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E-Book

Stationäre Gasturbinen

AutorChristof Lechner, Jörg Seume
VerlagSpringer-Verlag
Erscheinungsjahr2010
Seitenanzahl1100 Seiten
ISBN9783540927884
FormatPDF
KopierschutzWasserzeichen
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis187,92 EUR

Das Handbuch bietet das aktuelle Wissen über stätionäre Gasturbinen in Industrie und Forschung. In fast vierzig Kapiteln werden die Grundlagen aufbereitet und der derzeitige technische Stand beschrieben. Die Herausgeber - beide blicken auf eine langjährige Industrieerfahrung zurück - haben viele namhafte Autoren gewonnen, die Fragen der Qualität, des Betriebs und der Wartung von Gasturbinen aus der täglichen Praxis kennen. Neu in der 2. Auflage sind Kapitel über Aeroderivate sowie über Ferndiagnosen.



Professor Dr.-Ing. Christof Lechner, Jahrgang 1962, studierte Maschinenbau/Turbomaschinen an der TU München und der RWTH Aachen und promovierte auf dem Gebiet der Triebwerkssimulation an der Universität Hannover. Ab 1996 war er in der Prototyperprobung stationärer Gasturbinen tätig. Seit 2005 ist er Professor für die Lehrgebiete Strömungsmechanik, Thermodynamik und Technische Mechanik an der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg.

Professor Dr-Ing. Jörg Seume, Jahrgang 1958, erhielt seinen MS an der University of Wisconsin, Madison, und promovierte1988 an der University of Minnesota, Minneapolis/USA. Nach zwei Jahren industrieller Tätigkeit in den USA und neun Jahren in der Erprobung und Entwicklung stationärer Gasturbinen in Mülheim und Berlin wurde er 2000 auf die Professur für thermische Turbomaschinen und Strömungsmechanik an der Leibniz Universität Hannover berufen. Dort lehrt und forscht er auf den Gebieten der Aerodynamik, Aeroelastik und Aeroakustik thermischer Turbomaschinen und der Strömungsmechanik.

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Inhaltsverzeichnis
Autoren22
Nomenklatur28
1 Gasturbinentypen – eine Übersicht41
Alexander Wiedermann41
1.1 Betriebsarten und Gasturbinentypen42
1.2 Zur Entwicklung der Gasturbine46
Literaturverzeichnis50
2 Thermodynamische Grundlagen51
Jost Braun51
2.1 Definitionen der verwendeten Größen52
2.1.1 Ideales Gasverhalten52
2.1.2 Unveränderte Stoffeigenschaften im Kreisprozess52
2.1.3 Mittlere Wärmekapazität über Zustandsänderungen53
2.1.4 Thermischer Wirkungsgrad und Prozesswirkungsgrade54
2.1.5 Verdichter- und Turbinenwirkungsgrade55
2.1.6 Mischtemperatur und Mischwirkungsgrade57
2.2 Ideale Vergleichsprozesse59
2.2.1 Carnot-Prozess59
2.2.2 Umsetzung des Carnot-Prozesses mit Gasen60
2.2.3 Offener Joule- (oder Brayton-)Prozess61
2.2.4 Ericsson-Prozess62
2.3 Reale Gasturbinenprozesse63
2.3.1 Einfluss der Hauptverluste auf den Joule-Prozess64
2.3.2 Einfluss von Druckverhältnis und Prozesstemperaturen67
2.3.3 Spezifische Arbeit, Wirkungsgrad und Abgastemperatur69
2.3.4 Prozessbestimmende Komponenten70
2.4 Varianten des offenen Joule-Prozesses zur Prozessverbesserung75
2.4.1 Einfluss einer Zwischenerhitzung (Reheat)75
2.4.2 Einfluss einer Zwischenkühlung79
2.4.3 Einfluss eines Rekuperators80
2.4.4 Leistungsorientierte Prozessverbesserungen81
2.4.5 Beispiele stationärer Gasturbinen82
Literaturverzeichnis87
3 GT-Kraftwerke88
Lothar Balling88
3.1 Historische Entwicklung88
