Dieses Lehr- und Arbeitsbuch vermittelt das grundlegende Wissen tiber die Funktionsprin zipien der Stromungs- und Kolbenmaschinen. Dies geschieht so einfach und verstandlich wie moglich, aber ohne unzulassige Vereinfachungen vorzunehmen. Die Bearbeitung der Themen erfolgte unter Beachtung der folgenden Prinzipien: Verdeutlichung der in der Maschine zur Anwendung kommenden physikalischen Gesetz maBigkeiten, Erlauterung der Maschine als Instrument zur Umsetzung dieser physikalischen Gesetz maBigkeiten flir die praktische Nutzung, Festlegung der Kriterien fur die Beurteilung einer Maschine und ihrer moglichen Ein satzbereiche. Aus diesem Grund wurden die fill die Wirkungsweise der Maschinen wichtigsten Erfah rungssatze in den Grundlagenkapiteln eingehend erlautert, insbesondere 1. der Satz von der Erhaltung der Masse, 2. der Satz von der Erhaltung der Energie, 3. der Satz tiber die Richtungsabhangigkeit von Energieumwandlungen und 4. der Satz tiber die Erhaltung des Impulses und des Drehimpulses. AIle Gleichungen sind GroBengleichungen, zu deren Anwendung gute Kenntnisse der Elementarmathematik ausreichen. AIle Einheiten entstammen dem Internationalen Einheitensystem (SI), auBer wenn das Umrechnen von alten auf neue Einheiten speziell getibt werden soli. Aile Arbeitsunterlagen sind in einem Anhang zusammengefaBt. 1m Sinne der padagogischen Forderung nach "sofortiger sicherer Anwendung des Gelernten" soli der Studierende mit diesem Anhang zunachst die ausftihrlich durchgerechneten Beispiele durcharbeiten und dann seine Kenntnisse und Fertigkeiten durch moglichst selbstandiges Losen der Dbungs aufgaben anwenden. Zur Kontrolle sind die Losungen am SchluB des Buches angegeben. Dem Verlag danken wir flir die sorgfaltige Gestaltung des Buches sowie fur die ausgezeich nete Zusammenarbeit.
Inhaltsverzeichnis
1 Arbeitshinweise und allgemeine Grundlagen. - 1. 1 Numerierung. - 1. 2 Notwendige Kenntnisse. - 1. 3 Gleichungen. - 1. 4 Einheiten. - 1. 5 Einheitenumrechnung. - 1. 6 Durchführen von Rechnungen. - 1. 7 Ablesen von Tabellenwerten. - 1. 8 Spezifische Größen; Dichte, Wichte. - 1. 9 Molare Größen. - 1. 10 Ströme. - 2 Wärmelehre. - 2. 1 Das geschlossene System. - 2. 2 Der Zustand. - 2. 3 Die innere Energie. - 2. 4 Der erste Hauptsatz der Wärmelehre für geschlossene Systeme. - 2. 5 Volumenänderungsarbeit. - 2. 6 Wärme. - 2. 7 Spezifische Wärmekapazität; Gaskonstante. - 2. 8 Berechnung der Entropie und der Entropiedifferenz. - 2. 9 Enthalpie. - 2. 10 Technische Arbeit. - 2. 11 Zustandsänderungen. - 2. 11. 1 Isochore. - 2. 