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Stationäre Gasturbinen

Autor	Christof Lechner, Jörg Seume
Verlag	Springer-Verlag
Erscheinungsjahr	2010
Seitenanzahl	1100 Seiten
ISBN	9783540927884
Format	PDF
Kopierschutz	Wasserzeichen
Geräte	PC/MAC/eReader/Tablet
Preis	187,92 EUR

Das Handbuch bietet das aktuelle Wissen über stätionäre Gasturbinen in Industrie und Forschung. In fast vierzig Kapiteln werden die Grundlagen aufbereitet und der derzeitige technische Stand beschrieben. Die Herausgeber - beide blicken auf eine langjährige Industrieerfahrung zurück - haben viele namhafte Autoren gewonnen, die Fragen der Qualität, des Betriebs und der Wartung von Gasturbinen aus der täglichen Praxis kennen. Neu in der 2. Auflage sind Kapitel über Aeroderivate sowie über Ferndiagnosen.

Professor Dr.-Ing. Christof Lechner, Jahrgang 1962, studierte Maschinenbau/Turbomaschinen an der TU München und der RWTH Aachen und promovierte auf dem Gebiet der Triebwerkssimulation an der Universität Hannover. Ab 1996 war er in der Prototyperprobung stationärer Gasturbinen tätig. Seit 2005 ist er Professor für die Lehrgebiete Strömungsmechanik, Thermodynamik und Technische Mechanik an der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg.

Professor Dr-Ing. Jörg Seume, Jahrgang 1958, erhielt seinen MS an der University of Wisconsin, Madison, und promovierte1988 an der University of Minnesota, Minneapolis/USA. Nach zwei Jahren industrieller Tätigkeit in den USA und neun Jahren in der Erprobung und Entwicklung stationärer Gasturbinen in Mülheim und Berlin wurde er 2000 auf die Professur für thermische Turbomaschinen und Strömungsmechanik an der Leibniz Universität Hannover berufen. Dort lehrt und forscht er auf den Gebieten der Aerodynamik, Aeroelastik und Aeroakustik thermischer Turbomaschinen und der Strömungsmechanik.

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Inhaltsverzeichnis

Autoren	22
Nomenklatur	28
1 Gasturbinentypen – eine Übersicht	41
Alexander Wiedermann	41
1.1 Betriebsarten und Gasturbinentypen	42
1.2 Zur Entwicklung der Gasturbine	46
Literaturverzeichnis	50
2 Thermodynamische Grundlagen	51
Jost Braun	51
2.1 Definitionen der verwendeten Größen	52
2.1.1 Ideales Gasverhalten	52
2.1.2 Unveränderte Stoffeigenschaften im Kreisprozess	52
2.1.3 Mittlere Wärmekapazität über Zustandsänderungen	53
2.1.4 Thermischer Wirkungsgrad und Prozesswirkungsgrade	54
2.1.5 Verdichter- und Turbinenwirkungsgrade	55
2.1.6 Mischtemperatur und Mischwirkungsgrade	57
2.2 Ideale Vergleichsprozesse	59
2.2.1 Carnot-Prozess	59
2.2.2 Umsetzung des Carnot-Prozesses mit Gasen	60
2.2.3 Offener Joule- (oder Brayton-)Prozess	61
2.2.4 Ericsson-Prozess	62
2.3 Reale Gasturbinenprozesse	63
2.3.1 Einfluss der Hauptverluste auf den Joule-Prozess	64
2.3.2 Einfluss von Druckverhältnis und Prozesstemperaturen	67
2.3.3 Spezifische Arbeit, Wirkungsgrad und Abgastemperatur	69
2.3.4 Prozessbestimmende Komponenten	70
2.4 Varianten des offenen Joule-Prozesses zur Prozessverbesserung	75
2.4.1 Einfluss einer Zwischenerhitzung (Reheat)	75
2.4.2 Einfluss einer Zwischenkühlung	79
2.4.3 Einfluss eines Rekuperators	80
2.4.4 Leistungsorientierte Prozessverbesserungen	81
2.4.5 Beispiele stationärer Gasturbinen	82
Literaturverzeichnis	87
3 GT-Kraftwerke	88
Lothar Balling	88
3.1 Historische Entwicklung	88
3.2 Frühe Anwendungen	89
3.3 Wandel der Kundenstruktur und Marktanforderungen	91
