Redaktion og opdatering af indholdet på denstoredanske.dk er indstillet pr. 24. august 2017. Artikler og andet indhold er tilgængeligt i den form, der var gældende ved redaktionens afslutning.

  • Artiklens indhold er godkendt af redaktionen

dampturbine

Oprindelig forfatter C-EL Seneste forfatter Redaktionen

Dampturbine. Lavtryksrotor til en 400 MW dampturbine. Rotoren har to sæt skovle, hver med seks trin. Dampen tilledes på midten af rotoren og fordeler sig ligeligt til de to sider. Lavtryksrotoren, som vejer 50 t, er sidste trin på dampens vej i turbinen; forud har dampen passeret en højtryksrotor og en mellemtryksrotor. Alle rotorer trækker på samme turbineaksel. Rotoren indlægges i turbinehuset (bag montøren), der indeholder to tilsvarende sæt skovle. Til højre ses generatorhuset. En turbine af den viste type er installeret på Vestkraft i Esbjerg.

Dampturbine. Lavtryksrotor til en 400 MW dampturbine. Rotoren har to sæt skovle, hver med seks trin. Dampen tilledes på midten af rotoren og fordeler sig ligeligt til de to sider. Lavtryksrotoren, som vejer 50 t, er sidste trin på dampens vej i turbinen; forud har dampen passeret en højtryksrotor og en mellemtryksrotor. Alle rotorer trækker på samme turbineaksel. Rotoren indlægges i turbinehuset (bag montøren), der indeholder to tilsvarende sæt skovle. Til højre ses generatorhuset. En turbine af den viste type er installeret på Vestkraft i Esbjerg.

dampturbine, turbine, der drives af vanddamp ved højt tryk og høj temperatur. Vanddampen ekspanderer fra det høje tryk til et lavt tryk igennem turbineskovle fastgjort på en rotor, som derved bringes til at rotere. Rotoren kan sammenkobles med en generator, som producerer elektricitet, eller gennem et gear drive skruen i et skib.

Pionerer

Svenskeren Gustaf de Laval regnes i almindelighed for dampturbinens opfinder, efter at han i 1883 fik patent på og i 1884 byggede en simpel dampturbine. Få år før havde Laval bygget den første centrifuge, hvortil han havde brug for en drivmaskine med høje omdrejningstal. Han konstruerede sin første dampturbine med udgangspunkt i Herons roterende dampkugle (Alexandria, 1. årh. e.Kr.); den kan sammenlignes med en S-formet plænevander, drevet af damp. Den roterede med 42.000 o/min, hvilket var nok til Lavals formål.

Han indså dog snart, at såvel effekt som virkningsgrad med denne konstruktion var for lille, og han skitserede i 1888 en turbine, som skulle få varig værdi. Den bestod af en skive, på hvis rand der var anbragt radiale skovle ("møllevinger"). Igennem en dyse opnåedes en høj hastighed af dampen, som blæste ind på de roterende skovle.

Annonce

Lavals epokegørende indsats var spredt over mange felter. Således opfandt han den konvergente/divergente dyse, hvor damphastigheden var over lydens hastighed. Han brugte denne dyse i sin turbine, som også var udrustet med en tynd, elastisk og selvcentrerende aksel. Han var den første, der byggede skrå-fortandede tandhjul til gear; han opfandt den roterende skive med samme materialepåvirkning overalt, den løgformede fastgørelse af turbineskovle og turbinehjulet med to rækker skovle efter hinanden (senere patenteret og opkaldt efter amerikaneren C.G. Curtis). Alle disse elementer bruges stadig i turbiner.

Samtidig med Laval arbejdede englænderen C.A. Parsons med turbineudvikling, men han greb tingene anderledes an. I stedet for som Laval at anvende kun et enkelt eller dobbelt trin til at udnytte dampens trykfald brugte Parsons mange trin i sin første turbine fra 1884. Dyserne udformedes som fastsiddende ledeskovle af samme form som de roterende løbeskovle. Herved fordeltes trykfaldet over et trin ligeligt mellem lede- og løbeskovle (reaktionsturbine), hvor trykfaldet i Lavals konstruktion (aktionsturbine) alene skete i dysen. Parsons' turbine blev model for den kommende, kraftige udvikling af dampturbiner.

Omkring århundredskiftet eksperimenteredes med mange turbinekonstruktioner, til dels af eksotisk art og uden blivende værdi. Udviklingen hen imod turbiner med større effekt og højere virkningsgrad (vha. højere damptryk) fortsatte efter Parsons' idéer. Han gav licens til Brown Boveri & Cie i Schweiz og til Westinghouse i USA. Begge firmaer videreudviklede reaktionsturbinen og gjorde sig med tiden selvstændige gennem egne konstruktioner.