11. 2 Isobare. - 2. 11. 3 Isotherme. - 2. 11. 4 Adiabate. - 2. 12 Dissipation. - 2. 12. 1 Wärmeaustausch. - 2. 12. 2 Reibung. - 2. 12. 3 Drosselung. - 2. 12. 4 Mischung. - 2. 13 Exergie und Anergie. - 2. 13. 1 Der zweite Hauptsatz der Wärmelehre. - 2. 13. 2 Exergieanteile. - 2. 13. 3 Das Exergie-Anergie-Flußschaubild. - 3 Verbrennung. - 3. 1 Physikalische Grundlagen. - 3. 2 Chemische Grundlagen. - 3. 3 Mengenberechnung. - 3. 3. 1 Feste und flüssige Brennstoffe. - 3. 3. 2 Gasförmige Brennstoffe. - 3. 4 Brenn- und Heizwert. - 3. 5 Das Enthalpie-Temperatur-Diagramm. - 3. 6 Praktische Verbrennungsdurchführung. - 3. 6. 1 Brennstoff. - 3. 6. 2 Zündung und Verbrennung. - 3. 6. 3 Rauchgas. - 4 Kreisprozesse. - 4. 1 Grundsätzliches. - 4. 2 Der Carnot-Kreisprozeß. - 4. 3 Der mittlere Druck. - 4. 4 Wirkungsgrade. - 4. 5 Verluste. - 5 Kolbenmaschinen. - 5. 1 Wechselwirkung zwischen Kolben und Fluid; die wichtigsten Einflußgrößen. - 5. 2 Der Kurbeltrieb. - 6 Verbrennungsmotoren. - 6. 1 Viertakt-Ottomotor. - 6. 1. 1 Der grundsätzliche Aufbau des Viertakt-Ottomotors. - 6. 1. 2 Arbeitsweise des Viertakt-Ottomotors. - 6. 1. 3 Das Indikatordiagramm. - 6. 1. 4 Kennzeichnende Merkmale. -6. 1. 5 Konstruktion. - 6. 1. 6 Wichtige Bauteile. - 6. 1. 7 Gemischbildung. - 6. 1. 8 Zündung und Verbrennung. - 6. 1. 9 Steuerung. - 6. 1. 10 Beurteilungsgrößen. - 6. 1. 11 Kennlinien. - 6. 2 Viertakt-Dieselmotor. - 6. 2. 1 Der grundsätzliche Aufbau des Viertakt-Dieselmotors. - 6. 2. 2 Arbeitsweise des Viertakt-Dieselmotors. - 6. 2. 3 Das Indikatordiagramm. - 6. 2. 4 Kennzeichnende Merkmale. - 6. 2. 5 Konstruktion. - 6. 2. 6 Wichtige Bauteile. - 6. 2. 7 Gemischbildung. - 6. 2. 8 Selbstzündung und Verbrennung. - 6. 2. 9 Steuerung. - 6. 2. 10 Beurteilungsgrößen. - 6. 2. 11 Kennlinien. - 6. 3 Zweitakt-Ottomotor. - 6. 3. 1 Der grundsätzliche Aufbau des Zweitakt-Ottomotors. - 6. 3. 2 Die Arbeitsweise des Zweitakt-Ottomotors. - 6. 3. 3 Das Indikatordiagramm. - 6. 3. 4 Kennzeichnende Merkmale. - 6. 3. 5 Konstruktion. - 6. 3. 6 Spülverfahren. - 6 3. 7 Beurteilungsgrößen und Kennlinien. - 6. 4 Zweitakt-Dieselmotor. - 6. 4. 1 Aufbau und Arbeitsweise des Zweitakt-Dieselmotors. - 6. 4. 2 Kennzeichnende Merkmale, Indikatordiagramm. - 6. 4. 3 Beurteilungsgrößen und Kennlinien. - 6. 5 Kreiskolbenmotor von Wankel. - 6. 5. 1 Konstruktion und Arbeitsweise. - 6. 5. 2 Vor- und Nachteile. - 6. 6 Mehrzylindermotoren. - 6. 6. 1 Lage und Anordnung der Zylinder. - 6. 6. 2 Das Ansaug- und Auspuffverhalten. - 6. 63 Massenkräfte und Massenausgleich. - 6. 7 Aufladung. - 6. 7. 