Strömungsmaschinen (2° Éd., Softcover reprint of the original 2nd ed. 1965) Turbinen, Kreiselpumpen und Verdichter Eine Einführung

2 Abb. 1,1 zeigt im Schnitt und in radialer Sicht Leitrad (hier Düse genannt) und Laufradschaufel einer einstufigen axialen Gleichdruck­ dampfturbine. Durch diese Stufe strömen in t sek G kp Dampf und er­ fahren in der Düse bzw. in den Leitkanälen eine Drucksenkung und damit eine Verminderung ihres Wärmeinhaltes. Aus der hierdurch frei werdenden Energie baut sich die Geschwindigkeit Cl auf, mit der der Dampf die Düse verläßt und in das Laufrad eintritt. Die Dampf­ m = Gjg erfährt im Laufrad durch die Umlenkung eine Ver­ masse zögerung von Cl auf C • Nach dem dynamischen Grundgesetz übt sie 2 damit auf das Laufrad eine Umfangskraft P = m· b aus, die das Rad mit der Umfangsgeschwindigkeit u = D·;]I;· nj60 dreht. In Richtung von P und u vermindert sich die Dampfgeschwindigkeit von Ctu auf C2u, so daß die Verzögerung gleich (CI - c )jt ist. Mit dem sekundlichen U 2U Dampfgewicht G = Gjt wird die Umfangskraft s P = Gs • (CIU - C2u)jg kp und die Radleistung p. u kpmjsek. Abb. 2,1. Mehrstufige tJberdruck. Radialpumpe Abb. 2,1 zeigt zwei mittlere Stufen einer einßutigen, mehrstufigen radialen überdruck-Kreiselpumpe mit dem Laufrad a , dem beschau­ l feiten Leitrad b , dem nicht beschaufelten Umlellkraum d , den Rück­ l l führschaufeln e der einen und dem Laufrad a der folgenden Stufe.

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.