3.4 Betriebs- und Wartungskosten	94
3.5 GT-Kraftwerke für die Stromerzeugung heute	95
3.5.1 Gasturbinen-Kraftwerke (simple cycle)	95
3.5.2 Phasenschieberbetrieb	97
3.5.3 Anlagen zur Wärme-Kraft-Kopplung	97
3.5.4 Gasturbinen für Verbund-/Kombikraftwerke und Repowering	97
3.5.5 GuD-Anlagen mit integrierter Vergasung	98
3.5.6 Luftspeicher-Kraftwerke („Compressed Air Storage System“ = CAS)	99
3.6 Aufbau des GT-Kraftwerkes	100
3.6.1 Gasturbine	100
3.6.2 Gasturbinen-Hilfssysteme	101
3.6.3 Generator, Hochspannungssystem	104
3.6.4 Ansaugsystem	105
3.6.5 Kupplung	107
3.6.6 Abgassystem	107
3.6.7 Elektrotechnik	107
3.6.8 Leittechnik	108
3.6.9 Bautechnik	110
3.6.10 Außen- und Nebenanlagen	111
3.7 GuD-Kraftwerke	111
3.8 Kraftwerkstypen, Konzepte	117
3.8.1 Mehrwellenanlagen	117
3.8.2 Einwellenanlagen	120
3.8.3 Standardisierung und Modularisierung	122
3.8.4 Basiskraftwerk mit Optionen	124
3.8.5 Reduzierte Abwicklungszeiten	125
3.8.6 Konzept einer modernen Testanlage	126
3.9 Hauptkomponenten der GuD-Anlagen	127
3.9.1 Wasser-Dampf-Kreislauf	128
3.9.2 Abhitzedampferzeuger	131
3.10 Betrieb der GuD-Anlage	131
Literaturverzeichnis	136
4 Aeroderivate	139
Alexander Wiedermann	139
4.1 Prinzipieller Aufbau	139
4.2 Bevorzugte Einsatzgebiete von Aeroderivaten und Industriegasturbinen in Schwerbauweise	142
Literaturverzeichnis	146
5 Kraftwerkskomponenten	147
5.1 Wellenkupplung	147
Frank Rossig-Kruska	147
5.1.1 Allgemeines	147
5.1.2 Nichtschaltbare Wellenkupplungen	148
5.1.3 Schaltbare Wellenkupplungen	150
5.2 Getriebe	154
Thomas Deeg	154
5.2.1 Einführung	154
5.2.2 Verzahnung	154
5.2.3 Lager	161
5.2.4 Getriebekonzepte	162
5.2.5 Werkstoffe und Wärmebehandlung	165
5.2.6 Herstellung von Rotoren und Verzahnungen	167
5.2.7 Schmierung und Getriebeverluste	168
5.2.8 Betriebsbedingungen und Überwachung	170
5.3 Abgasstrecke und Abhitzedampferzeuger in GuD-Anlagen	173
Hans-Gerd Brummel	173
5.3.1 Zusammenstellung der abgasführenden Komponenten, Funktionsbeschreibung, Bauformen und Varianten, Stand der Technik	173
5.3.2 Abhitzedampferzeuger	190
5.3.3 Abhitzedampferzeuger mit Sondereinbauten	226
5.3.4 Verhalten der Abgasstrecken/Abhitzedampferzeugerbeim Anfahren eines GUD-Blocks mit Abgas-Bypasskaminen	232
5.3.5 Zusammenfassung und Ausblick (Status 2003)	236
5.3.6 Neue Entwicklungstendenzen bei der Abgasstrecke und bei Abhitzedampferzeugern (Status 2010)	237
5.4 Dampfturbine	245
Andreas Feldmüller	245
5.4.1 Einleitung	245
5.4.2 Dampfturbinen für Dampfkraftwerke	246
5.4.3 Anforderungen an Dampfturbinen für Kombiprozessemit Gasturbinen	246
5.4.4 Bauformen der Dampfturbinen für GuD-Kraftwerke	249
5.4.5 Beschaufelung	253
5.4.6 Konstruktive Aspekte von Dampfturbinen für GuD-Prozesse	256
5.5 Wärmeabfuhrsystem	262
Georg Haberberger und Dieter Blanck	262
5.5.1 Komponenten des Kalten Endes	262
5.5.2 Einfluss des Kalten Endes auf den Wirkungsgrad	263
5.5.3 Kühlverfahren	263
5.5.4 Auswahl des Kühlverfahrens	279
5.5.5 Niederdruckteilturbine	280
5.5.6 Oberflächenkondensator	282
5.5.7 Abwärmenutzung	286
5.6 Turbogenerator	288
Joachim Böer und Klaus Sedlazeck	288
5.6.1 Allgemeines	288
5.6.2 Generatorbauarten im mittleren Leistungsbereich	297
5.6.3 Generatorerregung, Anfahrmotor- und Phasenschieberbetrieb	305
5.6.4 Anforderungen an Generatoren und Prüfungen	309
5.6.5 Ausblick	314
Literaturverzeichnis	317
6 Grundlagen der Strömungsmaschinen	322