1 Aufladeverfahren. - 6. 7. 2 Der Abgasturbolader. - 6. 7. 3 Berechnung der Leistungssteigerung durch Aufladung. - 6. 8 Ermittlung von Leistung und Wirkungsgrad. - 6. 8. 1 Die Ermittlung der Leistung. - 6. 8. 2 Wirkungsgrade. - 6. 9 Idealisierte Vergleichsprozesse für Verbrennungsmotoren. - 6. 9. 1 Der Gleichraumprozeß. - 6. 9. 2 Der Gleichdruckprozeß. - 6. 9. 3 Der kombinierte Gleichraum-Gleichdruckprozeß. - 6. 10 Der vollkommene Verbrennungsmotor. - 6. 11 Der wirkliche Verbrennungsmotor. - 6. 11. 1 Die Verluste des vollkommenen Motors. - 6. 11. 2Die Verluste des wirklichen Motors. - 7 Kolbenverdichter. - 7. 1 Konstruktion und Arbeitsweise. - 7. 1. 1 Hubkolbenverdichter. - 7. 1. 2 Membranverdichter. - 7. 1. 3 Umlaufkolbenverdichter. - 7. 2 Der Kreisprozeß im Kolbenverdichter. - 7. 2. 1 Theoretischer Arbeitsablauf eines einstufigen Hubkolbenverdichters. - 7. 2. 2 Der wirkliche Arbeitsablauf in einem einstufigen Hubkolbenverdichter. - 7. 3. Der mehrstufige Verdichter mit Zwischenkühlung. - 7. 4. Einsatz und Größenordnung. - 8 Kolbenpumpen. - 8. 1 Einfachwirkende Kolbenpumpen. - 8. 1. 1 Wirkungsweise. - 8. 1. 2 Arbeitsdiagramm. - 8. 2 Ermittlung der Antriebsleistung. - 8. 3 Bauarten. - 8. 3. 1 Mehrfachwirkende Hubkolbenpumpen. - 8. 3. 2 Membranpumpen. - 8. 3. 3 Zahnradpumpen. - 8. 3. 4 Flügelzellenpumpen. - 8. 3. 5 Schraubenpumpen. - 8. 4 Einsatzgebiete und Größenordnung. - 9 Einführung in die Strömungslehre. - 9. 1 Ein wenig Hydrostatik. - 9. 2 Grundbegriffe zur Kennzeichnung von Strömungen. - 9. 3 Kontinuitätsgesetz. - 9. 4 Der erste Hauptsatz für offene Systeme. - 9. 4. 1 Stoff-und nicht-stoffgebundene Energieformen. - 9. 4. 2 Anwendung des Energieerhaltungssatzes. - 9. 4. 3 Berechnungsbeispiel. - 9. 5 Strömungsverluste. - 9. 5. 1 Fluidreibung, Zähigkeit. - 9. 5. 2 Strömungsformen. - 9. 5. 3 Rohrleitungsverluste. - 9. 5. 4 Reversible Strömungsarbeit; Wirkungsgrad. - 9. 5. 5 Berechnungsbeispiel. - 9. 5. 6 Rohrleitungskennlinie. - 9. 6 Strömungstechnische Besonderheiten. - 9. 6. 1 Messungen. - 9. 6. 2 Kavitation. - 9. 6. 3 Mündung, Düse, Diffusor. - 10 Strömungsmaschinen. - 10. 1 Der Geschwindigkeitsplan. - 10. 1. 1 Komponenten. - 10. 1. 2 Relativ-und Systemgeschwindigkeit. - 10. 2 Impulsübertragung. - 10. 2. 1 Impulssatz. - 10. 2. 2 Eulersche Turbinen- und Hauptgleichung. - 10. 3 Das Enthalpie-Entropie-Diagramm. - 10. 4 Vergleich zu Kolbenmaschinen. - 11 Kreiselpumpen. - 11. 1 Aufbau einer Kreiselpumpe. - 11. 2Strömung im Laufrad. - 11. 3 Spezielle Kennziffern. - 11. 3. 