Gasturbinenprozesse

Gasturbinenprozesse bezeichnen die thermodynamischen und technischen Abläufe, die in Gasturbinen zur Umwandlung chemischer Energie in mechanische Arbeit stattfinden. Zentral ist der Brayton-Kreisprozess: Luft wird im Verdichter verdichtet, dem Brennraum zugeführt und mit Kraftstoff nahezu konstantem Druck verbrannt. Die heißen Abgase expandieren durch die Turbine, liefern dort Arbeit und treiben den Verdichter an. Die Effizienz hängt von Druckverhältnis, Turbineneingangstemperatur und Strömungsverluste ab; moderne Turbinen arbeiten mit hohen Temperaturen und fortschrittlicher Kühlung.

Thermodynamisch wird der Prozess durch Verdichtung, Verbrennung und Expansion charakterisiert. Das ideale Modell ist der Brayton-Kreisprozess; reale Systeme weisen Verluste durch Druckabfall, Wärmeübertragung, Verbrennungseffizienz und Bazentransfer auf. Wichtige Kennzahlen sind das Kompressionsverhältnis, die Turbineneingangstemperatur, die isentrope Wirkungsgrade von Kompressor und Turbine sowie der Gesamtwirkungsgrad des Antriebs.

Aufbau und Komponenten umfassen Verdichter, Brennkammer, Turbine und Abgassystem sowie Welle(n) und Gehäuse. In stationären Turbinen kommen auch Wärmetauscher oder Rekuperatoren zum Einsatz, um Abwärme zurückzugewinnen. Die Auslegung berücksichtigt Materialien, Kühlung der Turbinenschaufeln und Brandstabilität bei hohen Temperaturen.

Betrieb und Steuerung beinhalten Start, Lastregelung, Kraftstoffarten (z. B. Erdgas oder flüssige Brennstoffe) und Verbrennungstechniken. Leichtes Überschreiten der Gemischzonen kann NOx-Emissionen erhöhen; daher werden DLN- oder Lean-Premix-Verfahren eingesetzt, ergänzt durch Abgasnachbehandlung wie SCR oder SNCR.

Anwendungsbereiche reichen von stationären Kraftwerken bis zu industriellen Antrieben und Flugzeugtriebwerken. Entwicklungen zielen auf höhere Turbineneingangstemperaturen, verbesserte Kühlung, fortschrittliche Werkstoffe (z. B. Superlegierungen) und emissionsärmere Verbrennungsverfahren. Gas turbine processes verbinden Thermodynamik, Materialwissenschaft und Regelungstechnik zu effizienten, flexiblen Antriebslösungen.