Strömungsmaschinen: Turbinen, Kreiselpumpen und Verdichter Eine Einführung

I. Allgemeine Einführung.- A.- 1. Wirkungsweise und Bauarten der Strömungsmaschinen.- 2. Geschwindigkeitsverhältnisse am Laufrad.- II. Grundlagen der Gas-, Wärme- und Strömungslehre.- A. Gas- und Wärmelehre.- 1. Luftdruck. Absoluter Gasdruck. Normalzustand.- 2. Thermische Zustandsgieichung der Gase.- 3. Wärmezufuhr. Innere Energie. Äußere Arbeit. Enthalpie.- 4. Zustandsänderungen und Diagramme.- a) Das Pv-Diagramm.- b) Das Ts-Diagramm.- c) Das is-Diagramm.- 5. Die Dampfarten und ihre Kennwerte.- 6. Die technische Arbeit bei isothermischer, adiabatischer und polytropischer Zustandsänderung.- a) Die isothermische Zustandsänderung.- b) Die adiabatische oder isentropische Zustandsänderung.- c) Die polytropische Zustandsänderung.- d) Die Drosselung.- B. Strömungslehre.- 1. Dynamische (absolute) Zähigkeit. Dichte. Kinematische Zähigkeit.- 2. Impulssatz. Flächensatz. Satz vom Drall oder Potentialwirbel.- 3. Fliehkraft. Eigenschwingungszahl des Läufers. Kritische Drehzahl.- 4. Kontinuitäts- (Stetigkeits-) Gleichung. Potentielle Energie. Druckenergie. Kinetische Energie. Bernoullische Energiegleichung.- a) Potentielle oder Lagenenergie.- b) Druckenergie.- c) Kinetische Energie.- d) Bernoullische Energiegleichung.- 5. Reynoldssche Zahl. Grenzschicht. Druckverlust in geraden Rohren und in Umlenkungen. Ablösung (Totwasser).- a) Laminare Strömung im glatten Rohr.- b) Turbulente Strömung im glatten Rohr.- c) Strömung in rauhen Rohren.- d) Unrunde Querschnitte. Hydraulischer Radius.- e) Umlenkungen.- f) Zusammenfassung. Widerstandshöhe.- 6. Zuleitungswiderstand und Fallhöhe bzw. spezifische Stutzenarbeit einer Wasserturbine.- 7. Nutzförderhöhe, Förderhöhe bzw. spezifische Stutzenarbeit, Saugzahl und zulässige Saughöhe einer Kreiselpumpe.- 8. Nicht stationäre Bewegung.- 9. Druck- und Geschwindigkeitsmessung mit Sonde, Pitotrohr und Prandtlschem Staurohr im offenen Strom.- a) Messung des statischen Druckes.- b) Messung des Gesamtdruckes.- c) Messung des Staudruckes.- 10. Überfallmessungen.- 11. Messungen in Leitungen mit Düsen, Blenden und Venturidüsen.- 12. Widerstand von Körpern.- III. Der Energieumsatz in den Strömungsmaschinen.- A. Die Hauptgleichung (Eulersche Gleichung) der Strömungsmaschinen.- 1. Spezifische theoretische Laufradarbeit Hth? kpm/kp bzw. Yth? J/kg bei unendlich großer Schaufelzahl.- 2. Spezifische theoretische Laufradarbeit Hth kpm/kp bzw. Yth J/kg bei endlich großer Schaufelzahl.- 3. Berücksichtigung der Strömungsverluste. Eulersche Gleichung.- B. Die Laufradschaufelformen der Strömungsmaschinen.- 1. Radialmaschinen: Vorwärts gekrümmte, radial endigende und rückwärts gekrümmte Schaufeln. Einströmkanten der Pumpen.- 2. Axialmaschinen: Die Becher der Freistrahl-Wasserturbinen, die Laufradschaufeln der axialen Dampfturbinen, die Propeller der axialen Wasserturbinen und Arbeitsmaschinen.- C. Die Tragflügeltheorie.- D. Ähnlichkeitsgesetze und Kennzahlen für Strömungsmaschinen.- 1. Die Druckzahl ?.- 2. Die Lieferzahl ? und ??.- 3. Die dimensionslose Kennzahl n0.