Kondensator (Dampfturbine)

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Schematische Darstellung eines Kondensators
Überschlägige Berechnung der Kaltwassermenge

Der Kondensator ist ein entscheidendes Element für den Betrieb von Dampfmaschinen und Dampfturbinen und dient zur Verflüssigung des Abdampfes dieser Wärmekraftmaschinen. Mit der Erfindung des Kondensators durch James Watt konnten erstmalig Dampfmaschinen gebaut werden, die einen vergleichsweise geringen Energiebedarf hatten. Daher gilt die Einführung des Kondensators als Meilenstein der Technikgeschichte.

James Watt nutzte für seine Maschinen die einfache Bauform des Einspritzkondensators. In den Abdampf der Maschine wird kaltes Wasser eingespritzt. Der Dampf verflüssigt sich und hinterlässt ein fast vollständiges Vakuum. Dieses Vakuum ermöglicht eine verbesserte Ausnutzung der im Dampf innewohnenden Wärmeenergie zur Erzeugung von Bewegungsenergie. Einspritzkondensatoren werden auch heute noch angewendet; sie sind aber sehr selten geworden, da sie wegen des Eintrages von gelösten Stoffen kein nutzbares Kondensat für die Speisung des Dampferzeugers liefern können.

Diesen Nachteil haben die heutigen Oberflächenkondensatoren in der Form des Rohrbündelwärmetauschers nicht. Hier wird das kalte Wasser durch Rohre in den Abdampfraum geführt und der Abdampf kondensiert an den Kühlrohren. Die Anzahl der Rohre in einem Kondensator können sehr groß sein, so befinden sich in den Kondensatoren eines großen Atomkraftwerkes bis zu 20.000 Stück von je 10 m Länge. Für die Rohre ist eine Nennweite von 15 mm bis 30 mm typisch. Innerhalb des Kondensators wird während des Betriebes der Dampfturbine das Kühlwasser um 8 bis 10 °C erwärmt. Ein typisches Kernkraftwerk besitzt für eine Dampfturbine bis zu sechs solcher Kondensatoren, die jeweils mit bis zu 25000 m³ Kühlwasser je Stunde durchströmt werden. Ein derartiger Kondensator kann bis zu 8000 einzelne Rohre besitzen und überträgt eine thermische Leistung von bis zu 700 Megajoule pro Sekunde vom Abdampf der Turbine auf das Kühlwasser. Das im Kondensator zu erreichende Vakuum hängt im wesentlichen von der Eintrittstemperatur des Kühlwassers sowie von der Qualität des Wärmeüberganges in den einzelnen Rohren ab und kann in sehr günstigen Fällen auf unter 40 mbar fallen.

In der Regel werden Kondensatoren mit Wasser gekühlt, das der Umgebung entnommen wird und mit seinen Verschmutzungen die Funktion des Kondensators gefährden kann. Schon eine dünne Schmutzschicht in den Rohren des Kondensators hat erhebliche Auswirkungen auf den Gesamtwirkungsgrad eines Dampfkraftwerkes. Deshalb wird das Wasser zuvor über Filteranlagen gereinigt, die Feinverschmutzungen in den Rohren beseitigen während des Betriebes spezielle Reinigungskugeln aus Schwammgummi, die in das Kühlwasser eingebracht und mit großen Sieben wieder entfernt werden. Das mittelständische Unternehmen Taprogge GmbH ist federführend bei der Entwicklung und der Vermarktung solcher Reinigungsanlagen.

Das Kühlwasser für die Kondensation wird, wenn dies möglich ist, direkt einem Fluss oder Gewässer entnommen und wieder zurückgeführt. Um die Kühlwassermengen und die Temperatur des zurückgegebenen Kühlwassers zu begrenzen, wird es in Kühltürmen abgekühlt.

Steht am Standort des Kraftwerks kein Kühlwasser zur Verfügung, so wird anstelle eines wassergekühlten Kondensators ein Luftkondensator (engl. air cooled condenser) eingesetzt. Dieser kühlt den Dampf mit Umgebungsluft. Luftkondensatoren erfordern wesentlich mehr Platz. Der Kondensationsdruck ist durch die Umgebungstemperatur begrenzt. Luftkondensatoren benötigen jedoch kein Kühlwasser und es fallen keine Dampfschwaden wie beim Kühlturm an.

Das Bestreben den Verlust an Speisewasser zu vermindern und damit die Reichweite zu erhöhen führte im Eisenbahnwesen zur Entwicklung der Kondensationslokomotive.

Hinweis

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