6.1 Kinetik;450
25.6.2;9.6.2 Diffusionsflamme;451
25.6.3;9.6.3 Vormischverfahren;452
25.6.4;9.6.4 Fett-Mager-Verbrennung;459
25.7;9.7 Rußemission;460
25.8;9.8 Teillastverhalten, Stufungskonzepte und Pilotierung;462
25.9;9.9 Flammendynamik;466
25.9.1;9.9.1 Pulsationen und Stabilisierungsmaßnahmen;466
25.9.2;9.9.2 Flammenrückschlag im Vormischbrenner;472
25.9.3;9.9.3 Selbstzündung;475
25.10;9.10 Aufbereitung flüssiger Brennstoffe;480
25.11;9.11 Zerstäubung;480
25.11.1;9.11.1 Tropfenverdampfung und -dispersion;482
25.12;Literaturverzeichnis;485
26;10 Technische Verbrennungssysteme;487
27;Werner Krebs, Jaan Hellat und Adnan Eroglu;487
27.1;10.1 Anforderungen an technische Verbrennungssysteme;487
27.2;10.2 Brenner und Brennstoffzugabe;490
27.2.1;10.2.1 Hybridbrenner;493
27.2.2;10.2.2 EV-Brenner;495
27.2.3;10.2.3 SEV-Brenner;498
27.2.4;10.2.4 Zugabe von flüssigem Brennstoff;500
27.3;10.3 Brennkammerbauarten;505
27.3.1;10.3.1 Entwicklungshistorie;505
27.3.2;10.3.2 Silobrennkammern;506
27.3.3;10.3.3 Ringbrennkammern;508
27.3.4;10.3.4 Rohrbrennkammern;513
27.3.5;10.3.5 Brennkammerwand-Konstruktionsprinzipien und Wandkühlung;517
27.4;10.4 Thermoakustisch induzierte Brennkammerschwingungen;518
27.5;Literaturverzeichnis;523
28;11 Brennstoff, Brennstoffsystem und Fahrkonzept;525
29;Eberhard Deuker, Jaan Hellat und Wolfgang Kroll;525
29.1;11.1 Aufgabe des Brennstoffsystems;525
29.2;11.2 Brennstoffanforderungen;525
29.2.1;11.2.1 Anforderungen an den Brennstoff Erdgas;526
29.2.2;11.2.2 Anforderungen an den Flüssigbrennstoff Dieselöl ;529
29.3;11.3 Komponenten des Brennstoffsystems;531
29.3.1;11.3.1 Ventile;531
29.3.2;11.3.2 Rohrleitungen;533
29.3.3;11.3.3 Filter;533
29.3.4;11.3.4 Druckreduzierstation bzw. Gasverdichter (Erdgas);534
29.3.5;11.3.5 Pumpen (Heizöl);535
29.4;11.4 Brennstoffsystem für Erdgas;536
29.5;11.5 Brennstoffsystem für Heizöl;538
29.5.1;11.5.1 Systembeschreibung;538
29.5.2;11.5.2 Zusatzeinrichtungen für die Heizölbrenner;542
29.6;11.6 Fahrweisen;543
29.6.1;11.6.1 Erdgas- und Heizölbetrieb;543
29.6.2;11.6.2 Brennstoffwechsel;549
29.6.3;11.6.3 Lastabwurf;551
29.7;Literaturverzeichnis;552
30;12 Vergasung fester und flüssiger Brennstoffe;554
31;Andreas Heilos, Michael Huth, Jürgen Karg und Jaan Hellat;554
31.1;12.1 Konzepte für Vergasungskraftwerke;554
31.2;12.2 Übersicht über bestehende Anlagen;559
31.3;12.3 Brennstoff und Brennstoffsystem;559
31.3.1;12.3.1 Brennstoffcharakterisierung;559
31.3.2;12.3.2 Brennstoffsystem;564
31.4;12.4 Brenner;564
31.4.1;12.4.1 Konzepte für Syngas-Verbrennung;564
31.4.2;12.4.2 Überblick über Brennerkonzepte verschiedener Hersteller;566