3.2 Frühe Anwendungen89
3.3 Wandel der Kundenstruktur und Marktanforderungen91
3.4 Betriebs- und Wartungskosten94
3.5 GT-Kraftwerke für die Stromerzeugung heute95
3.5.1 Gasturbinen-Kraftwerke (simple cycle)95
3.5.2 Phasenschieberbetrieb97
3.5.3 Anlagen zur Wärme-Kraft-Kopplung97
3.5.4 Gasturbinen für Verbund-/Kombikraftwerke und Repowering97
3.5.5 GuD-Anlagen mit integrierter Vergasung98
3.5.6 Luftspeicher-Kraftwerke („Compressed Air Storage System“ = CAS)99
3.6 Aufbau des GT-Kraftwerkes100
3.6.1 Gasturbine100
3.6.2 Gasturbinen-Hilfssysteme101
3.6.3 Generator, Hochspannungssystem104
3.6.4 Ansaugsystem105
3.6.5 Kupplung107
3.6.6 Abgassystem107
3.6.7 Elektrotechnik107
3.6.8 Leittechnik108
3.6.9 Bautechnik110
3.6.10 Außen- und Nebenanlagen111
3.7 GuD-Kraftwerke111
3.8 Kraftwerkstypen, Konzepte117
3.8.1 Mehrwellenanlagen117
3.8.2 Einwellenanlagen120
3.8.3 Standardisierung und Modularisierung122
3.8.4 Basiskraftwerk mit Optionen124
3.8.5 Reduzierte Abwicklungszeiten125
3.8.6 Konzept einer modernen Testanlage126
3.9 Hauptkomponenten der GuD-Anlagen127
3.9.1 Wasser-Dampf-Kreislauf128
3.9.2 Abhitzedampferzeuger131
3.10 Betrieb der GuD-Anlage131
Literaturverzeichnis136
4 Aeroderivate139
Alexander Wiedermann139
4.1 Prinzipieller Aufbau139
4.2 Bevorzugte Einsatzgebiete von Aeroderivaten und Industriegasturbinen in Schwerbauweise142
Literaturverzeichnis146
5 Kraftwerkskomponenten147
5.1 Wellenkupplung147
Frank Rossig-Kruska147
5.1.1 Allgemeines147
5.1.2 Nichtschaltbare Wellenkupplungen148
5.1.3 Schaltbare Wellenkupplungen150
5.2 Getriebe154
Thomas Deeg154
5.2.1 Einführung154
5.2.2 Verzahnung154
5.2.3 Lager161
5.2.4 Getriebekonzepte162
5.2.5 Werkstoffe und Wärmebehandlung165
5.2.6 Herstellung von Rotoren und Verzahnungen167
5.2.7 Schmierung und Getriebeverluste168
5.2.8 Betriebsbedingungen und Überwachung170
5.3 Abgasstrecke und Abhitzedampferzeuger in GuD-Anlagen173
Hans-Gerd Brummel173
5.3.1 Zusammenstellung der abgasführenden Komponenten, Funktionsbeschreibung, Bauformen und Varianten, Stand der Technik173
5.3.2 Abhitzedampferzeuger190
5.3.3 Abhitzedampferzeuger mit Sondereinbauten226
5.3.4 Verhalten der Abgasstrecken/Abhitzedampferzeugerbeim Anfahren eines GUD-Blocks mit Abgas-Bypasskaminen232
5.3.5 Zusammenfassung und Ausblick (Status 2003)236
5.3.6 Neue Entwicklungstendenzen bei der Abgasstrecke und bei Abhitzedampferzeugern (Status 2010)237
5.4 Dampfturbine245
Andreas Feldmüller245
5.4.1 Einleitung245
5.4.2 Dampfturbinen für Dampfkraftwerke246
5.4.3 Anforderungen an Dampfturbinen für Kombiprozessemit Gasturbinen246
5.4.4 Bauformen der Dampfturbinen für GuD-Kraftwerke249
5.4.5 Beschaufelung253
5.4.6 Konstruktive Aspekte von Dampfturbinen für GuD-Prozesse256
5.5 Wärmeabfuhrsystem262
Georg Haberberger und Dieter Blanck262
5.5.1 Komponenten des Kalten Endes262
5.5.2 Einfluss des Kalten Endes auf den Wirkungsgrad263
5.5.3 Kühlverfahren263
5.5.4 Auswahl des Kühlverfahrens279
5.5.5 Niederdruckteilturbine280
5.5.6 Oberflächenkondensator282
5.5.7 Abwärmenutzung286
5.6 Turbogenerator288
Joachim Böer und Klaus Sedlazeck288
5.6.1 Allgemeines288
5.6.2 Generatorbauarten im mittleren Leistungsbereich297
5.6.3 Generatorerregung, Anfahrmotor- und Phasenschieberbetrieb305
5.6.4 Anforderungen an Generatoren und Prüfungen309
5.6.5 Ausblick314
