Wirkungsgrad Turboprop

[Del Sönkos]

Hallo und guten Abend,
wer kann mir sagen, wieso Turboprop-Triebwerke im geringen Lastbereich einen relativ geringen Wirkungsgrad haben?
Es geht nicht um den Zusammenhang von Höhe und Reichweiten, sondern wieso Turboprop-TW´e in der Regel mit so hoher relativer Leistung geflogen werden.

Gruß

 

[Schorsch]

Hallo und guten Abend,
wer kann mir sagen, wieso Turboprop-Triebwerke im geringen Lastbereich einen relativ geringen Wirkungsgrad haben?

Wer behauptet denn, dass sie dies haben?
Meines Wissens nach, verhalten sich TurboProps nicht viel anders als andere Turbomaschinen. Der Wirkungsgrad des Propellers ist meines Wissens nicht abhängig vom Grad der relativen Belastung.

 

[Xena]

Turboprops haben bei geringen Geschwindigkeiten einen deutlich höheren Wirkungsgrad als bei höheren. Turbojets haben bei steigenden Geschwindigkeiten einen höheren Wirkungsgrad und Turbofans liegen dazwischen, gehen aber eher in Richtung Turbojets. Schau mal in diese Grafik.

Hängt der Wirkungsgrad bei den Props nicht auch von der Art des Propellers ab? Ich denke, daß mit den neuen Hochgeschwindigkeitspropellern der Berg bei der Grafik eher etwas nach rechts verschoben werden müßte.

 

[Gelöschtes Mitglied 7691]

Ich denke, die Frage zielt weniger in Richtung Geschwindigkeitsabhängigkeit des Wirkungsgrads als vielmehr zum Zusammenhang zwischen Leistung und Wirkungsgrad.

Um es mal ganz knapp zu formulieren, und nur aus Sicht des Propellers:
Wenn ein Propeller deutlich weniger induzierte Leistung (in Form von Schub x mittlerer Abströmgeschwindigkeit) an die Luft abgib, dann arbeitet er v.A. deshalb suboptimal, weil deutlich mehr Propellerblattfläche (bespülte Oberfläche) durch die Luft bewegt wird als für diese gewählte Leistung erforderlich wäre.
Damit handelt man sich ein Plus an parasitäter Leistungsaufnahmen ein, und im Umkehrschluss ein Minus an Wirkungsgrad.

Das Ganze gilt, GANZ GROB vereinfacht, auch für die Komponenten des kerntriebwerks (Verdichter, Turbine) und die Freilaufturbine. Hinzu kommt beim Kerntriebwerk noch, dass das geringere Druckverhältnis im stark reduzierten Betriebspunkt für einen schlechteren thermischen Wirkungsgrad sorgt - allerdings hat die Leistungs-Wirkungsgrad-Kurve (z.B. einer Turbine) ein distinktes Maximum, welches i.d.R. UNTERHALB des Betriebspunktes "100% Nennleistung" liegt.

Nochmal auf den Prop selbst gezielt, dieser hat irgendwo (Leistung, Drehzahl, Fahrt, Einstellwinkel) eine Schar von Wirkungsgradoptimum-Kurven. Man wird bei der Auslegung natürlich versuchen, diese Optima in die Betriebspunkte zu legen, die "teuer" und "häufig" sind. Wenn man dann außerhalb dieser Bereiche operiert, wird der Wirkungsgrad automatisch schlechter - weil z.B. bei dem zur Leistung passend gewählten Propellersteigung die Verwindung der Blätter nicht mehr so ganz optimal ist usw.

gruß
a.p.

 

[Schorsch]

Gasturbinen stellen meines Wissens bei niedrigen Leistungen die Wellenleistung deutlich weniger effektiv zur Verfügung als ein moderner Verbrenner. Die haben ja eher bei niedrigen Leistungen (untertourig) einen sehr guten spezifischen Verbrauch (kg/kWh).
Das sieht man auch an den hohen Leerlaufverbrauch. Ein moderner Einspritzer verbraucht ja im Stand fast nichts ... deswegen auch etwas zweifelhaft ob diese Start-Stopp Automatik wirklich was bringt.

 

[Gelöschtes Mitglied 7691]

Yep, bei Kolbenmaschinen ist das Verdichterdruckverhältnis ganz grob unabhängig von der Drehzahl (da das Druckverhältnis primär vom Hub und den Steuerzeiten abhängt), und deshalb kann auch bei kleinen Drehzahlen ein hoher thermischer Wirkungsgrad erreicht werden. Bei Turbomaschinen gibts eben eine Korrelation zwischen Druckverhältnis und Drehzahl - und damit ist bei kleinen Leistungsabgaben (kleine Drehzahl des Kerntriebwerks) auch ein kleineres Druckverhältnis da - und damit auch ein schlechterer thermischer Wirkungsgrad.

 

[Del Sönkos]

Hallo,
danke für die Antworten, ich habe schon "befürchtet", dass die Frage nicht konkret genug gestellt war. Ich werde morgen mal das Diagramm und die zwei Artikel suchen, auf die ich mich u.a. beziehe.

Danke für die bisherigen Antworten. Es geht um die Leistung und Verbrauch.

 

[Del Sönkos]

Turboprops haben bei geringen Geschwindigkeiten einen deutlich höheren Wirkungsgrad als bei höheren. Turbojets haben bei steigenden Geschwindigkeiten einen höheren Wirkungsgrad und Turbofans liegen dazwischen, gehen aber eher in Richtung Turbojets. Schau mal in diese Grafik.

Danke für diese interessante Graftik. Ich habe wie oben geschrieben allerdings die Frage nicht genau genug gestellt. Ich werde morgen das Diagramm und weitere Fakten nachschieben, damit Alle wissen, was ich genau meine.

Grüße bis dahin
Sönke

 

[Doppelnik]

Der Thread ist ja schon ziemlich alt, aber ich grab ihn noch mal aus... Das Wichtigste hat "gelöschter Gast" ja schon aufgeführt, bei einer Turbine sinkt das Druckverhältnis mit abnehmender Leistung, damit sinkt auch die Menge an Wärmeenergie die durch Expansion in mechanische Arbeit umgewandelt werden kann. Man könnte natürlich auch bei Teillast weiterhin mit der maximalen Drehzahl fahren um das Druckverhältnis hoch zu halten, dann stimmen aber die Antrömwinkel in der Turbine überhaubt nicht mehr wodurch diese einen extrem schlechten Wirkungsgrad aufweisen würde. Außerdem, wäre die Verdichterleistung im Verhältnis zur Turbinenleistung sehr hoch, so dass die Leistung der sehr uneffektive Turbine zum aller größten Teil durch den Verdichter aufgebraucht würde, das ist also kein gangbarer Weg.

Ein Ausweg ist die regenerative Gasturbine bei der ein Wärmetauscher die Abgaswärme nutzt um die verdichtete Luft vorzuwärmen, diese Turbinenanlagen haben einen etwas höheren Maximalwirkungsgrad (besonders bei kleinen Baugrößen) und viel höhere Teillastwirkungsgrade (weil grade bei niedrigen Druckverhältnissen große Wärmemengen im Wärmetauscher nutzbar gemacht werden können). Allerdings sind diese Ausführungen viel größer, schwerer und teurer, daher werden sie kaum noch verwendet. Bei Schienenfahrzeugen und Schiffen sind die regenerativen Gasturinen längst durch Dieselmotoren verdrängt worden.