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Gleichdruckturbine

(Weitergeleitet von Impulsturbine)
Schema einer Gleichdruckturbine (Pelton-Turbine) mit Darstellung des Druck- und Geschwindigkeitsverlaufs. Im Bereich des Laufrads (rot hinterlegt) wird die Geschwindigkeit des Fluides abgebaut, der Druck bleibt hingegen konstant.

Unter einer Gleichdruckturbine, auch Aktionsturbine oder Impulsturbine genannt, versteht man eine Turbine, bei der das Arbeitsmedium vor und nach dem Laufrad den gleichen (statischen) Druck, also die gleiche Enthalpie hat. Die verwendbare Arbeit für das Laufrad kommt also ausschließlich aus der Umwandlung der Bewegungsenergie (dynamischer Druck) des Arbeitsmediums gemäß der Bernoullischen Energiegleichung. Eine Gleichdruckturbine hat einen Reaktionsgrad von Null. Beispiele für Gleichdruckturbinen sind die Pelton-Turbine, Curtis-Turbine, Laval-Turbine und die Durchströmturbine (die auch als Bánki-oder Ossberger-Turbine bekannt ist). Gleichdruckturbinen werden überwiegend in Kammerbauweise gebaut, da die Querschnittsflächen für Leckströme kleiner sind im Vergleich zur Trommelbauweise. Die Kammerbauweise wird auch auf Grund der sehr geringen Axialkräfte möglich, denn hohe Axialkräfte sind typisch für Überdruckturbinen.

Das Gegenstück zur Gleichdruckturbine ist die Überdruckturbine, auch Reaktionsturbine genannt (Reaktionsgrad > 0). Eine Unterdruckturbine (Reaktionsgrad < 0) ist zwar theoretisch denkbar, praktisch aber nicht sinnvoll und daher nicht realisiert.

Eigenschaften der Gleichdruckturbine:

  • minimale Stufenanzahl (die Gleichdruckturbine kann in einer Stufe die zweifache Umfangsgeschwindigkeit abbauen)
  • Abdichtung zwischen Laufschaufel und Gehäuse nicht so wichtig (keine Druckdifferenz vor und nach der Laufschaufel)
  • Teil- und Mehrfachbeaufschlagung ist möglich, da sich das Arbeitsmedium nach Verlassen der Leitschaufel nicht ausdehnt (Dichte konstant)
  • Bei gleicher Leistungsabgabe dreht eine Gleichdruckstufe 0,707-mal (1/√2) langsamer als eine Überdruckstufe mit einem Reaktionsgrad von 0,5, vorausgesetzt Massenstrom und Turbinendurchmesser sind gleich.
  • Bei gleicher Drehzahl gibt eine Gleichdruckstufe doppelt so viel Leistung ab wie eine Überdruckstufe mit einem Reaktionsgrad von 0,5, vorausgesetzt Massenstrom und Turbinendurchmesser sind gleich.
  • Eine Turbine mit Gleichdruckbeschaufelung hat im Vergleich zu anderen Turbinen das größte Losreißmoment und ist deswegen in der Technik insbesondere dort interessant, wo bei kleinen Drehzahlen hohe Anfahrmomente erforderlich sind. So werden Gleichdruckstufen etwa in Air-Startern von Strahltriebwerken verwendet.

QuellenBearbeiten

  • Willy J G Braunling: Flugzeugtriebwerke, Springer Verlag. Gleichdruckturbine Seite 653 (3. Aufl. 2009) Online