Literaturverzeichnis317
6 Grundlagen der Strömungsmaschinen322
Günther Dibelius322
6.1 Energieumwandlung322
6.1.1 Umwandlungsprinzip322
6.1.2 Auswirkung der Energieumwandlung auf die Strömungsgrößen324
6.1.3 Auswirkung der Energieumwandlung auf die thermodynamischen Größen325
6.1.4 Wirkungsgrade329
6.2 Schaufelgitter331
6.2.1 Lauf- und Leitgitter331
6.2.2 Verzögerungs- und Beschleunigungsgitter332
6.2.3 Verluste in Schaufelgittern333
6.2.4 Gitterauslegung334
6.2.5 Gitterkenngrößen335
6.3 Stufe339
6.3.1 Kombination von Schaufelgittern zu Stufen339
6.3.2 Stufenkenngrößen341
6.3.3 Stufencharakteristiken, Betriebsverhalten von Stufen343
6.4 Maschine344
6.4.1 Beschaufelung345
6.4.2 Schaufellose Strömungsführungen345
6.4.3 Maschinenkenngrößen346
6.4.4 Maschinencharakteristiken, Betriebsverhalten346
6.4.5 Leistungsregelung von Gasturbinen347
Literaturverzeichnis348
7 Verdichter349
Reinhard Mönig und Ulrich Waltke349
7.1 Anforderungen an Gasturbinenverdichter349
7.2 Grundlagen352
7.3 Verdichterbetrieb357
7.4 Leistungsbetrieb361
7.5 Transsonische Verdichterstufen364
7.6 Subsonische Verdichterstufen371
7.7 Konzeption von Gasturbinenverdichtern378
7.8 Auslegung und Betriebsverhalten von Gasturbinenverdichtern388
7.9 Betrieb von Gasturbinenverdichtern393
7.9.1 An- und Abfahren von vielstufigen Axialverdichtern393
7.9.2 Massenstromregelung durch Leitschaufelverstellung396
7.9.3 Drehzahlbereich und Umgebungsbedingungen396
7.9.4 Kritische Betriebszustände399
7.9.5 Experimentelle Erprobung400
7.9.6 Praxisprobleme und Maßnahmen401
Literaturverzeichnis405
8 Axialturbinen406
Herbert F. J. Bals und Konrad Vogeler406
8.1 Grundsätzliches406
8.2 Auslegungsverfahren411
8.3 Wahl des Reaktionsgrades413
8.4 Festlegung des Meridiankanals415
8.5 Festlegung der Profilsehnenlänge419
8.6 Profilierung der Schaufeln421
8.7 Einfluss der Radialspalte423
8.8 Dreidimensionale Nachrechnung423
8.9 Lebensdauerbetrachtungen425
8.10 Betriebsgrenzen426
8.11 Betriebsverhalten428
Literaturverzeichnis430
9 Grundlagen der Verbrennung in stationären Gasturbinen431
Thomas Sattelmayer431
9.1 Aufgaben der Brennkammer431
9.2 Energie- und Stoffumwandlung in der Brennkammer433
9.3 Flammentypen438
9.3.1 Einfluss des Brennstoffs438
9.3.2 Hauptcharakteristika440
9.4 Flammenstabilisierung442
9.5 Ablauf der Reaktion444
9.6 NO-Bildung450
9.6.1 Kinetik450
9.6.2 Diffusionsflamme451
9.6.3 Vormischverfahren452
9.6.4 Fett-Mager-Verbrennung459
9.7 Rußemission460
9.8 Teillastverhalten, Stufungskonzepte und Pilotierung462
9.9 Flammendynamik466
9.9.1 Pulsationen und Stabilisierungsmaßnahmen466
9.9.2 Flammenrückschlag im Vormischbrenner472
9.9.3 Selbstzündung475
9.10 Aufbereitung flüssiger Brennstoffe480
9.11 Zerstäubung480
9.11.1 Tropfenverdampfung und -dispersion482
Literaturverzeichnis485
10 Technische Verbrennungssysteme487
Werner Krebs, Jaan Hellat und Adnan Eroglu487
10.1 Anforderungen an technische Verbrennungssysteme487
10.2 Brenner und Brennstoffzugabe490
10.2.1 Hybridbrenner493
10.2.2 EV-Brenner495
10.2.3 SEV-Brenner498
10.2.4 Zugabe von flüssigem Brennstoff500
10.3 Brennkammerbauarten505
10.3.1 Entwicklungshistorie505
10.3.2 Silobrennkammern506
10.3.3 Ringbrennkammern508
10.3.4 Rohrbrennkammern513
10.3.5 Brennkammerwand-Konstruktionsprinzipien und Wandkühlung517
10.4 Thermoakustisch induzierte Brennkammerschwingungen518