1 Abhängigkeit der spezifischen Förderarbeit bzw. Förderhöhe von der Drehzahl und dem Laufraddurchmesser. - 11. 3. 2 Abhängigkeit des Förderstromes von der Drehzahl und dem Laufraddurchmesser. - 11. 3. 3 Abhängigkeit der Leistung von der Drehzahl und dem Laufraddurchmesser. - 11. 3. 4 Spezifische Drehzahl. - 11. 4 Entstehung der Drosselkurve. - 11. 5 Bestimmung des Betriebspunktes. - 11. 6 Regelung. - 11. 6. 1 Drosselregelung. - 11. 6. 2 Drehzahlregelung. - 11. 7 Stabile und labile Förderung. - 11. 7. 1 Stabile Förderung. - 11. 7. 2 Labile Förderung. - 11. 8 Wirkungsgrade. - 11. 8. 1 Hydraulischer Wirkungsgrad. - 11. 8. 2 Liefergrad, volumetrischer Wirkungsgrad. - 11. 8. 3 Radseitenreibung und innerer Wirkungsgrad. - 11. 8. 4 Mechanischer Wirkungsgrad. - 11. 9 Antriebsleistung. - 11. 9. 1 Nutzleistung. - 11. 9. 2 Innere Leistung. - 11. 9. 3 Kupplungsleistung. - 12 Wasserturbinen. - 12. 1 Peltonturbinen. - 12. 2 Francisturbinen. - 12. 3 Kaplanturbinen. - 12. 4 Einige Kenngrößen der Wasserturbinen. - 12. 5 Vergleich, Einsatz und Größenordnung. - 12. 6 Leistungsberechnung. - 12. 7 Wasserkraftwerke. - 13 Der Aggregatzustand und seine Änderung. - 13. 1 Begriffe. - 13. 2 Energiebilanz. - 13. 3 Das Druck-Volumen-Temperatur-Diagramm. - 13. 4 Das T-s- und das h-s-Diagramm. - 13. 5 Diagrammvergleiche. - 14 Die Dampferzeugung. - 14. 1 Energieformen und -Umwandlung. - 14. 2 Dampferzeuger. - 14. 2. 1 Feuerung. - 14. 2. 2 Großwasserraumkessel. - 14. 2. 3 Wasserrohrkessel. - 14. 3 Der Wasser-Wasserdampf-Kreisprozeß. - 14. 3. 1 Kesselwirkungsgrad. - 14. 3. 2 Anlagenwirkungsgrad. - 15 Dampfturbinen. - 15. 1 Allgemeiner Aufbau und Wirkungsweise. - 15. 2 Laval-Turbine. - 15. 2. 1 Die Gleichdruckbeschaufelung. - 15. 3 Curtis-Turbine. - 15. 4 Zoelly-Turbine. - 15. 5 Parsons-Turbine. - 15. 6 Ausgeführte Großturbinen und Vergleich. -15. 7 Verluste. - 16 Gasturbinen (Strahltriebwerke). - 16. 1 Raketentriebwerke. - 16. 1. 1 Aufbau und Wirkungsweise. - 16. 1. 2 Berechnung des Schubes und des Wirkungsgrades. - 16. 1. 3 Beispiel. - 16. 2 Luftstrahltriebwerke. - 16. 2. 1 Berechnung des Schubes und des Wirkungsgrades. - 16. 2. 2 Staustrahltriebwerk (Lorin-Düse). - 16. 2. 3 Beispiel. - 16. 3 Turbinenluftstrahltriebwerke. - 16. 3. 1 Aufbau und Wirkungsweise. - 16. 3. 2 Einsatzbereich, Vor- und Nachteile. - 16. 4 Der offene Gleichdruckprozeß für stationäre Gasturbinen. - 16. 4. 1 Aufbau und Wirkungsweise. - 16. 4. 2 Das Arbeits- und Wärmediagramm. - 16. 4. 3 Ermittlung des Wirkungsgrades. - 16. 4. 4 Der reale offene Kreisprozeß. - 16. 4. 5 Beispiele. - 16. 