Günther Dibelius	322
6.1 Energieumwandlung	322
6.1.1 Umwandlungsprinzip	322
6.1.2 Auswirkung der Energieumwandlung auf die Strömungsgrößen	324
6.1.3 Auswirkung der Energieumwandlung auf die thermodynamischen Größen	325
6.1.4 Wirkungsgrade	329
6.2 Schaufelgitter	331
6.2.1 Lauf- und Leitgitter	331
6.2.2 Verzögerungs- und Beschleunigungsgitter	332
6.2.3 Verluste in Schaufelgittern	333
6.2.4 Gitterauslegung	334
6.2.5 Gitterkenngrößen	335
6.3 Stufe	339
6.3.1 Kombination von Schaufelgittern zu Stufen	339
6.3.2 Stufenkenngrößen	341
6.3.3 Stufencharakteristiken, Betriebsverhalten von Stufen	343
6.4 Maschine	344
6.4.1 Beschaufelung	345
6.4.2 Schaufellose Strömungsführungen	345
6.4.3 Maschinenkenngrößen	346
6.4.4 Maschinencharakteristiken, Betriebsverhalten	346
6.4.5 Leistungsregelung von Gasturbinen	347
Literaturverzeichnis	348
7 Verdichter	349
Reinhard Mönig und Ulrich Waltke	349
7.1 Anforderungen an Gasturbinenverdichter	349
7.2 Grundlagen	352
7.3 Verdichterbetrieb	357
7.4 Leistungsbetrieb	361
7.5 Transsonische Verdichterstufen	364
7.6 Subsonische Verdichterstufen	371
7.7 Konzeption von Gasturbinenverdichtern	378
7.8 Auslegung und Betriebsverhalten von Gasturbinenverdichtern	388
7.9 Betrieb von Gasturbinenverdichtern	393
7.9.1 An- und Abfahren von vielstufigen Axialverdichtern	393
7.9.2 Massenstromregelung durch Leitschaufelverstellung	396
7.9.3 Drehzahlbereich und Umgebungsbedingungen	396
7.9.4 Kritische Betriebszustände	399
7.9.5 Experimentelle Erprobung	400
7.9.6 Praxisprobleme und Maßnahmen	401
Literaturverzeichnis	405
8 Axialturbinen	406
Herbert F. J. Bals und Konrad Vogeler	406
8.1 Grundsätzliches	406
8.2 Auslegungsverfahren	411
8.3 Wahl des Reaktionsgrades	413
8.4 Festlegung des Meridiankanals	415
8.5 Festlegung der Profilsehnenlänge	419
8.6 Profilierung der Schaufeln	421
8.7 Einfluss der Radialspalte	423
8.8 Dreidimensionale Nachrechnung	423
8.9 Lebensdauerbetrachtungen	425
8.10 Betriebsgrenzen	426
8.11 Betriebsverhalten	428
Literaturverzeichnis	430
9 Grundlagen der Verbrennung in stationären Gasturbinen	431
Thomas Sattelmayer	431
9.1 Aufgaben der Brennkammer	431
9.2 Energie- und Stoffumwandlung in der Brennkammer	433
9.3 Flammentypen	438
9.3.1 Einfluss des Brennstoffs	438
9.3.2 Hauptcharakteristika	440
9.4 Flammenstabilisierung	442
9.5 Ablauf der Reaktion	444
9.6 NO-Bildung	450
9.6.1 Kinetik	450
9.6.2 Diffusionsflamme	451
9.6.3 Vormischverfahren	452
9.6.4 Fett-Mager-Verbrennung	459
9.7 Rußemission	460
9.8 Teillastverhalten, Stufungskonzepte und Pilotierung	462
9.9 Flammendynamik	466
9.9.1 Pulsationen und Stabilisierungsmaßnahmen	466
9.9.2 Flammenrückschlag im Vormischbrenner	472
9.9.3 Selbstzündung	475
9.10 Aufbereitung flüssiger Brennstoffe	480
9.11 Zerstäubung	480
9.11.1 Tropfenverdampfung und -dispersion	482
Literaturverzeichnis	485
10 Technische Verbrennungssysteme	487
Werner Krebs, Jaan Hellat und Adnan Eroglu	487
10.1 Anforderungen an technische Verbrennungssysteme	487
10.2 Brenner und Brennstoffzugabe	490
10.2.1 Hybridbrenner	493
10.2.2 EV-Brenner	495
10.2.3 SEV-Brenner	498
10.2.4 Zugabe von flüssigem Brennstoff	500
10.3 Brennkammerbauarten	505
10.3.1 Entwicklungshistorie	505
10.3.2 Silobrennkammern	506
10.3.3 Ringbrennkammern	508
10.3.4 Rohrbrennkammern	513
10.3.5 Brennkammerwand-Konstruktionsprinzipien und Wandkühlung	517
10.4 Thermoakustisch induzierte Brennkammerschwingungen	518
Literaturverzeichnis	523