Literaturverzeichnis523
11 Brennstoff, Brennstoffsystem und Fahrkonzept525
Eberhard Deuker, Jaan Hellat und Wolfgang Kroll525
11.1 Aufgabe des Brennstoffsystems525
11.2 Brennstoffanforderungen525
11.2.1 Anforderungen an den Brennstoff Erdgas526
11.2.2 Anforderungen an den Flüssigbrennstoff Dieselöl529
11.3 Komponenten des Brennstoffsystems531
11.3.1 Ventile531
11.3.2 Rohrleitungen533
11.3.3 Filter533
11.3.4 Druckreduzierstation bzw. Gasverdichter (Erdgas)534
11.3.5 Pumpen (Heizöl)535
11.4 Brennstoffsystem für Erdgas536
11.5 Brennstoffsystem für Heizöl538
11.5.1 Systembeschreibung538
11.5.2 Zusatzeinrichtungen für die Heizölbrenner542
11.6 Fahrweisen543
11.6.1 Erdgas- und Heizölbetrieb543
11.6.2 Brennstoffwechsel549
11.6.3 Lastabwurf551
Literaturverzeichnis552
12 Vergasung fester und flüssiger Brennstoffe554
Andreas Heilos, Michael Huth, Jürgen Karg und Jaan Hellat554
12.1 Konzepte für Vergasungskraftwerke554
12.2 Übersicht über bestehende Anlagen559
12.3 Brennstoff und Brennstoffsystem559
12.3.1 Brennstoffcharakterisierung559
12.3.2 Brennstoffsystem564
12.4 Brenner564
12.4.1 Konzepte für Syngas-Verbrennung564
12.4.2 Überblick über Brennerkonzepte verschiedener Hersteller566
Literaturverzeichnis569
13 Besonderheiten des Betriebs mit Schweröl, Naphtha und Kondensaten571
Roger Waldinger und Jaan Hellat571
13.1 Anwendungsbereiche von flüssigen Sonderbrennstoffen571
13.1.1 Charakteristische Brennstoffeigenschaften und Bestandteile von flüssigen Sonderbrennstoffen572
13.1.2 Stoffdaten ausgewählter flüssiger Sonderbrennstoffe573
13.2 Schweröl573
13.2.1 Herkunft und Einsatzbereich von Schweröl573
13.2.2 Gasturbinen für den Schweröleinsatz575
13.2.3 Schwerölaufbereitung575
13.2.4 Vermeidung von Hochtemperaturkorrosion576
13.2.5 Emissionen576
13.3 Naphtha und Kondensate577
13.3.1 Eigenschaften von Naphtha und Kondensaten577
13.3.2 Stoffeigenschaften von Naphtha, Kondensaten und Heizöl577
13.3.3 Sicherheitskonzept für Naphtha und Kondensat-Betrieb578
Literaturverzeichnis579
14 Konstruktion, Berechnung und Fertigung von Verdichterschaufeln580
Ulf D. Köller und Bernd van den Toorn580
14.1 Konstruktive Ausführung580
14.1.1 Laufschaufeln581
14.1.2 Leitschaufeln585
14.1.3 Verstellbare Leitschaufeln586
14.1.4 Werkstoffauswahl587
14.2 Berechnung588
14.2.1 Statische Festigkeit588
14.2.2 Dynamische Festigkeit591
14.3 Fertigung594
14.3.1 Fertigungsarten594
14.4 Experimentelle Absicherung595
Literaturverzeichnis596
15 Turbinenbeschaufelung597
Herbert F. J. Bals und Hans-Thomas Bolms597
15.1 Allgemeine Betrachtungen597
15.2 Leitschaufeln597
15.2.1 Konstruktive Merkmale598
15.2.2 Leitschaufelblatt599
15.2.3 Fußteil601
15.2.4 Kopfteil602
15.2.5 Schnittstellen602
15.3 Laufschaufeln604
15.3.1 Konstruktive Merkmale604
15.3.2 Laufschaufelblatt605
15.3.3 Fußbereich606
15.3.4 Anstreifkante609
15.3.5 Deckband609
15.3.6 Andere Dämpfungselemente610
15.4 Gehäusesegmente610
15.4.1 Konstruktive Merkmale610
15.5 Schädigungsarten611
15.5.1 Kriechschädigung612
15.5.2 Thermische Ermüdung und zyklische Beanspruchung612
15.5.3 Schädigung durch dynamische Beanspruchung613
15.5.4 Schädigung durch Oxidation, Heißgaskorrosion613
15.5.5 Schädigung durch Fremdteile614
15.6 Lebensdauervorhersage614
15.6.1 Statische Beanspruchung aus den Gaskräften615
