Gasturbine, Unterschied von Nutzleistung und Abgegebener Leistung?

3 Antworten

Der "wärmetechnische Wirkungsgrad" ist wie folgt definiert :

Wirkungsgrad n= Eab/Ezu oder n= Eab/Ezu  * 100%

Ezu ist die zugeführte Energie (geht vorne rein)

Eab ist die abgeführte Energie (geht an die Schaufeln der Turbine)

oder als zugeführte Energie pro Zeiteinheit

n= Pab/Pzu oder n= Pab/Pzu * 100%

Wir fassen die gesamten Verluste an der Turbine zusammen zu n mech

dann gilt n(ges)= n * n (mech)

n (mech) berücksichtigt die mechanischen Verluste der Turbinen :

- Spaltverluste

- Lagerreibung

- Getriebeverluste

- Wärmeverluste der Turbinenummantelung

Die Nutzleistung ist dann die Leistung,die dann an der Turbinenwelle zur Verfügung steht ( nach Abzug aller Verluste).

Mit Ezu musst Du auch die Leistung einrechnen, die zur Verdichtung der Verbrennungsluft benötigt wird. Die wird meistens von der Arbeitsturbine geleistet und steht dem Generator nicht mehr zur Verfügung.

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@ulrich1919

Die Gasturbine gehört zu den "Wärmekraftmaschinen".Diese     Maschinen - Benzinmotor,Dampfturbine,Dampfmaschine usw. -wandel Wärmeenergie in "mechanische Arbeit" um.

Die "thermodynamische Auslegung" erfolgt über eine "Kreisprozeß",der dieser Maschine zu Grunde liegt.

Der günstigste Kreisprozeß ist der "Carnot  - Prozeß"

thermischer Wirkungsgrad des Carnot-Prozesses" ist

n=(T1 - T2)/T1 = 1 - T2/T1

T1 ist die Temperatur in Kelvin,bei der die Wärmeenergie zugeführt wird.

T2 ist die Umgebungstemperatur in Kelvin

0° Celsius = 173,15° Kelvin siehe Physik-Formelbuch,was man in jeden Buchladen privat bekommt.Carnot-Prozeß steht da auch drin.

Bei der wärmetechnischen Berechnung wird eine "Energiebilanz" aufgestellt,woraus sich der "wärmetechnische Wirkungsgrad" ergibt.

Man berechnet,wie viel Energie für die einzelnen Zustandsänderungen des Arbeitsmediums - hier bei der Gasturbine Luft - aufgewendet oder abgegeben wird.

Der "wärmetechnische Wirkungsgrad" gibt an,wie viel der zugeführten Energie "Ezu" überhaupt theoretisch bei den gegebenen Daten umgewandelt werden kann.

Zusätzlich kommen dann noch die Verluste der Wärmekraftmaschine hinzu.

- Schaufelverluste

- Spaltverluste

- Lagerreibung

- Getriebeverluste 

Wenn z.Bsp. eine Ölpumpe zur Schmierung der Lager angetrieben werden muss, dann zählt dies zu den Verlusten der Wärmekraftmaschine.

Die Verdichtung der Luft gehört zum Kreisprozeß !!

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Die abgegebene Leistung ist immer gleich der zugeführten Leistung entsprechend dem Energieerhaltungssatz. 

Wenn bei der Turbine 50% der abgegebenen Leistung als Nutzleistung wirksam wird, dann werden die anderen 50% der gesamten Leistung als nutzlose Wärme an die Umgebung abgegeben. Damit liegt der Wirkungsgrad der Turbine bei 50%. Das ist ein sehr günstiger Wert bei Wärmekraftmaschinen.

Mit den Einzelleistungen einzelner technischer Komponenten, wie hier oben Hamburger02 schreibt, hat das alles nichts zu tun.

Da bist du auf dem falschen Dampfer. Die Turbinenleistung gibt an, wieviel Leistung die Welle der Turbine abgibt. Dieses ist aber nicht die Nutzleistung, weil auf der Welle der Turbine auch der Verdichter sitzt und der braucht nun mal Leistung, um die Luft zu verdichten. Habe selber schon Gasturbinen thermodynamisch durchgerechnet und kenne mich da ziemlich gut aus.

