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Energieumwandlung in Kraft- und Arbeitsmaschinen - Kolbenmaschinen, Strömungsmaschinen, Kraftwerke
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Energieumwandlung in Kraft- und Arbeitsmaschinen - Kolbenmaschinen, Strömungsmaschinen, Kraftwerke
von: Wolfgang Kalide, Herbert Sigloch
Carl Hanser Fachbuchverlag, 2010
ISBN: 9783446425279
386 Seiten, Download: 5684 KB
 
Format:  PDF
geeignet für: Apple iPad, Android Tablet PC's Online-Lesen PC, MAC, Laptop

Typ: A (einfacher Zugriff)

 

 
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Inhaltsverzeichnis

  Vorwort 6  
  Inhaltsverzeichnis 7  
  Formelzeichen und Einheiten 12  
  1 Einleitung 14  
     1.1 Allgemeine Betrachtungen zur Energieumwandlung 14  
     1.2 Energieumwandlung in der Technik 15  
  2 Theoretische Grundlagen 18  
     2.1 Allgemeine physikalische Größen 18  
     2.2 Hydromechanik 20  
        2.2.1 Hydrostatik 20  
        2.2.2 Kontinuitätsgleichung 21  
        2.2.3 Bernoullische Gleichung 22  
           2.2.3.1 Düse und Diffusor 23  
           2.2.3.2 Messung von Strömungsgeschwindigkeiten 25  
        2.2.4 Strömung in Rohrleitungen 26  
        2.2.5 Druckenergieverlust in Rohrleitungen 28  
        2.2.6 Hauptgleichung der Strömungsmaschinen 29  
        2.2.7 Kavitation und Verdichtungsstoß 31  
     2.3 Wärmetechnik 33  
        2.3.1 Thermische Zustandsgrößen 33  
        2.3.2 Erster Hauptsatz 34  
        2.3.3 Spezifische Wärmekapazität 36  
        2.3.4 Enthalpie 38  
        2.3.5 Zustandsgleichungen des idealen Gases 41  
           2.3.5.1 Thermische Zustandsgleichung 41  
           2.3.5.2 Kalorische Zustandsgleichung 43  
        2.3.6 Zweiter Hauptsatz 44  
           2.3.6.1 Entropie 44  
           2.3.6.2 Darstellung der Entropie durch thermische Zustandsgrößen 45  
           2.3.6.3 Formulierungen des zweiten Hauptsatzes 45  
           2.3.6.4 Exergie 46  
           2.3.6.5 T, s-oder Wärmediagramm 46  
        2.3.7 Technisch wichtige Zustandsänderungen 48  
        2.3.8 Gasgemische 52  
        2.3.9 Normalatmosphäre (Aerostatik) 52  
        2.3.10 Feuchte Gase 53  
        2.3.11 Strömung mit großen Druckänderungen 53  
           2.3.11.1 Dynamische Temperatur 53  
           2.3.11.2 Totalzustand (Gesamtzustand, Ruhezustand) 54  
        2.3.12 Kreisprozesse 54  
        2.3.13 Laval-Düse 55  
        2.3.14 Zustandsänderungen des Wasserdampfes 61  
        2.3.15 Arbeitsvermögen des Wasserdampfes 63  
           2.3.15.1 Nutzarbeit im T,s-Diagramm 63  
           2.3.15.2 Nutzarbeit im h,s-Diagramm 64  
           2.3.15.3 Nutzarbeit im p,v-Diagramm 65  
        2.3.16 Brennstoffe und Verbrennung 66  
           2.3.16.1 h,T-Diagramm 70  
        2.3.17 Wärmedurchgang 71  
           2.3.17.1 Wärmeübergang durch Berührung 72  
           2.3.17.2 Wärmeübergang durch Strahlung 74  
     2.4 Wirkungsgrade der Maschinen 75  
     2.5 Vergleich der Kolben- und Strömungsmaschinen 77  
     2.6 Regelung 78  
  3 Kolbenmaschinen 87  
     3.1 Ventilsteuerung 87  
     3.2 Kurbeltrieb 87  
        3.2.1 Kräfte am Kurbeltrieb 87  
        3.2.2 Tangentialkraftdiagramm 90  
           3.2.2.1 Ableitung der Bewegungsverhältnisse beim Kurbeltrieb 90  
           3.2.2.2 Gesamttangentialkraft 91  
        3.2.3 Schwungradberechnung 94  
        3.2.4 Massenausgleich 96  
        3.2.5 Kräfteausgleich bei der Mehrzylindermaschine 99  
        3.2.6 Momentenausgleich bei Mehrzylindermaschinen 100  
     3.3 Kolbenpumpen (Verdrängerpumpen) 103  
        3.3.1 Kolbenpumpen mit hin- und hergehendem Kolben 103  
