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  Gasturbine




Aufgabe

Die Gasturbine bietet eine Lösung für Probleme, die beim Hubkolbenmotor durch das wiederholte Zünden von Luft-Kraftstoff-Gemisch entstehen. Man spricht hier von einem Motor mit innerer, kontinuierlicher Verbrennung. Als weiterer Unterschied finden Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen in verschiedenen Räumen nacheinander statt. Die Parallelen zum Strahltriebwerk sind unverkennbar. Vorteile sind die leichter zu beherrschende Abgaszusammensetzung und das in der Regel geringere Leistungsgewicht, nachteilig die hohe Drehzahl, das auch damit verbundene ungünstige Regelverhalten, der schlechte Wirkungsgrad und die lauten, als unangenehm empfundenen Geräusche. Wieder in die Diskussion kam die Gasturbine bei der Suche nach besserem Abgasverhalten und alternativen Kraftstoffen. Hier ist sie nahezu unschlagbar, weil sie mit nahezu jedem Treibstoff auskommt und wie der Dieselmotor durch hohen Luftanteil glänzt.
Der hohe Kraftstoffverbrauch ergibt natürlich auch viel CO2, ist aber evtl. durch die Entwicklung von besseren Regeneratoren in den Griff zu kriegen. Ebenso das ungünstige Regelverhalten. Denn in Verbund mit anderen Motorarten (Hybrid) könnte die Gasturbine im Kfz-Bereich evtl. einen Platz erobern.

Funktion

Je nach Leistung wird dauernd schallgedämpfte und gefilterte Luft (Bild: Mitte unten links) angesaugt. Diese durchläuft einen Radialverdichter (links) und erreicht auf mehrere Bar komprimiert die Brennkammer, in die kontinuierlich Kraftstoff eingespritzt wird. Die Oktanzahl des Kraftstoffes spielt dabei ebenso wenig eine Rolle wie die Tatsache, ob er gasförmig oder flüssig ist. Wichtig ist der letzte Teil des ganzen Kreisprozesses, wenn die expandierte Abluft das Gehäuse durch die Schaufeln der Arbeitsturbine (rechts) verlässt. Diese wird auf eine Drehzahl von mehreren 10.000 1/min gebracht, die für den Gebrauch im Kraftfahrzeug durch Reduktions- und Schaltgetriebe bzw. Achsantrieb auf Raddrehzahl gebracht werden muss.
Man kann sich leicht vorstellen, dass alle austretende Wärmeenergie für den Gesamtprozess einen Verlust bedeutet. Deshalb gibt es eine Fülle von Maßnahmen, diese Wärme vor Eintritt in die Arbeitsturbine an das Frischgas abzugeben. Eine davon ist ein zwischen Ein- und Austritt aus der Brennkammer rotierender Regenerator. Das ist ein großer, runder Wärmetauscher auf einer senkrechten Welle, die von der Turbine über einen Kegelradantrieb zusätzlich angetrieben wird.
Ein weiteres Problem stellt die geringe Drehzahl der Verdichterturbine beim Anfahren dar. Deshalb gibt es neben einer einzigen Welle für Verdichter- und Arbeitsturbine auch mehrere, ineinander laufende, bei denen auch beide Turbinenwellen voneinander getrennt werden können. Dadurch kann in bestimmten Betriebszuständen der Verdichter schneller als der Arbeitsteil laufen. Auch kann die angesaugte Luft im Verdichter durch immer höher drehende Leitschaufeln beschleunigt werden und ihre Energie in der Arbeitsturbine an immer langsamer laufende abgeben. Man spricht von einer 'Zwei'- und 'Dreiwellen'-Gasturbine. Zusätzlich sind verstellbare Leitschaufeln denkbar. 06/08


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