- 4. Die Gebläsekennzahl ?.- 5. Die Kennzahl nq aller Strömungsmaschinen. Einheitswerte n?1 und Q?1.- 6. Die spezifische Drehzahl ns der Wasserturbinen.- 7. Weitere Kennzahlen.- E. Die Verluste in Strömungsmaschinen allgemein.- 1. Übersicht.- a) Die Mengenverluste.- b) Die Strömungsverluste in der Strömungsmaschine.- c) Die Energieverluste durch mechanische Reibung.- d) Leistungsformeln.- 2. Die Strömungsverluste bei sich ändernder sekundlicher Menge, dargestellt an der Änderung der Förderhöhe einer Kreiselpumpe. Kennlinie einer Kreiselpumpe.- 3. Stoßverluste bei sich ändernder sekundlicher Menge.- a) Stoßverluste bei einer Kraftmaschine, z. B. bei einer Wasserturbine.- b) Stoßverluste bei einer Arbeitsmaschine, z. B. bei einem Ventilator.- F. Die Laufradform für den günstigsten Energieumsatz im Laufrad.- 1. Dampfturbinen.- a) Gleichdruckturbinen.- b) Überdruckturbinen.- 2. Wasserturbinen.- 3. Kreiselpumpen.- 4. Kreiselverdichter.- G. Die Leitvorrichtungen.- 1. Die Leitvorrichtungen der Turbinen.- a) Wasserturbinen.- ?) Gleichdruckturbinen.- ?) Überdruckturbinen.- b) Dampfturbinen.- ?) Gleichdruckturbinen. Einfache und erweiterte (Laval-) Düsen. Machsche Zahl.- ?) Überdruckturbinen.- 2. Die Leitvorrichtungen der Arbeitsmaschinen.- a) Kreiselverdichter.- ?) Schaufelloser Leitring.- ?) Beschaufeltes Leitrad.- ?) Schaufelloser Umlenkungsraum.- ?) Rückführbeschaufelung.- ?) Spiralgehäuse.- b) Kreiselpumpen.- IV. Übersicht über die Turbinen.- A. Wasserturbinen.- 1. Gleichdruckturbinen.- a) Die Pelton-, Becher- oder Freistrahlturbine.- b) Die Michell-Ossberger-Durchströmturbine.- 2. Überdruckturbinen.- a) Die Francisturbinen.- b) Die Propeller- und Kaplanturbinen.- B. Dampfturbinen.- 1. Allgemeines: Fallhöhengeschwindigkeit. Laufzahl. Gütezahl.- 2. Geschwindigkeitsgestufte Gleichdruckturbinen (Curtisturbinen). Der Radreibungs- und Ventilationsverlust.- 3. Druckgestufte Gleichdruckturbinen (Zoellyturbinen). Der Stopfbüchsenverlust.- 4. Druckgestufte Überdruckturbinen axialer Bauart (Parsonsturbinen). Der Spaltverlust.- 5. Druckgestufte Überdruckturbinen radialer Bauart (Ljungströmturbinen).- V. Übersicht über die Strömungs-Arbeitsmaschinen.- A. Kreiselpumpen.- 1. Allgemeines: Grundbegriffe. Axialschubausgleich. Vorrichtungen für das Selbstansaugen.- 2. Bauarten.- B. Kreiselverdichter.- 1. Allgemeines.- 2. Bauarten.- a) Ventilatoren (Lüfter).- b) Gebläse und Turbokompressoren.- VI. Berechnungsbeispiele der Hauptabmessungen der Strömungsmaschinen.- A. Wasserturbinen.- 1. Peltonrad.- 2. Francisrad.- 3. Propellerrad.- B. Dampfturbinen.- 1. Zweikränzige Curtisturbine.- 2. Eine Stufe einer Parsonsturbine.- C. Kreiselpumpen.- 1. Mehrstufige Radialpumpe.- 2. Einstufige Propellerpumpe.- D. Kreiselverdichter.- 1. Niederdruckventilator (Trommelläufer).- 2. Mitteldruckventilator (radial endigende Schaufeln).- 3. Großventilator (rückwärts gekrümmte Schaufeln).- 4. Axiallüfter mit profilierten Schaufeln.- 5. Axiallüfter mit Blechschaufeln.- 6. Turbokompressor (Übersicht über die Gesamtberechnung und Durchrechnung der 1. Stufe).- VII. Betriebsverhalten und Regelung.- A. Wasserturbinen.