Brayton Cycle – Turbinenmotor
1872 brachte der amerikanische Ingenieur George Bailey Brayton die Untersuchung von Wärmekraftmaschinen voran , indem er einen Verbrennungsmotor mit konstantem Druck patentierte, bei dem zunächst verdampftes Gas, später flüssige Brennstoffe wie Kerosin verwendet wurden. Diese Wärmekraftmaschine ist als ” Brayton’s Ready Motor ” bekannt . Dies bedeutet, dass der ursprüngliche Brayton-Motor anstelle einer Gasturbine und eines Gaskompressors einen Kolbenkompressor und einen Kolbenexpander verwendete.
Heute moderne Gasturbinenmotoren und Luftholen Strahltriebwerke sind auch ein Konstantdruck – Wärmemotoren, deshalb wir ihre Thermodynamik vom beschreiben Zyklus Brayton . Im Allgemeinen beschreibt der Brayton-Zyklus die Funktionsweise einer Wärmekraftmaschine mit konstantem Druck .
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 ausgeführt werden müssen. In einem idealen Brayton- Zyklus durchläuft das System, das den Zyklus ausführt, eine Reihe von vier Prozessen: zwei isentrope (reversible adiabatische) Prozesse, die sich mit zwei isobaren Prozessen abwechseln.
Da das Carnot-Prinzip besagt, dass kein Motor effizienter sein kann als ein reversibler Motor ( eine Carnot-Wärmekraftmaschine ), der zwischen denselben Hochtemperatur- und Niedertemperaturspeichern betrieben wird, muss eine auf dem Brayton-Zyklus basierende Gasturbine einen geringeren Wirkungsgrad aufweisen als der Carnot-Wirkungsgrad.
Eine große einzyklische Gasturbine erzeugt typischerweise beispielsweise 300 Megawatt Strom und hat einen thermischen Wirkungsgrad von 35–40%. Moderne kombinierte Gasturbinenanlagen (CCGT), bei denen der thermodynamische Zyklus aus zwei Kraftwerkszyklen besteht (z. B. der Brayton-Zyklus und der Rankine-Zyklus), können einen thermischen Wirkungsgrad von etwa 55% erreichen.
Arten des Brayton-Zyklus
Arten des Brayton-Zyklus
Öffnen Sie den Brayton-Zyklus (Schlüsselwörter)
Da die meisten Gasturbinen auf dem Brayton-Zyklus mit innerer Verbrennung basieren (z. B. Strahltriebwerke), basieren sie auf dem offenen Brayton-Zyklus . In diesem Zyklus wird Luft aus der Umgebungsatmosphäre durch den Kompressor auf einen höheren Druck und eine höhere Temperatur komprimiert. In der Brennkammer wird Luft weiter erhitzt, indem das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Luftstrom verbrannt wird. Verbrennungsprodukte und Gase dehnen sich in der Turbine entweder auf nahezu atmosphärischen Druck (Triebwerke, die mechanische oder elektrische Energie erzeugen) oder auf einen von den Strahltriebwerken benötigten Druck aus. Durch den offenen Brayton-Kreislauf werden die Gase direkt in die Atmosphäre abgegeben .
Geschlossener Brayton-Zyklus
In einem geschlossenen Brayton-Kreislauf zirkuliert das Arbeitsmedium (z. B. Helium) in der Schleife und das aus der Turbine ausgestoßene Gas wird wieder in den Kompressor eingeleitet. In diesen Turbinen wird üblicherweise ein Wärmetauscher (externe Verbrennung) verwendet und nur sauberes Medium ohne Verbrennungsprodukte wandert durch die Leistungsturbine. Der geschlossene Brayton-Kreislauf wird beispielsweise in Gasturbinen mit geschlossenem Kreislauf und gasgekühlten Hochtemperaturreaktoren verwendet.
Reverse Brayton Cycle – Brayton Refrigeration Cycle
Ein Brayton-Zyklus, der in umgekehrter Richtung gefahren wird, ist als umgekehrter Brayton-Zyklus bekannt. Sein Zweck ist es, Wärme von einem kälteren zu einem heißeren Körper zu transportieren, anstatt Arbeit zu produzieren. In Übereinstimmung mit dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik kann Wärme nicht spontan vom kalten zum heißen System fließen , ohne dass externe Arbeiten am System durchgeführt werden. Wärme kann vom kälteren zum heißeren Körper fließen, jedoch nur, wenn sie durch eine externe Arbeit gezwungen wird. Genau das leisten Kühlschränke und Wärmepumpen. Diese werden von Elektromotoren angetrieben, für deren Betrieb Arbeiten aus ihrer Umgebung erforderlich sind. Einer der möglichen Kreisprozessen ist ein umgekehrter Brayton-Zyklus, der dem gewöhnlichen Brayton-Zyklus ähnlich ist, jedoch über die Netzwerkeingabe rückwärts gefahren wird. Dieser Kreislauf wird auch als Gaskühlkreislauf oder Bell-Coleman-Kreislauf bezeichnet. Diese Art von Zyklus wird häufig in Düsenflugzeugen für Klimaanlagen verwendet, die Luft von den Triebwerkskompressoren verwenden. Es ist auch in der LNG-Industrie weit verbreitet, wo der größte umgekehrte Brayton-Zyklus zum Unterkühlen von LNG unter Verwendung von 86 MW Leistung aus einem Gasturbinen-Kompressor und Stickstoff-Kältemittel dient.
Arten von Gasturbinen
Im Allgemeinen werden Wärmekraftmaschinen und auch Gasturbinen nach einem Verbrennungsort wie folgt eingeteilt:
- Turbinen mit innerer Verbrennung . Die meisten Gasturbinen sind Verbrennungsmotoren. In diesen Turbinen wird die hohe Temperatur durch Verbrennen des Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Brennkammer erreicht.
Turbinen mit externer Verbrennung . In diesen Turbinen wird normalerweise ein Wärmetauscher verwendet und nur sauberes Medium ohne Verbrennungsprodukte wandert durch die Leistungsturbine. Da die Turbinenschaufeln keinen Verbrennungsprodukten ausgesetzt sind, können Kraftstoffe von viel geringerer Qualität (und daher billiger) verwendet werden. Diese Turbinen haben normalerweise einen geringeren thermischen Wirkungsgrad als Turbinen mit innerer Verbrennung.
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Dieser Artikel basiert auf der maschinellen Übersetzung des englischen Originalartikels. Weitere Informationen finden Sie im Artikel auf Englisch. Sie können uns helfen. Wenn Sie die Übersetzung korrigieren möchten, senden Sie diese bitte an: translations@nuclear-power.com oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.
