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1. Übersicht der RechenmethodenStromlinien verlaufen im allgemeinen dreidimensionalVereinfachung Rotationssymmetried 0d bietet sich an wegen Drehbewegungen gilt aber eigentlich nur für unendlich viele Schaufelnwegend 0d Betrachtung der Meridianebene: ZirkularprojektionInstitut für HydraulischeStrömungsmaschinenHydraulische Strömungsmaschinen-3-Technische UniversitätGraz
Anmerkung:Dreidimensionale Strömungen können durch Mittelung über den Umfangder Rotationsymmetrie mit hinreichender Genauigkeit angenähertwerden. Für Sekundärströmungen: s. Kapitel 8Endliche Schaufelzahl, reibungsfrei: Im Stillstand: drehungsfreiWegen Drallerhaltung nach Rotationsbeginn rotv 0 rotv 0bleibt erhalten.Dem Schaufelwirbel überlagert sich ein gleich starker, aberentgegengesetzt drehender Kanalwirbel.„Sägezahn“-Profil der GeschwindigkeitBei Reibung: zusätzliche EffekteQuelle: Schulz, Die PumpenInstitut für HydraulischeStrömungsmaschinenHydraulische Strömungsmaschinen-4-Technische UniversitätGraz
Trajektorien (Potentiallinien) StromlinienEntlang Trajektorien: Kontinuitätsgleichung überprüfen weil dort Geschwindigkeit sonst cm*F*cos Trajektorie Durch Stromlinien kann die Hydraulik in Teilfluträder,üblicherweise mit jeweils gleichem Durchsatz, unterteiltwerden. Flächenmittlung oder Volumenstrom-MittelungGesamtfläche z.B. 4 Teilfluträder (T) Quelle: HFM, KrisperRechnung von außen nach innen:1.2.DTa Da Beispiele für Meridionalstromlinienbei dreidimensionaler Strömung Meridionalstromlinien beirotationssymmetrischer StrömungWeitere TFR analogInstitut für HydraulischeStrömungsmaschinenHydraulische Strömungsmaschinen-5-Technische UniversitätGraz
Eindimensionale Betrachtung Eulerscher Stromfadentheorie gut anwendbar, wenn cm konstant entlang Trajektorie „gesunde“ Strömung innerhalb der laufenden Kanäle (Rotationssymmetrie)Realität: periodisch verwundene Flächen bei großen nq: 1-dim. Betrachtung pro Teilflutrad anwendbar bei: off-design-Verhaltennq 15Radialpumpenlaufrad kleiner iel: Geschwindigkeits-Dreiecke am Austritteines Pumpen-Laufradeswcnq 30 50Radialpumpenlaufrad mittlerer spezifischerDrehzahluInstitut für HydraulischeStrömungsmaschinenHydraulische Strömungsmaschinen-6-Technische UniversitätGraz
Bei stark unterschiedlicher Geschwindigkeit in derMeridianebene entlang der Trajektorien, d.h. bei starkgekrümmten Stromlinien.1.) zweidimensionale BetrachtungRadiales Gleichgewicht/Stromlinienkrümmungsverfahren in derMeridianebene2.)Singuläritätenverfahren aufRotationsstromflächenad 1.) Gute Beurteilung der Strömung inFrancis-Turbinen, Kaplan-Turbinenad 2.) Gute Beurteilung der Strömung inRadialpumpen, Axialpumpen und KaplanTurbinen, FrancislangsamläuferIn Radialpumpen kann durch diesesVerfahren das Kavitationsverhaltenentscheidend verbessert werden.Quelle: TruckenbrodtInstitut für HydraulischeStrömungsmaschinenHydraulische Strömungsmaschinen-7-Technische UniversitätGraz
