Brayton Cycle – Turbinenmotor
Der amerikanische Ingenieur George Bailey Brayton brachte 1872 die Erforschung von Wärmekraftmaschinen voran , indem er einen Verbrennungsmotor mit konstantem Druck patentierte, der zunächst verdampftes Gas, später jedoch flüssige Brennstoffe wie Kerosin verwendete. Diese Wärmekraftmaschine ist als ” Brayton’s Ready Motor ” bekannt . Das bedeutet, dass der ursprüngliche Brayton-Motor einen Kolbenkompressor und einen Kolbenexpander anstelle einer Gasturbine und eines Gaskompressors verwendete.
Heute moderne Gasturbinenmotoren und Luftholen Strahltriebwerke sind auch ein Konstantdruck – Wärmemotoren, deshalb wir ihre Thermodynamik durch die beschreiben Brayton – Zyklus . Im Allgemeinen beschreibt der Brayton-Zyklus die Funktionsweise einer Konstantdruck-Wärmekraftmaschine .
Es ist einer der häufigsten thermodynamischen Kreisprozessen , die in Gasturbinenkraftwerken oder in Flugzeugen zu finden sind. Im Gegensatz zum Carnot-Zyklus führt der Brayton-Zyklus keine isothermen Prozesse aus , da diese sehr langsam durchgeführt werden müssen. In einem idealen Brayton- Zyklus durchläuft das System, das den Zyklus ausführt, eine Reihe von vier Prozessen: Zwei isentrope (reversible adiabatische) Prozesse wechseln sich mit zwei isobaren Prozessen ab.
Da nach dem Carnot-Prinzip kein Motor effizienter sein kann als ein umkehrbarer Motor ( ein Carnot-Wärmemotor ), der zwischen denselben Hochtemperatur- und Niedertemperaturspeichern betrieben wird, muss eine auf dem Brayton-Zyklus basierende Gasturbine einen niedrigeren Wirkungsgrad aufweisen als der Carnot-Wirkungsgrad.
Eine große Eintakt-Gasturbine erzeugt beispielsweise 300 Megawatt elektrische Leistung und hat einen thermischen Wirkungsgrad von 35–40%. Moderne GuD-Anlagen (Combined Cycle Gas Turbine), bei denen der thermodynamische Kreislauf aus zwei Kraftwerkskreisläufen besteht (z. B. der Brayton-Kreislauf und der Rankine-Kreislauf), können einen thermischen Wirkungsgrad von rund 55% erreichen.
Ericsson Cycle
Der Ericsson-Zyklus ist nach dem schwedisch-amerikanischen Erfinder John Ericsson benannt , der viele einzigartige Wärmekraftmaschinen auf der Grundlage verschiedener thermodynamischer Kreisprozessen entworfen und gebaut hat. Ihm wird die Erfindung zweier einzigartiger Wärmekraftmaschinenzyklen und die Entwicklung praktischer Motoren auf der Grundlage dieser Kreisprozessen zugeschrieben.
Sein erster thermodynamischer Zyklus ” der erste Ericsson-Zyklus ” heißt jetzt “Brayton-Zyklus”. Tatsächlich handelt es sich um den geschlossenen Brayton-Zyklus, der üblicherweise bei modernen Gasturbinentriebwerken mit geschlossenem Zyklus angewendet wird.
Brayton Cycle gegen Ericsson Cycle
Der zweite Ericsson-Zyklus wird jetzt als Ericsson-Zyklus bezeichnet. Der zweite Ericsson-Zyklus ähnelt dem Brayton-Zyklus, verwendet jedoch externe Wärme und beinhaltet die mehrfache Verwendung einer Zwischenkühlung und Wiedererwärmung . Tatsächlich ist es wie ein Brayton-Zyklus mit einer unendlichen Anzahl von Wiedererwärmungs- und Ladeluftkühlerstufen im Zyklus. Im Vergleich zum Brayton-Zyklus, der adiabatische Kompression und Expansion verwendet , besteht ein idealer Ericsson-Zyklus aus isothermer Kompression und ExpansionProzesse, kombiniert mit isobarer Wärmerückgewinnung zwischen ihnen. Durch Zwischenkühlung, Wärmerückgewinnung und sequentielle Verbrennung wird der Wärmewirkungsgrad einer Turbine erheblich erhöht. Tatsächlich entspricht der Wärmewirkungsgrad des idealen Ericsson-Zyklus dem Carnot-Wirkungsgrad.
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