Die Wärmverluste entstehen in der Brennkammer, also schon vor der Turbinenwelle und nicht hinterher.

Selbst Onkel wiki weiß das:
"Nach der gewünschten Nutzenergie unterscheidet man zwei Arten von Gasturbinen:

Wellenturbine: Bei ihr ist die an der Antriebswelle zur Verfügung
stehende Rotationsenergie maßgeblich. Einen Anteil dieser mechanischen Energie benötigt die Gasturbine selbst zum Antrieb von Verdichter und weiteren Aggregaten wie Kraftstoffpumpen etc. Der verbleibende Anteil wird als Nutzenergie verwendet zum Antrieb von Haupt- und Heckrotor bei Hubschraubern (siehe Hubschraubertriebwerk), Propellern von Turboprop-Flugzeugen sowie anderer mechanisch angetriebener Geräte wie Generatoren, Kompressoren oder Pumpen."
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@Hamburger02

Hallo Hamburger2

das ergibt leider wirklich keinen Sinn. Wenn von der Nutzleistung einer Maschine die Rede ist, dann ist grundsätzlich die Leistung gemeint, die von dieser Maschine als Ganzes an nachgeordnete Systeme (z.B. Elektrogenerator) abgegeben wird. Die rekursiven Leistungen samt Messungen an der Abgabewelle mögen für Spezialisten interessant sein, die haben aber nichts zu suchen bei der Angabe des Wirkungsgrades bzw. der Nutzleistung.

Wenn wir z.B. nach dem Wirkungsgrad bzw. der Nutzleistung eines Kolbenmotors fragen, dann interessiert uns nur die an der Abgabewelle des Motors an die Zugangswelle des Getriebes geleitete Leistung. Darin hat die von den Zylindern periodisch an die Kurbelwelle zurückgeleitete Kompressionsleistung so wenig zu suchen wie die permanente Leistung eines ggfs. vorgeschalteten Kompressors am Kolbenmotor oder an der Gasturbine, eines Turboladers am Kolbenmotor oder womöglich noch die Leistungen diverser „Nebenaggregate“.

Da solltest Du durchaus das Zitat aus Wiki beherzigen, das Du oben selbst angeführt hast (Fettdruck von mir):     

Selbst Onkel wiki weiß das:

„Einen Anteil dieser mechanischen Energie benötigt die
Gasturbine selbst zum Antrieb von Verdichter und weiteren Aggregaten wie Kraftstoffpumpen etc. Der verbleibende Anteil wird als Nutzenergie verwendet zum Antrieb von ……. sowie anderer mechanisch angetriebener Geräte wie Generatoren ….."

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@dompfeifer

Über den Begriff Nutzleistung sind wir uns ja einig, aber hier geht es um die Turbinenleistung, die du falsch interpretierst. Es macht nämlich durchaus Sinn, die erforderliche Turbinenleistung gesondert zu betrachten, weil sich daraus die gesamte Konstruktion und Auslegung der Laufräder mit den Turbinenschaufeln ergibt. Die müssen nämlich deutlich größer ausgelegt werden, als es der erforderlichen Nutzleistung entsprechen würde und zwar annähernd doppelt so groß, weil die Turbine sowohl die Nutzleistung als auch die Antriebsleistung für den Verdichter aufbringen muss.

Wenn du in der Betrachtung einer Gasturbine die Betrachtung der Einzelkomponenten keinen Sinn siehst, schließe ich daraus, dass du noch nie in deinem Leben eine Gasturbine berechnet, geschweige denn konstruiert hast. Ich musste das schon, da ich Turbinentechnik im Hauptfach studiert habe.

Und dein Vergleich mit dem Motor hinkt auch ziemlich. Da kann man ebenfalls die reine Wellenleistung (SAE-PS) angeben oder die Nutzleistung des Motors incl. Nebenaggregaten, wie es hierzulande (DIN-PS) üblich ist. Da ist die Nutzleistung ebenfalls die Wellenleistung abzüglich der Antriebsleistung der Nebenaggregate.


