- Arbeitsprinzipien und Systematik Schwerpunkt: dynamisch arbeitende Fluidenergiemaschinen
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- Christel Fromm
- vor 5 Jahren
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1 1 Einleitung und Überblick zu Bauformen und Anwendungen von Fluidenergiemaschinen - Begriffsbestimmungen - Möglichkeiten der Energieumwandlung - Arbeitsprinzipien und Systematik Schwerpunkt: dynamisch arbeitende Fluidenergiemaschinen - Bauformen und Beispiele historischer und aktueller Anwendungen 1. Einleitung (1-1)
2 Fluidenergiemaschinen: Definition Fluidenergiemaschinen (FLEM) sind Maschinen mit Arbeitsaustausch zwischen Bsp.: Ventilator Strömungsmedium (Fluid) Maschinenteilen Energieträger: Fluid und Maschinen - Elemente Bild: Fa. Savio 1. Einleitung (1-2)
3 Primärenergien und wesentliche Energieumwandlungsmöglichkeiten Bilder: Strauß, K. Kraftwerkstechnik, Springer-Verlag; Fister, W. Fluidenergiemaschinen, Springer-Verlag 1. Einleitung (1-4)
4 Ausgewählte historische Anwendungen von Fluidenergiemaschinen Bsp: Archimedische Schraube - Archimedes (3. Jh. V. Chr.) - Förderanlage zum Transport von Wasser auf höheres Niveau z.b. für Be- u. Entwässerung - wesentliches Bauteil: schraubenförmige Schnecke (Schneckenförderer) Bild links: 1. Einleitung (1-9)
5 Ausgewählte historische Anwendungen von Fluidenergiemaschinen Bsp: Herons-Ball Bild links: Meyers Konversationslexikon, Einleitung (1-10)
6 Ausgewählte historische Anwendungen von Fluidenergiemaschinen Bsp: Windräder / Windmühlen Persische Windmühle Chinesisches Windrad (1000 n. Chr.) (Hammurabi, ca v. Chr.) Quelle: Gasch Windkraftanlagen, Vieweg und Teubner-Verlag 1. Einleitung (1-12)
7 Ausgewählte historische Anwendungen von Fluidenergiemaschinen Bsp: Windräder / Windmühlen, Wasserrad Bilder: Agricola De re metallica (1556) 1. Einleitung (1-13)
8 Ausgewählte historische Anwendungen von Fluidenergiemaschinen Bsp: Gebläse u. Pumpen Agricola De re metallica (1556) Zentrifugalpumpe mit Spiralgehäuse, Papin (1705) historisch erste Anwendung: Bewetterung von Bergwerken - Wettermaschine nach Agricola (1556) 1700: mit Muskelkraft betriebene Zentrifugalräder zur Bergwerksbewetterung (Papin) 1. Einleitung (1-14)
9 Ausgewählte historische Anwendungen von Fluidenergiemaschinen ab 19. Jh.: vielfältige Anwendungen: Bergbau, Chemie, Metallurgie ; z.b. Schwarzenberggebläse (1830) 1. Einleitung (1-15)
10 Ausgewählte historische Anwendungen von Fluidenergiemaschinen Bsp: Gasturbine / Flugtriebwerk Ellings erste Gasturbine (1903) Whittle s W1 (1941) Von Ohain s He S3B (1939) Quelle: Krain, ASME Journal of Turbomachinery (2005) 1. Einleitung (1-16)
11 Fluidenergiemaschinen ausgewählte Beispiele Bilder: Rolls-Royce, Siemens, Klaus-Union, KW-B 1. Einleitung (1-17)
12 Systematisierung der Fluidenergiemaschinen Unterscheidung nach Durchströmrichtung 1. Einleitung (1-19)
13 Elektrisch wirkende Fluidenergiemaschinen Bsp.: Magneto-Hydrodynamischer Generator (MHD) 1. Einleitung (1-21)
14 Arbeitsprinzip der Fluidenergiemaschinen Energieübertragung in Fluidenergiemaschinen: statisch dynamisch 1. Einleitung (1-23)
15 Grundlegende strömungsführende Bauelemente / -gruppen von Turbomaschinen Bsp.: vierstufiger Axialverdichter Bsp.: Axialventilator Laufrad mit Laufschaufeln (rotierend) 1 Laufrad (rotierend) 2 Leitrad (feststehend) 3 Eintrittsgehäuse 4 Austrittsgehäuse mit Diffusor Bild, rechts: Fa. Savio 1. Einleitung (1-24)