11 Brennstoff, Brennstoffsystem und Fahrkonzept	525
Eberhard Deuker, Jaan Hellat und Wolfgang Kroll	525
11.1 Aufgabe des Brennstoffsystems	525
11.2 Brennstoffanforderungen	525
11.2.1 Anforderungen an den Brennstoff Erdgas	526
11.2.2 Anforderungen an den Flüssigbrennstoff Dieselöl	529
11.3 Komponenten des Brennstoffsystems	531
11.3.1 Ventile	531
11.3.2 Rohrleitungen	533
11.3.3 Filter	533
11.3.4 Druckreduzierstation bzw. Gasverdichter (Erdgas)	534
11.3.5 Pumpen (Heizöl)	535
11.4 Brennstoffsystem für Erdgas	536
11.5 Brennstoffsystem für Heizöl	538
11.5.1 Systembeschreibung	538
11.5.2 Zusatzeinrichtungen für die Heizölbrenner	542
11.6 Fahrweisen	543
11.6.1 Erdgas- und Heizölbetrieb	543
11.6.2 Brennstoffwechsel	549
11.6.3 Lastabwurf	551
Literaturverzeichnis	552
12 Vergasung fester und flüssiger Brennstoffe	554
Andreas Heilos, Michael Huth, Jürgen Karg und Jaan Hellat	554
12.1 Konzepte für Vergasungskraftwerke	554
12.2 Übersicht über bestehende Anlagen	559
12.3 Brennstoff und Brennstoffsystem	559
12.3.1 Brennstoffcharakterisierung	559
12.3.2 Brennstoffsystem	564
12.4 Brenner	564
12.4.1 Konzepte für Syngas-Verbrennung	564
12.4.2 Überblick über Brennerkonzepte verschiedener Hersteller	566
Literaturverzeichnis	569
13 Besonderheiten des Betriebs mit Schweröl, Naphtha und Kondensaten	571
Roger Waldinger und Jaan Hellat	571
13.1 Anwendungsbereiche von flüssigen Sonderbrennstoffen	571
13.1.1 Charakteristische Brennstoffeigenschaften und Bestandteile von flüssigen Sonderbrennstoffen	572
13.1.2 Stoffdaten ausgewählter flüssiger Sonderbrennstoffe	573
13.2 Schweröl	573
13.2.1 Herkunft und Einsatzbereich von Schweröl	573
13.2.2 Gasturbinen für den Schweröleinsatz	575
13.2.3 Schwerölaufbereitung	575
13.2.4 Vermeidung von Hochtemperaturkorrosion	576
13.2.5 Emissionen	576
13.3 Naphtha und Kondensate	577
13.3.1 Eigenschaften von Naphtha und Kondensaten	577
13.3.2 Stoffeigenschaften von Naphtha, Kondensaten und Heizöl	577
13.3.3 Sicherheitskonzept für Naphtha und Kondensat-Betrieb	578
Literaturverzeichnis	579
14 Konstruktion, Berechnung und Fertigung von Verdichterschaufeln	580
Ulf D. Köller und Bernd van den Toorn	580
14.1 Konstruktive Ausführung	580
14.1.1 Laufschaufeln	581
14.1.2 Leitschaufeln	585
14.1.3 Verstellbare Leitschaufeln	586
14.1.4 Werkstoffauswahl	587
14.2 Berechnung	588
14.2.1 Statische Festigkeit	588
14.2.2 Dynamische Festigkeit	591
14.3 Fertigung	594
14.3.1 Fertigungsarten	594
14.4 Experimentelle Absicherung	595
Literaturverzeichnis	596
15 Turbinenbeschaufelung	597
Herbert F. J. Bals und Hans-Thomas Bolms	597
15.1 Allgemeine Betrachtungen	597
15.2 Leitschaufeln	597
15.2.1 Konstruktive Merkmale	598
15.2.2 Leitschaufelblatt	599
15.2.3 Fußteil	601
15.2.4 Kopfteil	602
15.2.5 Schnittstellen	602
15.3 Laufschaufeln	604
15.3.1 Konstruktive Merkmale	604
15.3.2 Laufschaufelblatt	605
15.3.3 Fußbereich	606
15.3.4 Anstreifkante	609
15.3.5 Deckband	609
15.3.6 Andere Dämpfungselemente	610
15.4 Gehäusesegmente	610
15.4.1 Konstruktive Merkmale	610
15.5 Schädigungsarten	611
15.5.1 Kriechschädigung	612
15.5.2 Thermische Ermüdung und zyklische Beanspruchung	612
15.5.3 Schädigung durch dynamische Beanspruchung	613
15.5.4 Schädigung durch Oxidation, Heißgaskorrosion	613
15.5.5 Schädigung durch Fremdteile	614
15.6 Lebensdauervorhersage	614
15.6.1 Statische Beanspruchung aus den Gaskräften	615
15.6.2 Statische Beanspruchung aus den Fliehkräften	616
