OPUS


Alternative Energieumwandlung im Kraftfahrzeug als ein Gas- und Dampfturbinenprozess konzipiert

Alternative energy conversion in motor vehicles designed as a gas and steam turbine process

  • Diese Diplomarbeit behandelt einen alternativen Antrieb zu einem herkömmlichen Otto- oder Dieselmotor. In dieser Arbeit geht es darum, ob es technisch machbar wäre, statt der üblichen Hubkolbenmaschine Turbinen einzusetzen. Es soll eine kombinierte Gas- und Dampfturbine zum Einsatz kommen, da ein besserer thermischer Wirkungsgrad erreicht wird, als wenn nur eine Gasturbine eingesetzt wird. Gas- und Dampfturbinen sind heutzutage von diversen Herstellern beziehbar, jedoch muss auf die Baugröße geachtet werden, da die Turbinen in einem begrenzten Motorraum untergebracht sein sollen. Die eigentliche Schlüsselkomponente ist der Abhitzekessel, der möglichst kompakt und klein gebaut werden soll, damit er ebenfalls in einem Motorraum Platz findet. Diese Komponente ist einer der Schwerpunkte dieser Arbeit. Ausgehend von der Leistung bzw. vom Abgasstrom der Gasturbine wird die Dampfmenge berechnet, die aus dem Abgasmassenstrom erzeugt werden kann. Weiters werden die Wärmeströme in den einzelnen Kesselabschnitten, wie Wasservorwärmer, Verdampfer und Überhitzer berechnet, damit die notwendigen Heizflächen ausgelegt werden können. Zusätzlich werden die passenden Gas- und Dampfturbinen ausgewählt. Alternativ wird noch ein Organic Rankine Cycle berechnet, da beispielweise eine Mikrogasturbine aus einem Blockheizkraftwerk verwendet werden kann und da diese Art von Gasturbine einen hohen Wirkungsgrad hat und diese Turbinen besonders klein baut. In einem anderen Kapitel werden detailliert die Grundlagen und der Aufbau der Gasturbine und der Dampfturbine behandelt. Weiters werden der Clausius-Rankine oder Dampfkraftprozess und in weiterer Folge die Wärmeübertragung beschrieben. Die Grundlagen sind genau behandelt worden, da diese auch im praktischen Teil Anwendung finden, wie zum Beispiel Gasturbinenauswahl oder Dampfturbinenauswahl und was für den jeweiligen Einsatzfall beachtet werden muss. Besonders die Grundlagen der Gasturbine und deren Berechnung werden genau behandelt, da in dieser die Verbrennung stattfindet und die notwendige Abgasmenge für den Dampfprozess geliefert wird. Ebenfalls wird die Wärmeübertragung genau behandelt, da diese für die Heizflächenauswahl notwendig ist. In einem weiteren Kapitel wird der Vergleich zwischen Gas- und Dampfturbinen und herkömmlichen Otto- und Dieselmotoren gemacht und beschrieben, welche Vorteile Turbinen haben. Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein Konzept für einen Gas- und Dampfturbinenprozess zu erstellen und auch Vorplanungen für einen Abhitzekessel und die Funktion dieses Kessels vorzulegen, der in einem Motorraum Platz findet.
  • This thesis deals with an alternative drive to a conventional petrol or diesel engine, and with whether it would be technically feasible to use turbines instead of the usual reciprocating piston engine. A combined gas and steam turbine shall be used, since that way a better thermal efficiency can be achieved than by using just a gas turbine. Nowadays, gas and steam turbines are available from different manufacturers, but it is important to consider their size, as the turbines have to be placed in a limited engine department. The actual key component is the heat recovery steam generator, which should be built as compact and small as possible that it also fits into the engine department. This component is a focus of this thesis. Based on the performance or the exhaust gas flow of the gas turbine, the steam volume that can be generated from the exhaust mass flow is calculated. Furthermore, the heat flows of the single generator sections such as water economizer, reboiler and super heater will be calculated, so that the necessary heating surfaces can be designed, and the appropriate gas and steam turbines are selected. Alternatively an Organic Rankine Cycle will be calculated, as for example a micro gas turbine from a cogeneration plant can be used and this type of gas turbine has a high efficiency and is built especially small. In another chapter the basics and the structure of the gas turbine and the steam turbine will be discussed in detail. Furthermore, the Rankine circle or steam power process and subsequently the heat transfer will be described. The basics will be discussed in detail, because these are also applied in the practical part, for example the selection of gas turbines or steam turbines and what has to be taken into account for each case of operation. Especially the basics of the gas turbine and its calculation will be discussed in detail, as therein the combustion takes place and it delivers the necessary amount of waste gas for the steam process. The heat transfer will also be dealt with precisely, as it is necessary for the selection of the heating surface. In a further chapter, the comparison between gas and steam turbines and con-ventional petrol and diesel engines is made, and the advantages of turbines will be described. The aim of this paper is to develop a concept for a gas and steam turbine process and to present a preliminary design for a heat recovery steam generator which fits into an engine compartment.

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Metadaten
Author:Roman Georg Pauker
Document Type:Diploma Thesis
Language:German
Year of Completion:2017
Granting Institution:Hochschule Mittweida
Release Date:2019/01/02
GND Keyword:Antrieb <Technik>; Kraftfahrzeug
Institutes:Ingenieurwissenschaften
Dewey Decimal Classification:621.4 Antrieb <Technik>
Access Rights:Innerhalb der Hochschule
Licence (German):License LogoEs gilt das UrhG

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