31.5;Literaturverzeichnis;569
32;13 Besonderheiten des Betriebs mit Schweröl, Naphtha und Kondensaten;571
33;Roger Waldinger und Jaan Hellat;571
33.1;13.1 Anwendungsbereiche von flüssigen Sonderbrennstoffen;571
33.1.1;13.1.1 Charakteristische Brennstoffeigenschaften und Bestandteile von flüssigen Sonderbrennstoffen;572
33.1.2;13.1.2 Stoffdaten ausgewählter flüssiger Sonderbrennstoffe;573
33.2;13.2 Schweröl;573
33.2.1;13.2.1 Herkunft und Einsatzbereich von Schweröl;573
33.2.2;13.2.2 Gasturbinen für den Schweröleinsatz;575
33.2.3;13.2.3 Schwerölaufbereitung;575
33.2.4;13.2.4 Vermeidung von Hochtemperaturkorrosion;576
33.2.5;13.2.5 Emissionen;576
33.3;13.3 Naphtha und Kondensate;577
33.3.1;13.3.1 Eigenschaften von Naphtha und Kondensaten;577
33.3.2;13.3.2 Stoffeigenschaften von Naphtha, Kondensaten und Heizöl;577
33.3.3;13.3.3 Sicherheitskonzept für Naphtha und Kondensat-Betrieb;578
33.4;Literaturverzeichnis;579
34;14 Konstruktion, Berechnung und Fertigung von Verdichterschaufeln;580
35;Ulf D. Köller und Bernd van den Toorn;580
35.1;14.1 Konstruktive Ausführung;580
35.1.1;14.1.1 Laufschaufeln;581
35.1.2;14.1.2 Leitschaufeln;585
35.1.3;14.1.3 Verstellbare Leitschaufeln;586
35.1.4;14.1.4 Werkstoffauswahl;587
35.2;14.2 Berechnung;588
35.2.1;14.2.1 Statische Festigkeit;588
35.2.2;14.2.2 Dynamische Festigkeit;591
35.3;14.3 Fertigung;594
35.3.1;14.3.1 Fertigungsarten;594
35.4;14.4 Experimentelle Absicherung;595
35.5;Literaturverzeichnis;596
36;15 Turbinenbeschaufelung;597
37;Herbert F. J. Bals und Hans-Thomas Bolms;597
37.1;15.1 Allgemeine Betrachtungen;597
37.2;15.2 Leitschaufeln;597
37.2.1;15.2.1 Konstruktive Merkmale;598
37.2.2;15.2.2 Leitschaufelblatt;599
37.2.3;15.2.3 Fußteil;601
37.2.4;15.2.4 Kopfteil;602
37.2.5;15.2.5 Schnittstellen;602
37.3;15.3 Laufschaufeln;604
37.3.1;15.3.1 Konstruktive Merkmale;604
37.3.2;15.3.2 Laufschaufelblatt;605
37.3.3;15.3.3 Fußbereich;606
37.3.4;15.3.4 Anstreifkante;609
37.3.5;15.3.5 Deckband;609
37.3.6;15.3.6 Andere Dämpfungselemente;610
37.4;15.4 Gehäusesegmente;610
37.4.1;15.4.1 Konstruktive Merkmale;610
37.5;15.5 Schädigungsarten;611
37.5.1;15.5.1 Kriechschädigung;612
37.5.2;15.5.2 Thermische Ermüdung und zyklische Beanspruchung;612
37.5.3;15.5.3 Schädigung durch dynamische Beanspruchung;613
37.5.4;15.5.4 Schädigung durch Oxidation, Heißgaskorrosion;613
37.5.5;15.5.5 Schädigung durch Fremdteile;614
37.6;15.6 Lebensdauervorhersage;614
37.6.1;15.6.1 Statische Beanspruchung aus den Gaskräften;615
37.6.2;15.6.2 Statische Beanspruchung aus den Fliehkräften;616
