Expander (Strömungsmaschine)

Ein Expander, auch Gasentspannungs- oder -expansionsturbine genannt, ist eine Gasturbine im engeren Sinne, d. h. eine Turbine (Strömungsmaschine), in der ein unter Druck stehendes Gas unter Abführung von Arbeit expandiert.

Ein Expander besteht anders als eine Gasturbine im weiteren Sinne nur aus der eigentlichen Turbine, verfügt also nicht über einen Verdichter oder eine Brennkammer als integralen Bestandteil der Maschine. Das zu expandierende Gas wird also nicht von der Maschine selbst erzeugt, sondern fällt aus vorgeschalteten Prozessen an. Im Gegensatz zu einer einfachen Drossel wird durch den Expander die Energie des Gases genutzt.

Die Turbine kann ein- oder mehrstufig, axialer oder radialer Bauart sein. Die abgeführte Arbeit kann zum Antrieb eines Generators, eines Kompressors oder einer Pumpe verwendet werden.

Der Expander ist eine Unterordnung der thermischen Fluidenergiemaschinen und thermischen Turbomaschine (von lat. turbare = drehen).

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.

durch Hochtemperaturkorrosion/-oxidation „gealterte“ Turbinenschaufel

Ähnlich wie bei 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.

Einsatzgebiete

Für Verfahrensprozesse in

• Kohle- und Ölvergasungsanlagen
• Salpetersäure- und Terephthalsäureanlagen
• Fluid-Catalytic-Cracking- (FCC-) und Residual-Catalytic-Cracking- (RCC-)Anlagen
• Gichtgasanlagen
• Druckluftkraftwerken

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 w_T zum Antrieb zur Verfügung.

Der Wirkungsgrad eines Expanders ist umso höher, je höher die Eintrittstemperatur des Gases und das Druckverhältnis der Turbine ist.

Hersteller

GE Oil & Gas, MAN TURBO und Siemens Power Generation und Atlas Copco in Europa sowie Mitsubishi in Japan.