16 Vergleich statisch und dynamische arbeitende FLEM (Bsp.: Kolbenmaschine und Flugtriebwerk) Einlauf Verdichter Brennkammer Turbine Düse Bild: RollsRoyce - The Jet Engine 1. Einleitung (1-25)
17 Vergleich statisch und dynamische arbeitende FLEM (Bsp.: Kolbenmaschine und Flugtriebwerk) Bild: RollsRoyce - The Jet Engine 1. Einleitung (1-26)
18 Kolbenmaschine: Schiffsdieselmotor Sulzer Querschnitt durch den RND Motor ca PS / Zyl., ca. 3 MW / Zyl. Bild: Sulzer 1. Einleitung (1-27)
19 Kolbenmaschine: Schiffsdieselmotor MAN: Typ: 12k98ME7, Leistung: KW Bild: MAN Diesel & Turbo SE 1. Einleitung (1-28)
20 Vergleich statisch und dynamische arbeitende FLEM (Kolbenmaschine und Turbomaschine) 1. Einleitung (1-29)
21 Richtung der Energiewandlung FLEM treibt etwas an Wellenarbeit Fluidenergie Output sinkt Kraftmaschine 1. Einleitung (1-33)
22 Richtung der Energiewandlung FLEM wird angetrieben Wellenarbeit Fluidenergie Input steigt Arbeitsmaschine 1. Einleitung (1-34)
23 Einteilung nach Funktionsprinzipien 1) statisch: dynamisch: Kolbenmaschine Turbomaschine 2) treibend angetrieben Output Energie des Fluids: Input sinkt steigt 1. Einleitung (1-35)
24 Dynamisch arbeitende Fluidenergiemaschinen Begriff Turbomaschine: turbare - sich drehen (aus dem Lateinischen) grundsätzliche Aufgabe der Turbomaschinen (TM) : Wandlung von Energie Wechselwirkung zwischen der Energieänderung (Totalenthalpieänderung) eines Fluidstromes und der TM zugeführter - bzw. von TM abgegebener mechanischer Leistung Energieübertragung erfolgt stets über rotierende Welle, auf der sich ein Laufrad mit vom Fluid umströmten Laufschaufeln befindet (Rotor) 1. Einleitung (1-37)
25 Unterscheidungskriterium: Volumenbeständigkeit des Fluids Volumenbeständigkeit des Fluids: a) kompressibel thermische Maschine b) inkompressibel hydraulische Maschine Dichteänderung in Gasströmungen / Kompressibilität: Bsp. Luft Annahme einer inkompressiblen Strömung bis ca. Ma =0,2 0,3 gerechtfertigt. 1. Einleitung (1-39)
26 Bsp.: Kompressibilität / Verdichtungsstoß 1<Ma* Ma<0,3 * 1. Einleitung (1-40)
27 Turbomaschinen - Bauarten Benennung nach Durchströmrichtung (Bsp. Verdichter) axial radial diagonal cm c ax cm cr c c m m c c ax r 1. Einleitung (1-42)
28 Axialventilator / -verdichter (einstufig) Axialventilator (Fa. Savio) Meridianschnitt Zuströmung Bild li./re.: Heller (HTW Dresden) / Fa. Savio 1. Einleitung (1-43)
29 Verdichter Bauarten Axialverdichter (mehrstufig) Radialverdichter (einstufig) 1. Einleitung (1-44)
30 Kreiselpumpen Achsnormal- schnitt Kreiselpumpe (Fa. Klaus Union) Meridianschnitt Bild : Fa. Klaus Union 1. Einleitung (1-45)
31 Wasserturbinen - Bauarten Bild (rechts unten): 1. Einleitung (1-46)
32 Windräder Bsp.; Bauarten mit horizontaler Achse horizontale Achse: Bild, rechts: Gasch Windkraftanlagen, Vieweg und Teubner-Verlag 1. Einleitung (1-47)
33 Hydrodynamischer Drehmomentwandler 1. Einleitung (1-49)
34 Stationäre Gasturbine Arbeitsprinzip Turbogenerator Gasturbine (Siemens SGT5-8000H) Aufbau einer Gasturbine Bild, li./re.: Fister Fluidenergiemaschinen / Siemens 1. Einleitung (1-50)
35 Turbostrahltriebwerke Einlauf Verdichter Brennkammer Turbine Düse Grundlegender Aufbau und Komponenten eines Turbostrahltriebwerks Fan-Triebwerk (Rolls-Royce Trent 900) Bild: Rolls-Royce 1. Einleitung (1-51)
36 Typprägende Bauelemente von Fluidenergiemaschinen (Bsp.: Verdichter) Bild: Fister Fluidenergiemaschinen, Springer-Verlag 1. Einleitung (1-52)
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