Dampfturbine - Aufbau und Funktionsweise

Funktionsweise einer Dampfturbine

Das Grundprinzip einer Dampfturbine beruht darauf, dass die thermische Energie heißen Wasserdampfes in kinetische Energie, speziell Rotationsenergie einer Turbinenwelle umgewandelt wird.

• Diese Turbinen kommen häufig in Kraftwerken zur Stromerzeugung zum Einsatz, wobei sie dem Antrieb von Generatoren dienen. Dampfturbinen nutzt man aber auch in der Industrie und in Schiffen als Antrieb.
• Zu einer einfachen Dampfturbine gehört mindestens eine Turbinenwelle mit einem Laufrad, das durch das Auftreffen eines Wasserdampfstrahls angetrieben wird. Das ist aber nur der grundlegende Aufbau, die meisten Turbinen sind komplexer.
• Durch das Erhitzen von Wasser in einem Kessel bildet sich Wasserdampf und durch die Ausdehnung des Dampfes entsteht Druck. Der Dampf entweicht durch eine Düse und bildet somit einen gerichteten Strahl. Der Druck des Strahls nimmt ab und die thermische Energie wandelt sich in kinetische Energie um, speziell in Strömungsenergie. Da der Dampfstrahl auf das Laufrad der Turbine gerichtet ist, treibt er die Dampfturbine an, wodurch sich die Strömungsenergie des Dampfes in Rotationsenergie der Turbinenwelle umwandelt.

Aufbau und verschiedene Typen

• Obwohl die ältesten leistungsstarken Dampfturbinen, die Laval-Turbinen, nur durch ein Rad angetrieben wurden, entwickelte man im Laufe der Zeit für eine bestmögliche Nutzung des Dampfes weitere Modelle, die in der Regel mehrere bewegliche Laufräder und zusätzlich feststehende Leiträder aufweisen. Die Leiträder lenken die Dampfströmung. Es gibt verschiedene Arten von Dampfturbinen, die sich unter anderem durch die Anordnung und den Aufbau der Turbinenräder und Düsen und die an den Rädern befindlichen Schaufeln unterscheiden. Die Schaufeln dienen dem Antrieb der Turbine und der Lenkung des Dampfes.
• Nach der Art der Druckumwandlung unterscheidet man Gleichdruckturbinen, auch Aktionsturbinen genannt, und Überdruckturbinen, die man auch als Reaktionsturbinen kennt. Bei einer Überdruckturbine ist der Druck des Dampfstrahls vor jedem Laufrad höher als dahinter. Bei einer Gleichdruckturbine ist dieser Druck vor und hinter einem Laufrad weitestgehend gleich. Zu den Gleichdruckturbinen gehören neben der Laval-Turbine auch die Zoelly-Rateau-Turbine und die Curtis-Turbine. Während bei der Zoelly-Rateau-Turbine mehrere Druckstufen existieren, wirkt auf die Laufräder der Curtis-Turbine der jeweils gleiche Druck.
• Nach der Richtung des Dampfes kann man Axialturbinen und Radialturbinen unterscheiden. Während bei der Radialturbine der Dampf von innen nach außen strömt, fließt er bei der Axialturbine entlang der Turbinenwelle. Da sich im letzteren Fall die Geschwindigkeit des Dampfes verringert, nimmt das Dampfvolumen entlang der Strömungsrichtung zu und die Laufräder sowie die Schaufeln werden mit jeder Stufe größer.
• Je nachdem, ob der Dampf direkt für die Turbine erzeugt wird oder bei anderen Prozessen entsteht, unterscheidet man Frischdampf- und Abdampfturbinen. Es kann auch mehrere Dampfquellen mit unterschiedlichem Druck geben. Dann handelt es sich um eine Mehrdruckturbine.
• Dampfturbinen in Kraftwerken sind in der Regel Kondensationsturbinen. Das bedeutet, der Dampf kühlt in einem Kondensator ab, wodurch sich die Temperatur und der Druck schneller verringern und der Dampf letztendlich mehr Bewegungsenergie liefert. Allerdings wird die Kondensationswärme nicht weiter genutzt, wie es beispielsweise bei Gegendruck-, Anzapf- oder Entnahmeturbinen möglich ist.