Gasturbinen Handbuch

ISBN-13: 9783642641459 / Niemiecki / Miękka / 2011 / 608 str.

Meherwan P. Boyce; K. Schmitt

Opis

Dieses amerikanische Standardwerk wurde vom Ubersetzer angepasst auf die deutschen Verhaltnisse. Es bietet wertvolle Informationen fur Installation, Betrieb und Wartung, technische Details der Auslegung, Kennzahlen und vieles mehr."

Spis treści

Ein Überblick über Gasturbinen.- 1.1 Industriegasturbinen in Schwerbauweise (Heavy Duty).- 1.3 Mittelgroße Gasturbinen.- 1.4 Kleine Gasturbinen.- 1.5 Hauptkomponenten der Gasturbine.- 1.5.1 Kompressoren.- 1.5.2 Regeneratoren.- 1.5.3 Brennkammern.- 1.5.4 Turbinen.- 1.6 Dampfgeneratoren mit Wärmerückgewinnung.- 2 Analyse des theoretischen und realen Zyklus.- 2.1 Allgemeiner Brayton-Zyklus.- 2.1.1 Effekt der Regeneration.- 2.1.2 zwischenkühlungs-und Wiederewärmungseffekte.- 2.2 Analyse des Wirklichen Zyklus.- 2.2.1 Der einfache Zyklus.- 2.2.2 Einfacher Zyklus mit geteilten Wellen.- 2.2.3 Der regenerated Zyklus.- 2.2.4 Der zwischengekühlte einfache Zyklus.- 2.2.5 Der wiedererwärmte Zyklus.- 2.2.6 Der zwischengekühlte regenerated wiedererwärmungszyklus.- 2.2.7 Der Dampfeinspritzzyklus.- 2.2.8 Der regenerative Zyklus mit Verdampfung.- 2.2.9 Der Brayton-Rankie-Zyklus.- 2.3 Zusammenfassung.- 3 Leistungscharakteristika der Kompressoren und Turbinen.- 3.1 Thermodynamik der Luftströmung in den Turbomaschinen.- 3.1.1 Ideales Gas.- 3.1.2 Kompressibilitätseffekt.- 3.2 Die Aerotherischen Gleichungen.- 3.2.1 Die Kontinuitätsgleichung.- 3.2.2 Die Impulsgleichung.- 3.2.2 Die Energiegleichung.- 3.3 Wirkungsgrade.- 3.3.1 Adiabater Wirkungsgrad.- 3.3.2 Polytroper Wirkungsgrad.- 3.4 Dimensionsanalyse.- 3.5 Leitungscharakteristika der Kompressoren.- 3.6 Leitungscharakteristika von Turbinen.- 3.7 Leitungscharakteristike zur Gasturbine.- 4 Normen zur mechanischen Ausrüstung.- 4.1 API-Norm 616.- 4.2 API-Norm 617.- 4.3 API-Norm 613.- 4.4 API-Norm 614.- 4.5 API-Norm 670.- 4.6 Spezifikation.- 5 Rotordynamik.- 5.1 Mathematische Analyse.- 5.1.1 Ungedümpftes freies System.- 5.1.2 Gedümptes System.- 5.1.3 Erzwungene Schwingungen.- 5.1.4 Auslegungsüberlegungen.- 5.2 Anwendungen für rotierende Maschinen.- 5.2.1 Steife Aufhängungen.- 5.2.2 Flexible Aufhängungen.- 5.3 Kritische Drehzahlberechnungen für Rotor-Lager-Systeme.- 5.4 Elektromechsnischhe Systeme und Analogein.- 5.4.1 Kräfte an einem Rotor/Lager-System.- 5.4.2 Rotor-Lager-System-Instabilitäten.- 5.4.3 Selbsterregte Instabilitäten.- 5.5 Campbeil-Diagramm.- 5.6 Literatur.- 6 Radialkompressoren.- 6.1 Komponenten der Radialkompressoren.- 6.1.1 Einlaßleischaufeln.- 6.1.2 Laufrad.- 6.1.3 Einströmteil.- 6.1.4 Zentrifugalbschnitt eines Laufrads.- 6.1.5 Gründe der Strümungsabweichung (Slip) in einem Laufrad.- 6.1.6 Stodola-Verscheibungsfaktor.- 6.1.7 Stanitz-Verscheibungsfaktor.- 6.1.8 Diffusoren.- 6.1.9 Schneckengehäuse (Scroll oder Volute).- 6.2 Leistung des Radialkompressors.- 6.2.1 Rotorverluste.- 6.2.2 Statorverluste.- 6.3 Kompressorpumpen.- 6.3.1 Pumpdetekton und -Steuerung.- 6.4 Radiale Prozeßkompressoren.- 6.4.1 Kompressorkonfiguration.- 6.4.2 Laufradfertigung.- 6.5 Literatur.- 7 Axial durchströmte Kompressoren.