37.6.3;15.6.3 Beanspruchung durch thermische Belastung;616
37.6.4;15.6.4 Dauerfestigkeit;617
37.6.5;15.6.5 Dynamische Beanspruchung aus Gaskräften;618
37.7;15.7 Werkstoffauswahl;619
37.8;15.8 Fertigung;620
37.8.1;15.8.1 Guss;620
37.8.2;15.8.2 Konventionelle Bearbeitung;621
37.8.3;15.8.3 Unkonventionelle Bearbeitung;621
37.8.4;15.8.4 Beschichtung;622
37.8.5;15.8.5 Weitere Fertigungsschritte;623
37.9;15.9 Reparatur;623
38;16 Sekundärluftsystem;624
39;Arnd W. Reichert;624
39.1;16.1 Grundlagen;624
39.1.1;16.1.1 Abgrenzungen und Definitionen;625
39.1.2;16.1.2 Einfluss des Sekundärluftsystems auf die Eckdaten des Kreisprozesses;626
39.1.3;16.1.3 Für das Sekundärluftsystem relevante Zustandsänderungen in Verdichter und Turbine;627
39.1.4;16.1.4 Strömungsphänomene in Radseitenräumen; Heißgaseinzug;628
39.1.5;16.1.5 Strömungsphänomene in rotierenden Kavitäten;631
39.2;16.2 Auslegung des Sekundärluftsystems;632
39.2.1;16.2.1 Anforderungen an die Kühlluftversorgung von Turbinenschaufeln;632
39.2.2;16.2.2 Anforderungen an das Sperrluftsystem;632
39.2.3;16.2.3 Relevante Betriebszustände;633
39.2.4;16.2.4 Führung der Sekundärluft zur Turbine;633
39.2.5;16.2.5 Lage der Entnahmestellen;634
39.2.6;16.2.6 Dichtungstechnologien;634
39.3;Literaturverzeichnis;636
40;17 Turbinenschaufel – Kühlung;637
41;Bernhard Weigand;637
41.1;17.1 Einführung;637
41.2;17.2 Bauformen gekühlter Gasturbinenschaufeln;639
41.3;17.3 Der externe Wärmeübergang;640
41.4;17.4 Interne Wärmeübertragung;645
41.4.1;17.4.1 Prallkühlung;645
41.4.2;17.4.2 Pins;646
41.4.3;17.4.3 Rippen;648
41.4.4;17.4.4 Krümmer (180-Umlenkungen);652
41.4.5;17.4.5 Einfluss der Rotation;654
41.4.6;17.4.6 Dampfkühlung;654
41.5;17.5 Kühlungsauslegung von Schaufeln;655
41.5.1;17.5.1 Konzeptionelle Auslegung (1D);656
41.5.2;17.5.2 Auslegung der Kühlung (2D/q3D);659
41.5.3;17.5.3 Tests/3D-Rechnungen/-Anpassungen;660
41.6;17.6 Ausblick;661
41.7;Literaturverzeichnis;662
42;18 Läuferbauformen;665
43;Joachim Schulte, Michael Müller und Manfred Janssen;665
43.1;18.1 Einleitung;665
43.2;18.2 Anforderungen an den Läufer;666
43.3;18.3 Läuferbauformen;667
43.4;18.4 Ausgeführte Maschinen;668
43.4.1;18.4.1 Rotor in Scheibenbauweise mit zentralem Zuganker;668
43.4.2;18.4.2 Rotor in Scheibenbauweise mit dezentralen Zugankern;671
43.4.3;18.4.3 Rotor in geschweißter Ausführung;672
43.4.4;18.4.4 Variationen der klassischen Läuferbauarten;674
43.5;18.5 Zusammenfassung;675
43.6;Literaturverzeichnis;676
44;19 Statische und dynamische Auslegung des Turbinenläufers;677
45;Ekkehard Maldfeld und Michael Müller;677