15.6.2 Statische Beanspruchung aus den Fliehkräften616
15.6.3 Beanspruchung durch thermische Belastung616
15.6.4 Dauerfestigkeit617
15.6.5 Dynamische Beanspruchung aus Gaskräften618
15.7 Werkstoffauswahl619
15.8 Fertigung620
15.8.1 Guss620
15.8.2 Konventionelle Bearbeitung621
15.8.3 Unkonventionelle Bearbeitung621
15.8.4 Beschichtung622
15.8.5 Weitere Fertigungsschritte623
15.9 Reparatur623
16 Sekundärluftsystem624
Arnd W. Reichert624
16.1 Grundlagen624
16.1.1 Abgrenzungen und Definitionen625
16.1.2 Einfluss des Sekundärluftsystems auf die Eckdaten des Kreisprozesses626
16.1.3 Für das Sekundärluftsystem relevante Zustandsänderungen in Verdichter und Turbine627
16.1.4 Strömungsphänomene in Radseitenräumen Heißgaseinzug628
16.1.5 Strömungsphänomene in rotierenden Kavitäten631
16.2 Auslegung des Sekundärluftsystems632
16.2.1 Anforderungen an die Kühlluftversorgung von Turbinenschaufeln632
16.2.2 Anforderungen an das Sperrluftsystem632
16.2.3 Relevante Betriebszustände633
16.2.4 Führung der Sekundärluft zur Turbine633
16.2.5 Lage der Entnahmestellen634
16.2.6 Dichtungstechnologien634
Literaturverzeichnis636
17 Turbinenschaufel – Kühlung637
Bernhard Weigand637
17.1 Einführung637
17.2 Bauformen gekühlter Gasturbinenschaufeln639
17.3 Der externe Wärmeübergang640
17.4 Interne Wärmeübertragung645
17.4.1 Prallkühlung645
17.4.2 Pins646
17.4.3 Rippen648
17.4.4 Krümmer (180-Umlenkungen)652
17.4.5 Einfluss der Rotation654
17.4.6 Dampfkühlung654
17.5 Kühlungsauslegung von Schaufeln655
17.5.1 Konzeptionelle Auslegung (1D)656
17.5.2 Auslegung der Kühlung (2D/q3D)659
17.5.3 Tests/3D-Rechnungen/-Anpassungen660
17.6 Ausblick661
Literaturverzeichnis662
18 Läuferbauformen665
Joachim Schulte, Michael Müller und Manfred Janssen665
18.1 Einleitung665
18.2 Anforderungen an den Läufer666
18.3 Läuferbauformen667
18.4 Ausgeführte Maschinen668
18.4.1 Rotor in Scheibenbauweise mit zentralem Zuganker668
18.4.2 Rotor in Scheibenbauweise mit dezentralen Zugankern671
18.4.3 Rotor in geschweißter Ausführung672
18.4.4 Variationen der klassischen Läuferbauarten674
18.5 Zusammenfassung675
Literaturverzeichnis676
19 Statische und dynamische Auslegung des Turbinenläufers677
Ekkehard Maldfeld und Michael Müller677
19.1 Auslegungsziele und Lastfälle für den Turbinenläufer677
19.2 Festigkeitsnachweise679
19.2.1 Statische Auslegung680
19.2.2 Dynamische Auslegung700
19.3 Zusammenwirken der Auslegungsverfahren am Beispiel der mittleren Hohlwelle704
19.4 Werkstoffaspekte für die Rotorauslegung706
19.5 Zusammenfassung707
Literaturverzeichnis708
20 Gehäuse und Leitzeug710
Ekkehard Maldfeld und Michael Müller710
20.1 Einleitung710
20.2 Konstruktiver Aufbau711
20.3 Auslegungsziel, Anforderungen und Lastfälle für Gehäusekomponenten718
20.4 Festigkeitsnachweise719
20.4.1 Allgemeine Vorgehensweise719
20.4.2 Flächenpressungen724
20.4.3 Schrauben724
20.4.4 Auslegung von Teilfugenflanschen726
20.4.5 Schweißverbindungen728
20.4.6 Dynamische Auslegung729
20.5 Zusammenfassung730
Literaturverzeichnis730
21 Spalte732
Arnd W. Reichert732
21.1 Grundlagen732
21.1.1 Einfluss der Spalte auf die Eckdaten des Kreisprozesses732
21.1.2 Anteile von Spalten733
21.2 Spaltauslegung734
21.3 Gestaltung von spaltbestimmenden Bauteilen736
21.3.1 Einfluss von Rotorbauformen und Kühlkonzepten736
