Strömungsmaschinen - Grundlagen und Anwendungen

von: Herbert Sigloch

Carl Hanser Fachbuchverlag, 2018

ISBN: 9783446455573

Sprache: Deutsch

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Strömungsmaschinen - Grundlagen und Anwendungen

	Titelseite	4
	Vorwort	6
	Benutzungshinweise	7
	Inhaltsverzeichnis	10
	Teil I Grundlagen	18
	1 Allgemeines	18
	1.1 Begriffe, Einheiten, Abkürzungen	18
	1.1.1 Begriffe	18
	1.1.2 Einheiten	19
	1.1.3 Formelzeichen, Symbole und Abkürzungen	20
	1.2 Aufgabe und Bedeutung	24
	1.3 Unterteilung	28
	1.4 Wirkungsweise	30
	1.4.1 Grundsätzliches	30
	1.4.2 Einzelschaufel (Flügel)	30
	1.4.3 Schaufelgitter (Schaufel)	32
	1.5 Bauarten	36
	1.5.1 Vorbemerkungen	36
	1.5.2 Hauptteile	36
	1.5.3 Bezeichnungen	36
	1.5.4 Aufteilung	37
	1.6 Vergleich mit Kolbenmaschinen	37
	1.6.1 Vorbemerkungen	37
	1.6.2 Übereinstimmende Kennzeichen	38
	1.6.3 Unterschiede	38
	2 Strömungsverhältnisse	40
	2.1 Zusammengesetzte Strömungen	40
	2.1.1 Grundsätzliches	40
	2.1.2 Radialrotationshohlräume	40
	2.1.2.1 Vorbemerkungen	40
	2.1.2.2 Reibungsfreie Strömungen	40
	2.1.2.3 Reibungsbehaftete Strömungen	41
	2.1.3 Beliebige rotationssymmetrische Kanäle	42
	2.1.4 Axialrotationshohlräume	43
	2.2 Relativbewegung	43
	2.3 Energiegleichung der Relativströmung	43
	2.4 Instationäre Strömung	45
	2.4.1 Grundsätzliches	45
	2.4.2 Energiegleichung der instationären Strömung	45
	2.4.3 Druckstoß	47
	2.4.3.1 Vorbetrachtungen	47
	2.4.3.2 Physikalischer Ablauf	47
	2.4.3.3 Rohrleitung mit konstantem Querschnitt	48
	2.4.3.4 Rohrsystem mit veränderlichem Durchmesser	54
	2.5 Laufradströmungen	55
	2.5.1 Bezeichnungen und Grundsätzliches	55
	2.5.2 Radial-, Halbaxial- und Diagonalräder	57
	2.5.2.1 Strömungsverhältnisse	57
	2.5.2.2 Nabenverengung	59
	2.5.2.3 Radquerschnittsverengung	59
	2.5.2.4 Laufschaufelzahl	61
	2.5.2.5 Schaufeldicke	63
	2.5.2.6 Umfangsgeschwindigkeit	63
	2.5.2.7 Geschwindigkeitsverhältnisse	64
	2.5.3 Axialräder	65
	2.5.3.1 Vorbemerkungen	65
	2.5.3.2 Axialräder mit vielen Schaufeln	65
	2.5.3.3 Axialräder mit wenigen Schaufeln	69
	3 Energieumsatz	74
	3.1 Berechnungsverfahren	74
	3.2 Stromfadentheorie	75
	3.2.1 Hauptgleichung der Kreiselradtheorie (Euler-Gleichung)	75
	3.2.1.1 Spezifische theoretische Schaufelarbeit bei unendlicher Schaufelzahl	75
	3.2.1.2 Spezifische theoretische Schaufelarbeit bei endlicher Schaufelzahl	79
	3.2.1.3 Spezifische Stufenarbeit und spezifische Stutzenarbeit Y	86
	3.2.1.4 Spaltdruckarbeit	88