45.1;19.1 Auslegungsziele und Lastfälle für den Turbinenläufer;677
45.2;19.2 Festigkeitsnachweise;679
45.2.1;19.2.1 Statische Auslegung;680
45.2.2;19.2.2 Dynamische Auslegung;700
45.3;19.3 Zusammenwirken der Auslegungsverfahren am Beispiel der mittleren Hohlwelle;704
45.4;19.4 Werkstoffaspekte für die Rotorauslegung;706
45.5;19.5 Zusammenfassung;707
45.6;Literaturverzeichnis;708
46;20 Gehäuse und Leitzeug;710
47;Ekkehard Maldfeld und Michael Müller;710
47.1;20.1 Einleitung;710
47.2;20.2 Konstruktiver Aufbau;711
47.3;20.3 Auslegungsziel, Anforderungen und Lastfälle für Gehäusekomponenten;718
47.4;20.4 Festigkeitsnachweise;719
47.4.1;20.4.1 Allgemeine Vorgehensweise;719
47.4.2;20.4.2 Flächenpressungen;724
47.4.3;20.4.3 Schrauben;724
47.4.4;20.4.4 Auslegung von Teilfugenflanschen;726
47.4.5;20.4.5 Schweißverbindungen;728
47.4.6;20.4.6 Dynamische Auslegung;729
47.5;20.5 Zusammenfassung;730
47.6;Literaturverzeichnis;730
48;21 Spalte;732
49;Arnd W. Reichert;732
49.1;21.1 Grundlagen;732
49.1.1;21.1.1 Einfluss der Spalte auf die Eckdaten des Kreisprozesses ;732
49.1.2;21.1.2 Anteile von Spalten;733
49.2;21.2 Spaltauslegung;734
49.3;21.3 Gestaltung von spaltbestimmenden Bauteilen;736
49.3.1;21.3.1 Einfluss von Rotorbauformen und Kühlkonzepten;736
49.3.2;21.3.2 Gestaltung der Statorbauteile, Justiervorrichtungen;737
49.3.3;21.3.3 Berücksichtigung von Verschiebungstrajektoren, Einlaufschichten;737
49.3.4;21.3.4 Anstreifkanten;738
49.3.5;21.3.5 Aktive Methoden;738
49.4;Literaturverzeichnis;739
50;22 Lagerung – Grundlagen und konstruktive Gestaltung;740
51;Stefan Verstege und Frank Böckel;740
51.1;22.1 Einführung;740
51.2;22.2 Grundlagen;740
51.2.1;22.2.1 Strömungsmechanische Grundlagen;742
51.2.2;22.2.2 Lagertypen, Lagerbauformen;746
51.2.3;22.2.3 Auslegungskriterien, Betriebsparameter;751
51.2.4;22.2.4 Berechnungsverfahren;752
51.2.5;22.2.5 Lagerwerkstoffe;757
51.3;22.3 GT-Lagerung, konstruktiver Aufbau;759
51.3.1;22.3.1 Lagerungskonzept der GT;759
51.3.2;22.3.2 Radiallager;759
51.3.3;22.3.3 Axiallager;760
51.4;Literaturverzeichnis;762
52;23 Keramische Komponenten;764
53;Holger Grote, Christine Taut, Wolfgang Kollenberg und Uwe Rettig;764
53.1;23.1 Hintergrund und Einsatzbereich;764
53.2;23.2 Vorteile und Risiken feuerfestkeramischer Brennkammerauskleidungen;767
53.3;23.3 Keramische Komponenten im Einsatz: keramische Hitzeschilde;767
53.3.1;23.3.1 Anforderungen an keramische Hitzeschilde;767
53.3.2;23.3.2 Modellierung des Betriebsverhaltens von Feuerfestkeramik;768
53.3.3;23.3.3 Konstruktion;769
53.3.4;23.3.4 Werkstoffeigenschaften;771
53.3.5;23.3.5 Betriebserfahrungen – Versagensmechanismen;775
