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Lernmaterialien für Strömungsmaschinen 1 Auslegung an der TU Berlin

Greife auf kostenlose Karteikarten, Zusammenfassungen, Übungsaufgaben und Altklausuren für deinen Strömungsmaschinen 1 Auslegung Kurs an der TU Berlin zu.

TESTE DEIN WISSEN


Erläutern Sie bitte, wie in einer Strömungsmaschine eine Druckdifferenz zwischen Saug- und Druckseite entsteht.


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Innerhalb des Laufrades werden die Fluidteilchen umgelenkt und beschleunigt, wodurch der Druck entlang der Schaufeln allmählich erhöht wird (VL2, F5)

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Bitte beschreiben Sie kurz die Entstehung des Auftriebs nach Kutta-Joukowski.

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Die Profilumströmung ergibt sich aus der Überlagerung der elementaren Strömung: parallele Strömung und Zirkulationsströmung. Ist die Zirkulation im Uhrzeigersinn gerichtet ergeben sich auf der Schaufeloberseite eine hohe Geschwindigkeit und eine niedrige auf der Schaufelunterseite. Aus Bernoulli folgt daraus ein niedriger Druck an der Schaufeloberseite und ein hoher Druck auf der Unterseite. Aus dieser Druckdifferenz entsteht am Tragflügel eine resultierende Auftriebskraft.

Voraussetzung: Tangentiale Abströmung an der Profilhinterkante  

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Wie werden Laufräder normalerweise in Zeichnungen dargestellt?


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  • Grundriss (radiale und halbaxiale Laufräder)
  • Meridianschnitt
  • Gitterschnitt (axiale Laufräder)
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Erläutern Sie bitte, warum die endgültige Auswahl der Drehzahl einer Strömungsmaschine nur einen Kompromiss darstellt. 


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Nach technisch-wirtschaftlichen Gesichtspunkten müsste die Drehzahl so hoch wie möglich gewählt werden, um eine kleine Baugröße zu erhalten. Allerdings ist die maximale Drehzahl durch Kavitation begrenzt. (repetico)

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Erklären Sie bitte, die Bedeutung von Geschwindigkeitsdreiecken bei Strömungsmaschinen.

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Mithilfe von Geschwindigkeiten kann die Bewegung des Fluids in Strömungsmaschinen beschrieben werden. Die Geschwindigkeitsdreiecke sind auch essenziell für die Berechnung der spezifischen Schaufelarbeit.

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Nennen Sie bitte drei Größen, die bei der Auslegung der Saugseite einer Strömungsmaschine festgelegt werden können.

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  • Zuströmwinkel ß
  • Zuströmgeschwindigkeit vs
  • Saugdurchmesser 
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Erklären Sie bitte den Nutzen von spezifischen Größen für die Auslegung von Strömungsmaschinen

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Mithilfe von spezifischen Größen können geometrisch ähnliche Laufräder miteinander verglichen werden. Ein Werkzeug zum Auslegen von Strömungsmaschinen ist das Cordier-Diagramm, welches die spezifische Drehzahl nq über dem spezifischen Durchmesser D­2q für Strömungsmaschinen mit hohem Wirkungsgrad aufzeichnet.  Bei gegebenen Volumenstrom und der Förderhöhe, kann mithilfe des Cordier-Diagramm der Außendurchmesser D2 sowie die Drehzahl n des Laufrads bestimmt werden. Außerdem gibt das Diagramm Aufschluss über den Laufradtyp. Die spez. Stutzenarbeit Y wird bei der Auslegung der Druckseite und die Darstellung der Arbeitsübertragung benutzt.

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Erklären Sie bitte, wann eine Strömungsmaschine kavitiert und nennen Sie drei Auswirkungen auf die Maschine durch die Kavitation.

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Wenn der statische Druck unter den Dampfdruck der Flüssigkeit fällt, entstehen die Dampfblasen. Die Dampfblasen beginnen zu implodieren, wenn der statische Druck stromabwärts wieder über Dampfdruck steigt (Kavitation). Durch die Implosion entstehen Microjets in Wandnähe.

NPSH_vorh >= NPSH_erf


Kavitation führt zu

  • Geräuschen,
  • Schwingungen,
  • Abfall der Förderhöhe und des
  • Wirkungsgrades und Materialschäden.
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Erklären Sie bitte den Begriff „NPSH-Wert“. Wie lässt sich der NPSH-Wert (engl. Net Positive Suction Head) einer Kreiselpumpe ermitteln? Wie lässt sich der NPSH-Wert der Anlage bestimmen?