	3.2.1.5 Gleich- und Überdruckwirkung	89
	3.3 Tragflügeltheorie	91
	3.3.1 Ideale Strömung (Kutta-Joukowsky-Gesetz)	91
	3.3.2 Reale Strömung	94
	4 Affinitätsregeln und Kennziffern	100
	4.1 Grundsätzliches	100
	4.2 Ähnlichkeitstheorie	100
	4.2.1 Vorbemerkungen	100
	4.2.2 Ähnlichkeitsbedingungen	100
	4.2.3 Affinitätsregeln	101
	4.2.3.1 Maßstabsfaktoren	101
	4.2.3.2 Proportionalitäten	101
	4.2.3.3 Ähnlichkeitsbeziehungen	102
	4.2.3.4 Wirkungsgradumrechnung	103
	4.2.3.5 Radanpassung	104
	4.3 Kennziffern	106
	4.3.1 Grundsätzliches	106
	4.3.2 Methoden zur Aufstellung von Kennziffern	107
	4.3.3 Wichtige Kennziffern für Turbomaschinen	107
	4.3.3.1 Reaktionsgrad	107
	4.3.3.2 Druckziffer	109
	4.3.3.3 Lieferziffer	110
	4.3.3.4 Durchmesserziffer	112
	4.3.3.5 Radformkennziffern (Laufradkennzahlen)	112
	4.3.3.6 Relative Drallziffer	121
	4.3.3.7 Einlaufziffer und Abströmwert	122
	5 Kavitation und Überschall	125
	5.1 Vorbemerkungen	125
	5.2 Kavitation	125
	5.2.1 Ablauf, Wirkung, Werkstoffe, Einflüsse	125
	5.2.1.1 Grundsätzliches	125
	5.2.1.2 Kavitationsablauf	127
	5.2.1.3 Werkstoffe	128
	5.2.1.4 Laufradgrößeneinfluss	130
	5.2.1.5 Kavitationsstufen	130
	5.2.1.6 Kavitationsformen	131
	5.2.1.7 Zusammenfassung	132
	5.2.2 Saughöhe von Flüssigkeitsmaschinen	132
	5.2.3 Halteenergie	134
	5.2.4 Saugzahl	137
	5.2.5 NPSH-Wert	138
	5.2.6 Thoma-Zahl Th	139
	5.2.7 Festlegen des Kavitationszustandes	140
	5.3 Überschall	141
	5.3.1 Grundsätzliches, Bedeutung	141
	5.3.2 Dichteänderung im Saugstutzen	142
	5.3.3 Überschallgrenze, Schallziffer	144
	6 Laufradformen	148
	6.1 Radialmaschinen	148
	6.1.1 Grundsätzliches	148
	6.1.2 Wirkungsfreie Radialschaufel	148
	6.1.3 Einfluss der Saugkante	152
	6.1.4 Einfluss der Druckkante	153
	6.1.4.1 Grundsätzliches	153
	6.1.4.2 Unterscheidung	154
	6.1.4.3 Vergleich	154
	6.1.4.4 Anwendung	154
	6.1.5 Schaufelformen	156
	6.1.5.1 Grundsätzliches	156
	6.1.5.2 Pumpenschaufeln	156
	6.1.5.3 Turbinenschaufeln	161
	6.2 Axialmaschinen	162
	6.2.1 Vorbemerkungen	162
	6.2.2 Wirkungsfreie Axialschaufel	163
	6.2.3 Einfluss der Saugkante	164
	6.2.4 Einfluss der Druckkante	164
	6.2.4.1 Grundsätzliches	164
	6.2.4.2 Unterscheidung	164
	6.2.4.3 Vergleich	165
	6.2.4.4 Anwendung	165
	6.2.5 Schaufelformen	166
	6.2.5.1 Axialpumpen	166
	6.2.5.2 Wasserturbinen	166
	6.2.5.3 Dampf- und Gasturbinen	168
	7 Leitvorrichtungen	172
	7.1 Grundsätzliches	172
	7.2 Pumpenleitvorrichtungen	172
	7.2.1 Radialmaschinen	173
	7.2.1.1 Einführung	173
	7.2.1.2 Ringspalt, Leitkanaleintrittsbreite	174
