- Titel: Strömungsmaschinen
- Autor: kameier
- Organisation: FH DUESSELDORF
- Seitenzahl: 115
Inhalt
- Fachhochschule Düsseldorf Strömungsmaschinen
- Download der Skriptmaterialien
- Frank Kameier FH Düsseldorf WS
- Strömungsmaschinen in der Praxis
- Bild BMW RollsRoyce BR der Boeing
- Schematische Darstellung verschiedener Typen von Strömungsmaschinen aus Dixon
- Schematische Darstellung verschiedener Pumpen aus Bohl
- Schematische Darstellung eines hydraulischen Widders Stossheber aus Raabe
- Heros Maschine The Jet Engine RollsRoyce plc
- Rasensprenger The Jet Engine RollsRoyce plc
- Radialer Hochdruckverdichter RollsRoyce plc
- Gasturbinenanlage MW Siemens
- Windkraftanlagen Rotoren mit vertikaler Drehachse aus Hau Windkraftanlagen
- Windkraftanlage mit Getriebe aus Hau Windkraftanlagen
- Einteilung von Strömungsmaschinen
- Klassifizierung von Strömungsmaschinen
- Was wird hinein gesteckt Kraftmaschinen Wasserturbinen
- Arbeitsmaschinen Windkraftanlagen Hochdruck Ventilatoren verdichter Pumpen
- Dampf und Gasturbinen
- Unterscheidung in Kraft und Arbeitsmaschinen
- Kraft und Arbeitsmaschinen Gasturbine Dampfturbine Hochdruckverdichter Kreiselpumpe
- Grundgleichungen der Strömungsmechanik
- Der Satz von der Erhaltung der Masse Kontinuitätsgleichung
- d x tdV dt V
- d x tdV c dA dt A
- In differentieller Form erhält man
- und für einen Stromfaden
- A ds c A c A t
- d c dV f dV dA dt V
- Dc f div Dt
- o Die Kraft FM
- rührt dabei vom äußeren daß sich die
- Luftdruck her so Reaktionswandkraft zu
- o R W RM F M
- J m c p p A e
- R W F V J J
- Für einen Stromfaden folgt nach rein mathematischer Umformung
- d r x c Ads dt V
- f grad U und
- c f dV dt UdV
- Der Energiesatz läßt sich umschreiben zu
- die Leistung in den Endflächen sei
- PE p c A p c A
- Der Energiesatz lautet für einen Stromfaden
- Der Energiesatz lautet dann
- Mit der spezifischen Enthalpie
- h u p v u
- c h gz const
- Betrachtungsweise von Bewegungen
- Pumpenlaufrad Turbinenlaufrad SchadeKunz
- Die Eulersche Strömungsmaschinenhauptgleichung
- c u w transformieren
- m r x c r x c MM
- Dem Betrage nach folgt
- m r c u r c u M
- Der überstrichene Weg bei einer rotatorischen Bewegung ist
- so daß für die Arbeit folgt
- für Turbinen für Pumpen
- u c u cu u w u
- Quadrieren des Geschwindigkeitsdreiecks ergibt
- c c u u w w
- c c u u w w
- totale Enthlpieän derung
- ungedrosselter Strömungszustand im Axialgitter
- c unged c ged x x
- gedrosselter Strömungszustand im Axialgitter
- Der Kreisprozeß thermischer Strömungsmaschinen Zustandsänderungen
- p RT dp d dT p T
- EI u dV c EK dV
- P c f dV c dA
- und Q w dV q dA
- T Wärme Q T
- PO c dA PO
- dA x p dA t
- Durch Integration über die Dauer der Wärmezufuhr folgt
- Q EE I EIA p
- Q EE EIA I
- T Wärme Q p
- Isothermen mit Tconst
- Isentrope oder adiabate Zustandsänderung
- Zwischen den Zustandsgrößen gelten folgende Beziehungen
- TS Diagramm zur Ermittlung der Wärmezufuhr
- Q reversibel Isotherme Polytrope
- irreversibler Anteil reversibler Anteil
- Kennzahlen von Strömungsmaschinen Definition des Wirkungsgrads
- h h h h s
- h s h h h
- poly dp poly dh
- dp Tds dh dh
- für ideales Gas
- ds c p dT dp R T p
- Integration dp und TT
- Bild Schematische Darstellung gemäß DIN
- Bild Sinnbilder für Strömungsmaschinen nach DIN
- p f V D n
- D L M L L T n T
- M kg L m T s
- U r D D n D n
- woraus folgt n D Re Für
- V V n D U A
- diese Größe wird Lieferzahl genannt Für
- Allgemein gültige Kennzahlen
- p V p V
- Verdichter Leistungszahl Turbine Leistungszahl
- U n D U n D