21.3.2 Gestaltung der Statorbauteile, Justiervorrichtungen737
21.3.3 Berücksichtigung von Verschiebungstrajektoren, Einlaufschichten737
21.3.4 Anstreifkanten738
21.3.5 Aktive Methoden738
Literaturverzeichnis739
22 Lagerung – Grundlagen und konstruktive Gestaltung740
Stefan Verstege und Frank Böckel740
22.1 Einführung740
22.2 Grundlagen740
22.2.1 Strömungsmechanische Grundlagen742
22.2.2 Lagertypen, Lagerbauformen746
22.2.3 Auslegungskriterien, Betriebsparameter751
22.2.4 Berechnungsverfahren752
22.2.5 Lagerwerkstoffe757
22.3 GT-Lagerung, konstruktiver Aufbau759
22.3.1 Lagerungskonzept der GT759
22.3.2 Radiallager759
22.3.3 Axiallager760
Literaturverzeichnis762
23 Keramische Komponenten764
Holger Grote, Christine Taut, Wolfgang Kollenberg und Uwe Rettig764
23.1 Hintergrund und Einsatzbereich764
23.2 Vorteile und Risiken feuerfestkeramischer Brennkammerauskleidungen767
23.3 Keramische Komponenten im Einsatz: keramische Hitzeschilde767
23.3.1 Anforderungen an keramische Hitzeschilde767
23.3.2 Modellierung des Betriebsverhaltens von Feuerfestkeramik768
23.3.3 Konstruktion769
23.3.4 Werkstoffeigenschaften771
23.3.5 Betriebserfahrungen – Versagensmechanismen775
23.4 Schlussfolgerungen und Zusammenfassung780
Literaturverzeichnis781
24 Korrosion und Beschichtungen782
Norbert Czech782
24.1 Korrosion im Verdichterbereich783
24.1.1 Korrosive Ablagerungen783
24.1.2 Beschichtungen785
24.1.3 Einsatz alternativer Schaufelwerkstoffe785
24.2 Korrosion im Heißgasbereich785
24.2.1 Randbedingungen785
24.2.2 Brennstoffe786
24.2.3 Korrosionsmechanismen789
24.2.4 Korrosionsmindernde Maßnahmen793
24.2.5 Korrosionsbeständige Werkstoffe794
24.2.6 Schutzschichten für den Heißgasbereich795
24.3 Wärmedämmschichten799
24.3.1 Beschichtungsverfahren800
24.3.2 Anwendungsbeispiele802
24.3.3 Versagensmechanismen806
24.3.4 Ausblick810
Literaturverzeichnis810
25 Hochtemperatur-Schaufelwerkstoffe812
Christina Berger und Hermann W. Grünling812
25.1 Einführung und Geschichte812
25.2 Bauteilanforderungen (Beanspruchungen, Werkstoffeigenschaften)818
25.3 Fe-Basiswerkstoffe820
25.4 Co-Basiswerkstoffe822
25.5 Ni-Basiswerkstoffe824
25.6 Werkstoffeigenschaften835
Literaturverzeichnis850
26 Normung855
Bernard Becker855
26.1 Allgemeine Hinweise855
26.2 Bauweise und Entwicklung857
26.2.1 Schwachstellen vermeiden857
26.2.2 Bauteilspezifische Auslegungskriterien858
26.3 Erprobung, Betrieb und Anwendungen859
Literaturverzeichnis860
27 Montage863
Willi Paschmann863
27.1 Montageplanung864
27.1.1 Technische Planung865
27.1.2 Terminplanung865
27.1.3 Personalplanung865
27.1.4 Planung der Baustellenorganisation866
27.1.5 Planung der Baustellenlogistik866
27.2 Montagedurchführung866
27.2.1 Montagehandbuch (erection manual)866
27.2.2 Montageschritte (vereinfacht)867
27.2.3 Montageabschluss867
28 Ausrichten des Wellenstrangs868
Willi Paschmann868
28.1 Begriffe868
28.2 Ausrichtmethoden869
28.2.1 Axial-Radial-Verfahren oder AR-Methode869
28.2.2 Doppel-Radial-Verfahren oder DR-Methode869
28.2.3 Doppel-Axial-Verfahren oder DA-Methode871
28.3 Werkzeuge und Vorrichtungen872
28.4 Vorausrichtung des Wellenstrangs872
28.5 Endausrichtung des Wellenstrangs am Beispiel eines Turbosatzes SGT5-4000F872
28.6 Kuppeln des Wellenstrangs, Dokumentation876
Literaturverzeichnis877
29 Inbetriebsetzung878
Michael Wegen878
