Axialkompressoren und Radialkompressoren

In den vergangenen zwei Jahrzehnten hat sich, vor allem angeregt durch die neuen Erkennt nisse und Fortschritte der Aero-und Hydrodynamik, auf dem Gebiet der Turbomaschinen eine beschleunigte Entwicklung vollzogen. Das Prinzip der Turbomaschine beruht auf der dynamischen Energieübertragung. Im Gegen satz zum statischen Prinzip, das die Grundlage der Kolbenmaschine darstellt, ermöglicht das dynamische Prinzip eine bedeutende Steigerung der Leistungsdichte, da die hierbei möglichen hohen Umfangs-und Durchströmgeschwindigkeiten das Verarbeiten großer Leistungen bei be scheidenem Raum- und Werkstoffbedarf gestatten. Eine zweite Tatsache, die den Aufschwung der Turbo- oder Strömungsmaschine förderte, ist die günstige Energieumsetzung dieser Maschinenart. Die großen Fortschritte in dieser Hinsicht, d. h. die erreichte Steigerung des Wirkungsgrades, sind der Erfolg einer theoretischen Durch dringung der Materie, vor allem aber sind sie die Früchte einer planmäßigen Zweckforschung. Steigerung der Leistungsdichte und Verbesserung der Wirkungsgrade der Strömungsmaschinen waren neben den Fortschritten auf metallurgischem Gebiet auch die Voraussetzungen für die im Laufe der letzten fünfzehn Jahre erfolgte Entwicklung der Gasturbine zur wettbewerbsfähigen Wärmekraftmaschine. Das vorliegende Buch befaßt sich nur mit einem Teil der Turbomaschinen, und zwar mit Turbokompressoren der axialen und radialen Bauart und ist in folgende Hauptteile gegliedert: Kapitel A enthält Richtlinien zur Festlegung der Auslegungskenngrößen von Kompressoren.