- V n n Y
- Bild Cordier Diagramm aus Bohl
- YI uI DI nI YII uII DII nII
- DI nI DII nII
- c p gz H const
- Bild Entwicklung von Kavitationserosion Bohl
- p S pD c S g g
- p S pD c S g g
- Bild NPSHWerte für verschiedene Volumenströme aus Bohl
- Bild Kavitation bei Turbinen
- Auswirkungen der Cumpsty
- Bild Unterteilung in stabilen und instabilen Kennlinienbereich Bohl
- Bild Drosselkennlinie a
- Bild Zeitverlauf einer Wanddruckschwankung im ungedrosselten Zustand
- Bild Zeitverlauf einer Wanddruckschwankung im gedrosselten Zustand
- kPa M Stufe VK
- kPa NGVDresdenMPTH B M Stufe VK
- Bild Wanddruckschwankung beim vollständigen Strömungsabriß
- Rotierendes Potentialfeld Schaufelkräfte
- Bild Strömungssichtbarmachung mittels Laserlichtschnitt
- Flow visualization with smoke
- Rear flow condition
- Maßnahmen zur Erweiterung des Kennlinienbereichs
- Auslegung mit ausreichendem Abstand zur Stabilitätsgrenze
- Nähe zur Stablitätsgrenze erkennen mit Regelung Abstand halten
- Konturierung der Gehäusewand
- Reduzierung der Kopfspaltweite
- Einblasen von Luft
- Ausblasen von Luft
- Turbulenzerzeuger im Kopfspalt
- Bild Absenkung der Arbeitslinie im Verdichterkennfeld Hourmouziadis
- Frank Kameier FH Düsseldorf WS
- Aerodynamische Auslegung von Strömungsmaschinen am Beispiel von Ventilatoren
- Kennlinienberechnung eines Axialventilators unter Berücksichtigung der Fehlanströmung
- Frank Kameier FH Düsseldorf
- Ablösung durch Fehlanströmung
- Strömung durch ein Gitter nicht rotierend nach Becker
- Fx F cos Fy F sin
- Dividiert man die beiden Gleichungen so erhält man
- p p v v v
- Der verlustfreie Druckanstieg wäre nach Bernoulli
- p p v v
- und damit der Druckverlust
- p v p p p p
- cot v u cot v u
- v cot tan v cot tan
- w u U v u r v
- w u U u r
- p G r v p v
- r w u const w u r
- YStufe Y p VLaufrad p V Leitrad
- Bild Staffelung von Axialverdichtern
- Bild Profilformen von Axialverdichterschaufeln vgl B Lakshminarayana
- Radialventilatoren grundlegende Betrachtungen
- Schaufelanordnungen in Laufrädern von Radialventilatoren Fox McDonald
- Geschwindigkeitsdreiecke verschiedener Schaufelformen Grundmann
- Bild Schematische Darstellung des Eintritts eines Radialventilators
- Schematische Darstellung der relativen SaugrohrEinstecktiefe YtD Kramer
- r r r cos r cos
- Einfache Kreisbogenschaufel Bommes
- Austrittsdreieck eines Radialventilators
- c m tan c um
- p u c u und c m
- p u V u D b tan
- Dargestellt ist diese Funktion in Bild
- vorwärtsgekrümmte Schaufeln radial endende Schaufeln rückwärtsgekrümmte Schaufeln
- Bild Kennlinien der Radialventilatoren ohne Berücksichtung von Verlusten
- Frank Kameier FH Düsseldorf
- Windkraftanlagen exemplarische Zusammenstellung von Schwingungsund Festigkeitsüberlegungen
- Bild Zusammenfassung Widerstands und Auftriebsläufer
- Geschwindkeitsdreiecke an der Blattspitze und Schnellaufzahlen verschiedener Anlagen
- Bild Auffädelung der Profilschnitte
- Bild CampbellDiagramm einer Schaufelschwingung für eine Windkraftanlage
- Bild CampbellDiagramm der Turmschwingungen einer Windkraftanlage
- Tabelle Werkstoffkenngrößen für Festigkeitsbetrachtungen von Strömungsmaschinen
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Vorschau
FH D
Fachhochschule Düsseldorf Strömungsmaschinen
Strömungsmaschinen
