Thermische Turbomaschinen

Das Werk gibt eine umfassende Darstellung der theoretischen Grundlagen zur Berechnung und Auslegung von Dampfturbinen, Gasturbinen und Turbokompressoren. Der erste Band behandelt die thermodynamische Prozeßführung von Dampf- und Gasturbinenanlagen und die thermodynamisch-strömungstechnische Berechnung der Turbomaschinen selbst. Um zu einem vertieften Verständnis zu führen, wird die Theorie stets aus den Grundwissenschaften heraus entwickelt, weshalb auch ein kurzer Abriß der thermodynamischen und strömungstechnischen Grundlagen an den Anfang gestellt ist.

Inhalt

1. Thermodynamische Grundlagen.- 1.1 Die thermodynamischen Hauptsätze.- 1.2 Zur Thermodynamik der Wärmekraftmaschinen.- 1.3 Grundsätzliches über Prozeßuntersuchungen.- 1.4 Energieumsatz in stetig durchströmten Systemen.- 1.5 Ideales Gas.- 1.6 Idealer Dampf.- 1.7 Polytroper Wirkungsgrad, Polytropenexponent.- 1.8 Isentroper Wirkungsgrad, Rückgewinn, Erhitzungsverlust.- 1.9 Innere Wirkungsgrade und Gesamtwirkungsgrade von Turbinen.- 1.10 Innere Wirkungsgrade und Gesamtwirkungsgrade von Verdichtern.- 1.11 Energiebilanz offener Prozesse.- Literatur.- 2. Theorie der Arbeitsprozesse.- 2.1 Der Dampfprozeß.- 2.2 Die Berechnung des Dampfprozesses.- 2.3 Hilfsmittel zur Berechnung des Gasturbinenprozesses.- 2.4 Berechnung des Gasturbinenprozesses.- 2.5 Der Gasturbinenprozeß mit gekühlter Turbine.- 2.6 Kombinierte Prozesse.- Literatur.- 3. Strömungstheoretisehe Grundlagen.- 3.1 Grundgleichungen.- 3.2 Integralbeziehungen und Folgerungen aus den Grundgleichungen.- 3.3 Wirbelsätze, Zirkulation.- 3.4 Stromfunktion.- 3.5 Potentialströmung.- 3.6 Strömung bei hoher Geschwindigkeit.- 3.7 Verdichtungsstoß, Verdichtungs- und Verdünnungswellen.- 3.8 Die Lavaldüse.- 3.9 Ähnlichkeitstheorie und Modellgesetze.- 3.10 Grundlagen der Grenzschichttheorie.- 3.11 Grenzschichten an der ebenen Platte.- 3.12 Grenzschichtberechnung bei beliebiger Druckverteilung.- 3.13 Ergänzendes zur Grenzschichttheorie.- 3.14 Strömung in Kanälen.- 3.15 Reibungsverluste in Kanälen.- 3.16 Strömung durch Diffusoren.- 3.17 Abschätzung von Verlusten durch Dissipationskoeffizienten.- Literatur.- 4. Arbeitsverfahren thermischer Turbomaschinen.- 4.1 Turbinen.- 4.2 Verdichter.- Literatur.- 5. Elementare Theorien der Stufe.- 5.1 Vorbereitende Untersuchungen.- 5.2 Eindimensionale Theorie der Turbinenstufe.-5.3 Eindimensionale Theorie der Verdichterstufe.- 5.4 Mittelwertsbildungen.- 5.5 Umrechnung von Strömungswirkungsgraden.- 5.6 Kennzahlen der Stufe.- 5.7 Das Stufenelement, allgemeine Grundlagen.- 5.8 Energieumsatz und Wirkungsgrad des Stufenelementes.- a) Turbine.- b) Verdichter.- 5.9 Besondere Untersuchungen über das Stufenelement.- a) Turbine.- b) Verdichter.- 5.10 Gerades Schaufelgitter, Tragflügeltheorie.- 5.11 Verallgemeinerte Tragflügeltheorie des Schaufelgitters.- 5.12 Grundsätzliches über die Wirkungsweise der Turbomaschinen.- Literatur.- 6. Das Schaufelgitter.- 6.1 Allgemeines.- 6.2 Mathematische Verfahren der Gittertheorie.- 6.3 Grundlagen zur Gitterberechnung nach der Singularitätenmethode.- 6.4 Exakte Berechnung der Potentialströmung duich ein gerades Schaufelgitter.- 6.5 Angenäherte Gitterberechnung nach der Singularitätenmethode.- 6.6 Gitterberechnung durch konforme Abbildung.- 6.7 Kompressibilitätseinfluß bei schwach ablenkenden Gittern.- 6.8 Zirkulationsverhältnisse im Schaufelstern.