53.4;23.4 Schlussfolgerungen und Zusammenfassung;780
53.5;Literaturverzeichnis;781
54;24 Korrosion und Beschichtungen;782
55;Norbert Czech;782
55.1;24.1 Korrosion im Verdichterbereich;783
55.1.1;24.1.1 Korrosive Ablagerungen;783
55.1.2;24.1.2 Beschichtungen;785
55.1.3;24.1.3 Einsatz alternativer Schaufelwerkstoffe;785
55.2;24.2 Korrosion im Heißgasbereich;785
55.2.1;24.2.1 Randbedingungen;785
55.2.2;24.2.2 Brennstoffe;786
55.2.3;24.2.3 Korrosionsmechanismen;789
55.2.4;24.2.4 Korrosionsmindernde Maßnahmen;793
55.2.5;24.2.5 Korrosionsbeständige Werkstoffe;794
55.2.6;24.2.6 Schutzschichten für den Heißgasbereich;795
55.3;24.3 Wärmedämmschichten;799
55.3.1;24.3.1 Beschichtungsverfahren;800
55.3.2;24.3.2 Anwendungsbeispiele;802
55.3.3;24.3.3 Versagensmechanismen;806
55.3.4;24.3.4 Ausblick;810
55.4;Literaturverzeichnis;810
56;25 Hochtemperatur-Schaufelwerkstoffe;812
57;Christina Berger und Hermann W. Grünling;812
57.1;25.1 Einführung und Geschichte;812
57.2;25.2 Bauteilanforderungen (Beanspruchungen, Werkstoffeigenschaften);818
57.3;25.3 Fe-Basiswerkstoffe;820
57.4;25.4 Co-Basiswerkstoffe;822
57.5;25.5 Ni-Basiswerkstoffe;824
57.6;25.6 Werkstoffeigenschaften;835
57.7;Literaturverzeichnis;850
58;26 Normung;855
59;Bernard Becker;855
59.1;26.1 Allgemeine Hinweise;855
59.2;26.2 Bauweise und Entwicklung;857
59.2.1;26.2.1 Schwachstellen vermeiden;857
59.2.2;26.2.2 Bauteilspezifische Auslegungskriterien;858
59.3;26.3 Erprobung, Betrieb und Anwendungen;859
59.4;Literaturverzeichnis;860
60;27 Montage;863
61;Willi Paschmann;863
61.1;27.1 Montageplanung;864
61.1.1;27.1.1 Technische Planung;865
61.1.2;27.1.2 Terminplanung;865
61.1.3;27.1.3 Personalplanung;865
61.1.4;27.1.4 Planung der Baustellenorganisation;866
61.1.5;27.1.5 Planung der Baustellenlogistik;866
61.2;27.2 Montagedurchführung;866
61.2.1;27.2.1 Montagehandbuch (erection manual);866
61.2.2;27.2.2 Montageschritte (vereinfacht);867
61.2.3;27.2.3 Montageabschluss;867
62;28 Ausrichten des Wellenstrangs;868
63;Willi Paschmann;868
63.1;28.1 Begriffe;868
63.2;28.2 Ausrichtmethoden;869
63.2.1;28.2.1 Axial-Radial-Verfahren oder AR-Methode;869
63.2.2;28.2.2 Doppel-Radial-Verfahren oder DR-Methode;869
63.2.3;28.2.3 Doppel-Axial-Verfahren oder DA-Methode;871
63.3;28.3 Werkzeuge und Vorrichtungen;872
63.4;28.4 Vorausrichtung des Wellenstrangs;872
63.5;28.5 Endausrichtung des Wellenstrangs am Beispiel eines Turbosatzes SGT5-4000F;872
63.6;28.6 Kuppeln des Wellenstrangs, Dokumentation;876
63.7;Literaturverzeichnis;877
64;29 Inbetriebsetzung;878
65;Michael Wegen;878
65.1;29.1 Einleitung;878