15.6.3 Beanspruchung durch thermische Belastung	616
15.6.4 Dauerfestigkeit	617
15.6.5 Dynamische Beanspruchung aus Gaskräften	618
15.7 Werkstoffauswahl	619
15.8 Fertigung	620
15.8.1 Guss	620
15.8.2 Konventionelle Bearbeitung	621
15.8.3 Unkonventionelle Bearbeitung	621
15.8.4 Beschichtung	622
15.8.5 Weitere Fertigungsschritte	623
15.9 Reparatur	623
16 Sekundärluftsystem	624
Arnd W. Reichert	624
16.1 Grundlagen	624
16.1.1 Abgrenzungen und Definitionen	625
16.1.2 Einfluss des Sekundärluftsystems auf die Eckdaten des Kreisprozesses	626
16.1.3 Für das Sekundärluftsystem relevante Zustandsänderungen in Verdichter und Turbine	627
16.1.4 Strömungsphänomene in Radseitenräumen	Heißgaseinzug	628
16.1.5 Strömungsphänomene in rotierenden Kavitäten	631
16.2 Auslegung des Sekundärluftsystems	632
16.2.1 Anforderungen an die Kühlluftversorgung von Turbinenschaufeln	632
16.2.2 Anforderungen an das Sperrluftsystem	632
16.2.3 Relevante Betriebszustände	633
16.2.4 Führung der Sekundärluft zur Turbine	633
16.2.5 Lage der Entnahmestellen	634
16.2.6 Dichtungstechnologien	634
Literaturverzeichnis	636
17 Turbinenschaufel – Kühlung	637
Bernhard Weigand	637
17.1 Einführung	637
17.2 Bauformen gekühlter Gasturbinenschaufeln	639
17.3 Der externe Wärmeübergang	640
17.4 Interne Wärmeübertragung	645
17.4.1 Prallkühlung	645
17.4.2 Pins	646
17.4.3 Rippen	648
17.4.4 Krümmer (180-Umlenkungen)	652
17.4.5 Einfluss der Rotation	654
17.4.6 Dampfkühlung	654
17.5 Kühlungsauslegung von Schaufeln	655
17.5.1 Konzeptionelle Auslegung (1D)	656
17.5.2 Auslegung der Kühlung (2D/q3D)	659
17.5.3 Tests/3D-Rechnungen/-Anpassungen	660
17.6 Ausblick	661
Literaturverzeichnis	662
18 Läuferbauformen	665
Joachim Schulte, Michael Müller und Manfred Janssen	665
18.1 Einleitung	665
18.2 Anforderungen an den Läufer	666
18.3 Läuferbauformen	667
18.4 Ausgeführte Maschinen	668
18.4.1 Rotor in Scheibenbauweise mit zentralem Zuganker	668
18.4.2 Rotor in Scheibenbauweise mit dezentralen Zugankern	671
18.4.3 Rotor in geschweißter Ausführung	672
18.4.4 Variationen der klassischen Läuferbauarten	674
18.5 Zusammenfassung	675
Literaturverzeichnis	676
19 Statische und dynamische Auslegung des Turbinenläufers	677
Ekkehard Maldfeld und Michael Müller	677
19.1 Auslegungsziele und Lastfälle für den Turbinenläufer	677
19.2 Festigkeitsnachweise	679
19.2.1 Statische Auslegung	680
19.2.2 Dynamische Auslegung	700
19.3 Zusammenwirken der Auslegungsverfahren am Beispiel der mittleren Hohlwelle	704
19.4 Werkstoffaspekte für die Rotorauslegung	706
19.5 Zusammenfassung	707
Literaturverzeichnis	708
20 Gehäuse und Leitzeug	710
Ekkehard Maldfeld und Michael Müller	710
20.1 Einleitung	710
20.2 Konstruktiver Aufbau	711
20.3 Auslegungsziel, Anforderungen und Lastfälle für Gehäusekomponenten	718
20.4 Festigkeitsnachweise	719
20.4.1 Allgemeine Vorgehensweise	719
20.4.2 Flächenpressungen	724
20.4.3 Schrauben	724
20.4.4 Auslegung von Teilfugenflanschen	726
20.4.5 Schweißverbindungen	728
20.4.6 Dynamische Auslegung	729
20.5 Zusammenfassung	730
Literaturverzeichnis	730
21 Spalte	732
Arnd W. Reichert	732
21.1 Grundlagen	732
21.1.1 Einfluss der Spalte auf die Eckdaten des Kreisprozesses	732
21.1.2 Anteile von Spalten	733
21.2 Spaltauslegung	734
21.3 Gestaltung von spaltbestimmenden Bauteilen	736
21.3.1 Einfluss von Rotorbauformen und Kühlkonzepten	736
21.3.2 Gestaltung der Statorbauteile, Justiervorrichtungen	737
