Strömungsmaschinen

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Vorwort

Benutzungshinweise

Inhaltsverzeichnis

Teil I Grundlagen

1 Allgemeines

1.1 Begriffe, Einheiten, Abkürzungen

1.1.1 Begriffe

1.1.2 Einheiten

1.1.3 Formelzeichen, Symbole und Abkürzungen

1.2 Aufgabe und Bedeutung

1.3 Unterteilung

1.4 Wirkungsweise

1.4.1 Grundsätzliches

1.4.2 Einzelschaufel (Flügel)

1.4.3 Schaufelgitter (Schaufel)

1.5 Bauarten

1.5.1 Vorbemerkungen

1.5.2 Hauptteile

1.5.3 Bezeichnungen

1.5.4 Aufteilung

1.6 Vergleich mit Kolbenmaschinen

1.6.1 Vorbemerkungen

1.6.2 Übereinstimmende Kennzeichen

1.6.3 Unterschiede

2 Strömungsverhältnisse

2.1 Zusammengesetzte Strömungen

2.1.1 Grundsätzliches

2.1.2 Radialrotationshohlräume

2.1.2.1 Vorbemerkungen

2.1.2.2 Reibungsfreie Strömungen

2.1.2.3 Reibungsbehaftete Strömungen

2.1.3 Beliebige rotationssymmetrische Kanäle

2.1.4 Axialrotationshohlräume

2.2 Relativbewegung

2.3 Energiegleichung der Relativströmung

2.4 Instationäre Strömung

2.4.1 Grundsätzliches

2.4.2 Energiegleichung der instationären Strömung

2.4.3 Druckstoß

2.4.3.1 Vorbetrachtungen

2.4.3.2 Physikalischer Ablauf

2.4.3.3 Rohrleitung mit konstantem Querschnitt

2.4.3.4 Rohrsystem mit veränderlichem Durchmesser

2.5 Laufradströmungen

2.5.1 Bezeichnungen und Grundsätzliches

2.5.2 Radial-, Halbaxial- und Diagonalräder

2.5.2.1 Strömungsverhältnisse

2.5.2.2 Nabenverengung

2.5.2.3 Radquerschnittsverengung

2.5.2.4 Laufschaufelzahl

2.5.2.5 Schaufeldicke

2.5.2.6 Umfangsgeschwindigkeit

2.5.2.7 Geschwindigkeitsverhältnisse

2.5.3 Axialräder

2.5.3.1 Vorbemerkungen

2.5.3.2 Axialräder mit vielen Schaufeln

2.5.3.3 Axialräder mit wenigen Schaufeln

3 Energieumsatz

3.1 Berechnungsverfahren

3.2 Stromfadentheorie

3.2.1 Hauptgleichung der Kreiselradtheorie (Euler-Gleichung)

3.2.1.1 Spezifische theoretische Schaufelarbeit bei unendlicher Schaufelzahl

3.2.1.2 Spezifische theoretische Schaufelarbeit bei endlicher Schaufelzahl

3.2.1.3 Spezifische Stufenarbeit und spezifische Stutzenarbeit Y

3.2.1.4 Spaltdruckarbeit

3.2.1.5 Gleich- und Überdruckwirkung

3.3 Tragflügeltheorie

3.3.1 Ideale Strömung (Kutta-Joukowsky-Gesetz)

3.3.2 Reale Strömung

4 Affinitätsregeln und Kennziffern

4.1 Grundsätzliches

4.2 Ähnlichkeitstheorie

4.2.1 Vorbemerkungen

4.2.2 Ähnlichkeitsbedingungen

4.2.3 Affinitätsregeln

4.2.3.1 Maßstabsfaktoren

4.2.3.2 Proportionalitäten

4.2.3.3 Ähnlichkeitsbeziehungen