65.2;29.2 Inbetriebsetzungsplanung;878
65.2.1;29.2.1 Technische IBS-Planung;878
65.2.2;29.2.2 Dokumentation;879
65.2.3;29.2.3 Personalplanung;880
65.3;29.3 Inbetriebsetzungsablauf;882
65.3.1;29.3.1 Voraussetzungen für die IBS;883
65.3.2;29.3.2 IBS-Phasen;883
65.3.3;29.3.3 Probebetrieb;887
65.4;29.4 Inbetriebsetzung nach einer Servicemaßnahme;888
65.5;Literaturverzeichnis;890
66;30 Maschinendynamik;891
67;Peter Wutsdorff;891
67.1;30.1 Schwingungsmessungen;891
67.1.1;30.1.1 Lagergehäuseschwingungsmessung;892
67.1.2;30.1.2 Wellenschwingungsmessung;894
67.1.3;30.1.3 Phasenmessung;895
67.1.4;30.1.4 Hinweise zur praktischen Durchführung von Betriebsschwingungsmessungen;896
67.2;30.2 Kritische Drehzahlen;896
67.3;30.3 Kinetisches Verhalten der Gleitlager;899
67.4;30.4 Untersuchungen an der äußeren Lagerabstützung;900
67.5;30.5 Einfluss des Kupplungszustands;903
67.6;30.6 Leistungsabhängige Schwingungen;905
67.6.1;30.6.1 Getriebemaschinen;906
67.6.2;30.6.2 Lastabhängige Schwingungen an Generatoren;907
67.6.3;30.6.3 Mediumbedingte Schwingungen;908
67.7;30.7 Anstreifprobleme und thermische Unwuchten;909
67.8;30.8 Axialschwingungen;913
67.9;30.9 Instabilitätsschwingungen;914
67.10;30.10 Auswuchten;916
67.11;30.11 Ausblick;920
67.12;Literaturverzeichnis;922
68;31 Abnahmemessungen;923
69;Klaus Werner;923
69.1;31.1 Zielsetzung;923
69.2;31.2 Grundlagen, Normen;923
69.3;31.3 Vorbereitung;924
69.3.1;31.3.1 Gespräche, Prozeduren, Festlegungen;925
69.3.2;31.3.2 Messinstallation;925
69.3.3;31.3.3 Messgrößen;927
69.4;31.4 Durchführung;927
69.4.1;31.4.1 Koordination;927
69.4.2;31.4.2 Betriebszustand;929
69.4.3;31.4.3 Dauer;930
69.4.4;31.4.4 Schwankungen;930
69.5;31.5 Wesentliche Messgrößen;930
69.5.1;31.5.1 Leistung;930
69.5.2;31.5.2 Brennstoff;931
69.5.3;31.5.3 Abgastemperatur;932
69.6;31.6 Auswertung;932
69.6.1;31.6.1 Ansaugmassenstrom und Turbineneintrittstemperatur;932
69.6.2;31.6.2 Umrechnung;933
69.6.3;31.6.3 Ein-/Mehrwellenanordnung;935
69.6.4;31.6.4 Solo-/Kombibetrieb;935
69.6.5;31.6.5 Fehlerbetrachtung;935
69.6.6;31.6.6 Bericht;937
69.7;Literaturverzeichnis;946
70;32 Systematik der Erprobung;947
71;Olaf König und Christof Lechner;947
71.1;32.1 Einführung;947
71.1.1;32.1.1 Komponentenversuchsstand;948
71.1.2;32.1.2 Erprobung im Kraftwerk;951
71.1.3;32.1.3 Erprobung im Prüffeld;953
71.2;32.2 Strategie der Erprobung;957
71.3;Literaturverzeichnis;957
72;33 Versuchsmesstechnik;958
73;Stefan L.F. Frank und Frank Woditschka;958
73.1;33.1 Radialspaltmessungen;958
73.2;33.2 Temperaturmessungen;961
73.2.1;33.2.1 Thermoelemente;961