- 7.1 Nomenklatur für Schaufeln un Gitter.- 7.2 Elementare Tragflügel.- 7.3 Laminarunströmte Tragflügel.- 7.4 Gitterversuche.- 7.5 Geschwindigkeitsdreiecke.- 7.6 Reaktionsgrad.- 7.7 Radiales Gleichgewicht.- 7.8 Diffusionsfaktor.- 7.9 Die Regel für den Eintrittsstoß.- 7.10 Die Abweichungregel.- 7.11 Strömungsabriß im kompressor (stall).- 7.11.1 Rotierender Strömungsabriß.- 7.11.2 Oszillierender Strömungsabriß.- 7.11.3 Individueller Strömungsabriß an der Schaufel.- 7.12 Leistungscharakteristika eines Axialkompressors.- 7.13 Analyse des Strömungsabrisses in einem Axialkompressor.- 7.14 Literatur.- 8 Radial eingeströmte Turbinen.- 8.1 Beschreibung.- 8.2 Theorie.- 8.3 überlegungen zur Turbinenauslegung.- 8.4 Verluste in einer radial eingeströmten Turbine.- 8.5 Leistung einer radial eingeströmten Turbine.- 8.6 Literatur.- 9 Axial durchströmte Turbinen.- 9.1 Geometrie der Turbine.- 9.1.1 Reaktionsgrad.- 9.1.2 Nützlichkeitsfaktor.- 9.1.3 Arbeitsfaktor.- 9.1.4 Geschwindigkeitsdiagramme.- 9.2 Impulsturbine.- 9.3 Die Reaktionsturbine.- 9.4 Kühlungskonzepte für Turbinenschaufeln.- 9.4.1 Konvektive Kühlung.- 9.4.2 Aufprallkühlung.- 9.4.3 Filmkühlung.- 9.4.4 Transpirationskühlung.- 9.4.5 Wasserkühlung.- 9.5 Konstruktionen zur Kühlung der Turbinenschaufeln.- 9.5.1 Konvektive und Prallkühlung / Konstruktion mit eingebauten Streben.- 9.5.2 Film- und KonvektionskÜhlungskonstruktion.- 9.5.3 Konstruktion mit TranspirationskÜhlung.- 9.5.4 Konstruktion mit vielen kleinen Löchern.- 9.5.5 Wassergekühlte Turbinenschaufeln.- 9.6 Aerodynamik der gekühlten Turbine.- 9.7 Turbinenverluste.- 9.8 Literatur.- 10 Brennkammern.- 10.1 Termini zur Verbrennung.- 10.2 Verbrennung.- 10.3 Brennkammerkonstruktionen.- 10.3.1 Flammenstabilisierung.- 10.3.2 Verbrennung und Verdünnung.- 10.3.3 Filmkühlung der heißen Brennkammerwände.- 10.4 Brennstoffverdampfung und-zündung.- 10.4.1 Überlegungen zur Brennkammerkonstruktion.- 10.4.2 Luftverschmutzungsprobleme.- 10.5 Typische Brennkammeranordnungen.- 10.6 Literatur.- 11 Werkstoffe.- 11.1 Allgemeines, metallurgisches Verhalten in Gasturbinen.- 11.1.1 Kriechen und Bruch.- 11.1.2 Dehnbarkeit und Bruch.- 11.1.2 Dehnbarkeit und Bruch.- 11.1.3 Thermische Ermüdung.- 11.1.4 Korrosion.- 11.1.5 Reaktionen nickel-basierter Legierungen.- 11.2 Werkstoffe für Gasturbinenschaufeln.- 11.3 Legierungen für Turbinenräder.- 11.4 Zukunftswerkstoffe.- 11.4.1 Schaufelwerkstoffe.- 11.4.2 Werkstoffe für Turbinenräder.- 11.4.3 Keramische Werkstoffe.- 11.5 Beschichtungen für Gasturbinenwerkstoffe.- 11.5.1 Zukunftsbeschichtungen.- 11.5.2 Neuere Fortschritte in Beschichtungstechnologien.- 12 Brennstoffe.- 12.1 Brennstoffspezifikation.- 12.2 Brennstoffeigenschaften.- 12.3 Brennstoffbehandlung.- 12.4 Schwere Brennstoffe.- 12.5 Reinigung von Turbinenkomponenten.- 12.6 Brennstoffwirtschaftlichkeit.- 12.6 Brennstoffwirtschaftlichkeit.- 12.7 Betriebserfahrung.- 12.8 Literatur.- 13 Lager und Dichtungen.- 13.1 Lager.- 13.2 Prinzipien zur Lagerauslegung.- 13.3 Die Kippsegment-Wellenzapfenlager.- 13.5 Lager-und Welleninstabilitäten.- 13.6 Axiallager.- 13.7 Faktoren, die die Axiallagerausrichtung berühren.- 13.8 Leistungsverlust des Axiallagers 359.