- 1. Sonderverhältnisse.- a) Das Anfahrmoment.- b) Verminderung des zufließenden Wasserstroms.- c) Durchgehen der Turbinen.- 2. Die Aufgabe der Regelung.- B. Dampfturbinen.- 1. Das Anfahren der Turbine.- 2. Die Regelung der Turbine.- 3. Das Abstellen der Turbine.- C. Pumpen und Verdichter.- 1. Der Betriebspunkt.- 2. Der Auslegungspunkt und der Betriebspunkt.- 3. Drehzahlregelung und Drosselregelung. Der Antrieb.- 4. Stabiler und labiler Arbeitsbereich. Das „Pumpen“.- 5. Das Zusammenarbeiten mehrerer Arbeitsmaschinen.- a) Parallelschaltung.- b) Hintereinanderschaltung.- 6. Regelungsarten der Kreiselverdichter.- a) Regelung im stabilen Bereich.- b) Regelung im instabilen Bereich.- I. Allgemeine Einführung.- B. Umstellung auf das MKSAK-System.- 1. Das internationale MKS-System.- 2. Erweiterung zum MKSAKC-System.- 3. Größengleichungen.- a) Größe. Dimension. Einheit. Zahlenwert.- b) Allgemeine Größengleichungen.- c) Zugeschnittene Größengleichungen.- 4. Zahlenwertgleichungen.- 5. Umrechnung vom Technischen Maßsystem ins MKS-System.- II. Grundlagen der Gas-, Wärme- und Strömungslehre.- A. Gas- und Wärmelehre.- 1. Luftdruck. Absoluter Gasdruck. Normalzustand.- 2. Thermische Zustandsgieichung der Gase.- 3. Wärmezufuhr. Innere Energie. Äußere Arbeit. Enthalpie.- 4. Zustandsänderungen und Diagramme.- a) Das Pv-Diagramm.- b) Das Ts-Diagramm.- c) Das is-Diagramm.- 5. Die Dampfarten und ihre Kennwerte.- 6. Die technische Arbeit bei isothermischer, adiabatischer und polytropischer Zustandsänderung.- a) Die isothermische Zustandsänderung.- b) Die adiabatische oder isentropische Zustandsänderung.- c) Die polytropische Zustandsänderung.- d) Die Drosselung.- B. Strömungslehre.- 1. Dynamische (absolute) Zähigkeit. Dichte. Kinematische Zähigkeit.- 2. Impulssatz. Flächensatz. Satz vom Drall oder Potentialwirbel.- 3. Fliehkraft. Eigenschwingungszahl des Läufers. Kritische Drehzahl.- 4. Kontinuitäts- (Stetigkeits-) Gleichung. Potentielle Energie. Druckenergie. Kinetische Energie. Bernoullische Energiegleichung.- a) Potentielle oder Lagenenergie.- b) Druckenergie.- c) Kinetische Energie.- d) Bernoullische Energiegleichung.- 5. Reynoldssche Zahl. Grenzschicht. Druckverlust in geraden Rohren und in Umlenkungen. Ablösung (Totwasser).- a) Laminare Strömung im glatten Rohr.- b) Turbulente Strömung im glatten Rohr.- c) Strömung in rauhen Rohren.- d) Unrunde Querschnitte. Hydraulischer Radius.- e) Umlenkungen.- f) Zusammenfassung. Widerstandshöhe.- 6. Zuleitungswiderstand und Fallhöhe bzw. spezifische Stutzenarbeit einer Wasserturbine.- 7. Nutzförderhöhe, Förderhöhe bzw. spezifische Stutzenarbeit, Saugzahl und zulässige Saughöhe einer Kreiselpumpe.- 8. Nicht stationäre Bewegung.- 9. Druck- und Geschwindigkeitsmessung mit Sonde, Pitotrohr und Prandtlschem Staurohr im offenen Strom.- 10. Überfallmessungen.- 11. Messungen in Leitungen mit Düsen, Blenden und Venturidüsen.- 12. Widerstand von Körpern.- III. Der Energieumsatz in den Strömungsmaschinen.- A. Die Hauptgleichung (Eulersche Gleichung) der Strömungsmaschinen.- 1. Spezifische theoretische Laufradarbeit Hth? kpm/kp bzw. Yth? J/kg bei unendlich großer Schaufelzahl.