73.2.2;33.2.2 Thermofarben;963
73.2.3;33.2.3 Optische Pyrometrie;963
73.3;33.3 Verbrennungsmessungen;967
73.3.1;33.3.1 Rauchgasanalyse;967
73.3.2;33.3.2 Flammenbeobachtung;968
73.4;33.4 Schaufelschwingungsmessungen;969
73.4.1;33.4.1 Schaufelschwingungen;970
73.4.2;33.4.2 Stillstandsuntersuchungen;971
73.4.3;33.4.3 Betriebsmessungen;974
73.4.4;33.4.4 Berührende Messverfahren;974
73.4.5;33.4.5 Datenerfassung und Auswertung;981
73.4.6;33.4.6 Berührungslose Verfahren;984
73.5;Literaturverzeichnis;987
74;34 Stationäres Betriebsverhalten;989
75;Andreas Bauer und Stefan Rofka;989
75.1;34.1 Grundlagen;990
75.2;34.2 Abweichung vom Referenzzustand;991
75.3;34.3 Teillastverhalten;995
75.3.1;34.3.1 Verstellung von Verdichterleitreihen;996
75.3.2;34.3.2 Absenkung der Turbineneintrittstemperatur;998
75.3.3;34.3.3 Methoden zur Leistungssteigerung;999
75.4;34.4 Einfluss des Brennstoffes;1002
75.5;34.5 Spezielle Betriebsfälle;1005
75.5.1;34.5.1 Frequenzabweichung;1005
75.5.2;34.5.2 Verschmutzung und Vereisung der Verdichterbeschaufelung;1006
75.5.3;34.5.3 Alterung;1007
75.6;Literaturverzeichnis;1008
76;35 Automatisierungstechnik;1009
77;Olaf Drobner und Andreas Pahl;1009
77.1;35.1 Turbinen- und Generatorregelung;1010
77.1.1;35.1.1 Einfluss der Regelungen im Gasturbinenbetrieb;1010
77.1.2;35.1.2 Struktur der Regelungen;1014
77.1.3;35.1.3 Stellantriebe;1018
77.2;35.2 Steuerung des Gasturbosatzes und dessen Hilfssysteme;1019
77.2.1;35.2.1 Gliederung der Steuerungsfunktionen;1019
77.2.2;35.2.2 Zusammenwirken der Steuerungsfunktionen im Gasturbinenbetrieb;1021
77.3;35.3 Turbinenschutz;1025
77.3.1;35.3.1 Grundsätzliche Anforderungen an Schutzeinrichtungen;1026
77.3.2;35.3.2 Wichtige Schutzeinrichtungen für Gasturbinen;1029
77.3.3;35.3.3 Projektierung von Schutzeinrichtungen;1032
77.4;35.4 Einsatz und Projektierung moderner Leittechniksysteme für die Gasturbinenautomatisierung;1032
77.5;Literaturverzeichnis;1034
78;36 Ferndiagnose von Kraftwerks-Gasturbinenanlagen;1037
79;Hans-Gerd Brummel;1037
79.1;36.1 Einleitung;1037
79.2;36.2 Strategie der Ferndiagnose;1038
79.2.1;36.2.1 Mess- und Analysetechnik vor Ort;1042
79.2.2;36.2.2 Datenakquisition für die Ferndiagnose;1043
79.2.3;36.2.3 Datenfernübertragung;1044
79.2.4;36.2.4 Empfang der Daten beim Hersteller;1045
79.2.5;36.2.5 Datenanalyse;1045
79.2.6;36.2.6 Zentrale Speicherung der Daten und Diagnoseergebnisse;1056
79.2.7;36.2.7 Erstellung und Verteilung von Diagnoseberichten;1057
79.2.8;36.2.8 Automatisierter Diagnoseprozess;1057
79.2.9;36.2.9 Kommunikation mit dem Kunden bei Feststellung einer Anlagenstörung;1058