- 13.10 BerÜhrungsfreie Dichtungen.- 13.10.1 Labyrinthdichtungen.- 13.10.2 Ringdichtungen.- 13.11 Mechanische Dichtungen.- 113.12 Auswahl der mechanischen Dichtungen und Anwendung.- 13.12.1 Produkt.- 13.12.2 Zusätzliche ProduktÜberlegungen.- 13.12.3 Dichtungsumgebung.- 13.12.4 überlegung zum Dichtungsaufbau.- 13.12.5 AusrÜstung.- 13.12.6 Sekundärpackung.- 13.12.7 Dichtungsflächenkombinationen.- 13.12.8 Dichtungsstutzenplatte.- 13.12.9 Hauptkörper der Dichtung.- 13.13 Dichtungssysteme.- 13.14 Zugehöriges ölsystem.- 13.15 Literatur.- 14 Getriebe.- 14.1 Getriebetypen.- 14.2 Faktoren, die die Verzahnungskonstruktionen berÜhren.- 14.2.1 Druckwinkel.- 14.2.2 Helix-Winkel.- 14.2.3 Zahnhärte.- 14.2.4 Kerbentstehung.- 114.2.5 Zahngenauigkeit.- 14.2.6 Lagertypen.- 14.2.7 Servicefaktor.- 14.2.8 Getriebegehäuse.- 14.2.9 Schmierung.- 14.3 Herstellungsverfahren.- 14.3.1 Wälzfräsen.- 14.3.2 Fräsen und Schaben.- 14.3.3 Schaben und Läppen.- 14.3.4 Schleifen.- 14.3.5 Verzahnungs-Rating.- 14.4 Getriebegeräusch.- 14.5 Installation und anfänglicher Betrieb.- 14.6 Literatur.- 15 Schmierung.- 15.1 Basis ölsystem.- 15.1.1 Schmierölsystem.- 15.1.2 Dichtungsölsystem.- 15.2 Schmiermittelauswahl.- 15.3 Ölsammlung und PrÜfung.- 15.4 Ölverschmutzung.- 15.5 Filterauswahl.- 15.6 Säuberung und Spülung.- 15.7 Kupplungsschmierung.- 15.8 Schmierungsmanagement-Programm.- 15.9 Literatur.- 16 Spektrumanalyse.- 16.1 Schwingungsmessungen.- 16.1.1 Wegaufnehmer.- 16.1.2 Geschwindigkeitsaufnehmer.- 16.1.3 Beschleunigungsaufnehmer.- 16.2 Aufzeichnung von Daten.- 16.3 Interpretation von Schwingungsspektren.- 16.4 Subsynchrone Schwingungsanalyse mittels RTA.- 16.5 Synchrone und harmonische Spektren.- 16.6 Literatur.- 17 Auswuchtung.- 17.1 Rotorunwucht.- 17.2 Auswuchtverfahren.- 17.2.1 Orbitalauswuchtung.- 17.2.2 Modalauswuchtung.- 17.2.3 Mehrebenenauswuchtung (Einflußkoeffizientenmethode).- 17.3 Anwendung von Auswuchttechniken.- 17.4 Nutzeranweisungen für Mehrebenen-Auswuchtung.- 17.5 Literatur.- 18 Kupplungen und Ausrichtung.- 18.1 Zahnkupplungen.- 18.1.1 Ölgefüllte Kupplungen.- 18.1.2 Fettgefüllte Kupplungen.- 18.1.3 Kontinuierlich geschmierte Kupplungen.- 18.1.4 Ausfallmoden von Zahnkupplungen.- 18.2 Metallmembrankupplungen.- 18.3 Metallscheibenkupplungen.- 18.4 Turbomaschinen-Vergrößerungen.- 18.5 Wellenausrichtungen.- 18.5.1 Das Verfahren zur Wellenausrichtung.- 18.6 Literatur.- 19 Regelungssysteme und Instrumentierung.- 19.1 Schwingungsmessungen.- 19.2 Druckmessungen.- 19.3 Temperaturmessungen.- 19.3.1 Thermoelemente.- 19.3.2 WiderstandstemperaturfÜhler.- 19.4 Regelungssysteme.- 19.4.1 Hochfahrsequenz.- 9.5 Monitoring- und Diagnosesysteme.- 19.5.1 Anforderungen an ein effektives Diagnosesystem.- 19.5.2 Diagnostiksystemkomponenten und Funktionen.- 19.5.3 Dateneingabe.- 19.5.4 Anforderungen an die Instrumentierung.- 19.5.5 Typische Instrumentierung (Minimale Anforderungen fÜr jede Maschine).- 19.5.6 Empfehlenswerte Instrumentierung (Optional).- 19.5.7 Kriterien fÜr die Sammlung aerothermischer Daten.- 19.5.8 Druckabfall im Filtersystem.- 19.5.9 Temperatur- und Druckmessungen fÜr Kompressoren und Turbinen.- 19.5.10 Auswahl der Schwingungsinstrumentierung.