21.3.3 Berücksichtigung von Verschiebungstrajektoren, Einlaufschichten	737
21.3.4 Anstreifkanten	738
21.3.5 Aktive Methoden	738
Literaturverzeichnis	739
22 Lagerung – Grundlagen und konstruktive Gestaltung	740
Stefan Verstege und Frank Böckel	740
22.1 Einführung	740
22.2 Grundlagen	740
22.2.1 Strömungsmechanische Grundlagen	742
22.2.2 Lagertypen, Lagerbauformen	746
22.2.3 Auslegungskriterien, Betriebsparameter	751
22.2.4 Berechnungsverfahren	752
22.2.5 Lagerwerkstoffe	757
22.3 GT-Lagerung, konstruktiver Aufbau	759
22.3.1 Lagerungskonzept der GT	759
22.3.2 Radiallager	759
22.3.3 Axiallager	760
Literaturverzeichnis	762
23 Keramische Komponenten	764
Holger Grote, Christine Taut, Wolfgang Kollenberg und Uwe Rettig	764
23.1 Hintergrund und Einsatzbereich	764
23.2 Vorteile und Risiken feuerfestkeramischer Brennkammerauskleidungen	767
23.3 Keramische Komponenten im Einsatz: keramische Hitzeschilde	767
23.3.1 Anforderungen an keramische Hitzeschilde	767
23.3.2 Modellierung des Betriebsverhaltens von Feuerfestkeramik	768
23.3.3 Konstruktion	769
23.3.4 Werkstoffeigenschaften	771
23.3.5 Betriebserfahrungen – Versagensmechanismen	775
23.4 Schlussfolgerungen und Zusammenfassung	780
Literaturverzeichnis	781
24 Korrosion und Beschichtungen	782
Norbert Czech	782
24.1 Korrosion im Verdichterbereich	783
24.1.1 Korrosive Ablagerungen	783
24.1.2 Beschichtungen	785
24.1.3 Einsatz alternativer Schaufelwerkstoffe	785
24.2 Korrosion im Heißgasbereich	785
24.2.1 Randbedingungen	785
24.2.2 Brennstoffe	786
24.2.3 Korrosionsmechanismen	789
24.2.4 Korrosionsmindernde Maßnahmen	793
24.2.5 Korrosionsbeständige Werkstoffe	794
24.2.6 Schutzschichten für den Heißgasbereich	795
24.3 Wärmedämmschichten	799
24.3.1 Beschichtungsverfahren	800
24.3.2 Anwendungsbeispiele	802
24.3.3 Versagensmechanismen	806
24.3.4 Ausblick	810
Literaturverzeichnis	810
25 Hochtemperatur-Schaufelwerkstoffe	812
Christina Berger und Hermann W. Grünling	812
25.1 Einführung und Geschichte	812
25.2 Bauteilanforderungen (Beanspruchungen, Werkstoffeigenschaften)	818
25.3 Fe-Basiswerkstoffe	820
25.4 Co-Basiswerkstoffe	822
25.5 Ni-Basiswerkstoffe	824
25.6 Werkstoffeigenschaften	835
Literaturverzeichnis	850
26 Normung	855
Bernard Becker	855
26.1 Allgemeine Hinweise	855
26.2 Bauweise und Entwicklung	857
26.2.1 Schwachstellen vermeiden	857
26.2.2 Bauteilspezifische Auslegungskriterien	858
26.3 Erprobung, Betrieb und Anwendungen	859
Literaturverzeichnis	860
27 Montage	863
Willi Paschmann	863
27.1 Montageplanung	864
27.1.1 Technische Planung	865
27.1.2 Terminplanung	865
27.1.3 Personalplanung	865
27.1.4 Planung der Baustellenorganisation	866
27.1.5 Planung der Baustellenlogistik	866
27.2 Montagedurchführung	866
27.2.1 Montagehandbuch (erection manual)	866
27.2.2 Montageschritte (vereinfacht)	867
27.2.3 Montageabschluss	867
28 Ausrichten des Wellenstrangs	868
Willi Paschmann	868
28.1 Begriffe	868
28.2 Ausrichtmethoden	869
28.2.1 Axial-Radial-Verfahren oder AR-Methode	869
28.2.2 Doppel-Radial-Verfahren oder DR-Methode	869
28.2.3 Doppel-Axial-Verfahren oder DA-Methode	871
28.3 Werkzeuge und Vorrichtungen	872
28.4 Vorausrichtung des Wellenstrangs	872
28.5 Endausrichtung des Wellenstrangs am Beispiel eines Turbosatzes SGT5-4000F	872
28.6 Kuppeln des Wellenstrangs, Dokumentation	876
Literaturverzeichnis	877
29 Inbetriebsetzung	878
Michael Wegen	878
29.1 Einleitung	878