           3.3.1.1 Wirkungsweise 103  
           3.3.1.2 Fördervolumen 105  
           3.3.1.3 Saughub 107  
           3.3.1.4 Druckhub 110  
           3.3.1.5 Pumpenventile 110  
           3.3.1.6 Wirkungsgrade 111  
           3.3.1.7 Sonderformen 112  
        3.3.2 Drehkolbenpumpen 113  
        3.3.3 Flüssigkeitsringpumpen 114  
     3.4 Verdrängungsverdichter 115  
        3.4.1 Kolbenverdichter 116  
           3.4.1.1 Thermodynamik der Kolbenverdichter 116  
           3.4.1.2 Schädlicher Raum 118  
           3.4.1.3 Wirkliche Verdichtung 121  
           3.4.1.4 Volumetrischer Wirkungsgrad 121  
           3.4.1.5 Indizierter Wirkungsgrad 123  
           3.4.1.6 Mechanischer Wirkungsgrad 124  
           3.4.1.7 Mehrstufige Kolbenverdichter 124  
           3.4.1.8 Regelung 126  
        3.4.2 Rotationsverdichter 128  
           3.4.2.1 Roots-Gebläse 128  
           3.4.2.2 Drehkolbenverdichter 130  
           3.4.2.3 Flüssigkeitsringpumpen als Verdichter 131  
     3.5 Kolbenmotoren 132  
        3.5.1 Arbeitsverfahren 133  
        3.5.2 Aufbau der Kolbenmotoren 133  
        3.5.3 Verluste, Leistungen, Wirkungsgrade 134  
        3.5.4 Ottomotor (Viertakt) 136  
           3.5.4.1 Vergaser 140  
           3.5.4.2 Zündung 144  
           3.5.4.3 Elektronisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzung 146  
        3.5.5 Dieselmotor (Viertakt) 148  
           3.5.5.1 Vergleich Ottomotor – Dieselmotor (Bild 3.57) 150  
           3.5.5.2 Einspritzung und Gemischbildung 151  
           Leistungsregelung 156  
           Einspritzpumpe 156  
        3.5.6 Steuerung des Gaswechsels bei Viertaktmotoren 158  
        3.5.7 Zweitaktverfahren 160  
           3.5.7.1 Nachladung beim Zweitaktverfahren 162  
        3.5.8 Gegenüberstellung von Zweitakt und Viertakt 164  
           3.5.8.1 Wärmebelastung und Kühlung 164  
           3.5.8.2 Mechanische Belastung und Schmierung 165  
        3.5.9 Kreiskolbenmotor (Wankelmotor) 166  
        3.5.10 Freikolbenmotoren 168  
        3.5.11 Aufladung 169  
        3.5.12 Stirlingmotor 174  
        3.5.13 Kraftstoffe 177  
        3.5.14 Kühlung 179  
        3.5.15 Mehrzylinder-Anordnungen 181  
        3.5.16 Ausführungsbeispiele von Kolbenmotoren 183  
        3.5.17 Betriebsverhalten der Motoren 187  
  4 Strömungsmaschinen 190  
     4.1 Arbeitsverfahren der Strömungsmaschinen 190  
     4.2 Geschwindigkeitsplan 192  
        4.2.1 Geschwindigkeiten am radialen Laufrad 195  
        4.2.2 Geschwindigkeiten am axialen Laufrad 195  
     4.3 Hauptgleichung der Strömungsmaschinen 195  
     4.4 Strömungsarbeitsmaschinen 196  
        4.4.1 Gemeinsame Grundlagen der Strömungsarbeitsmaschinen 196  
           4.4.1.1 Radial durchströmte Maschinen 196  
           4.4.1.2 Axial durchströmte Maschinen 220  
        4.4.2 Festlegung der Schaufelzahl 230  
        4.4.3 Betriebsverhalten der Strömungsarbeitsmaschinen 231  
           4.4.3.1 Betriebspunkt 231  
           4.4.3.2 Kennliniendiagramm 232  
           4.4.3.3 Drehzahlregelung 233  
           4.4.3.4 Labiler Zweig der Kennlinie 234  
           4.4.3.5 Parallelförderung von Kreiselpumpen 234  
           4.4.3.6 Pumpen bei Kreiselverdichtern 235  
           4.4.3.7 Betriebsverhalten der Radialverdichter 236  
           4.4.3.8 Betriebsverhalten der Axialverdichter 237  
        4.4.4 Vergleich der Kolben- und Strömungsmaschinen 238  
        4.4.5 Kreiselpumpen 238  
           4.4.5.1 Leistung und spezifische Förderarbeit 238  
           4.4.5.2 Saughöhe und Kavitation 239  