- 19.5.11 Auswahl von Systemen zur Analyse von Schwingungsdaten.- 19.6 Nebenanlagen-SystemÜberwachung.- 19.6.1 Brennstoffsystem.- 19.6.2 Drehmomentmessung.- 19.6.3 Bezugslinie fÜr Maschinen.- 19.6.4 Datentrends.- 19.6.5 Aerothermische Kompressorcharakteristika und Kompressorpumpen.- 19.7 Fehlerdiagnose.- 19.8 Kompressoranalyse.- 19.8.1 Brennkammeranalyse.- 19.8.2 Turbinenanalyse.- 19.8.3 Turbinenwirkungsgrad.- 19.9 Diagnosen mechanischer Probleme.- 19.9.1 Datengewinnung.- 19.10 Zusammenfassung.- 20 Versuche und Überprüfungen an Kompressoren.- 20.1 Versuchsplanungen.- 20.2 Klassifikation von Versuchen.- 20.2.1 Klasse 1.- 20.2.2 Klasse 2 und Klasse 3.- 20.3 Rohranordnungen.- 20.3.1 Verrohrung am Einlaß.- 20.3.2 Verrohrung am Austritt.- 20.3.3 Geschlossener Rohrkreislauf.- 20.4 Datenaufnahme.- 20.4.1 Druckmessungen.- 20.4.2 Temperaturmessungen.- 20.4.3 Strömungsmessungen.- 20.4.5 Drehzahlmessungen.- 20.4 Datenaufnahme.- 20.5 Versuchsverfahren.- 20.6 Versuchsberechnungen.- 20.7 Literatur.- 21 Instandhaltungstechniken.- 21.1 Personaltraining.- 21.1.1 Basistraining für Maschinisten.- 21.1.2 Praktisches Training.- 21.1.3 Auffrischungstraining.- 21.2 Werkzeuge und WerkstattausrÜstung.- 21.3 Austauschteile.- 21.4 Verbesserung der Maschinenzuverlässigkeit.- 21.4.1 Inspektion.- 21.4.2 Endoskop-Inspektion.- 21.5 Reinigung von Turbomaschinen.- 21.5.1 Verschmutzungsindikatoren.- 21.5.2 Reinigungstechniken.- 21.6 Instandhaltung des Heißgasbereichs.- 21.7 Kompressorinstandhaltung.- 21.8 Lagerinstandhaltung.- 21.8.1 Spielprüfungen.- 21.8.2 Axiallagerausfall.- 21.9 Kupplungssinstandhaltung.- 21.10 Rückverjüngung gebrauchter Turbinenschaufeln.- 21.10.1 Betriebsscäden in Turbinenschaufeln.- 21.11 Reparatur und Rehabilitation von Turbomaschinenfundamenten.- 21.11.1 Installationsdefekte.- 21.11.2 Erhöhung von Masse und Festigkeit.- 21.12 Anfahrverfahren für große Maschinen.- 21.13 Typische Probleme, die an Gasturbinen auftreten.- 21.14 Literatur.

O autorze

Dr. Boyce has 40 years of experience in the field of Turbomachinery in both industry and academia. His industrial experience includes 20 years as Chairman and CEO of Boyce Engineering International, and five years as a designer of compressors and turbines for various gas turbine manufacturers. His academic experience includes 15 years as Professor of Mechanical Engineering at Texas A&M University and Founder of the Turbomachinery Laboratories and The Turbomachinery Symposium, which is now in its thirtieth year. Dr. Boyce is the author of several books and has authored more than 100 technical papers and reports on Gas Turbines, Compressors Pumps, Fluid Mechanics, and Turbomachinery and has taught over 100 short courses around the world, attended by over 3,000 students representing over 400 companies. He is a much-requested speaker at universities and conferences throughout the world.Dr. Boyce received a B.S. and M.S. in Mechanical Engineering from the South Dakota School of Mines and Technology and the State University of New York, respectively, and a Ph.D. (Aerospace & Mechanical Engineering) from the University of Oklahoma.

Blurb

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