- 6.9 Abströmwinkel aus eng geteilten Kreisgittern, subsonisch.- 6.10 AbBtrömwinkel aus eng geteilten Kreisgittern,transsonisch.- 6.11 Die Netzmethode.- 6.12 Exakte Theorie der Strömung durch das rotierende Kreisgitter.- 6.13 Entspannung ins Überschallgebiet, Strahlablenkung.- 6.14 Transsonische und supersonische Turbinengitter.- 6.15 Geschwindigkeitsverteilung in transsonisch durchströmten Gittern.- 6.16 Reibungseinflüsse in axial durchströmten Gittern.- 6.17 Radial durchströmtes Kreisgitter.- 6.18 Ergänzendes zur Gittertheorie.- Literatur.- 7. Räumliche Strömung durch Turbomaschinen.- 7.1 Allgemeines.- 7.2 Potentialströmung.- 7.3 Differentialgleichungen der rotationssymmetrischen Strömung.- 7.4 Allgemeines über einfache Lösungen.- 7.5 Strömungmit konstanter Massenstromdichte.- 7.6 Einfache Lösung für große Stufenbreite.- 7.7 Einfache Lösung für kleine Stufenbreite.- 7.8 Theorie der Repetierstufe.- 7.9 Exaktes zweidimensionales Differenzenverfahren.- 7.10 Verfahren der finiten Raumelemente (Zeitschrittverfahren).- 7.11 Grundlagen einer dreidimensionalen Theorie.- 7.12 Räumliche Strömung durch Radialverdichterräder.- a) Grundgedanke.- b) Berechnung der Grundlösung.- c) Totwasser und Energieschichtung.- d) Vergleich mit Messungen, Ergänzendes.- 7.13 Ausgleichvorgang nach einem Radialverdichterrad.- 7.14 Einfluß der Randeffekte.- Literatur.- 8. Berechnungsunterlagen.- 8.1 Allgemeines.- 8.2 Versuche an ruhenden Modellen.- 8.3 Versuche mit Versuchsmaschinen.- 8.4 Unterlagen über Turbinen.- a) Gittergeometrie.- b) Radwirkungsgrade.- c) Spaltverluste, Radreibung, Teilbeaufschlagung.- d) Zentripetalturbinen.- e) Verhalten unter geänderten Betriebsbedingungen.- f) Gekühlte Schaufelungen.- 8.5 Unterlagen über Axialverdichter.- a) Gittergeometrie.- b) Verluste.- c) Geänderte Betriebsbedingungen, Stabilitätsgrenze.- 8.6 Unterlagen über Radialverdichter.- a) Allgemeines.- b) Laufrad.- c) Diffusor.- d) Zusätzliche Verluste, Ergänzendes.- 8.7 Rauhigkeit der Oberflächen, Zähigkeit der Strömungsmedien.- 8.8 Anhang.- Literatur.- 9. Auslegung von Turbomaschinen.- 9.1 Allgemeines.- 9.2 Charakteristik der Turbinenstufe.- 9.3 Untersuchung über den Leitradquerschnitt.- 9.4 Auslegung der mehrstufigen Turbinenschaufelung.- 9.5 Typen von Turbinenstufen.- 9.6 Auslegung gekühlter Turbinenschaufelungen.- 9.7 Entropieänderungen in gekühlten Schaufelungen.- 9.8 Durchrechnung der gekühlten Turbinenstufe.- 9.9 Entspannung ins Naßdampfgebiet, Feuchtigkeitsverluste.- 9.10 Unterlagen über Verluste inNaßdampfturbinen.- 9.11 Erosion und Wasserabseheidung.- 9.12 Charakteristik der Axialverdichterstufe.- 9.13 Auslegung des mchrstufigen Axialverdichters.- 9.14 Einlauf und Diffusor der Axialmaschinen.- 9.15 Berechnung der Radialverdichterstufe.- 9.16 Charakteristik der Radialverdichterstufe.- 9.17 Auslegung mehrstufiger Radialverdichter mit Hilfe von Stufencharakteristiken.- 9.18 Theorie des Spiralgehäuses.- Literatur.- 10. Wellendichtungen nnd Schubansgleich.- 10.1 Spiele an Dichtungen und Schaufelungen.- 10.2 Gestaltung der Labyrinthdichtungen.- 10.3 Theoretische Berechnung des Durchflusses durch Labyrinthdichtungen.- 10.4 Theoretisch-empirische Berechnung des Durchflusses durch Labyrinthdichtungen.- 10.5 Schaltung von Labyrinthdichtungen.- 10.6 Axialschub, Bemessung der Ausgleichkolben.- 10.7 Der Axialschub bei der Gleichdruckbauart.- Literatur.- Namen- und Sachverzeichnis.