5 Der geschlossene Gleichdruckprozeß für stationäre Gasturbinen. - 16. 5. 1 Aufbau und Wirkungsweise. - 16. 5. 2 Das Wärmediagramm. - 16. 5. 3 Der reale geschlossene Kreisprozeß. - 16. 5. 4 Hauptkennwerte und Wirkungsgrade. - 16. 5. 5 Die Vor- und Nachteile der geschlossenen gegenüber der offenen Gasturbinenanlage. - 16. 6 Teilgeschlossene Gasturbinenprozesse. - 16. 7 Werkstoffe. - 16. 8 Einsatzgebiete und Größenordnung. - 17 Entwicklungstendenzen. - 17. 1 Kernreaktoren. - 17. 1. 1 Energieerzeugung im Kernkraftwerk. - 17. 1. 2 Reaktortypen. - 17. 2 Vergrößerung des Wirkungsgrades. - 17. 3 Direkte Umwandlung chemischer in elektrische Energie. - 17. 4 Umwandlung chemischer in elektrische Energie über Wärme. - 17. 5 Umweltschutz. - A 1 Symbole und Einheiten. - A 1. 1 Symbole. - A 1. 1. 1 Das griechische Alphabet. - A 1. 1. 2 Formelbuchstaben und deren Bedeutung; Einheiten. - A 1. 1. 3 Indizes und deren Bedeutung. - A 1. 2 Einheiten. - A 1. 2. 1 Die Basiseinheiten des Internationalen Einheitensystems. - A 1. 2. 2 Vorsätze von Einheiten und deren Kurzzeichen. - A 1. 2. 3 Die wichtigsten Einheiten und Umrechnungsbeziehungen. - A 2 Formelsammlung. - A 2. 1Wärmelehre. - A 2. 1. 1 Zustandsänderungen. - A 2. 1. 2 Exergie, Anergie, Dissipation, Exergieverlust. - A 2. 1. 3 Verbrennung. - A 2. 2 Strömungslehre. - A 2. 3 Wirkungsgrade und Maschinen. - A3 Tabellen und Diagramme. - A 3. 1 Physikalische und Stoffkonstanten. - A 3. 1. 1 Physikalische Konstanten. - A 3. 1. 2 Die chemischen Elemente. - A 3. 1. 3 Stoffwerte fester Stoffe. - A 3. 1. 4 Stoffwerte von Flüssigkeiten. - A 3. 1. 5 Stoffwerte von Gasen. - A 3. 2 Wärmelehre. - A 3. 2. 1 Die spezifische Wärmekapazität der wichtigsten Gase. - A 3. 2. 2 Die spezifische absolute Entropie der wichtigsten Gase. - A 3. 2. 4 Dampftafel für überhitzten Wasserdampf. - A 3. 2. 7 Zeichensymbole nach DIN 2481. - A 3. 3 Strömungslehre. - A 3. 3. 1 Die kinematische Viskosität der wichtigsten Flüssigkeiten und Gase. - A 3. 3. 2 Die Rohrreibungszahl. - A 3. 3. 3 Widerstandszahlen für verschiedene Rohrleitungseinbauten. - A 3. 3. 6 Expansionszahlen e für beliebige Gase und Dämpfe nach DIN 1952. - A 3. 4 Verbrennung. - A 3. 4. 1 Heizwert und Zusammensetzung fester und flüssiger Brennstoffe in Massenteilen in Prozent. - A 3. 4. 2 Heizwert und Zusammensetzung gasförmiger Brennstoffe in Raumteilen in Prozent. - A 3. 4. 3 Brenn- und Heizwert einiger Stoffe. - A 3. 4. 4 Das Enthalpie-Temperatur-Diagramm eines typischen Rauchgases. - Lösung der Übungsaufgaben. - Ergänzende und weiterführende Literatur. - Sachwortverzeichnis.