	7.2.1.3 Leitrad (beschaufelt)	175
	7.2.1.4 Leitring (schaufellos)	183
	7.2.1.5 Spiralgehäuse	184
	7.2.1.6 Rückführeinrichtungen	193
	7.2.1.7 Saugseitenleitvorrichtungen	195
	7.2.2 Axialmaschinen	196
	7.2.2.1 Grundsätzliches	196
	7.2.2.2 Spalt zwischen Lauf- und Leitrad	198
	7.2.2.3 Leitschaufeldicke	198
	7.2.2.4 Leitschaufelzahl	198
	7.2.2.5 Leitschaufelkontur	198
	7.3 Turbinenleitvorrichtungen	200
	7.3.1 Grundsätzliches	200
	7.3.2 Wasserturbinen	201
	7.3.2.1 Gleichdruckturbinen (Aktionswirkung)	201
	7.3.2.2 Überdruckturbinen (Reaktionswirkung)	204
	7.3.3 Dampf- und Gasturbinen	210
	7.3.3.1 Vorbemerkungen	210
	7.3.3.2 Gleichdruckturbinen (Aktionswirkung)	212
	7.3.3.3 Überdruckturbinen (Reaktionsprinzip)	218
	8 Spezifische Stutzenarbeit, Verluste, Leistungen, Wirkungsgrade	220
	8.1 Vorbemerkung	220
	8.2 Spezifische Stutzenarbeit	220
	8.3 Verluste	225
	8.3.1 Grundsätzliches	225
	8.3.2 Innere Verluste	225
	8.3.2.1 Schauflungsverluste	225
	8.3.2.2 Mengenstromverluste	229
	8.3.2.3 Radreibungs- und Ventilationsverluste	236
	8.3.2.4 Austauschverlust	242
	8.3.2.5 Stoßverluste	242
	8.3.2.6 Zusammenfassung	244
	8.3.3 Äußere Verluste	245
	8.3.4 Gesamtverlust	246
	8.4 Leistungen	246
	8.4.1 Grundsätzliches	246
	8.4.2 Theoretische Leistung	247
	8.4.3 Innere Leistungen	247
	8.4.4 Äußere, effektive oder Kupplungs-Leistung	247
	8.5 Wirkungsgrade	248
	8.5.1 Grundsätzliches	248
	8.5.2 Liefergrad	248
	8.5.3 Schauflungswirkungsgrad	248
	8.5.4 Innerer Wirkungsgrad	248
	8.5.5 Mechanischer Wirkungsgrad	249
	8.5.6 Effektiver Wirkungsgrad	249
	8.5.7 Weitere Wirkungsgrade bei thermischen Turboarbeitsmaschinen	250
	8.5.8 Weitere Wirkungsgrade bei Turbokraftanlagen	250
	8.5.9 Anlagenwirkungsgrad	252
	8.5.10 Spezielle Wirkungsgrade	252
	9 Betriebliches Verhalten (Kennlinien, Kennfelder)	253
	9.1 Grundsätzliches	253
	9.2 Betriebsverhalten der Strömungsarbeitsmaschinen	253
	9.2.1 Kreiselpumpen	253
	9.2.1.1 Drosselkurven	253
	9.2.1.2 Auslegungs- und Betriebspunkt	258
	9.2.1.3 Stabiler und labiler Betriebszustand	259
	9.2.1.4 Affinität der Drosselkurven	262
	9.2.1.5 Vergleich mit dem Kennverhalten der Kolbenpumpen	265
	9.2.1.6 Muscheldiagramm	265
	9.2.1.7 Kennlinien für Leistungen, Wirkungsgrad und Haltedruckhöhe bzw. NPSA	266
	9.2.1.8 Besonderheiten schnellläufiger Strömungspumpen	268
	9.2.1.9 Kombination von Strömungspumpen	271
	9.2.1.10 Regelung von Strömungspumpen	272
	9.2.2 Kreiselverdichter	273
	9.2.2.1 Grundsätzliches	273