29.1 Einleitung878
29.2 Inbetriebsetzungsplanung878
29.2.1 Technische IBS-Planung878
29.2.2 Dokumentation879
29.2.3 Personalplanung880
29.3 Inbetriebsetzungsablauf882
29.3.1 Voraussetzungen für die IBS883
29.3.2 IBS-Phasen883
29.3.3 Probebetrieb887
29.4 Inbetriebsetzung nach einer Servicemaßnahme888
Literaturverzeichnis890
30 Maschinendynamik891
Peter Wutsdorff891
30.1 Schwingungsmessungen891
30.1.1 Lagergehäuseschwingungsmessung892
30.1.2 Wellenschwingungsmessung894
30.1.3 Phasenmessung895
30.1.4 Hinweise zur praktischen Durchführung von Betriebsschwingungsmessungen896
30.2 Kritische Drehzahlen896
30.3 Kinetisches Verhalten der Gleitlager899
30.4 Untersuchungen an der äußeren Lagerabstützung900
30.5 Einfluss des Kupplungszustands903
30.6 Leistungsabhängige Schwingungen905
30.6.1 Getriebemaschinen906
30.6.2 Lastabhängige Schwingungen an Generatoren907
30.6.3 Mediumbedingte Schwingungen908
30.7 Anstreifprobleme und thermische Unwuchten909
30.8 Axialschwingungen913
30.9 Instabilitätsschwingungen914
30.10 Auswuchten916
30.11 Ausblick920
Literaturverzeichnis922
31 Abnahmemessungen923
Klaus Werner923
31.1 Zielsetzung923
31.2 Grundlagen, Normen923
31.3 Vorbereitung924
31.3.1 Gespräche, Prozeduren, Festlegungen925
31.3.2 Messinstallation925
31.3.3 Messgrößen927
31.4 Durchführung927
31.4.1 Koordination927
31.4.2 Betriebszustand929
31.4.3 Dauer930
31.4.4 Schwankungen930
31.5 Wesentliche Messgrößen930
31.5.1 Leistung930
31.5.2 Brennstoff931
31.5.3 Abgastemperatur932
31.6 Auswertung932
31.6.1 Ansaugmassenstrom und Turbineneintrittstemperatur932
31.6.2 Umrechnung933
31.6.3 Ein-/Mehrwellenanordnung935
31.6.4 Solo-/Kombibetrieb935
31.6.5 Fehlerbetrachtung935
31.6.6 Bericht937
Literaturverzeichnis946
32 Systematik der Erprobung947
Olaf König und Christof Lechner947
32.1 Einführung947
32.1.1 Komponentenversuchsstand948
32.1.2 Erprobung im Kraftwerk951
32.1.3 Erprobung im Prüffeld953
32.2 Strategie der Erprobung957
Literaturverzeichnis957
33 Versuchsmesstechnik958
Stefan L.F. Frank und Frank Woditschka958
33.1 Radialspaltmessungen958
33.2 Temperaturmessungen961
33.2.1 Thermoelemente961
33.2.2 Thermofarben963
33.2.3 Optische Pyrometrie963
33.3 Verbrennungsmessungen967
33.3.1 Rauchgasanalyse967
33.3.2 Flammenbeobachtung968
33.4 Schaufelschwingungsmessungen969
33.4.1 Schaufelschwingungen970
33.4.2 Stillstandsuntersuchungen971
33.4.3 Betriebsmessungen974
33.4.4 Berührende Messverfahren974
33.4.5 Datenerfassung und Auswertung981
33.4.6 Berührungslose Verfahren984
Literaturverzeichnis987
34 Stationäres Betriebsverhalten989
Andreas Bauer und Stefan Rofka989
34.1 Grundlagen990
34.2 Abweichung vom Referenzzustand991
34.3 Teillastverhalten995
34.3.1 Verstellung von Verdichterleitreihen996
34.3.2 Absenkung der Turbineneintrittstemperatur998
34.3.3 Methoden zur Leistungssteigerung999
34.4 Einfluss des Brennstoffes1002
34.5 Spezielle Betriebsfälle1005
34.5.1 Frequenzabweichung1005
34.5.2 Verschmutzung und Vereisung der Verdichterbeschaufelung1006
34.5.3 Alterung1007
Literaturverzeichnis1008
35 Automatisierungstechnik1009
Olaf Drobner und Andreas Pahl1009
35.1 Turbinen- und Generatorregelung1010
35.1.1 Einfluss der Regelungen im Gasturbinenbetrieb1010
35.1.2 Struktur der Regelungen1014
35.1.3 Stellantriebe1018
35.2 Steuerung des Gasturbosatzes und dessen Hilfssysteme1019