Inhalt
A. Richtlinien zur Festlegung der Auslegungsgrößen von Kompressoren.- I. Allgemeine Richtlinien zur Ermittlung der Bedarfsleistung eines Verdichters.- 1. Grundbegriffe.- 2. Ermittlung der erforderlichen Druckerhöhung im Verdichter.- II. Lufterneuerungs- und Kühlanlagen.- 1. Raumlüftung und Klimaanlagen.- 2. Tunnellüftung.- 3. Bergwerksbelüftung.- Hauptbewetterung.- Sonderbewetterung.- 4. Kühlgebläse.- Kühlgebläse für Verbrennungsmotoren.- Kühlgebläse für Flugmotoren.- 5. Lärmabwehr bei Lufterneuerungs- und Klimatisationsanlagen.- III. Windkanäle.- Unterschall-Windkanäle.- Überschall-Windkanäle.- IV. Hochofen- und Stahlwerksgebläse.- Hochofengebläse.- Stahlwerksgebläse.- V. Verdichter für pneumatische Förderanlagen.- VI. Auf- und Überladung von Verbrennungsmotoren.- 1. Viertaktmotor.- 2. Zweitaktmotor.- VII. Gasturbinen.- 1. Stationäre Gasturbine ohne Wärmetauscher.- 2. Gasturbine mit Wärmetauscher.- 3. Gasturbine für Flugzeugantrieb.- Turbinen-Propellertriebwerk.- Turbinen-Strahltriebwerk.- B. Kenngrößen für Strömungsmaschinen auf Grund des Newtonschen Ähnlichkeitsgesetzes.- I. Zweck der Kenngrößen.- II. Ähnlichkeitsgesetze.- 1. Definition der mechanischen Ähnlichkeit.- 2. Das allgemeine Newtonsche Ähnlichkeitsgesetz.- 3. Das Reynoldssche Ahnlichkeitsgesetz.- 4. Das Machsche Ähnlichkeitsgesetz.- 5. Die Lieferzahl ?.- 6. Die Druckzahl ?.- 7. Die dimensionslosen Kennwerte ? und ? für Axial- und Radialverdichter.- Axial durchströmte Verdichter.- Radial durchströmte Verdichter.- III. Die Betriebs- oder Drosselzahl.- IV. Die dimensionslose Drehzahl.- V. Definition der dimensionslosen Kennzahlen für mehrstufige und mehrflutige Strömungsmaschinen und Beziehungen zwischen Stufenkennzahl und Gesamtkennzahl.- 1. Mehrstufige Bauweise (Stufenzahl z1).- 2. Mehrflutige Bauweise (Flutigkeitszahl z2).- 3. Kombinierte Bauweise mit einer Stufenzahl z1 und einer Flutigkeitszahl z2.- VI. Zusammenhang zwischen 𝕶n und gebräuchlichen Definitionen der spezifischen Drehzahlen.- VII. Zweckmäßige Wahl der Verdichterbauweise.- VIII. Das Kennfeld bei kompressibler Strömung.- C. Gemeinsame physikalische Grundlagen der Axial- und Radialkompressoren.- I. Die Geometrie der Kompressorströmung.- 1. Das Geschwindigkeitsdreieck.- 2. Das Schaufelgitter.- II. Die mechanischen Grundgesetze der Strömungsmaschinen.- 1. Die erweiterte Bernoullische Gleichung.- 2. Der Impuls- oder Drehmomentensatz.- 3. Die Kontinuitätsgleichung.- 4. Die Hauptgleichungen der Turbinentheorie.- 5. Die Arbeitsgleichungen.- III. Thermodynamische Grundlagen.- 1. Normalzustand.- 2. Gasgleichung.- 3. Wärmeinhalt und spezifische Wärme.- 4. Der erste Hauptsatz.- 5. Die wichtigsten Zustandsänderungen.- 6. Reibungsbehaftete Strömung.- IV. Thermodynamik der Kompressoren.- 1. Der ungekühlte Kompressor.- Definition des Kompressorwirkungsgrades im allgemeinen.- Der adiabatische Wirkungsgrad.- Der polytropische Wirkungsgrad.- Der Erhitzungsverlust.- 2. Der gekühlte Kompressor.- Allgemeine Gesichtspunkte des gekühlten Kompressors.- Erforderliche Arbeitsleistung für Kompressoren mit Zwischenkühlung ohne Berücksichtigung der Druckverluste durch die Kühlung.- Berücksichtigung der Druckverluste bei der Kühlung.- Die in den Kühlern abzuführende Wärmemenge.- Vergleich der wirklichen mit der idealen Kühlung.- Bemerkungen zur Kühlerauslegung.- D. Der Axialkompressor.- I. Einleitung.- II Strömungsvorgänge im Axialkompressor.- III Die Hauptbemessungsgleichung des Axialkompressors.- IV. Die Differentialgleichung der Turbomaschinenströmung.- V. Einflußgrößen auf die Bauart von Axialverdichtern.- 1. Der Reaktionsgrad.- 2. Das Nabenverhältnis.- 3. Die Mach-Zahl.- 4. Die Reynoldssche Zahl.- 5. Der Minderleistungsfaktor.- VI. Auslegungsarten von Axialkompressoren.- 1. Verdichter mit konstantem Drall über dem Halbmesser (Wirbelflußmaschinen) 128 Wirbelflußmaschinen ohne Vordrall.- Wirbelflußmaschinen mit positivem Vordrall (Mitdrall).- Wirbelflußmaschinen mit negativem Vordrall.- Wirbelflußmaschinen mit wahlweise positivem oder negativem Vordrall.- 2. Verdichter mit gleichem Reaktionsgrad auf allen Schnitten.- 3. Verdichter mit gegenläufigen Rädern.- 4. Axialstufe ohne Leitvorrichtung.- Das leitradlose Gebläse mit Gehäuse.- Das leitradlose Gebläse ohne Gehäuse.- 5. Vergleich der verschiedenen Auslegungsarten von Axialkompressoren.- VII. Definition der effektiven Förderhöhe und der Wirkungsgrad einer Axialstufe.- 1. Der Stufenverlust für einen Schaufelschnitt.- 2. Die Integration des Stufenverlustes über dem Verdichterquerschnitt.- Die Integration für die Auslegungsart: konstanter Drall.- Die Integration für die Auslegungsart: r = 0,50 = konst. auf allen Schnitten.- 3. Die mittlere Gleitzahl.- 4. Der Wirkungsgrad einer Normalstufe.- 5. Der effektive Wirkungsgrad der Einzelstufe.- VIII. Berechnung der Hauptabmessungen von Axialkompressoren.- 1. Kompressor mit konstantem Außendurchmesser.- 2. Kompressor mit veränderlichem Außendurchmesser.- IX. Auslegungsgrundlagen für Grenzleistungswirbelflußmaschinen.- 1. Grenzleistungsstufe ohne Vorleitrad.- 2. Grenzleistungsstufe bei Optimalbedingungen.- X. Strömungsvorgänge im Axialverdichter mit konstanter Reaktion über der Schaufelhöhe.- 1. Gültigkeitsbereich der vereinfachten Theorie der Kompressorströmung.- 2. Erweiterung der Theorie für die Strömungszustände hinter der Vorleitvorrichtung.- Der Krümmungsradius der Stromflächenaxialschnitte.- Bestimmung der Radiendifferenz aus der Kontinuitätsgleichung.- 3. Die erweiterte Differentialgleichung der Verdichterströmung.- 4. Anwendung der erweiterten Differentialgleichung auf eine Axialstufe mit konstantem Reaktionsgrad über der Schaufelhöhe.- 5. Axialkompressor mit 50% Reaktion auf allen Schnitten und hinreichend konstanter Meridiangeschwindigkeit ab zweiter Stufe.- Der erforderliche Gesamtdruckverlauf für eine Normalstufe mit annähernd konstanter Meridiangeschwindigkeit und halber Reaktion auf allen Schnitten.- Anwendung der erweiterten Differentialgleichung der Verdichterströmung auf die Normalstufe mit Druckgradienten.- Auslegung der Normalstufe mit Druckgradienten.- Rechnungsbeispiel.- 6. Anpassung der ersten Verdichterstufe an die vorgeschriebene Gesamtdruckverteilung.- Die Vorleitvorrichtung zur Verdichterstufe mit gegebener Gesamtdruckverteilung.- Auslegung des Nach-Leitrades der ersten Stufe.- Berechnung des Außendurchmessers und der Drehzahl.- 7. Gestaltung der letzten Stufe.- 8. Sonderbauweisen…

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