	9.2.2.2 Einfluss der Ansaugverhältnisse	274
	9.2.2.3 Instabilitäten (Strömungsabreißen)	276
	9.2.2.4 Kennlinien mehrstufiger Verdichter	279
	9.3 Betriebsverhalten der Strömungskraftmaschinen	279
	9.3.1 Grundsätzliches	279
	9.3.2 Wasserturbinen	280
	9.3.3 Dampf- und Gasturbinen	282
	9.3.3.1 Vorbemerkungen	282
	9.3.3.2 Kegelgesetz	282
	Teil II Turbomaschinenarten	286
	10 Übersicht über die Strömungspumpen (Turboarbeitsmaschinen)	286
	10.1 Grundsätzliches	286
	10.2 Kreiselpumpen	286
	10.2.1 Vorbemerkungen	286
	10.2.2 Laufradformen und Kenngrößen	287
	10.2.3 Wirkungsgrad	289
	10.2.4 Läuferkräfte	291
	10.2.4.1 Achsschub (Axialkraft)	291
	10.2.4.2 Radialkräfte	296
	10.2.5 Saugverhalten	296
	10.2.6 Ausführungsbeispiele	297
	10.2.6.1 Radial- und Halbaxialpumpen (Radform I und II)	298
	10.2.6.2 Diagonal- oder Schraubenpumpen (Radform III)	301
	10.2.6.3 Axial- oder Propellerpumpen (Radform IV)	303
	10.2.6.4 Mehrstufige Radialpumpen (Radform I und II)	304
	10.2.6.5 Sonder-Kreiselpumpen	306
	10.3 Kreiselverdichter	320
	10.3.1 Vorbemerkungen	320
	10.3.2 Besonderheiten	321
	10.3.2.1 Drehzahl	321
	10.3.2.2 Aufbau	321
	10.3.2.3 Geräuschentwicklung	323
	10.3.2.4 Thermodynamik der Verdichtung	324
	10.3.3 Unterteilung	330
	10.3.4 Druckstufung	330
	10.3.5 Laufräder-Abstufung	331
	10.3.6 Ausführungsbeispiele	331
	10.3.6.1 Ventilatoren	332
	10.3.6.2 Gebläse	338
	10.3.6.3 Kompressoren	341
	10.4 Hinweise für das Berechnen von Strömungspumpen	349
	10.4.1 Grundsätzliches	349
	10.4.2 Wellendurchmesser	352
	10.4.3 Radialrad-Abmessungen	354
	10.4.3.1 Nabendurchmesser	354
	10.4.3.2 Saugmund	354
	10.4.3.3 Überschlägiges Festlegen der Laufradkanäle	355
	10.4.3.4 Stufenzahl	356
	10.4.3.5 Laufschaufelzahl	356
	10.4.3.6 Nachrechnen der Schaufelkanten	356
	10.4.4 Diagonalrad-Abmessungen	356
	10.4.5 Axialrad-Abmessungen	356
	11 Übersicht über die Turbinen (Turbokraftmaschinen)	357
	11.1 Grundsätzliches	357
	11.2 Wasserturbinen	357
	11.2.1 Vorbemerkungen	357
	11.2.2 Gleichdruck- oder Aktionsturbinen	360
	11.2.2.1 Pelton-, Becher-, Freistrahl- oder Tangential-Turbinen	360
	11.2.2.2 Michell-Ossberger- oder Durchströmturbine	364
	11.2.3 Überdruck- oder Reaktionsturbinen	365
	11.2.3.1 Gemeinsames	365
	11.2.3.2 Francis-Turbinen	366
	11.2.3.3 Propeller- und Kaplan-Turbinen	369
	11.2.4 Berechnungshinweise	373
	11.3 Dampfturbinen	373
	11.3.1 Grundsätzliches	373
	11.3.1.1 Dampfkraftprozess	373
	11.3.1.2 Einteilung	376
	11.3.1.3 Optimaler Energieumsatz	376
	11.3.1.4 Stufungsarten	378