35.2.1 Gliederung der Steuerungsfunktionen1019
35.2.2 Zusammenwirken der Steuerungsfunktionen im Gasturbinenbetrieb1021
35.3 Turbinenschutz1025
35.3.1 Grundsätzliche Anforderungen an Schutzeinrichtungen1026
35.3.2 Wichtige Schutzeinrichtungen für Gasturbinen1029
35.3.3 Projektierung von Schutzeinrichtungen1032
35.4 Einsatz und Projektierung moderner Leittechniksysteme für die Gasturbinenautomatisierung1032
Literaturverzeichnis1034
36 Ferndiagnose von Kraftwerks-Gasturbinenanlagen1037
Hans-Gerd Brummel1037
36.1 Einleitung1037
36.2 Strategie der Ferndiagnose1038
36.2.1 Mess- und Analysetechnik vor Ort1042
36.2.2 Datenakquisition für die Ferndiagnose1043
36.2.3 Datenfernübertragung1044
36.2.4 Empfang der Daten beim Hersteller1045
36.2.5 Datenanalyse1045
36.2.6 Zentrale Speicherung der Daten und Diagnoseergebnisse1056
36.2.7 Erstellung und Verteilung von Diagnoseberichten1057
36.2.8 Automatisierter Diagnoseprozess1057
36.2.9 Kommunikation mit dem Kunden bei Feststellung einer Anlagenstörung1058
36.3 Maschinendiagnose durch innovative Messtechnik1059
36.3.1 Anforderungen an ein Online-Laufschaufel-Überwachungssystem1060
36.3.2 Technische Lösung und Entwicklungsspezifikation1062
36.3.3 Infrarotbilder1063
36.3.4 Stand der Entwicklung1065
36.4 Zusammenfassung und Ausblick1066
Literaturverzeichnis1068
37 Betriebsdatenanalyse1069
Ayhan Inceoglu und Christopher Steinwachs1069
37.1 Einführung1069
37.2 Datenbasis1070
37.2.1 Ereignisse1070
37.2.2 Befunde1071
37.2.3 Gasturbinenlebenslauf1075
37.3 Verfügbarkeitskennzahlen1076
37.3.1 Allgemeines1076
37.3.2 Definitionen der Formelgrößen1076
37.3.3 Zuverlässigkeit V3/RF1077
37.3.4 Verfügbarkeit V7/AF1078
37.3.5 Zwangsausfallkennzahl V11/FOR1079
37.3.6 Zeitausnutzung V17/SF1079
37.3.7 Startzuverlässigkeit V18/SR1079
37.4 Risikoabschätzung von Zuverlässigkeitsgarantiewerten1080
37.4.1 Ausgangsbedingungen1080
37.4.2 Generierung einer Lernkurve1080
37.4.3 Berechnung der Eintrittswahrscheinlichkeiten von Zuverlässigkeitswerten (V3) auf Basis der Lernkurven1081
37.5 Abhängigkeiten der Kennzahlen1082
Literaturverzeichnis1084
38 Wartung, Inspektionen und Ersatzteilkonzepte1085
Gerhard Bohrenkämper1085
38.1 Einleitung1085
38.2 Wartungsmaßnahme Verdichterwäsche, Verdichterverschmutzung1086
38.3 Heißteilverschleiß und Kriterien für die Bemessung der Inspektionsintervalle1090
38.4 Instandhaltungsprogramm1094
38.4.1 Instandhaltungsgerechte Gasturbinenkonstruktion1094
38.4.2 Inspektionsumfang und Inspektionsintervall1095
38.4.3 Heißteilinspektion und Revision1096
38.4.4 Ersatzteile und reparierte Teile1099
38.5 Instandhaltungsmanagement und langfristige Serviceverträge1100
Literaturverzeichnis1102
39 Modernisierungen im Gasturbinenservice1104
Gerhard Bohrenkämper1104
39.1 Ältere Gasturbinenanlagen im Wettbewerb1104
39.2 Modernisierungsthemen1105
39.2.1 Uprate-Optionen1105
39.2.2 Reduktion von Schadstoffemissionen1111
39.2.3 Erweiterung des Verbrennungs- und Brennstoffsystems1113
39.2.4 Verbesserte Betriebsführung1114
39.2.5 Optimierte und reduzierte Instandhaltung1115
39.2.6 Kraftwerksrehabilitation mit Modernisierungen1116
39.3 Lebensdauerbeurteilung von Bauteilen1117
39.4 Zusammenfassung und Ausblick1118
Literaturverzeichnis1119
Sachverzeichnis1121

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