Bei der Singularitätenmethode werden im Inneren des umströmtenKörpers ( Strömunsprofil) in geeigenter Weise Quellen, Senken undWirbel angebracht, deren Kombination dann ein entsprechendesStrömlinienbild ergibt. Dieses Strömlinienbild, das das Quell-, Senken-, und Wirbelgebietumschließt, kann als eine Körperkontur aufgefasst werden, die in einerParallelströmung liegt. Der Strömung innerhalb der Konturstromliniekommt dabei keinerlei reale physikalische Bedeutung zu- sie ist vielmehrein Hilfsmittel um die Umströmung eines Körpers darzustellen.Skelettlinie mit WirbelbelegungDa der Strömungszustand am Ort der Quellen, Senken, Wirbel einsinguläres Verhalten aufweist (z.B. unendlich große Geschwindigkeiten)verwendet man den Begriff „Singularitätenverhalten“ als Bezeichnungdieser Methoden zur Bestimmung von Strömungsprofilen. Skelettlinie mit Quell- und SenkenbelegungÜberlagerung von Wirbel-, Quell- und bSenkenbelegungInstitut für HydraulischeStrömungsmaschinenDie Anordnung und die Stärke der Singularitäten sind dann richtiggewählt, wenn sich bei der Überlagerung der Grundströme eine in sichgeschlossene Stromlinie ergibt, die mit der gewünschten Körperformidentisch ist.Das Profil wird dabei zunächst durch eine längs der Profiltiefeveränderliche Wirbelbelegung aufgebaut, die infolge ihres strömungeineStromlinienkrümmung hervorruft. Die mit Wirbeln verschiedensterStärken belegte Stromlinie ist als eine materielle unendlich dünne Wandaufzufassen und wir als „Skelettlinie des Strömungsprofils“ bezeichnet.Nun werden entlang der Skelettlinie Quellen und Senken so angebracht,dass die austretende Quellflüssigkeit die Außenströmung im vorderenTeil des Profils abdrängt und im hinteren Teil durch die Senken wiederanzieht. Die Skelettlinie wir somit zu einem profilierten Körperaufgeblasen. Durch die Überlagerung der Wirbel- sowie der Quell- undSenkengebiete ergibt sich schließlich das gesuchte Strömungsprofil.Hydraulische Strömungsmaschinen-8-Technische UniversitätGraz
Dreidimensionale Betrachtung Benötigt keine Vereinfachung (theoretisch) Betrachtet jedes einzelne „Element“ auf seinem Weg durch die hydraulische Maschine Kann reibungsfrei durchgeführt werden bei Turbinen und Pumpen-Schnellläufern, mit Einschränkungen beiPumpenlangsamläufern Potentialtheoretisch ψ Euler-Gleichung Navier Stokes Kontinuitätsgleichung 0 0Problem: Turbulenzmodellierung ungelöst/ unzuverlässiggroße Computerleistungsfähigkeit erforderlichggf. zusätzliche Grenzschichtbehandlungrotierende Strömung: Modellierungsschwierigkeitim rotierenden System: Coriolis-Kräfte, Randbedingungen schwierig bei Übergang aus ruhendem in bewegtes Systemim Absolutsystem: bewegte WändeInstitut für HydraulischeStrömungsmaschinenHydraulische Strömungsmaschinen-9-Technische UniversitätGraz
Beispiele für Turbinen: LV 317.020 Rechnerische Simulation Dr. BenigniBulp turbineKaplanQuelle: HFM, BenigniInstitut für HydraulischeStrömungsmaschinenHydraulische Strömungsmaschinen-10-Technische UniversitätGraz
Maschinenarten: Hydraulische MaschinenTurbinenPumpenLüfter/ GebläseArmaturenPelton -Turbinemehrst. e umpeHähneRohr -TurbineAxial-PumpeDiagonal -TurbineKanalrad-PumpeDurchström -TurbineSeitenkanal-PumpeInstitut für HydraulischeStrömungsmaschinenHydraulische Strömungsmaschinen-11-Technische UniversitätGraz
Quelle: Escher-WyssInstitut für HydraulischeStrömungsmaschinenHydraulische Strömungsmaschinen-12-Technische UniversitätGraz
Quelle: VoithInstitut für HydraulischeStrömungsmaschinenHydraulische Strömungsmaschinen-13-Technische UniversitätGraz
PELTON-TURBINE:Quelle: VoithInstitut für HydraulischeStrömungsmaschinenHydraulische Strömungsmaschinen-14-Technische UniversitätGraz
Technische UpmLaufraddurchmesser: 1480mmQuelle: ?Institut für HydraulischeStrömungsmaschinenHydraulische Strömungsmaschinen-15-Technische UniversitätGraz