29.2 Inbetriebsetzungsplanung	878
29.2.1 Technische IBS-Planung	878
29.2.2 Dokumentation	879
29.2.3 Personalplanung	880
29.3 Inbetriebsetzungsablauf	882
29.3.1 Voraussetzungen für die IBS	883
29.3.2 IBS-Phasen	883
29.3.3 Probebetrieb	887
29.4 Inbetriebsetzung nach einer Servicemaßnahme	888
Literaturverzeichnis	890
30 Maschinendynamik	891
Peter Wutsdorff	891
30.1 Schwingungsmessungen	891
30.1.1 Lagergehäuseschwingungsmessung	892
30.1.2 Wellenschwingungsmessung	894
30.1.3 Phasenmessung	895
30.1.4 Hinweise zur praktischen Durchführung von Betriebsschwingungsmessungen	896
30.2 Kritische Drehzahlen	896
30.3 Kinetisches Verhalten der Gleitlager	899
30.4 Untersuchungen an der äußeren Lagerabstützung	900
30.5 Einfluss des Kupplungszustands	903
30.6 Leistungsabhängige Schwingungen	905
30.6.1 Getriebemaschinen	906
30.6.2 Lastabhängige Schwingungen an Generatoren	907
30.6.3 Mediumbedingte Schwingungen	908
30.7 Anstreifprobleme und thermische Unwuchten	909
30.8 Axialschwingungen	913
30.9 Instabilitätsschwingungen	914
30.10 Auswuchten	916
30.11 Ausblick	920
Literaturverzeichnis	922
31 Abnahmemessungen	923
Klaus Werner	923
31.1 Zielsetzung	923
31.2 Grundlagen, Normen	923
31.3 Vorbereitung	924
31.3.1 Gespräche, Prozeduren, Festlegungen	925
31.3.2 Messinstallation	925
31.3.3 Messgrößen	927
31.4 Durchführung	927
31.4.1 Koordination	927
31.4.2 Betriebszustand	929
31.4.3 Dauer	930
31.4.4 Schwankungen	930
31.5 Wesentliche Messgrößen	930
31.5.1 Leistung	930
31.5.2 Brennstoff	931
31.5.3 Abgastemperatur	932
31.6 Auswertung	932
31.6.1 Ansaugmassenstrom und Turbineneintrittstemperatur	932
31.6.2 Umrechnung	933
31.6.3 Ein-/Mehrwellenanordnung	935
31.6.4 Solo-/Kombibetrieb	935
31.6.5 Fehlerbetrachtung	935
31.6.6 Bericht	937
Literaturverzeichnis	946
32 Systematik der Erprobung	947
Olaf König und Christof Lechner	947
32.1 Einführung	947
32.1.1 Komponentenversuchsstand	948
32.1.2 Erprobung im Kraftwerk	951
32.1.3 Erprobung im Prüffeld	953
32.2 Strategie der Erprobung	957
Literaturverzeichnis	957
33 Versuchsmesstechnik	958
Stefan L.F. Frank und Frank Woditschka	958
33.1 Radialspaltmessungen	958
33.2 Temperaturmessungen	961
33.2.1 Thermoelemente	961
33.2.2 Thermofarben	963
33.2.3 Optische Pyrometrie	963
33.3 Verbrennungsmessungen	967
33.3.1 Rauchgasanalyse	967
33.3.2 Flammenbeobachtung	968
33.4 Schaufelschwingungsmessungen	969
33.4.1 Schaufelschwingungen	970
33.4.2 Stillstandsuntersuchungen	971
33.4.3 Betriebsmessungen	974
33.4.4 Berührende Messverfahren	974
33.4.5 Datenerfassung und Auswertung	981
33.4.6 Berührungslose Verfahren	984
Literaturverzeichnis	987
34 Stationäres Betriebsverhalten	989
Andreas Bauer und Stefan Rofka	989
34.1 Grundlagen	990
34.2 Abweichung vom Referenzzustand	991
34.3 Teillastverhalten	995
34.3.1 Verstellung von Verdichterleitreihen	996
34.3.2 Absenkung der Turbineneintrittstemperatur	998
34.3.3 Methoden zur Leistungssteigerung	999
34.4 Einfluss des Brennstoffes	1002
34.5 Spezielle Betriebsfälle	1005
34.5.1 Frequenzabweichung	1005
34.5.2 Verschmutzung und Vereisung der Verdichterbeschaufelung	1006
34.5.3 Alterung	1007
Literaturverzeichnis	1008
35 Automatisierungstechnik	1009
Olaf Drobner und Andreas Pahl	1009
35.1 Turbinen- und Generatorregelung	1010
35.1.1 Einfluss der Regelungen im Gasturbinenbetrieb	1010
35.1.2 Struktur der Regelungen	1014
35.1.3 Stellantriebe	1018
35.2 Steuerung des Gasturbosatzes und dessen Hilfssysteme	1019