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Der NPSH-Wert beschreibt den Netto-Energiegehalt des Fluides am Saugmund der ersten Stufe einer Pumpe oder der letzten Stufe einer Turbine, angegeben als Energiehöhe. Er ist auch ein Maß für die Sicherheit gegen Kavitation.(repetico)

 Der erforderliche NPSH-Wert (NPSHR) ergibt sich aus Messungen an der HSM (Hydraulischen Strömungsmaschinen)

Der vorhandene NPSH-Wert (NPSHA) ergibt sich auch aus dem Energieverlauf der Anlage.

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Erklären Sie bitte was unter dem Begriff „stoßfreier Eintritt“ bei Strömungsmaschinen zu verstehen ist. In welchem Betriebszustand tritt dieser in der Regel auf? Inwieweit ist dieser bei der Berechnung der Größen auf der Saugseite relevant?

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Der „stoßfreie Eintritt” bezeichnet die Anströmrichtung, bei der die Relativgeschwindigkeit tangential an die Skelettlinie im Staupunkt anströmt. Dieser Zustand tritt nur bei einem bestimmten Förderstrom, d.h. bei einer bestimmten Geschwindigkeit v ein.

Die Größen auf der Saugseite werden unter stoßfreien Eintrittszustand berechnet und in der Praxis meist so ausgeführt.(repetico)

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Erklären Sie bitte, was unter einem „Kavitationskriterium“ zu verstehen ist?

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Um einen kavitationsfreien Betrieb zu gewährleisten gilt: NPSHvor > NPSHerf. Hierbei muss definiert werden, welches Kavitationskriterium für NPSHerf herangezogen wird, da sich beginnende Kavitation nur schwer feststellen lässt. (1P) Mögliche Kavitationskriterien sind:

  • Definiertes Maß an Förderhöhenabfall
  • Definiertes Maß an Wirkungsgradabfall
  • Erreichen einer definierten Blasengröße, Blasenlänge
  • Definiertes Maß an Materialabtrag bzw. Kavitationsabtrag
  • Definierter Geräuschanstieg infolge von Kavitation

Spezifische Lebensdauer des Sauglaufrades

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Erklären Sie bitte, warum ein Meridianschnitt für die seitliche Darstellung von Laufrädern verwendet wird.


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Durch die Zirkularprojektion der Schnittflächen entlang der Schaufeln des Schaufelkanals sind der Schaufelkanal und die Schaufelkontur erkennbar und geben Aufschluss über die Geometrie des Laufrades

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Beispielhafte Karteikarten für deinen Strömungsmaschinen 1 Auslegung Kurs an der TU Berlin - von Kommilitonen auf StudySmarter erstellt!

Q:


Erläutern Sie bitte, wie in einer Strömungsmaschine eine Druckdifferenz zwischen Saug- und Druckseite entsteht.


A:

Innerhalb des Laufrades werden die Fluidteilchen umgelenkt und beschleunigt, wodurch der Druck entlang der Schaufeln allmählich erhöht wird (VL2, F5)

Q:

Bitte beschreiben Sie kurz die Entstehung des Auftriebs nach Kutta-Joukowski.

A:

Die Profilumströmung ergibt sich aus der Überlagerung der elementaren Strömung: parallele Strömung und Zirkulationsströmung. Ist die Zirkulation im Uhrzeigersinn gerichtet ergeben sich auf der Schaufeloberseite eine hohe Geschwindigkeit und eine niedrige auf der Schaufelunterseite. Aus Bernoulli folgt daraus ein niedriger Druck an der Schaufeloberseite und ein hoher Druck auf der Unterseite. Aus dieser Druckdifferenz entsteht am Tragflügel eine resultierende Auftriebskraft.

Voraussetzung: Tangentiale Abströmung an der Profilhinterkante  

Q:

Wie werden Laufräder normalerweise in Zeichnungen dargestellt?


A:
  • Grundriss (radiale und halbaxiale Laufräder)
  • Meridianschnitt
  • Gitterschnitt (axiale Laufräder)
Q:

Erläutern Sie bitte, warum die endgültige Auswahl der Drehzahl einer Strömungsmaschine nur einen Kompromiss darstellt. 


A:

Nach technisch-wirtschaftlichen Gesichtspunkten müsste die Drehzahl so hoch wie möglich gewählt werden, um eine kleine Baugröße zu erhalten. Allerdings ist die maximale Drehzahl durch Kavitation begrenzt. (repetico)

Q:

Erklären Sie bitte, die Bedeutung von Geschwindigkeitsdreiecken bei Strömungsmaschinen.

A:

Mithilfe von Geschwindigkeiten kann die Bewegung des Fluids in Strömungsmaschinen beschrieben werden. Die Geschwindigkeitsdreiecke sind auch essenziell für die Berechnung der spezifischen Schaufelarbeit.

