Energieumwandlung in Kraft- und Arbeitsmaschinen

Transkript

1 Wolf gang Kalide Herbert Sigloch Energieumwandlung in Kraft- und Arbeitsmaschinen Kolbenmaschinen - Strömungsmaschinen Kraftwerke Mit 309 Bildern 10., bearbeitete Auflage HANSER

2 Formelzeichen und Einheiten 11 1 Einleitung Allgemeine Betrachtungen zur Energieumwandlung Energieumwandlung in der Technik 14 2 Theoretische Grundlagen Allgemeine physikalische Größen Hydromechanik Hydrostatik Kontinuitätsgleichung Bernoullische Gleichung Düse und Diffusor Messung von Strömungsgeschwindigkeiten Strömung in Rohrleitungen Druckenergieverlust in Rohrleitungen Hauptgleichung der Strömungsmaschinen Kavitation und Verdichtungsstoß Wärmetechnik Thermische Zustandsgrößen Erster Hauptsatz Spezifische Wärmekapazität Enthalpie Zustandsgieichungen des idealen Gases Thermische Zustandsgieichung Kalorische Zustandsgieichung Zweiter Hauptsatz Entropie Darstellung der Entropie durch thermische Zustandsgrößen Formulierungen des zweiten Hauptsatzes Exergie Das T,s- oder Wärmediagramm Technisch wichtige Zustandsänderungen Gasgemische Die Normalatmosphäre (Aerostatik) Feuchte Gase Strömung mit großen Druckänderungen Dynamische Temperatur Totalzustand (Gesamtzustand, Ruhezustand) Kreisprozesse Laval-Düse Zustandsänderungen des Wasserdampfes Arbeitsvermögen des Wasserdampfes 62

3 Nutzarbeit im 7", j-diagramm Nutzarbeit im h,.y-diagramm Nutzarbeit im/», v-diagramm Brennstoffe und Verbrennung h, T-Diagramm Wärmedurchgang Wärmeübergang durch Berührung Wärmeübergang durch Strahlung Wirkungsgrade der Maschinen Vergleich der Kolben- und Strömungsmaschinen Regelung 77 3 Kolbenmaschinen Ventilsteuerung Kurbeltrieb Kräfte am Kurbeltrieb Tangentialkraftdiagramm Ableitung der Bewegungsverhältnisse beim Kurbeltrieb Gesamttangentialkraft Schwungradberechnung Massenausgleich Kräfteausgleich bei der Mehrzylindermaschine Momentenausgleich bei Mehrzylindermaschinen Kolbenpumpen (Verdrängerpumpen) Kolbenpumpen mit hin-und hergehendem Kolben Wirkungsweise Fördervolumen Saughub Druckhub Pumpenventile Wirkungsgrade Sonderformen Drehkolbenpumpen Flüssigkeitsringpumpen Verdrängungsverdichter Kolbenverdichter Thermodynamik der Kolbenverdichter Schädlicher Raum Wirkliche Verdichtung Volumetrischer Wirkungsgrad Indizierter Wirkungsgrad; indizierte Leistung Mechanischer Wirkungsgrad; Antriebsleistung Mehrstufige Kolbenverdichter Regelung Rotationsverdichter Roots-Gebläse Drehkolbenverdichter Flüssigkeitsringpumpen als Verdichter 130

