Turbine

Eine Turbine (lat. turbare, drehen) („Kreiselmaschine“) ist eine Fluidenergiemaschine, die die Strömungskraft von Fluiden (Flüssigkeiten und Gase) in Dreh- oder Rotationsenergie umwandelt; sie sind damit zu den Strömungsmaschinen zu zählen. Turbinen gehören zu den größten von Menschen entworfenen Maschinen überhaupt; ihre mechanisch nutzbare Leistung kann bis zu 1,5 Gigawatt (2 Millionen Pferdestärken) betragen.

Dem Fluidstrom wird durch die möglichst wirbelfreie laminare Umströmung der Turbinenschaufeln ein Teil seines Drehimpulses entzogen, der auf die Laufschaufeln der Turbine übergeht. Die auf der Turbinenwelle montierten Laufschaufeln werden dadurch in Drehung versetzt, die nutzbare Leistung wird an eine angekuppelte Arbeitsmaschine, wie beispielsweise an einen Generator abgegeben. Ein konstantes Drehmoment der Arbeitsmaschine sorgt für eine gleichmäßige Drehzahl der Turbine, ansonsten muss die Drehzahl über einen Regler konstant gehalten werden.

Technische Verwirklichung

In der technischen Realisierung werden, um Unwuchten zu vermeiden, mindestens zwei diametral gegenüberliegende Schaufeln benötigt (Ausnahme: Monopteros, eine einflügelige Windenergieanlage, bei der die Unwucht mit Hilfe eines Gegengewichts ausgeglichen wird). In der Regel sind jedoch noch mehr Schaufeln auf der Achse montiert. Sie bilden das so genannte Schaufelrad oder Laufrad. Die Schaufeln sind nicht flach, sondern ähnlich einer Flugzeugtragfläche leicht gekrümmt profiliert. Sind Turbinen in einem durchströmten Gehäuse montiert, wird vor der eigentlichen Turbine (dem Laufrad) ein am Gehäuseinneren fest montiertes Leitrad angebracht. Diese Leitschaufeln ragen vom Gehäuse in das strömende Medium hinein und versetzen es in einen Drall, was den Wirkungsgrad der Turbine steigert. Leitrad und Laufrad zusammen bezeichnet man als Stufe. Oft sind mehrere solcher Stufen hintereinander geschaltet. Freistehende Turbinen (z.B. bei Windenergieanlagen) verfügen in der Regel nicht über ein solches Leitrad und haben daher auch immer nur eine Stufe. Die Anordnung der Schaufeln einer Turbine nennt man auch Beschaufelung.

In der Regel sind Turbinen mit Generatoren gekoppelt, die die mechanische Rotationsenergie in elektrische Energie umwandeln. Eine solche Zusammenstellung heißt Turbosatz oder Turbogenerator. Letztlich wird so die mechanische Strömungsenergie von Wasserkraft, Dampf oder Luft in elektrische Energie überführt.

Wird eine Turbine von einem Verbrennungssystem für Gas oder Öl angetrieben, spricht man von einer Gasturbine. Diese findet zum Beispiel als Antriebsaggregat von Flugzeugen oder in Gas- und Ölkraftwerken Verwendung. Das umgekehrte Wirkungsprinzip der Turbine, die Umwandlung von Rotationsenergie in Strömungsenergie findet beim Verdichter bzw. der Pumpe Anwendung.

Entwickelt wurde die Turbine aus dem technischen Wissen der Menschheit um Wasserrad und Windrad.

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