35.2.1 Gliederung der Steuerungsfunktionen	1019
35.2.2 Zusammenwirken der Steuerungsfunktionen im Gasturbinenbetrieb	1021
35.3 Turbinenschutz	1025
35.3.1 Grundsätzliche Anforderungen an Schutzeinrichtungen	1026
35.3.2 Wichtige Schutzeinrichtungen für Gasturbinen	1029
35.3.3 Projektierung von Schutzeinrichtungen	1032
35.4 Einsatz und Projektierung moderner Leittechniksysteme für die Gasturbinenautomatisierung	1032
Literaturverzeichnis	1034
36 Ferndiagnose von Kraftwerks-Gasturbinenanlagen	1037
Hans-Gerd Brummel	1037
36.1 Einleitung	1037
36.2 Strategie der Ferndiagnose	1038
36.2.1 Mess- und Analysetechnik vor Ort	1042
36.2.2 Datenakquisition für die Ferndiagnose	1043
36.2.3 Datenfernübertragung	1044
36.2.4 Empfang der Daten beim Hersteller	1045
36.2.5 Datenanalyse	1045
36.2.6 Zentrale Speicherung der Daten und Diagnoseergebnisse	1056
36.2.7 Erstellung und Verteilung von Diagnoseberichten	1057
36.2.8 Automatisierter Diagnoseprozess	1057
36.2.9 Kommunikation mit dem Kunden bei Feststellung einer Anlagenstörung	1058
36.3 Maschinendiagnose durch innovative Messtechnik	1059
36.3.1 Anforderungen an ein Online-Laufschaufel-Überwachungssystem	1060
36.3.2 Technische Lösung und Entwicklungsspezifikation	1062
36.3.3 Infrarotbilder	1063
36.3.4 Stand der Entwicklung	1065
36.4 Zusammenfassung und Ausblick	1066
Literaturverzeichnis	1068
37 Betriebsdatenanalyse	1069
Ayhan Inceoglu und Christopher Steinwachs	1069
37.1 Einführung	1069
37.2 Datenbasis	1070
37.2.1 Ereignisse	1070
37.2.2 Befunde	1071
37.2.3 Gasturbinenlebenslauf	1075
37.3 Verfügbarkeitskennzahlen	1076
37.3.1 Allgemeines	1076
37.3.2 Definitionen der Formelgrößen	1076
37.3.3 Zuverlässigkeit V3/RF	1077
37.3.4 Verfügbarkeit V7/AF	1078
37.3.5 Zwangsausfallkennzahl V11/FOR	1079
37.3.6 Zeitausnutzung V17/SF	1079
37.3.7 Startzuverlässigkeit V18/SR	1079
37.4 Risikoabschätzung von Zuverlässigkeitsgarantiewerten	1080
37.4.1 Ausgangsbedingungen	1080
37.4.2 Generierung einer Lernkurve	1080
37.4.3 Berechnung der Eintrittswahrscheinlichkeiten von Zuverlässigkeitswerten (V3) auf Basis der Lernkurven	1081
37.5 Abhängigkeiten der Kennzahlen	1082
Literaturverzeichnis	1084
38 Wartung, Inspektionen und Ersatzteilkonzepte	1085
Gerhard Bohrenkämper	1085
38.1 Einleitung	1085
38.2 Wartungsmaßnahme Verdichterwäsche, Verdichterverschmutzung	1086
38.3 Heißteilverschleiß und Kriterien für die Bemessung der Inspektionsintervalle	1090
38.4 Instandhaltungsprogramm	1094
38.4.1 Instandhaltungsgerechte Gasturbinenkonstruktion	1094
38.4.2 Inspektionsumfang und Inspektionsintervall	1095
38.4.3 Heißteilinspektion und Revision	1096
38.4.4 Ersatzteile und reparierte Teile	1099
38.5 Instandhaltungsmanagement und langfristige Serviceverträge	1100
Literaturverzeichnis	1102
39 Modernisierungen im Gasturbinenservice	1104
Gerhard Bohrenkämper	1104
39.1 Ältere Gasturbinenanlagen im Wettbewerb	1104
39.2 Modernisierungsthemen	1105
39.2.1 Uprate-Optionen	1105
39.2.2 Reduktion von Schadstoffemissionen	1111
39.2.3 Erweiterung des Verbrennungs- und Brennstoffsystems	1113
39.2.4 Verbesserte Betriebsführung	1114
39.2.5 Optimierte und reduzierte Instandhaltung	1115
39.2.6 Kraftwerksrehabilitation mit Modernisierungen	1116
39.3 Lebensdauerbeurteilung von Bauteilen	1117
39.4 Zusammenfassung und Ausblick	1118
Literaturverzeichnis	1119
Sachverzeichnis	1121

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