4.2.3.4 Wirkungsgradumrechnung

4.2.3.5 Radanpassung

4.3 Kennziffern

4.3.1 Grundsätzliches

4.3.2 Methoden zur Aufstellung von Kennziffern

4.3.3 Wichtige Kennziffern für Turbomaschinen

4.3.3.1 Reaktionsgrad

4.3.3.2 Druckziffer

4.3.3.3 Lieferziffer

4.3.3.4 Durchmesserziffer

4.3.3.5 Radformkennziffern (Laufradkennzahlen)

4.3.3.6 Relative Drallziffer

4.3.3.7 Einlaufziffer und Abströmwert

5 Kavitation und Überschall

5.1 Vorbemerkungen

5.2 Kavitation

5.2.1 Ablauf, Wirkung, Werkstoffe, Einflüsse

5.2.1.1 Grundsätzliches

5.2.1.2 Kavitationsablauf

5.2.1.3 Werkstoffe

5.2.1.4 Laufradgrößeneinfluss

5.2.1.5 Kavitationsstufen

5.2.1.6 Kavitationsformen

5.2.1.7 Zusammenfassung

5.2.2 Saughöhe von Flüssigkeitsmaschinen

5.2.3 Halteenergie

5.2.4 Saugzahl

5.2.5 NPSH-Wert

5.2.6 Thoma-Zahl Th

5.2.7 Festlegen des Kavitationszustandes

5.3 Überschall

5.3.1 Grundsätzliches, Bedeutung

5.3.2 Dichteänderung im Saugstutzen

5.3.3 Überschallgrenze, Schallziffer

6 Laufradformen

6.1 Radialmaschinen

6.1.1 Grundsätzliches

6.1.2 Wirkungsfreie Radialschaufel

6.1.3 Einfluss der Saugkante

6.1.4 Einfluss der Druckkante

6.1.4.1 Grundsätzliches

6.1.4.2 Unterscheidung

6.1.4.3 Vergleich

6.1.4.4 Anwendung

6.1.5 Schaufelformen

6.1.5.1 Grundsätzliches

6.1.5.2 Pumpenschaufeln

6.1.5.3 Turbinenschaufeln

6.2 Axialmaschinen

6.2.1 Vorbemerkungen

6.2.2 Wirkungsfreie Axialschaufel

6.2.3 Einfluss der Saugkante

6.2.4 Einfluss der Druckkante

6.2.4.1 Grundsätzliches

6.2.4.2 Unterscheidung

6.2.4.3 Vergleich

6.2.4.4 Anwendung

6.2.5 Schaufelformen

6.2.5.1 Axialpumpen

6.2.5.2 Wasserturbinen

6.2.5.3 Dampf- und Gasturbinen

7 Leitvorrichtungen

7.1 Grundsätzliches

7.2 Pumpenleitvorrichtungen

7.2.1 Radialmaschinen

7.2.1.1 Einführung

7.2.1.2 Ringspalt, Leitkanaleintrittsbreite

7.2.1.3 Leitrad (beschaufelt)

7.2.1.4 Leitring (schaufellos)

7.2.1.5 Spiralgehäuse

7.2.1.6 Rückführeinrichtungen

7.2.1.7 Saugseitenleitvorrichtungen

7.2.2 Axialmaschinen

7.2.2.1 Grundsätzliches

7.2.2.2 Spalt zwischen Lauf- und Leitrad

7.2.2.3 Leitschaufeldicke

7.2.2.4 Leitschaufelzahl

7.2.2.5 Leitschaufelkontur

7.3 Turbinenleitvorrichtungen

7.3.1 Grundsätzliches

7.3.2 Wasserturbinen

7.3.2.1 Gleichdruckturbinen (Aktionswirkung)

7.3.2.2 Überdruckturbinen (Reaktionswirkung)

7.3.3 Dampf- und Gasturbinen

7.3.3.1 Vorbemerkungen

7.3.3.2 Gleichdruckturbinen (Aktionswirkung)

7.3.3.3 Überdruckturbinen (Reaktionsprinzip)

