Gasturbine mit verstellbaren Leiteinrichtungen zur Verringerung des Brennstoffverbrauches im unteren Teillastbereich und im Leerlauf

Gas Turbine with Adjusting Devices to Reduce the Fuel Consumption in the Lower Partial Load Range and at Idling

  • Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Verringerung des Brennstoffverbrauches einer 8-Kilowatt-Versuchsgasturbine im Leerlauf. Wie bei allen Wärmekraftmaschinen verringert sich auch bei Gasturbinen der Wirkungsgrad mit sich verringernder Teillast. Gasturbinen verbrauchen auch, gemessen an ihrer maximalen Leistung, im Vergleich mit anderen Wärmekraftmaschinen wesentlich mehr Brennstoff für den Leerlauf. Das Ziel ist es, den Leerlaufbrennstoffverbrauch durch eine Verstelleinrichtung zu verringern und einen Vergleich mit anderen Wärmekraftmaschinen herzustellen. Die Fragestellungen werden auf der Grundlage der Auswertung aktueller Fachliteratur und theoretischer Grundlagen diskutiert. Um Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Verringerung des Brennstoffverbrauches einer 8-Kilowatt-Versuchsgasturbine im Leerlauf. Wie bei allen Wärmekraftmaschinen verringert sich auch bei Gasturbinen der Wirkungsgrad mit sich verringernder Teillast. Gasturbinen verbrauchen auch, gemessen an ihrer maximalen Leistung, im Vergleich mit anderen Wärmekraftmaschinen wesentlich mehr Brennstoff für den Leerlauf. Das Ziel ist es, den Leerlaufbrennstoffverbrauch durch eine Verstelleinrichtung zu verringern und einen Vergleich mit anderen Wärmekraftmaschinen herzustellen. Die Fragestellungen werden auf der Grundlage der Auswertung aktueller Fachliteratur und theoretischer Grundlagen diskutiert. Um den Vergleich der Wärmekraftmaschinen untereinander hinsichtlich ihres Leerlaufbrennstoffverhältnisses trotz verschiedener Brennstoffe zu ermöglichen, wird eine neue Vergleichskennzahl hergeleitet. Für die experimentelle Überprüfung der Auswirkungen eines verstellbaren Verdichtervorleitapparates in Kombination mit einem verstellbaren Turbinennachleitapparat auf den Leerlaufbrennstoffverbrauch wurde eine Versuchsgasturbine rechnerisch ausgelegt und aufgebaut. Die experimentellen Daten werden mit Daten aus Experimenten des Verfassers mit einer anderen Gasturbine und externen Daten anderer Wärmekraftmaschinen verglichen. Durch die alleinige Verstellung des Verdichtervorleitrades verbrauchte die Versuchsgasturbine im Leerlauf unter optimalen Bedingungen ca. 10 % weniger Brennstoff als ohne diese Maßnahme. Zusätzlich führte das kombinierte Verstellen der Leiteinrichtungen am Eintritt des Verdichters und am Austritt der Turbine zu einer weiteren Verringerung des Leerlaufbrennstoffverbrauches um 0,25 %. Allerdings wird deutlich, dass die zusätzliche Verringerung des Brennstoffverbrauches nur im unteren Leerlaufdrehzahlbereich erreicht werden kann. Mithilfe der neu eingeführten Vergleichskennzahl werden die Versuchsgasturbine, zwei Seriengasturbinen und ein Verbrennungsmotor hinsichtlich ihres Wärmezufuhrbedarfes für den Leerlauf verglichen. show moreshow less
  • The present dissertation investigates the reduction of the fuel consumption of an 8 kW test gas turbine at idling. Like all heat engines, gas turbines work with reduced efficiency when their partial load is decreased. Compared to their maximum power, gas turbines also consume considerably more fuel during idling than other combustion engines. The aim is to reduce the fuel consumption at idling by an adjusting device and to compare the test gas turbine with other heat engines. The issues are discussed based on the analysis of current literature and theoretical principles. To allow the comparison of heat engines with one another in terms of their idle fuel consumption despite their different The present dissertation investigates the reduction of the fuel consumption of an 8 kW test gas turbine at idling. Like all heat engines, gas turbines work with reduced efficiency when their partial load is decreased. Compared to their maximum power, gas turbines also consume considerably more fuel during idling than other combustion engines. The aim is to reduce the fuel consumption at idling by an adjusting device and to compare the test gas turbine with other heat engines. The issues are discussed based on the analysis of current literature and theoretical principles. To allow the comparison of heat engines with one another in terms of their idle fuel consumption despite their different fuels, a new dimensionless number is derived. For the experimental verification of the effect of adjustable compressor inlet guide vanes combined with adjustable turbine outlet guide vanes on the fuel consumption at idling, a test gas turbine was designed and built up. The data of the experiments are compared with data from experiments acquired by the author from another gas turbine as well as with external data of other heat engines. It was found that the test gas turbine consumed about 10 % less fuel at idling due to only adjusting the compressor inlet guide vanes than with full open compressor inlet. Moreover, the combined adjustment of the guide vanes at the compressor inlet and the turbine outlet resulted in an additional reduction of the fuel consumption at idling by 0.25 %. However, the results also clearly show that the additional reduction of the fuel consumption can be achieved only at low idle speed range. show moreshow less

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Metadaten
Author:Uwe Borchert
URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus4-84175
ISBN:978-3-96147-033-4
Publisher:FAU University Press
Place of publication:Erlangen
Advisor:Antonio Delgado, Janusz A. Szymczyk, Franz Peters
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2017
Embargo Date:2017/04/27
Publishing Institution:FAU University Press
Granting Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Date of final exam:2017/01/20
Release Date:2017/04/28
Tag:Abgasturbolader; Nachleitrad; Teillast; Teilleistung; Turbinennachleitrad; Verdichtervorleitrad; Vorleitrad; reduzierter Brennstoffverbrauch
SWD-Keyword:Abgasturbolader ; Gasturbine; Gasturbinenanlage; Leerlauf; Mantelstromtriebwerk
Pagenumber:XXXIX, 247 S.
Note:
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-032-7
Institutes:Technische Fakultät / Department Chemie- und Bioingenieurwesen
Dewey Decimal Classification:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Technik / Technik, Technologie
open_access (DINI-Set):open_access
Collections:Universität Erlangen-Nürnberg / FAU University Press
Licence (German):Creative Commons - Namensnennung-NichtKommerziell-KeineBearbeitung

$Rev: 13581 $