Expander (Strömungsmaschine)
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Ein Expander ist eine Antriebskraftmaschine, die kontinuierlich von einem Gas durchströmt wird (Strömungsmaschine). Die Gase werden in weiteren Prozessschritten bei niedrigerem Druck benötigt. Im Gegensatz zu einer einfachen Drossel wird durch den Expander die Energie des Gases genutzt.
Bei einem Expander wird anders als in einer Gasturbine kein Heißgas durch Verbrennung in einem vorgeschalteten Teil der Maschine erzeugt, sondern aus externen Prozessen anfallende, energiereiche Gase in die Maschine eingeleitet.
Dieses Gas entspannt sich in einem ein- oder mehrstufigen Turbinenteil axialer oder radialer Bauart. Dabei wird die thermische und mechanische Energie des Gases in mechanische Energie gewandelt, die zum Antrieb eines Generators, eines Kompressors oder einer Pumpe verwendet werden kann.
Der Expander ist eine Unterordnung der thermischen Fluidenergiemaschinen und thermischen Turbomaschine (von lat. turbare = drehen).
[Bearbeiten] Bestandteile
Der Expander besteht prinzipiell aus
- einer ein- oder mehrstufigen Abtriebswelle axialer (beschaufelte Stufen) oder radialer (Laufräder) Bauart
- den Leitstufen (Leitschaufeln oder Diffusoren)
- dem Außengehäuse.
Der Abtrieb kann am eintritts- oder am austrittsseitigen Wellenende liegen.
Ähnlich wie bei den Gasturbinen werden aufgrund der Heißgas-Parameter (Temperatur, Zusammensetzung) auch bei den Expanderbauteilen hohe Ansprüche an die verwendeten Werkstoffe bezüglich ihrer Festigkeit und Temperaturstabilität sowie Beständigkeit gegen Korrosion und Oxidation gestellt.
Es kommen daher überwiegend nur hochlegierte ferritische und austenitische Stähle sowie Nickelbasislegierungen zum Einsatz.
[Bearbeiten] Einsatzgebiete
Für Verfahrensprozesse in
- Kohle- und Ölvergasungsanlagen
- Salpetersäure- und Terephthalsäureanlagen
- Fluid Catalytic Cracking (FCC) - und Residual Catalytic Cracking (RCC) - Anlagen
- Gichtgasanlagen
werden entweder Gase mit hohen Temperaturen und hohem Druck erzeugt und nur zum Teil "verbraucht" oder entstehen dabei.
Die in diesen Heißgasen enthaltene Enthalpie kann durch Expansion in mechanische Energie umgewandelt werden und steht wieder als nutzbare mechanische Energie wT zum Antrieb zur Verfügung.
Der Wirkungsgrad eines Expanders ist umso höher, je höher die Eintrittstemperatur der Gases und das Druckverhältnis der Turbine ist.
[Bearbeiten] Hersteller
GE Oil & Gas, MAN TURBO und Siemens Power Generation in Europa sowie Mitsubishi in Japan.
