Strömungstechnik der gasbeaufschlagten Axialturbine, Softcover reprint of the original 1st ed. 1963 unter besonderer Berücksichtigung der Strahltriebwerksturbine

Der hohe Entwicklungsstand der heute in der Luftfahrt benutzten Strahltriebwerke ist nicht zuletzt auf die erreichte strömungstechnische Güte der darin verwendeten Turbinen­ teile zurückzuführen. Sie stellt das Ergebnis einer langjährigen intensiven Forschungs- und Entwicklungsarbeit dar, über die in einer Vielzahl von wissenschaftlichen Veröffent­ lichungen berichtet wird. Ziel des vorliegenden Buches ist es, in möglichst geschlossener Form den Stand der Technik zusammenzufassen und dabei in gleichem Maße dem Stand­ punkt des Wissenschaftlers wie den Anforderungen des Praktikers gerecht zu werden -­ eine gewi~ schwierige, aber lohnende Aufgabe. Wie weit sie gelöst wurde, möge der Leser beurteilen. Wird die Turbine hier auch unter dem besonderen Gesichtspunkt ihrer Anwendung als gas beaufschlagte Axialturbine des Luftfahrttriebwerkes betrachtet, so wird doch stets auf den Grundgesetzen der Turbinentheorie und den allgemeinen Kenntnissen über die Vorgänge in Schaufelgittern mit beschleunigter Strömung aufgebaut und erst dann auf die Besonderheiten der Luftfahrtanwendung übergegangen. Die allgemeinen Gesetzmäßig­ keiten sind aber von gleicher Wichtigkeit für den Turbinenteil der stationären Gasturbine und sogar für denjenigen der Dampfturbine, so daß auch von dieser Seite Interesse an den in diesem Buch behandelten Fragen besteht. Bei der stationären Gasturbine kann man sogar sagen, daß die Gemeinsamkeit des Interesses noch über die allgemeinen Gesetzmäßig­ keiten hinausgeht und in verschiedener Hinsicht eine immer stärkere Berührung der Arbeitsweisen zu verzeichnen ist. So setzt sich der Gedanke des Leichtbaues auch bei bodengebundenen Anlagen allmählich durch, und das in diesem Zusammenhang für die Gasturbine der Luftfahrt Gesagte gilt in gleicher Weise für die bodenfeste Maschine.

1. Einleitung.- 2. Grundlagen der axialen Kreiselradmaschinen.- 2.1 Arbeits-und Strömungsgleichungen.- 2.11 Ideale Strömungen.- 2.12 Verlustbehaftete Strömungen.- 2.13 Die Eulersche Turbinengleichung.- 2.2 Ähnlichkeitstheorie.- 2.3 Drallgesetze.- 2.31 Der Druckgradient hinter einem axialen Schaufelgitter.- 2.32 Reibungsfreie und inkompressible Betrachtung der Drallgesetze.- 2.321. cur = const und ? = const.- 2.322. Sonderfälle q = 0 und q = ?1.- 2.33 Reibungsbehaftete und kompressible Betrachtung der Drallgesetze.- 2.331. cur = const und ? = const.- 2.332. Drallgesetz des konstanten Massenstromes.- 3. Abgrenzung der gasbeaufschlagten gegen die dampfbeaufschlagte Turbine.- 4. Auslegung der Kinematik der Gasturbine (Fragen der Berechnung der Geschwindigkeitsdreiecke).- 4.1 Mittelschnittrechnung.- 4.11 Bedeutung und Festlegung des Mittelschnittradius.- 4.12 Wirkungsgradbetrachtungen.- 4.121. Der Umfangswirkungsgrad in Abhängigkeit von der Laufzahl.- 4.122. Radscheibenreibung und Radialspaltverlust.- 4.123. Der innere isentrope Wirkungsgrad in Abhängigkeit von der Laufzahl.- 4.13 Wahl der Reaktion einer Stufe.- 4.14 Wärmegefälle und Stufenzahl.- 4.15 Gefälleverteilung und Kanalverlauf.- 4.16 Gitterbreite und Schaufelzahl.- 4.17 Einfluß des Axialspaltes auf den Turbinenwirkungsgrad.- 4.18 Durchführung der Mittelschnittrechnung.- 4.2 Mehrschnittrechnung.- 4.21 Die radiale Veränderlichkeit der Reaktion und das Nabenverhältnis.