4 3.5 Kolbenmotoren Arbeitsverfahren Aufbau der Kolbenmotoren Verluste, Leistungen, Wirkungsgrade Ottomotor (Viertakt) Vergaser Zündung Elektronisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzung Dieselmotor (Viertakt) Vergleich Ottomotor - Dieselmotor Einspritzung und Gemischbildung Die Steuerung des Gaswechsels bei Viertaktmotoren Zweitaktverfahren Nachladung beim Zweitaktverfahren Gegenüberstellung von Zweitakt und Viertakt Wärmebelastung und Kühlung Mechanische Belastung und Schmierung Kreiskolbenmotor (Wankelmotor) Freikolbenmotoren Aufladung Stirlingmotor Kraftstoffe Kühlung Mehrzylinder-Anordnungen Ausführungsbeispiele von Kolbenmotoren Betriebsverhalten der Motoren Strömungsmaschinen Arbeitsverfahren der Strömungsmaschinen Geschwindigkeitsplan Geschwindigkeiten am radialen Laufrad Geschwindigkeiten am axialen Laufrad Hauptgleichung der Strömungsmaschinen Strömungsarbeitsmaschinen Gemeinsame Grundlagen der Strömungsarbeitsmaschinen Radial durchströmte Maschinen Axial durchströmte Maschinen Festlegung der Schaufelzahl Betriebsverhalten der Strömungsarbeitsmaschinen Betriebspunkt Kennliniendiagramm Drehzahlregelung Labiler Zweig der Kennlinie Parallelförderung von Kreiselpumpen Pumpen bei Kreiselverdichtern Betriebsverhalten der Radialverdichter Betriebsverhalten der Axialverdichter Vergleich der Kolben- und Strömungsmaschinen 237

5 4.4.5 Kreiselpumpen Leistung und spezifische Förderarbeit Saughöhe und Kavitation Spezifische Drehzahl und Bauarten Ausgleich des Achsschubes Sonderformen der Kreiselpumpe Wasserstrahlpumpen (Ejektoren) Turboverdichter Thermodynamik der Turboverdichter Radialverdichter Axialverdichter Propeller Luftschrauben Schiffsschrauben Strömungskraftmaschinen Energieumwandlung im Leitapparat Energieumwandlung im Laufrad Energieumwandlung im radialen Laufrad Energieumwandlung im axialen Laufrad Verluste, Wirkungsgrade, Leistungsbegriffe Kenngrößen von Strömungskraftmaschinen Wasserturbinen Francis-Turbine Kaplan-Turbine Laufradformen Saugrohr Freistrahl-(Pelton-)Turbine Wirkungsgrade von Wasserturbinen Durchströmturbine Dampfturbinen Leitapparate Gleichdruckstufe Überdruckstufe Geschwindigkeitsstufung Druckstufung Regelung der Dampfturbinen Mehrstufige Großturbinen Gegendruck-und Entnahmeturbinen Gasturbinen Offene Gasturbinenanlagen Geschlossene Gasturbinenanlagen Grundlagen der Energiewirtschaft Energiespeicherung Bedarfsdeckung Energieverteilung Deckung von Bedarfsabweichungen Energieentstehungskosten 327

6 10 Inhaltsverzeichnis Feste Kosten Veränderliche Kosten Einteilung der Kraftwerke (Energieanlagen) Wasserkraftwerke Pumpspeicherkraftwerke Gezeitenkraftwerke Doppelt wirkende Einbeckenanlage Zweibeckenanlage Dampfkraftwerke Kondensationskraftwerke Kraft-Wärme-Kopplung Regelung in Dampfkraftwerken Festdruck-oder Gleitdruckbetrieb Festdruckbetrieb Gleitdruckbetrieb Modifizierter Gleitdruckbetrieb Dampferzeugung Wärmeumsatz Prinzip der technischen Dampferzeugung Dampferzeuger Wasserrohrkessel mit Naturumlauf Wasserrohrkessel mit Zwangsumlauf Wasserrohrkessel mit Zwangsdurchlauf Schiffskessel Kessel mit Druckfeuerung Feuerungen Schmelzfeuerungen Luftvorwärmer Zugerzeugung Schornsteinzug Saugzug Speisewasseraufbereitung Gasturbinen-Kraftanlagen Einsatz von Gasturbinen-Kraftanlagen Gasturbinen-Anlagen als Speicherkraftwerke 375 Weiterführende Literatur 377 Stichwortverzeichnis 378