FRANCIS-TURBINE:Arbeitet im nS –Bereich anschließend an Pelton-Turbine.Fallhöhen der Francis-Turbine sindi.a. kleiner als die der Pelton-TurbineBaugruppen: Spiralgehäuse mitStützschaufeln Oberer und untererTurbinendeckel Leitapparat Laufzeug SaugrohrQuelle: AndritzInstitut für HydraulischeStrömungsmaschinenHydraulische Strömungsmaschinen-16-Technische UniversitätGraz
Quelle: VoestInstitut für HydraulischeStrömungsmaschinenHydraulische Strömungsmaschinen-17-Technische UniversitätGraz
KAPLAN-TURBINE:Quelle: VoithInstitut für HydraulischeStrömungsmaschinenHydraulische Strömungsmaschinen-18-Technische UniversitätGraz
Quelle: VoithInstitut für HydraulischeStrömungsmaschinenHydraulische Strömungsmaschinen-19-Technische UniversitätGraz
Pumpentypen und ihre Anwendung:Quelle: GülichInstitut für HydraulischeStrömungsmaschinenHydraulische Strömungsmaschinen-20-Technische UniversitätGraz
Quelle: GülichInstitut für HydraulischeStrömungsmaschinenHydraulische Strömungsmaschinen-21-Technische UniversitätGraz
Normpumpen:Spiralgehäusepumpe inNormbauweise nach DIN 24255Chemienormpumpe nachDIN 24256 und ISO 2858Institut für er-/WärmeträgerpumpeChemiepumpe mit AntriebSchema einer Spaltrohrmotorpumpeüber DauermagnetkupplungFa. HermeticQuelle: KSBHydraulische Strömungsmaschinen-22-Technische UniversitätGraz
Rechts:Pumpentypen:Upstream: Rohölgewinnung RohöltransportRechts:Downstream: RaffinieriepumpenOben: Pipeline-Kreiselpumpe,Deutsche Worthington GmbHMechanisches Verstellgetriebe zumVerstellen der Laufschaufeln einerhalbaxialen PropellerpumpeRohrgehäusepumpeRaffineriepumpe in Prozessbauweise,ohne Wellendichtung dargestelltInstitut für HydraulischeStrömungsmaschinenHydraulische Strömungsmaschinen-23-Technische UniversitätGrazQuelle: KSB
Energietechnik:Beispiele für Aufbauvarianten von SpeisepumpenaggregatenKesselspeisepumpe: Topfgehäusebauart mit AnzapfstufeKesselspeisepumpe: zweiströmige Kesselspeise-VorpumpeKesselspeisepumpe: Gliederbauart mit AnzapfstufeInstitut für HydraulischeStrömungsmaschinenQuelle: KSBHydraulische Strömungsmaschinen-24-Technische UniversitätGraz
Hydraulische Strömungsmaschinen-25-Technische UniversitätGrazBsp. Wasserwirtschaft:Wasserwerkspumpe für die Bodensee-Wasserversorgungwährend der MontageQuelle: KSBInstitut für HydraulischeStrömungsmaschinen
Abwasseraufbereitung:Links: Tauchmotorpumpe mit FreistromradOben: Laufradformen vonSchmutzwasser bzw. dickstoffpumpenTauchmotorpumpe mitEinschaufelradLinks: Horizontale Abwasserpumpemit KanalradQuelle: KSBInstitut für HydraulischeStrömungsmaschinenHydraulische Strömungsmaschinen-26-Technische UniversitätGraz
Turbinen Industrie in ÖsterreichSulzer HydroEscher WyssVA TECH HYDROMCEELINAndritzAndritz HydroVOITHVOITH HydroKösslerGugler, GHEGeppertEFGJankWWSTurbinenindustrie weltweitD: Voith, Andritzdiv. In SkandinavienAlstom HydroVolk, StellbaCKD, Hydrolink, TurabHitachiOssbergerFARAB, GilkesMisubishiInstitut für HydraulischeStrömungsmaschinenHydraulische Strömungsmaschinen-27-Technische UniversitätGraz
Beispiele für Turbinen: LV 317.020 Rechnerische Simulation Dr. Benigni Quelle: HFM, Benigni. Technische Universität Graz Institut für Hydraulische Hydraulische Strömungsmaschinen Strömungsmaschinen-11-Maschinenarten: Hydraulische Maschinen Turbinen Pumpen Lüfter/ Gebläse Armaturen