- 2. Spezifische theoretische Laufradarbeit Hth kpm/kp bzw. Yth J/kg bei endlich großer Schaufelzahl.- 3. Berücksichtigung der Strömungsverluste. Eulersche Gleichung.- B. Die Laufradschaufelformen der Strömungsmaschinen.- C. Die Tragflügeltheorie.- D. Ähnlichkeitsgesetze und Kennzahlen für Strömungsmaschinen.- 1. Die Druckzahl ?.- 2. Die Lieferzahl ? und ??.- 3. Die dimensionslose Kennzahl n0.- 4. Die Gebläsekennzahl ?.- 5. Die Kennzahl nq aller Strömungsmaschinen. Einheitswerte n?1 und Q?1.- 6. Die spezifische Drehzahl ns der Wasserturbinen.- 7. Weitere Kennzahlen.- E. Die Verluste in Strömungsmaschinen allgemein.- 1. Übersicht.- a) Die Mengenverluste.- b) Die Strömungsverluste in der Strömungsmaschine.- c) Die Energieverluste durch mechanische Reibung.- d) Leistungsformeln.- 2. Die Strömungsverluste bei sich ändernder sekundlicher Menge, dargestellt an der Änderung der Förderhöhe einer Kreiselpumpe. Kennlinie einer Kreiselpumpe.- 3. Stoßverluste bei sich ändernder sekundlicher Menge.- a) Stoßverluste bei einer Kraftmaschine, z. B. bei einer Wasserturbine.- b) Stoßverluste bei einer Arbeitsmaschine, z. B. bei einem Ventilator.- F. Die Laufradform für den günstigsten Energieumsatz im Laufrad.- 1. Dampfturbinen.- a) Gleichdruckturbinen.- b) Überdruckturbinen.- 2. Wasserturbinen.- 3. Kreiselpumpen.- 4. Kreiselverdichter.- G. Die Leitvorrichtungen.- 1. Die Leitvorrichtungen der Turbinen.- a) Wasserturbinen.- ?) Gleichdruckturbinen.- ?) Überdruckturbinen.- b) Dampfturbinen.- ?) Gleichdruckturbinen. Einfache und erweiterte (Laval-) Düsen. Machsche Zahl.- ?) Überdruckturbinen.- 2. Die Leitvorrichtungen der Arbeitsmaschinen.- a) Kreiselverdichter.- ?) Schaufelloser Leitring.- ?) Beschaufeltes Leitrad.- ?) Schaufelloser Umlenkungsraum.- ?) Rückführbeschaufelung.- ?) Spiralgehäuse.- b) Kreiselpumpen.- IV. Übersicht über die Turbinen.- A. Wasserturbinen.- B. Dampfturbinen.- 1. Allgemeines: Fallhöhengeschwindigkeit. Laufzahl. Gütezahl.- 2. Geschwindigkeitsgestufte Gleichdruckturbinen (Curtisturbinen). Der Radreibungs- und Ventilationsverlust.- 3. Druckgestufte Gleichdruckturbinen (Zoellyturbinen). Der Stopfbüchsenverlust.- 4. Druckgestufte Überdruckturbinen axialer Bauart (Parsonsturbinen). Der Spaltverlust.- 5. Druckgestufte Überdruckturbinen radialer Bauart (Ljungströmturbinen).- V. Übersicht über die Strömungs-Arbeitsmaschinen.- VI. Berechnungsbeispiele der Hauptabmessungen der Strömungsmaschinen.- A. Wasserturbinen.- 1. Peltonrad.- 2. Francisrad.- 3. Propellerrad.- B. Dampfturbinen.- 1. Zweikränzige Curtisturbine.- 2. Eine Stufe einer Parsonsturbine.- C. Kreiselpumpen.- 1. Mehrstufige Radialpumpe.- 2. Einstufige Propellerpumpe.- D. Kreiselverdichter.- 1. Niederdruckventilator (Trommelläufer).- 2. Mitteldruckventilator (radial endigende Schaufeln).- 3. Großventilator (rückwärts gekrümmte Schaufeln).- 4. Axiallüfter mit profilierten Schaufeln.- 5. Axiallüfter mit Blechschaufeln.- 6. Turbokompressor (Übersicht über die Gesamtberechnung und Durchrechnung der 1. Stufe).- Schrifttum.- Druckschriften und Werkbilder.