79.3;36.3 Maschinendiagnose durch innovative Messtechnik;1059
79.3.1;36.3.1 Anforderungen an ein Online-Laufschaufel-Überwachungssystem;1060
79.3.2;36.3.2 Technische Lösung und Entwicklungsspezifikation;1062
79.3.3;36.3.3 Infrarotbilder;1063
79.3.4;36.3.4 Stand der Entwicklung;1065
79.4;36.4 Zusammenfassung und Ausblick;1066
79.5;Literaturverzeichnis;1068
80;37 Betriebsdatenanalyse;1069
81;Ayhan Inceoglu und Christopher Steinwachs;1069
81.1;37.1 Einführung;1069
81.2;37.2 Datenbasis;1070
81.2.1;37.2.1 Ereignisse;1070
81.2.2;37.2.2 Befunde;1071
81.2.3;37.2.3 Gasturbinenlebenslauf;1075
81.3;37.3 Verfügbarkeitskennzahlen;1076
81.3.1;37.3.1 Allgemeines;1076
81.3.2;37.3.2 Definitionen der Formelgrößen;1076
81.3.3;37.3.3 Zuverlässigkeit V3/RF;1077
81.3.4;37.3.4 Verfügbarkeit V7/AF;1078
81.3.5;37.3.5 Zwangsausfallkennzahl V11/FOR;1079
81.3.6;37.3.6 Zeitausnutzung V17/SF;1079
81.3.7;37.3.7 Startzuverlässigkeit V18/SR;1079
81.4;37.4 Risikoabschätzung von Zuverlässigkeitsgarantiewerten;1080
81.4.1;37.4.1 Ausgangsbedingungen;1080
81.4.2;37.4.2 Generierung einer Lernkurve;1080
81.4.3;37.4.3 Berechnung der Eintrittswahrscheinlichkeiten von Zuverlässigkeitswerten (V3) auf Basis der Lernkurven;1081
81.5;37.5 Abhängigkeiten der Kennzahlen;1082
81.6;Literaturverzeichnis;1084
82;38 Wartung, Inspektionen und Ersatzteilkonzepte;1085
83;Gerhard Bohrenkämper;1085
83.1;38.1 Einleitung;1085
83.2;38.2 Wartungsmaßnahme Verdichterwäsche, Verdichterverschmutzung;1086
83.3;38.3 Heißteilverschleiß und Kriterien für die Bemessung der Inspektionsintervalle;1090
83.4;38.4 Instandhaltungsprogramm;1094
83.4.1;38.4.1 Instandhaltungsgerechte Gasturbinenkonstruktion;1094
83.4.2;38.4.2 Inspektionsumfang und Inspektionsintervall;1095
83.4.3;38.4.3 Heißteilinspektion und Revision;1096
83.4.4;38.4.4 Ersatzteile und reparierte Teile;1099
83.5;38.5 Instandhaltungsmanagement und langfristige Serviceverträge;1100
83.6;Literaturverzeichnis;1102
84;39 Modernisierungen im Gasturbinenservice;1104
85;Gerhard Bohrenkämper;1104
85.1;39.1 Ältere Gasturbinenanlagen im Wettbewerb;1104
85.2;39.2 Modernisierungsthemen;1105
85.2.1;39.2.1 Uprate-Optionen;1105
85.2.2;39.2.2 Reduktion von Schadstoffemissionen;1111
85.2.3;39.2.3 Erweiterung des Verbrennungs- und Brennstoffsystems;1113
85.2.4;39.2.4 Verbesserte Betriebsführung;1114
85.2.5;39.2.5 Optimierte und reduzierte Instandhaltung;1115
85.2.6;39.2.6 Kraftwerksrehabilitation mit Modernisierungen;1116
85.3;39.3 Lebensdauerbeurteilung von Bauteilen;1117
85.4;39.4 Zusammenfassung und Ausblick;1118
85.5;Literaturverzeichnis;1119
86;Sachverzeichnis;1121