Princippet i Lavals aktionsturbine blev taget op af A.M. Rateau (1863-1930) i Frankrig, som satte flere Laval-enkelttrin efter hinanden og skabte prototypen for den siden meget anvendte aktionsturbine. I USA blev denne type bygget af General Electric, og i Tyskland blev den taget op af AEG. I Danmark fremstillede Atlas igennem mange år aktionsturbiner, bl.a. til Odense Elværk og Tuborgs dampcentral.

I Sverige opfandt brødrene B. Ljungström (1872-1948) og F. Ljungström (1875-1964) i 1908 en radial reaktionsturbine. Skovlene er her anbragt aksialt i koncentriske cirkler på to modsat roterende skiver, således at de rager ind mellem hinanden. Dampen ledes ind ved skivernes nav, og stålhuset omkring de roterende dele bliver derfor ikke udsat for dampens høje tryk og temperatur. Effekten begrænses imidlertid af centrifugalkræfterne, og denne konstruktion fabrikeres ikke mere.

De ovennævnte pionerer arbejdede ud fra intuition og praktisk sans, men ofte uden videnskabeligt grundlag. Dette blev skabt af professor A. Stodola (1859-1942) i Zürich. Han skrev en lærebog, som efterhånden kom i flere, stadigt udbyggede udgaver og regnedes som en "bibel" inden for turbineteknologi.

Videre udvikling

Turbinens virkningsgrad blev siden forbedret og størrelsen øget. Kraftværker skulle bruge stadig større, økonomiske maskiner; industrien skulle have kraft og varme; og skibe, såvel i handelsflåden som i marinen, havde brug for kraftigt fremdrivningsmaskineri. Virkningsgraden, som er forholdet mellem nyttigt produkt og anvendt brændsel, blev forøget på flere måder: ved at anvende højere fordampningstryk og dermed højere temperatur, ved at overhede dampen, ved at fortætte dampen til vand ved lav temperatur og lavt tryk efter beskovlingen samt ved at udtage damp fra turbinen undervejs til at forvarme kondensatet, der skal føde kedlen med vand.

Grænserne for tryk og temperatur sættes af materialer i kedel, rør og turbine og blev bestandig hævet ved metallurgisk udvikling. Imidlertid vil dampen udskille vanddråber i turbinens sidste trin og slide skovlene ved erosion, medmindre damptemperaturen før turbinen er meget høj. For at modvirke erosion blev dampen gen-overhedet i kedlen, efter at den havde passeret en del af turbinen.

Anvendelser

Til store kraftværker anvendes dampturbiner, der roterer med 50 o/s svarende til elnettets frekvens på 50 Hz. Dampen strømmer efter beskovlingen til en kondensator og fortættes ved lavt tryk, i Danmark normalt ved 0,03 bar (nær vakuum). Dampen har da ekspanderet voldsomt (til ca. 45 m3/kg), og derfor må den sidste skovl have så stor længde som muligt, begrænset af centrifugalkraften. Som oftest må dampen deles i flere portioner til hver sin række skovle. Dette er altid tilfældet for dampturbiner til kernekraftværker, hvor damptrykket før turbinen er lavt, og dampvolumen derfor stort. Almindeligvis nedsættes omdrejningstallet i sådanne turbiner til det halve og centrifugalkraften dermed til en fjerdedel. I turbinens højtryksdel udsættes skovle og skiver for meget høje temperaturer; i praksis arbejder de på grænsen af deres metallurgiske styrke og holdbarhed.

I stedet for at kondensere dampen nær vakuum kan den kondenseres ved højere tryk, fx 1,2 bar, og anvendes til at opvarme vand til fjernvarmeformål, som det gøres i store, centrale kraftvarmeværker. I små, decentrale kraftvarmeværker og i varmeforbrugende industri anvendes modtryksturbiner, hvorfra dampen efter gennemløb i turbinen anvendes direkte eller opvarmer vand i en varmeveksler.

Dampturbiner anvendes også i skibe, men effekten er her væsentlig mindre end i kraftværker. Til gengæld forlanges robust og manøvredygtigt maskineri, der kan modstå skibets bevægelser.

Se også turbine.

Referér til denne tekst ved at skrive:
Carl-Erik Lundgren: dampturbine i Den Store Danske, Gyldendal. Hentet 21. november 2019 fra http://denstoredanske.dk/index.php?sideId=60810