	11.3.1.5 Wärmerückgewinn	381
	11.3.1.6 Kennwerte	382
	11.3.1.7 Betriebsgrößen	382
	11.3.1.8 Grenzen	386
	11.3.1.9 Vergleich mit anderen Turbomaschinen	387
	11.3.1.10 Konstruktive Besonderheiten	387
	11.3.2 Betriebsverhalten	391
	11.3.2.1 Anfahren, Betrieb, Abstellen	391
	11.3.2.2 Regelung	391
	11.3.3 Ausführungsbeispiele	393
	11.3.3.1 Vorbemerkungen	393
	11.3.3.2 Gleichdruck- oder Aktionsturbinen	393
	11.3.3.3 Überdruck- oder Reaktionsturbinen	396
	11.3.4 Vergleich Gleichdruck – Überdruck	399
	11.3.5 Berechnungshinweise	399
	11.4 Gasturbinen	402
	11.4.1 Grundsätzliches	402
	11.4.1.1 Bezeichnungen	402
	11.4.1.2 Wirkungsweise	402
	11.4.1.3 Geschichtliches und Bedeutung	402
	11.4.2 Vergleich mit Dampfturbinen	403
	11.4.3 Aufbau	403
	11.4.3.1 Bestandteile	403
	11.4.3.2 Unterteilung	403
	11.4.4 Thermodynamik	405
	11.4.5 Besonderheiten	407
	11.4.5.1 Bauteile	407
	11.4.5.2 Werkstoffe	412
	11.4.5.3 Brennstoffe	413
	11.4.5.4 Lebensdauer	414
	11.4.6 Eigenschaften, Anwendung, Ausführungsbeispiele	414
	11.4.6.1 Vorbemerkungen	414
	11.4.6.2 Stationäre Anlagen	415
	11.4.6.3 Bewegliche Anlagen	418
	11.4.6.4 Sonderausführungen	421
	11.5 Windturbinen	423
	11.5.1 Vorbemerkungen	423
	11.5.2 Windangebot	424
	11.5.3 Aerodynamische Grundlagen	425
	11.5.3.1 Einführung	425
	11.5.3.2 Windenergie und Windleistung	425
	11.5.3.3 Windturbinenleistung	425
	11.5.4 Axialkraft	426
	11.5.5 Kennwerte	426
	11.5.6 Ausführungshinweise	426
	12 Antriebspropeller	428
	12.1 Vorbemerkungen	428
	12.2 Strömung, Geschwindigkeiten und Kräfte am Propellerblatt	428
	12.3 Vereinfachte Propellertheorie	429
	12.4 Kennzahlen	431
	12.5 Anwendungsbedingte Besonderheiten	431
	12.5.1 Flugzeugpropeller	431
	12.5.2 Schiffsschrauben	432
	12.5.3 Sonderbauarten	432
	13 Aggregate	434
	13.1 Vorbemerkung	434
	13.2 Funktionsweise	434
	13.3 Strömungskupplungen	435
	13.3.1 Aufbau und Arbeitsweise	435
	13.3.2 Kenngrößen und Eigenschaften	435
	13.3.3 Ausführungen und Anwendungen	437
	13.4 Strömungsgetriebe	438
	13.4.1 Unterschied Kupplung – Getriebe	438
	13.4.2 Wirkungsweise	438
	13.4.3 Kenngrößen	440
	13.4.4 Kennlinien	440
	13.4.5 Anwendungsbereiche	441
	13.4.6 Ausführungsbeispiele	441
	14 Literaturverzeichnis	443
	14.1 Lehrbücher	443
	14.2 Spezialwerke	443
	14.3 Handbücher und Sonstige	445
	15 Sachwortverzeichnis	446

Strömungsmaschinen - Grundlagen und Anwendungen

von: Herbert Sigloch

Strömungsmaschinen - Grundlagen und Anwendungen

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