Aerodynamik axialer Turbokompressoren by Franz Joos

Autor:Franz Joos
Die sprache: deu
Format: epub
ISBN: 9783658289379
Herausgeber: Springer Fachmedien Wiesbaden

Eine isotherme Verdichtung (Abb. 11.1) erfordert die geringste Verdichterarbeit dwt = v · dp. Sie lässt sich unter der Annahme des idealen Gases einfach berechnen als

(11.13)

Die isentrope Verdichterarbeit ergibt sich zu

(11.14)

die polytrope Verdichterarbeit entsprechend zu

(11.15)

Die zu leistende Verdichterarbeit hängt somit von der Größe des Exponenten n ab. Ist dieser kleiner als der Isentropenexponent κ, so ist die zu leistende Verdichterarbeit geringer als die isentrope. Dies ist bei der Verdichtung mit Wärmeentzug der Fall. Ist n hingegen höher als κ, was für die Nassverdichtung zutrifft, so ist auch mehr Verdichterarbeit aufzubringen. Entscheidend ist jedoch, ob die aufzubringende Verdichterarbeit geringer ist als diejenige unter trockenen Bedingungen. Liegt der Wasseranteil ausschließlich dampfförmig vor, so erhöht sich die Wärmekapazität. Gleichzeitig herrscht eine niedrigere Temperatur. Beides führt zu einer geringeren Verdichterarbeit im Vergleich zur trockenen, polytropen Verdichtung. Die Steigung im T, s-Diagramm ist entsprechend höher. Während des Verdunstungs- bzw. Verdampfungsvorganges hingegen muss ein der zugeführten Verdichterarbeit als Verdunstungswärme gewandelt werden. Entsprechend den obigen Gleichungen ist n deutlich größer als κ, die Steigung im T, s-Diagramm flacht ab. Somit hängt die Frage, ob der Wirkungsgrad, bzw. die aufzubringende Verdichterarbeit bei der Nassverdichtung zu- oder abnimmt, entscheidend davon ab, ab wann alles Wasser verdunstet ist. Ist dies relativ bald der Fall, steigt auch der Wirkungsgrad der Nassverdichtung an, da ja nnass kleiner als ntrocken ist. Verläuft die Verdunstung jedoch bis in die hinteren Stufen des Verdichters, muss während des gesamten Verdichtungsvorganges zugeführte Kompressionsarbeit zur Verdunstung aufgewendet werden. Der Exponent während der Verdunstung nVerdunstung ist deutlich höher als der Exponent eines Zweiphasengemisches nnass bzw. der trockenen Luft ntrocken und der Wirkungsgrad fällt entsprechend geringer aus.

Wird der Verdichter in einer Gasturbine eingesetzt, ist zu unterscheiden, ob durch die abgesenkte Verdichteraustrittstemperatur bei Wassereindüsung auch die Turbineneintrittstemperatur absinkt oder ob durch zusätzliche Brennstoffzugabe die Turbineneintrittstemperatur konstant gehalten wird. In diesem Fall wird der Durchsatz durch das kritisch betriebene Turbineneintrittsleitrad im Volumenstrom bestimmt, was zu leicht höheren Mach-Zahlen im Verdichter führt [6]. Zusätzlich ist zur Beurteilung des Durchsatzes zu berücksichtigen, ob bei dem untersuchten Betriebszustand der Durchsatz durch den Verdichterquerschnitt oder die Turbinenkapazität bestimmt wird.

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