Vorlesungsskript zur zweisemestrigen Lehrveranstaltung für Studierende der Konstruktionstechnik und der Energietechnik und in Auszügen zur einsemestrigen Lehrveranstaltung Pumpen und Verdichter oder Strömungsmaschinen für Verfahrens- und Anlagentechnik Dieses Vorlesungsskript wird ergänzt durch Bilder, Diagramme und Aufgaben! Es handelt sich bei dieser usammenstellung nicht um ein Lehrbuch mit dem Anspruch der vollständigen usammenstellung des für die Lehrveranstaltung verbindlichen Lehrstoffs. Vielmehr soll es sich um eine Hilfe zur Mitarbeit und zur Bearbeitung der strömungstechnischen Grundlagen von Strömungsmaschinen handeln. Strömungsmechanische und thermodynamische Voraussetzungen werden im Skript sehr umfangreich wiederholt, so dass im Rahmen der Vorlesung auf diese Dinge zurückgegriffen werden kann. Eine wichtige Ergänzung stellen die Laborskripte der Praktika für Strömungsmechanik, Strömungsmaschinen und Pumpen und Verdichter dar. Frank Kameier im September 1999 Institut für Strömungsmaschinen Fachhochschule Düsseldorf Josef-Gockeln-Str. 9 40474 Düsseldorf Tel.: 0211-4351-448 Raum L1.8 Email: Frank.Kameier@fh-duesseldorf.de
http://www.fh-duesseldorf.de/muv/STRM/index.htm http://www.fh-duesseldorf.de/muv/STRM/download.htm
(Download der Skriptmaterialien)
Frank Kameier
1999
3.1 Der Satz von der Erhaltung der Masse 3.2 Der Satz von der Erhaltung des Impulses 3.2.1 Die Schubkraft 3.3 Der Satz von der Erhaltung des Drehimpulses 3.4 Der Satz von der Erhaltung der Energie 3.4.1 Die Bernoullische Gleichung der Gasdynamik 3.5 Betrachtungsweise von Bewegungen 3.6 Die Eulersche Strömungsmaschinenhauptgleichung (mit einem Exkurs zum usammenhang von Drehimpuls, Arbeit und Leistung) 4. Der Kreisprozeß thermischer Strömungsmaschinen 4.1 ustandsänderungen 4.2 Die anschauliche Interpretation der Entropie in Strömungsmaschinen 5. Kennzahlen von Strömungsmaschinen 5.1 Dimensionsanalyse 5.2 Allgemein gültige Kennzahlen 5.3 Ähnlichkeitsbeziehungen 5.4 Das Verdichterkennfeld als Beispiel spezieller Kennzahlen 6. Kavitation 6.1 Bernoulli-Diagramm 6.2 Blasenimplosion 6.3 Spezifische Halteenergie oder Haltedruckhöhe und NPSH-Wert 6.4 Dimensionslose Kennzahlen 6.5 Einflüße auf den NPSH-Wert 6.6 Kavitation bei Turbinen 7. Stabile und instabile Kennlinienbereiche bei Pumpen und Verdichtern 7.1 Ablösung, rotierende Ablösung und Pumpen 7.2 Radialventilatoren 7.3 Axialventilatoren 7.3.1 Messung von Wanddruckschwankungen zur Beurteilung der Strömungszustände 7.3.2 Strömungsinstabilitäten als Anregungsmechanismen von Schaufelschwingungen 7.3.3 Konstruktive Eingriffe zur Erweiterung des Kennlinienbereichs 7.3.3.1 Spaltmodifikation verbessert Ventilatoren 7.4 Mehrstufige Axialverdichter 8. Aerodynamische Auslegung von Strömungsmaschinen am Beispiel von Ventilatoren 8.1 Kennlinienberechnung eines Axialventilators unter Berücksichtigung der Fehlanströmung 8.2 Aerodynamische Auslegung eines Axialventilators 8.3 Radialventilatoren – grundlegende Betrachtungen 9. Turbinen – Beschaufelung mit variablem Reaktionsgrad am Beispiel von Dampfturbinen 10. Windkraftanlagen – exemplarische usammenstellung von Schwingungs- und Festigkeitsüberlegungen Literatur Anhang der ergänzenden Folien
1. Strömungsmaschinen in der Praxis 2. Einteilung von Strömungsmaschinen 3. Grundgleichungen zur Beschreibung der Strömung in Strömungsmaschinen
© Frank Kameier FH Düsseldorf WS1999
1.
Strömungsmaschinen in der Praxis
Anhand verschiedener Beispiele von Strömungsmaschinen sollen zunächst deutsche und englische Begriffe erörtert und erklärt werden. Eine usammenstellung verschiedenster Strömungsmaschinen wird gegeben.
Bild 1.0: PW 8000 Bypass Triebwerk mit Getriebe (Studie, Quelle: Aerospace 2/99)
Bild 1.1: BMW Rolls-Royce BR 715 der Boeing 717-200