Klausur Turbomaschinen und Turboantriebe

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1 Klausur Turbomaschinen und Turboantriebe Prof. Dr.-Ing. Th. Carolus - Universität Siegen A 2. Termin WS 2011/12 Aufgabe Bonuspunkte Punktezahl /14 /10 /10 /6 /4 Punkte Name: Matr.-Nr.: Bitte unbedingt ausfüllen (und komplett abgeben) Bitte schreiben Sie alle Antworten und Endergebnisse auf die vorgesehenen Stellen des Aufgabenblatts! Hilfsblätter können genutzt werden, werden aber nicht bewertet! Aufgabe 1 (14 Punkte) a) Ein durchschnittlicher Privathaushalt benötigt pro Jahr Strom etwa 3,6 kwh 36 kwh 360 kwh 3600 kwh 36 MWh b) Die 2 C-Leitplanke kann mit einiger Wahrscheinlichkeit dann eingehalten werden, wenn global ab sofort jährlich nicht mehr als 750 Mrd t CO 2 aus fossilen Energieträgern emittiert werden. die jährliche CO 2 Emission aus fossilen Energieträgern nicht weiter wächst, sondern konstant auf dem Niveau von 2011 beibehalten wird. wenn bis zum Jahr 2050 nicht mehr als insgesamt 750 Mrd t CO 2 aus fossilen Energieträgern emittiert werden und ab 2050 nichts mehr. c) Nennen Sie die drei Säulen nachhaltiger Entwicklung: 1 Säule 2 3 d) Zur Verbesserung des thermodynamischen Wirkungsgrads bei modernen Dampfkraftwerken - erhöht man die Dampftemperatur am Turbineneintritt am Turbinenaustritt - wählt man eher einen überkritischen unterkritischen Dampfprozess - kühlt man den Abdampf mit Hilfe der Umgebungsluft von Flusswasser 1 von 5

2 e) Kreuzen Sie an:. f) Pumpe Windturbine Dampfturbine Elektromotor Ergänzen Sie die Schaltbilder (Stoffstromleitungen, Wellen, evtl. weitere Komponenten) Kraftmaschine Arbeitsmaschine Einfache Gasturbine hydraulisch thermisch elektrisch Turbolader Nennen Sie die Aufgabe der Maschine g) Mit einem radialen Pumpenlaufrad sollen die angedeuteten Geschwindigkeitsdreiecke realisiert werden. Zeichnen Sie zwei Schaufeln mit den korrekten Ein- und Austrittswinkeln ein: h) Eine Lokomotive hat zwei Kühlgebläse. Jedes erzeugt in einer Entfernung von 7,5 m einen Schalldruckpegel von 75 db. Wie groß ist der Pegel an der gleichen Messposition, wenn beide arbeiten? 75 db 76 db 78 db 85 db 150 db Um wie viel db sinkt die Schalldruckpegel, wenn beide Gebläse gleichzeitig ihre Drehzahl auf 80 % ihrer Nenndrehzahl reduzieren? ( = 5) 20 db 15 db 8 db 5 db 2 db 2 von 5

3 Aufgabe 2 (10 Punkte) Mit einer Pumpe sollen 0,1 m 3 /s Wasser aus einem großen offenen Wasserloch zur Feldberegnung gefördert werden. c A p b g h Höhe h = 15 m Summe der Druckverlustbeiwerte aller Anlagenkomponenten (Ansaugtrichter, Leitungen und Spritzdüse): Komp = 2, bezogen auf den Rohrdurchmesser D = 16 cm Durchmesser der Ausströmdüse D A = 10 cm Dichte des Wassers = 1000 kg/m 3 Gesamtwirkungsgrad der Pumpe = 90% Fallbeschleunigung g = 9,81 m/s 2 a) Wie hoch ist der spezifische Energiebedarf der Anlage? 28 Nm/kg 190 Nm/kg 23 Nm/kg 172 Nm/kg 253 Nm/kg b) Wie hoch ist die erforderliche Antriebsleistung der Pumpe? 28 kw 19 kw 23 kw 123 kw 513 kw 3 von 5

4 Aufgabe 3 (10 Punkte) In eine einfache Gasturbine treten 1000 kg/s Luft mit 20 C ein. Der Verdichter hat ein Verdichtungsverhältnis von 6. In die Brennkammer wird soviel Treibstoff eingespritzt, dass die Turbineneintrittstemperatur gerade 800 C beträgt. Man lege den einfachen JOULE-BRAYTON-Prozess als Vergleichsprozess zu Grunde, berücksichtige aber innere Wirkungsgrade. Weitere Annahmen: - Leckverluste in den Teilmaschinen sowie der Druckverlust in der Brennkammer werden vernachlässigt. - Das Arbeitsmedium in der gesamten Gasturbine wird vereinfacht als kalorisch ideales Gas mit c p = 1,0 kj/(kg K) und = 1,4 angenommen. - Die Änderung der kinetischen Energie des Gases zwischen Ein- und Austrittsstutzen wird vernachlässigt. a) Wie hoch ist die Gastemperatur unmittelbar am Verdichteraustritt, wenn er einen inneren Wirkungsgrad i,v = 70% aufweist? 216 C 300 C 157 C 430 C b) Wie hoch ist die erforderliche Antriebsleistung des Verdichterteils? 137 MW 238 MW 280 MW 505 MW c) Die Gastemperatur unmittelbar am Turbinenaustritt beträgt 435 C, dabei liefert sie 365 MW Wellenleistung. - Wie hoch ist die Nutzleistung der gesamten Gasturbine? 280 MW 228 MW 140 MW 86 MW - Wie groß ist der Wirkungsgrad der gesamten Gasturbine? 10% 17% 57% 60% 4 von 5

5 Aufgabe 4 (6 Punkte) Die Großausführung (Index "Gr") eines neu zu entwickelnden Gebläses für eine Schneekanone soll folgende Daten aufweisen: Laufraddurchmesser Drehzahl Volumenstrom Totaldruckerhöhung Luftdichte D Gr n Gr V Gr p t,gr Gr 0,70 m /min 5 m 3 /s 250 Pa 1,3 kg/m 3 Das Gebläse soll zunächst als maßstäblich verkleinertes Modell (Index "Mod") gebaut und auf einem Laborprüfstand bei einer Luftdichte Mod =1,1 kg/m 3 vermessen werden. Für das Modell werden ein Laufraddurchmesser D Mod = 0,30 m und eine Drehzahl n Mod = /min gewählt. Welcher Volumenstrom und welche Totaldruckerhöhung sind im Modellversuch zu erwarten? V Mod = 0,81 m 3 /s 1,62 m 3 /s 2,5 m 3 /s 10 m 3 /s p t,mod = 166 Pa 197 Pa 266 Pa 304 Pa 5 von 5