- 4.22 Temperaturverteilung vor der Turbine.- 4.23 Die Geschwindigkeitszahlen ? und ?.- 4.231. Mittelwertbildung.- 4.232. Einflußgrößen.- 4.232.1 Ebene Strömung.- 4.232.11 Einfluß der Umlenkung.- 4.232.12 Die Hinterkantendicke des Profils.- 4.232.13 REYKOLDS-Zahl und MACH-Zahl.- 4.232.2 Räumliche Strömung.- 4.232.21 Das Leitrad: Sekundärströmung und Fächerungseinfluß.- 4.232.22 Das Laufrad: Einfluß des Radialspaltes, der Relativbewegung der äußeren Kanalwand und der Zentrifugierung der Schaufelgrenzschicht.- 4.233. Praktische Bestimmung der Geschwindigkeitszahlen.- 4.24 Durchführung der Mehrschnittrechnung.- 4.241. Bedeutung der Ergebnisse der Mittelschnittrechnung.- 4.242. Festlegung der Meridianstromlinien.- 4.243. Einzelheiten des Rechnungsganges.- 4.244. Kontrolle des Wirkungsgrades.- 5. Schaufelprofilierung.- 5.1 Überblick über die Verfahren zur Gitterberechnung.- 5.11 Die Singularitäten verfahren.- 5.12 Die Kanaltheorien.- 5.13 Die Verfahren der konformen Abbildung.- 5.2 Allgemeines über Profile im Gitterverband.- 5.21 Winkelübertreibung.- 5.211. Eintrittswinkelübertreibung und Eintrittsstoßverlust.- 5.212. Austrittswinkelübertreibung.- 5.212.1 Austrittswinkelübertreibung im eigentlichen Sinne.- 5.212.2 Strahlablenkung bei überkritischem Gefälle.- 5.22 Zusammenhang zwischen Profilform und Strömungsverlusten.- 5.3 Ingenieurmäßige Schaufelprofilierung.- 5.31 Der einzelne Schaufelschnitt.- 5.32 Die Gesamtschaufel.- 5.321. Leitschaufel.- 5.322. Laufschaufel.- 6. Bestimmung der im axialen Schaufelgitter wirkenden Gaskräfte.- 6.1 Die radial veränderliche Schaufelbelastung.- 6.11 Umfangskomponente der Belastung.- 6.12 Axialkomponente der Belastung.- 6.2 Der Axialschub des Schaufelgitters.- 6.21 Ermittlung aus der radialen Belastungsverteilung.- 6.22 Ermittlung aus den Größen der Mittelschnittrechnung.- 7. Die Turbine bei Abweichung vom Auslegungszustand.- 7.1 Das Turbinenkennfeld.- 7.11 $$u/c_{0s}^*$$ und ?iT als Funktionen von $$u/\sqrt {T_{0I}^*}$$ und $$\phi_{0I}^*$$.- 7.12 $$p_{0I}^* /p_{2z}^*$$ und ?iT als Funktionen von $$V_{0I}^* /\sqrt {T_{0I}^* }$$ und $$n/\sqrt {T_{0I}^* }$$.- 7.13 Berechnung des Turbinenkennfeldes.- 7.131. Bestimmung-eines Kennfeldpunktes im unterkritischen Bereich.- 7.132. Besonderheiten des überkritischen Bereiches.- 7.133. Vergleich von Rechnung und Messung.- 7.2 Näherungsformeln für das Betriebsverhalten der Turbine.- 7.21 Gesetze der Durchsatzänderung.- 7.211. Herleitung der Durchsatzgesetze.- 7.212. Diskussion der Durchsatzgesetze.- 7.22 Gesetze der Wirkungsgradänderung.- I. Thermodynamische Hilfsmittel zur Turbinenberechnung.- I.1 Allgemeines.- I.2 Gastafeln.- II. Beispiel für die Auslegung einer Turbine.- II. 1 Aufgabenstellung.- II.2 Mittelschnittrechnung.- II.21 Festlegung der Stufenzahl.- II.22 Festlegung des Turbinenkanals.- II.23 Gefälleverteilung.- II.24 Wahl der Reaktionsgrade.- II.25 Bestimmung der Geschwindigkeiten cx und w2.- II.26 Thermodynamische und Strömungsparameter.- II.3 Mehrschnittrechnung.- II.31 Festlegung der Meridianstromlinien.- II.32 Temperatur- und Druckverteilung in der Eintrittsebene.- II.33 Verteilung der Geschwindigkeitszahlen.- II.34 Thermodynamische und Strömungsparameter.- II.4 Schaufelplan nach Mittelschnittrechnung.- II.5 Schaufelprofilierung nach Mehrschnittrechnung.- II.6 Ermittlung der radial veränderlichen Schaufelbelastung.- Namen- und Sachverzeichnis.