7.4 Besondere Betriebszustände in hydraulischen Strömungsmaschinen und Anlagen
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- Valentin Roth
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1 7 Betriebsverhalten und Regelung von Strömungsmaschinen 7.1 Grundlegendes 7.2 Kennlinien / -felder u. Betriebsgrenzen 7.3 Regelung von Strömungsmaschinen 7.4 Besondere Betriebszustände in hydraulischen Strömungsmaschinen und Anlagen 7. Betriebsverhalten (7-1)
2 Betriebsverhalten / Regelung Betriebszustand wird durch Betriebskenngrößen, wie z.b. Volumenstrom, Gesamtdruckdifferenz, Drehzahl, Wirkungsgrad, Vordrallwinkel und Staffelungswinkel charakterisiert ( V, p, n,, ) t Se, Se Auslegungszustand: Betriebszustand, für den die Turbomaschine entworfen wird im Betrieb können erhebliche Abweichungen von den Auslegungsbedingungen auftreten Grenzen und Art und Weise der Variation der Betriebskenngrößen Betriebsverhalten Regelung: Anpassung an das Netz oder Leistungs- und Drehzahlforderungen der angetriebenen Maschine: - Veränderung der Geometrie der Strömungsmaschine (Leit- u. Laufradverstellung) - Variation der Drehzahl - Änderung des Strömungswiderstandes der Anlage: Drosselung; Reihen-, Paralleloder Bypassschaltung; Abblaseventile; verstellbarer Diffusor 7. Betriebsverhalten (7-2)
3 Betriebsverhalten / Regelung Zusammenwirken der Anlagenteile durch Koppelungsbedingungen bestimmt, d.h. einige Betriebskenngrößen sind mehreren Anlagenteilen gemeinsam Signalflussbild: - Teilsysteme - Kopplungsgrößen - Stellgrößen graphische Darstellung der relevanten Betriebskenngrößen in Kennfeldern praktische Ermittlung der Kennfelder: - Versuche an Original- und Modellmaschinen - ggf. Umrechnung mit Ähnlichkeitsbeziehungen - rechnerische Ermittlung (analytisch, CFD) Darstellung der Kennfelder in dimensionsloser oder dimensionsbehafteter Form 7. Betriebsverhalten (7-3)
4 7 Betriebsverhalten und Regelung von Strömungsmaschinen 7.1 Grundlegendes 7.2 Kennlinien / -felder u. Betriebsgrenzen 7.3 Regelung von Strömungsmaschinen 7.4 Besondere Betriebszustände in hydraulischen Strömungsmaschinen und Anlagen 7. Betriebsverhalten (7-5)
5 Schaufelformen und Einstellung des Zuströmdralls rückwärts radial vorwärts gekrümmt endend gekrümmt 2 >90 2 =90 2 <90 Vorleitgitter zur Einstellung des Zuströmdralls Axialrad Radialrad Bild rechts: Taschenbuch Maschinenbau, Bd Betriebsverhalten (7-7)
6 Ideale und reale Verdichterkennlinie Ideal: r 1 cm1 id ht 2 2 cot 2 cot 1 r2 cm2 Real: 7. Betriebsverhalten (7-8)
7 Verdichterkennfeld inklusive Betriebsgrenzen 7. Betriebsverhalten (7-15)
8 Rotierende Ablösung und Verdichterpumpen Entstehung u. Ausbreitung der rotierenden Ablösezelle Rotierende Ablösung (rotating stall) und Verdichterpumpen (surge) Bild o./u.: Emmons et al., 1955; Greitzer, Betriebsverhalten (7-20)
9 Pumpgrenze von Verdichtern Schäden durch Strömungsinstabilitäten an der Pumpgrenze Verdichterpumpen in einem Flugtriebwerk Bilder: Allianz-Handbuch der Schadenverhütung / 7. Betriebsverhalten (7-22)
10 Kennfeld einer radialen Kreiselpumpe Bsp.: Kreiselpumpe 7. Betriebsverhalten (7-24)
11 Kennfeld einer Francisturbine Bild links: Dubbel: Taschenbuch für den Maschinenbau 7. Betriebsverhalten (7-25)
12 7 Betriebsverhalten und Regelung von Strömungsmaschinen 7.1 Grundlegendes 7.2 Kennlinien / -felder u. Betriebsgrenzen 7.3 Regelung von Strömungsmaschinen 7.4 Besondere Betriebszustände in hydraulischen Strömungsmaschinen und Anlagen 7. Betriebsverhalten (7-29)
13 Regelungsmöglichkeiten für Fluidenergiemaschinen - Drehzahländerung - Drosselung (saug- oder druckseitig) - Regelung durch Schaufelverstellung - Regelung durch Entnahme bzw. Abblasung - Düsengruppenregelung - 7. Betriebsverhalten (7-30)
14 Ansicht Untergeschoss Ansicht Erdgeschoss Regelung von Fluidenergiemaschinen Bsp.: Drehzahländerung + Drosselung eines Axialverdichters Niedergeschwindigkeits-Axialverdichter Dresden (NGV): Einstellen der Betriebspunkte durch Variation der Drehzahl + druckseitige Drosselung Strömungsrichtung Kennfeld NGV Drossel Welle Antriebsmotor 7. Betriebsverhalten (7-31)
15 Regelung von Fluidenergiemaschinen Bsp.: Laufschaufelverstellung eines Axialventilators Öffnen Schließen 7. Betriebsverhalten (7-32)
16 Industriedampfturbine (MAN Diesel & Turbo) Industriedampfturbine (MAN Diesel & Turbo) Bild: MAN Diesel & Turbo SE 7. Betriebsverhalten (7-35)
17 Durchflussgesetz für Turbinen Durchflussgesetz für Turbinen (Kegelgesetz): - beschreibt Zusammenhang von Druckverhältnis p A /p E und Massendurchsatz mehrstufiger Turbinen (nach Stodola) Durchflussgesetz bei konstantem Eintrittsdruck p E Kegelgesetz (Index 0: Auslegungspunkt) 7. Betriebsverhalten (7-36)
18 Düsengruppenregelung in Dampfturbinen Einströmteil einer Industriedampfturbine (MAN Diesel & Turbo) Bild, rechts: MAN Diesel & Turbo SE 7. Betriebsverhalten (7-38)
19 7 Betriebsverhalten und Regelung von Strömungsmaschinen 7.1 Grundlegendes 7.2 Kennlinien / -felder u. Betriebsgrenzen 7.3 Regelung von Strömungsmaschinen 7.4 Besondere Betriebszustände in hydraulischen Strömungsmaschinen und Anlagen 7. Betriebsverhalten (7-39)
20 Kavitation Dampfdruckkurve Bild: Bohl Strömungsmaschinen 1 7. Betriebsverhalten (7-42)
21 Kavitation Druckverlauf in einer Pumpenanlage Schematische Aufstellung einer Pumpe Prinzipieller Druckverlauf am Laufradeintritt 7. Betriebsverhalten (7-43)
22 Kavitation Dampfblasenschleppen an Profilen Bild links / rechts: Bohl Strömungsmaschinen1 / 7. Betriebsverhalten (7-45)
23 Druckstöße in Flüssigkeiten Druckstoß in einer Rohrleitung durch schlagartiges vollständiges Schließen eines Absperrschiebers 7. Betriebsverhalten (7-48)
24 Druckstöße in Flüssigkeiten Druckstoß in einer Rohrleitung durch Schließen eines Absperrschiebers (Wasserleitungsnetz einer Industrieanlage) 7. Betriebsverhalten (7-49)
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