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Q:

Nennen Sie bitte drei Größen, die bei der Auslegung der Saugseite einer Strömungsmaschine festgelegt werden können.

A:
  • Zuströmwinkel ß
  • Zuströmgeschwindigkeit vs
  • Saugdurchmesser 
Q:

Erklären Sie bitte den Nutzen von spezifischen Größen für die Auslegung von Strömungsmaschinen

A:

Mithilfe von spezifischen Größen können geometrisch ähnliche Laufräder miteinander verglichen werden. Ein Werkzeug zum Auslegen von Strömungsmaschinen ist das Cordier-Diagramm, welches die spezifische Drehzahl nq über dem spezifischen Durchmesser D­2q für Strömungsmaschinen mit hohem Wirkungsgrad aufzeichnet.  Bei gegebenen Volumenstrom und der Förderhöhe, kann mithilfe des Cordier-Diagramm der Außendurchmesser D2 sowie die Drehzahl n des Laufrads bestimmt werden. Außerdem gibt das Diagramm Aufschluss über den Laufradtyp. Die spez. Stutzenarbeit Y wird bei der Auslegung der Druckseite und die Darstellung der Arbeitsübertragung benutzt.

Q:

Erklären Sie bitte, wann eine Strömungsmaschine kavitiert und nennen Sie drei Auswirkungen auf die Maschine durch die Kavitation.

A:

Wenn der statische Druck unter den Dampfdruck der Flüssigkeit fällt, entstehen die Dampfblasen. Die Dampfblasen beginnen zu implodieren, wenn der statische Druck stromabwärts wieder über Dampfdruck steigt (Kavitation). Durch die Implosion entstehen Microjets in Wandnähe.

NPSH_vorh >= NPSH_erf


Kavitation führt zu

  • Geräuschen,
  • Schwingungen,
  • Abfall der Förderhöhe und des
  • Wirkungsgrades und Materialschäden.
Q:

Erklären Sie bitte den Begriff „NPSH-Wert“. Wie lässt sich der NPSH-Wert (engl. Net Positive Suction Head) einer Kreiselpumpe ermitteln? Wie lässt sich der NPSH-Wert der Anlage bestimmen?

A:

Der NPSH-Wert beschreibt den Netto-Energiegehalt des Fluides am Saugmund der ersten Stufe einer Pumpe oder der letzten Stufe einer Turbine, angegeben als Energiehöhe. Er ist auch ein Maß für die Sicherheit gegen Kavitation.(repetico)

 Der erforderliche NPSH-Wert (NPSHR) ergibt sich aus Messungen an der HSM (Hydraulischen Strömungsmaschinen)

Der vorhandene NPSH-Wert (NPSHA) ergibt sich auch aus dem Energieverlauf der Anlage.

Q:

Erklären Sie bitte was unter dem Begriff „stoßfreier Eintritt“ bei Strömungsmaschinen zu verstehen ist. In welchem Betriebszustand tritt dieser in der Regel auf? Inwieweit ist dieser bei der Berechnung der Größen auf der Saugseite relevant?

A:

Der „stoßfreie Eintritt” bezeichnet die Anströmrichtung, bei der die Relativgeschwindigkeit tangential an die Skelettlinie im Staupunkt anströmt. Dieser Zustand tritt nur bei einem bestimmten Förderstrom, d.h. bei einer bestimmten Geschwindigkeit v ein.

Die Größen auf der Saugseite werden unter stoßfreien Eintrittszustand berechnet und in der Praxis meist so ausgeführt.(repetico)

Q:

Erklären Sie bitte, was unter einem „Kavitationskriterium“ zu verstehen ist?

A:

Um einen kavitationsfreien Betrieb zu gewährleisten gilt: NPSHvor > NPSHerf. Hierbei muss definiert werden, welches Kavitationskriterium für NPSHerf herangezogen wird, da sich beginnende Kavitation nur schwer feststellen lässt. (1P) Mögliche Kavitationskriterien sind:

  • Definiertes Maß an Förderhöhenabfall
  • Definiertes Maß an Wirkungsgradabfall
  • Erreichen einer definierten Blasengröße, Blasenlänge
  • Definiertes Maß an Materialabtrag bzw. Kavitationsabtrag
  • Definierter Geräuschanstieg infolge von Kavitation

Spezifische Lebensdauer des Sauglaufrades

Q:


Erklären Sie bitte, warum ein Meridianschnitt für die seitliche Darstellung von Laufrädern verwendet wird.


A:

Durch die Zirkularprojektion der Schnittflächen entlang der Schaufeln des Schaufelkanals sind der Schaufelkanal und die Schaufelkontur erkennbar und geben Aufschluss über die Geometrie des Laufrades

Strömungsmaschinen 1 Auslegung

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