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Man kann nicht sagen @Dompfeifer hat keine Ahnung. Er hat nur eine halbe Ahnung, und das ist manchmal noch schlimmer . Es gibt keine Gasturbine mit 50% thermischer Wirkungsgrad. Der Wirkungsgrad beträgt höchstens ca. 30% und ist das Verhältnis der Nutzleistung zur Verbrennungsleistung des eingesetzten Brennstoffes. Das hat mit der ursprünglichen Frage nichts zu tun, weil es in beiden Fällen (Abgegebener Turbinenleistung und Nutzleistung) um abgegebene  mechanische Leistungen handelt. Die erste ist die mechanische Leistung an der Turbinenwelle, die zweite das, was für den Generator oder die Arbeitsmaschine übrig bleibt. Der Unterschied zwischen beiden geht über den Verdichter (Kompressor) wieder zurück in den Kreislauf und hat nur wenig Einfluß auf den thermischen Gesamtwirkungsgrad (etwas schon, weil die Kühlung des Verdichters etwas Wärme entzieht.)

Der von @Dompfeifer gemeinte Wirkungsgrad beträgt also
Nutzleistung / Verbrennungsleistung

Ich hoffe, dass der Sachverhalt für den ursprünglichen Fragesteller @W8ne3 trotz diesem Wortstreit etwas klarer geworden ist!

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@ulrich1919

Hallo Hamburger2,

wer zieht denn hier in Zweifel, dass es durchaus Sinn macht, die Leistungen aller möglichen technischen Komponenten „gesondert zu betrachten“? Das tangiert zwar nicht die Fragestellung. Aber ich habe auch schon vorab völlig ungefragt ausdrücklich die Wichtigkeit solcher Untersuchungen betont:

„Die rekursiven Leistungen samt Messungen an der
Abgabewelle mögen für Spezialisten interessant sein, die haben aber nichts zu suchen bei der Angabe des Wirkungsgrades bzw. der Nutzleistung.“

Hast Du dagegen inhaltlich etwas einzuwenden? Wenn ja
was?

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Hallo ulrich1919,

auch zur Realitätsnähe des 50%-igen Wirkungsgrades war hier bei
der Aufgabenstellung nicht gefragt. Trotzdem gab ich auch hier schon ganz ungefragt einen etwas verwunderten Hinweis darauf:

„Das ist ein sehr günstiger Wert bei Wärmekraftmaschinen.“

Hast Du dagegen inhaltlich etwas einzuwenden? Wenn ja was? Und nun rennst Du auch noch offene Türen ein mit dem Hinweis:

„Es gibt keine Gasturbine mit 50% thermischer Wirkungsgrad“

Eine Gasturbine mit 50% thermischem Wirkungsgrad setzt eine praktisch unrealistische Temperaturdifferenz voraus. Aber der thermische Wirkungsgrad bezieht sich auf das Verhältnis der gewonnenen mechanischen Leistung zum zugeführten Wärmestrom in einer Wärmekraftmaschine. Bei modernen Verbundkraftwerken wird aber der größte Teil der Abwärme als Nutzwärme in Fernwärmenetze eingespeist. Da ist für den Gesamtwirkungsgrad das Verhältnis von nutzloser (Rest-)Abwärme zur Verbrennungswärme anzusetzen. Da kommen einige Maschinen durchaus auf 90% Wirkungsgrad. Aber nach all den Dingen hat hier W8ne3 gar nicht gefragt. 

Soweit meine „halbe Ahnung“ als "Universaldilettant" zur obigen Fragestellung. Was heißt da

„Er hat nur eine halbe Ahnung, und das ist manchmal noch
schlimmer.“
?

Was ist denn nun an meiner Antwort inhaltlich so „schlimm“?

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All dessen ungeachtet wünsche ich Euch frohe Feiertage!

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...und die andere Hälfte wird zum Betrieb des Verdichters und von Nebenaggregaten verwendet.

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Habe Thermodynamik im Hauptfach studiert.

Bitte lese ,,Antrieb" anstatt ,,Betrieb".

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Das ist falsch! Die Nutzleistung (zugeführte Leistung mal Wirkungsgrad) hat nichts zu tun mit den Leistungen einzelner technischer Komponenten! Siehe meine Antwort oben!

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