           4.4.5.3 Spezifische Drehzahl und Bauarten 241  
           4.4.5.4 Ausgleich des Achsschubes 242  
           4.4.5.5 Sonderformen der Kreiselpumpe 245  
        4.4.6 Wasserstrahlpumpen (Ejektoren) 248  
        4.4.7 Turboverdichter 249  
           4.4.7.1 Thermodynamik der Turboverdichter 249  
           4.4.7.2 Radialverdichter 259  
           4.4.7.3 Axialverdichter 262  
        4.4.8 Propeller 263  
           4.4.8.1 Luftschrauben 264  
           4.4.8.2 Schiffsschrauben 266  
     4.5 Strömungskraftmaschinen 266  
        4.5.1 Energieumwandlung im Leitapparat 268  
        4.5.2 Energieumwandlung im Laufrad 269  
           4.5.2.1 Energieumwandlung im radialen Laufrad (Bilder 4.71 und 4.72) 269  
           4.5.2.2 Energieumwandlung im axialen Laufrad 271  
        4.5.3 Verluste, Wirkungsgrade, Leistungsbegriffe 272  
        4.5.4 Kenngrößen von Strömungskraftmaschinen 276  
        4.5.5 Wasserturbinen 280  
           4.5.5.1 Francis-Turbine 280  
           4.5.5.2 Kaplan-Turbine 282  
           4.5.5.3 Laufradformen 285  
           4.5.5.4 Saugrohr 287  
           4.5.5.5 Freistrahl-(Pelton-)Turbine 289  
           4.5.5.6 Wirkungsgrade von Wasserturbinen 292  
           4.5.5.7 Durchströmturbine 293  
        4.5.6 Dampfturbinen 293  
           4.5.6.1 Leitapparate 295  
           4.5.6.2 Gleichdruckstufe 298  
           4.5.6.3 Überdruckstufe 298  
           4.5.6.4 Geschwindigkeitsstufung 301  
           4.5.6.5 Druckstufung 304  
           4.5.6.6 Regelung der Dampfturbinen 306  
           4.5.6.7 Mehrstufige Großturbinen 309  
           4.5.6.8 Gegendruck- und Entnahmeturbinen 312  
        4.5.7 Gasturbinen 313  
           4.5.7.1 Offene Gasturbinenanlagen 313  
           4.5.7.2 Geschlossene Gasturbinenanlagen 318  
  5 Grundlagen der Energiewirtschaft 320  
     5.1 Energiespeicherung 324  
     5.2 Bedarfsdeckung 325  
     5.3 Energieverteilung 327  
     5.4 Deckung von Bedarfsabweichungen 327  
     5.5 Energieentstehungskosten 328  
        5.5.1 Feste Kosten 328  
        5.5.2 Veränderliche Kosten 331  
     5.6 Einteilung der Kraftwerke (Energieanlagen) 331  
  6 Wasserkraftwerke 333  
     6.1 Pumpspeicherkraftwerke 335  
     6.2 Gezeitenkraftwerke 336  
        6.2.1 Doppelt wirkende Einbeckenanlage 337  
        6.2.2 Zweibeckenanlage 338  
  7 Dampfkraftwerke 340  
     7.1 Kondensationskraftwerke 340  
     7.2 Kraft-Wärme-Kopplung 346  
     7.3 Regelung in Dampfkraftwerken 349  
        7.3.1 Festdruck- oder Gleitdruckbetrieb 352  
           7.3.1.1 Festdruckbetrieb 352  
           7.3.1.2 Gleitdruckbetrieb 353  
           7.3.1.3 Modifizierter Gleitdruckbetrieb 354  
     7.4 Dampferzeugung 354  
        7.4.1 Wärmeumsatz 355  
        7.4.2 Prinzip der technischen Dampferzeugung 356  
        7.4.3 Dampferzeuger 358  
           7.4.3.1 Wasserrohrkessel mit Naturumlauf 360  
           7.4.3.2 Wasserrohrkessel mit Zwangsumlauf 360  
           7.4.3.3 Wasserrohrkessel mit Zwangsdurchlauf 360  
           7.4.3.4 Schiffskessel 363  
           7.4.3.5 Kessel mit Druckfeuerung 363  
        7.4.4 Feuerungen 363  
           7.4.4.1 Schmelzfeuerungen 367  
        7.4.5 Luftvorwärmer 369  
        7.4.6 Zugerzeugung 370  
           7.4.6.1 Schornsteinzug 371  
           7.4.6.2 Saugzug 372  
        7.4.7 Speisewasseraufbereitung 373  
  8 Gasturbinen-Kraftanlagen 374  
     8.1 Einsatz von Gasturbinen-Kraftanlagen 374  
     8.2 Gasturbinen-Anlagen als Speicherkraftwerke 376  
  Weiterführende Literatur (Auswahl) 378  
  Stichwortverzeichnis 379  


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