8 Spezifische Stutzenarbeit, Verluste, Leistungen, Wirkungsgrade

8.1 Vorbemerkung

8.2 Spezifische Stutzenarbeit

8.3 Verluste

8.3.1 Grundsätzliches

8.3.2 Innere Verluste

8.3.2.1 Schauflungsverluste

8.3.2.2 Mengenstromverluste

8.3.2.3 Radreibungs- und Ventilationsverluste

8.3.2.4 Austauschverlust

8.3.2.5 Stoßverluste

8.3.2.6 Zusammenfassung

8.3.3 Äußere Verluste

8.3.4 Gesamtverlust

8.4 Leistungen

8.4.1 Grundsätzliches

8.4.2 Theoretische Leistung

8.4.3 Innere Leistungen

8.4.4 Äußere, effektive oder Kupplungs-Leistung

8.5 Wirkungsgrade

8.5.1 Grundsätzliches

8.5.2 Liefergrad

8.5.3 Schauflungswirkungsgrad

8.5.4 Innerer Wirkungsgrad

8.5.5 Mechanischer Wirkungsgrad

8.5.6 Effektiver Wirkungsgrad

8.5.7 Weitere Wirkungsgrade bei thermischen Turboarbeitsmaschinen

8.5.8 Weitere Wirkungsgrade bei Turbokraftanlagen

8.5.9 Anlagenwirkungsgrad

8.5.10 Spezielle Wirkungsgrade

9 Betriebliches Verhalten (Kennlinien, Kennfelder)

9.1 Grundsätzliches

9.2 Betriebsverhalten der Strömungsarbeitsmaschinen

9.2.1 Kreiselpumpen

9.2.1.1 Drosselkurven

9.2.1.2 Auslegungs- und Betriebspunkt

9.2.1.3 Stabiler und labiler Betriebszustand

9.2.1.4 Affinität der Drosselkurven

9.2.1.5 Vergleich mit dem Kennverhalten der Kolbenpumpen

9.2.1.6 Muscheldiagramm

9.2.1.7 Kennlinien für Leistungen, Wirkungsgrad und Haltedruckhöhe bzw. NPSA

9.2.1.8 Besonderheiten schnellläufiger Strömungspumpen

9.2.1.9 Kombination von Strömungspumpen

9.2.1.10 Regelung von Strömungspumpen

9.2.2 Kreiselverdichter

9.2.2.1 Grundsätzliches

9.2.2.2 Einfluss der Ansaugverhältnisse

9.2.2.3 Instabilitäten (Strömungsabreißen)

9.2.2.4 Kennlinien mehrstufiger Verdichter

9.3 Betriebsverhalten der Strömungskraftmaschinen

9.3.1 Grundsätzliches

9.3.2 Wasserturbinen

9.3.3 Dampf- und Gasturbinen

9.3.3.1 Vorbemerkungen

9.3.3.2 Kegelgesetz

Teil II Turbomaschinenarten

10 Übersicht über die Strömungspumpen (Turboarbeitsmaschinen)

10.1 Grundsätzliches

10.2 Kreiselpumpen

10.2.1 Vorbemerkungen

10.2.2 Laufradformen und Kenngrößen

10.2.3 Wirkungsgrad

10.2.4 Läuferkräfte

10.2.4.1 Achsschub (Axialkraft)

10.2.4.2 Radialkräfte

10.2.5 Saugverhalten

10.2.6 Ausführungsbeispiele

10.2.6.1 Radial- und Halbaxialpumpen (Radform I und II)

10.2.6.2 Diagonal- oder Schraubenpumpen (Radform III)

10.2.6.3 Axial- oder Propellerpumpen (Radform IV)

10.2.6.4 Mehrstufige Radialpumpen (Radform I und II)

10.2.6.5 Sonder-Kreiselpumpen

10.3 Kreiselverdichter

10.3.1 Vorbemerkungen

10.3.2 Besonderheiten

10.3.2.1 Drehzahl

10.3.2.2 Aufbau

10.3.2.3 Geräuschentwicklung

10.3.2.4 Thermodynamik der Verdichtung

10.3.3 Unterteilung

10.3.4 Druckstufung

10.3.5 Laufräder-Abstufung

10.3.6 Ausführungsbeispiele

10.3.6.1 Ventilatoren

10.3.6.2 Gebläse

10.3.6.3 Kompressoren

10.4 Hinweise für das Berechnen von Strömungspumpen

10.4.1 Grundsätzliches

10.4.2 Wellendurchmesser

10.4.3 Radialrad-Abmessungen

10.4.3.1 Nabendurchmesser

10.4.3.2 Saugmund

10.4.3.3 Überschlägiges Festlegen der Laufradkanäle

10.4.3.4 Stufenzahl

10.4.3.5 Laufschaufelzahl

10.4.3.6 Nachrechnen der Schaufelkanten

10.4.4 Diagonalrad-Abmessungen

10.4.5 Axialrad-Abmessungen

11 Übersicht über die Turbinen (Turbokraftmaschinen)

11.1 Grundsätzliches

11.2 Wasserturbinen

11.2.1 Vorbemerkungen

11.2.2 Gleichdruck- oder Aktionsturbinen

11.2.2.1 Pelton-, Becher-, Freistrahl- oder Tangential-Turbinen

11.2.2.2 Michell-Ossberger- oder Durchströmturbine

11.2.3 Überdruck- oder Reaktionsturbinen

11.2.3.1 Gemeinsames

11.2.3.2 Francis-Turbinen

11.2.3.3 Propeller- und Kaplan-Turbinen

11.2.4 Berechnungshinweise

11.3 Dampfturbinen

11.3.1 Grundsätzliches

11.3.1.1 Dampfkraftprozess

11.3.1.2 Einteilung

11.3.1.3 Optimaler Energieumsatz

11.3.1.4 Stufungsarten

11.3.1.5 Wärmerückgewinn

11.3.1.6 Kennwerte

11.3.1.7 Betriebsgrößen

11.3.1.8 Grenzen

11.3.1.9 Vergleich mit anderen Turbomaschinen

11.3.1.10 Konstruktive Besonderheiten

11.3.2 Betriebsverhalten

11.3.2.1 Anfahren, Betrieb, Abstellen

11.3.2.2 Regelung

11.3.3 Ausführungsbeispiele

11.3.3.1 Vorbemerkungen

11.3.3.2 Gleichdruck- oder Aktionsturbinen

11.3.3.3 Überdruck- oder Reaktionsturbinen

11.3.4 Vergleich Gleichdruck – Überdruck

11.3.5 Berechnungshinweise

11.4 Gasturbinen

11.4.1 Grundsätzliches

11.4.1.1 Bezeichnungen

11.4.1.2 Wirkungsweise

11.4.1.3 Geschichtliches und Bedeutung

11.4.2 Vergleich mit Dampfturbinen

11.4.3 Aufbau

11.4.3.1 Bestandteile

11.4.3.2 Unterteilung

11.4.4 Thermodynamik

11.4.5 Besonderheiten

11.4.5.1 Bauteile

11.4.5.2 Werkstoffe

11.4.5.3 Brennstoffe

11.4.5.4 Lebensdauer

11.4.6 Eigenschaften, Anwendung, Ausführungsbeispiele

11.4.6.1 Vorbemerkungen

11.4.6.2 Stationäre Anlagen

11.4.6.3 Bewegliche Anlagen

11.4.6.4 Sonderausführungen

11.5 Windturbinen

11.5.1 Vorbemerkungen

11.5.2 Windangebot

11.5.3 Aerodynamische Grundlagen

11.5.3.1 Einführung

11.5.3.2 Windenergie und Windleistung

11.5.3.3 Windturbinenleistung

11.5.4 Axialkraft

11.5.5 Kennwerte

11.5.6 Ausführungshinweise

12 Antriebspropeller

12.1 Vorbemerkungen

12.2 Strömung, Geschwindigkeiten und Kräfte am Propellerblatt

12.3 Vereinfachte Propellertheorie

12.4 Kennzahlen

12.5 Anwendungsbedingte Besonderheiten

12.5.1 Flugzeugpropeller

12.5.2 Schiffsschrauben

12.5.3 Sonderbauarten

13 Aggregate

13.1 Vorbemerkung

13.2 Funktionsweise

13.3 Strömungskupplungen

13.3.1 Aufbau und Arbeitsweise

13.3.2 Kenngrößen und Eigenschaften

13.3.3 Ausführungen und Anwendungen

13.4 Strömungsgetriebe

13.4.1 Unterschied Kupplung – Getriebe

13.4.2 Wirkungsweise

13.4.3 Kenngrößen

13.4.4 Kennlinien

13.4.5 Anwendungsbereiche

13.4.6 Ausführungsbeispiele

14 Literaturverzeichnis

14.1 Lehrbücher

14.2 Spezialwerke

14.3 Handbücher und Sonstige

15 Sachwortverzeichnis