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Eine Strömungsmaschine oder Turbomaschine ist eine Fluidenergiemaschine bei der die Energieübertragung zwischen Fluid un
Strömungsmaschine
Eine Strömungsmaschine oder Turbomaschine ist eine Fluidenergiemaschine, bei der die Energieübertragung zwischen Fluid und Maschine in einem offenen Raum durch eine Strömung nach den Gesetzen der Fluiddynamik über den Umweg der kinetischen Energie erfolgt.
Funktionsweise und Abgrenzung
Die Energieübertragung erfolgt mittels Rotorblättern, Flügeln oder Schaufeln, die derart profiliert sind, dass durch die Umströmung eine Druckdifferenz zwischen Vorder- und Rückseite entsteht (Tragflächenprofil).
Das Gegenstück zur Strömungsmaschine bildet die Verdrängermaschine (auch Kolbenmaschine), in der die Energieübertragung in einem (durch Ventile o. Ä.) abgeschlossenen Raum mit veränderlichem Volumen nach den Gesetzen der Fluidstatik erfolgt.
Die Einsatzgebiete von Strömungs- und Verdrängermaschinen unterscheiden sich vor allem dadurch, dass bei großen Volumenströmen die Vorteile der Strömungsmaschinen, bei kleinen die der Verdrängermaschinen überwiegen.
Die Wirkung von Strömungsmaschinen ist an die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids gebunden; wenn die Maschine zu langsam läuft, findet keine Energieübertragung mehr statt, und da das Fluid nicht eingeschlossen ist, entweicht es aus der Maschine. In einer idealen Verdrängermaschine (siehe unten) hingegen ist das Fluid fest eingeschlossen; es kann nicht entweichen, und die Energieübertragung kann theoretisch unendlich langsam erfolgen, ohne dass die Wirkung der Maschine gemindert wird.
Ein häufig fälschlich genanntes Definitionskriterium für Strömungsmaschinen ist eine rotierende Bewegung oder ein stationärer, nicht getakteter Prozess. Dies trifft aber nicht immer zu; es gibt auch rotierende und kontinuierlich arbeitende Verdrängermaschinen (Drehkolbenmaschinen wie Roots-Gebläse u. Ä.) und es gibt auch translatorisch oszillierende Strömungsmaschinen (Hubflügelmaschinen, Fächermaschinen, u. Ä. – abgeleitet von Flügeln und Flossen aus der Tierwelt).
Eine Sonderform der Strömungsmaschinen sind solche, die kein Gehäuse für die Lenkung des Fluids benötigen, wie die Propeller von Haushaltsventilatoren, Flugzeugantrieben oder Schiffspropeller, die Rotoren von Windkraftanlagen oder Rührwerken.
Einteilung der Strömungsmaschinen in Arten und Gruppen
Strömungsmaschinen werden nach Art des Fluids, der Energieflussrichtung und der Konstruktion in die folgenden Arten und Gruppen eingeteilt:
| Maschinenart→ Gruppe↓ | Arbeitsmaschinen | Kombinationen von Kraft- und Arbeitsmaschinen | Kraftmaschinen |
| Gehäuselose Strömungsmaschinen | Propeller | Grimsches Leitrad | Windkraftanlage |
| Hydraulische Strömungsmaschinen (≈inkompressible Medien) | Kreiselpumpen | Föttinger-Wandler und -Kupplungen (hydrodynamische Getriebe) oder Pumpturbinen (In Pumpspeicherwerken) | Wasserturbinen |
| Ventilatoren | |||
| Thermische Strömungsmaschinen (kompressible Medien) | Verdichter | (Gasturbinen) (Eingang der GT besteht aus einem Verdichter) | Dampfturbinen ←Gasturbinen Turbinen-Strahltriebwerke |
Anmerkung: Umgangssprachlich als Ventilator bezeichnete Elektrogeräte sind in obiger Tabelle als Propeller zu finden, da sie außer einem Gitter (als Schutz vor Verletzungen) kein Gehäuse besitzen. Stand- oder Turmventilatoren jedoch sind Radialventilatoren mit Gehäuse und deshalb auch in der Tabelle als Ventilatoren zu finden.
Kennzahlen zur Beschreibung von Strömungsmaschinen
Folgende Kennzahlen mit der Einheit Eins werden häufig für die Charakterisierung von Strömungsmaschinen verwendet.
- Druckzahl ψ
- Durchflusszahl φ (auch Liefer- oder Volumenzahl genannt)
- Durchmesserzahl δ
- Laufzahl σ
- Leistungszahl λ
- Spezifische Drehzahl ns bzw. nq
Diese Ähnlichkeitskennzahlen erlauben Vergleich von Strömungsmaschinen unterschiedlicher Dimensionen bei verschiedenen Randbedingungen und spielen eine Rolle bei der Auslegung der Maschinen. Ein Beispiel für ihre Anwendung ist das Cordier-Diagramm.
Literatur
- Carl Pfleiderer, Hartwig Petermann: Strömungsmaschinen (= Klassiker der Technik). 7. Auflage. Springer, 2004, ISBN 3-540-22173-5 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- Klaus Menny: Strömungsmaschinen. 5. Auflage. Vieweg+Teubner, 2006, ISBN 3-519-46317-2 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- Wolfgang Kalide: Kolben und Strömungsmaschinen. 1. Auflage. Carl Hanser Verlag, München/ Wien 1974, ISBN 3-446-11752-0.
- Herbert Sigloch: Strömungsmaschinen: Grundlagen und Anwendungen. 3. Auflage. Hanser-Verlag, 2006, ISBN 3-446-40288-8.
- Willi Bohl: Strömungsmaschinen. Kamprath-Reihe. Hrsg.: Wolfgang Elmendorf. Band 1: Aufbau und Wirkungsweise. Band 2: Berechnung und Kalkulation., Nr. 9.. Vogel Fachbuch, 2004, ISBN 3-8023-1980-X.
Weblinks
Einzelnachweise
- Carl Pfleiderer, Hartwig Petermann: Strömungsmaschinen. 2004, S. 1.
- Klaus Menny: Strömungsmaschinen. 2006, S. 1.
- C. Brücker, R. Schwarze: Fluidenergiemaschinen. Basierend auf dem Vorlesungsskript von G. Gneipel. Institut für Mechanik und Fluiddynamik, TU Bergakademie Freiberg, Freiberg 2007 (Volltext auf tu-freiberg.de [PDF]).
- Frank Kameier: Strömungsmaschinen. Vorlesungsskript. Institut für Strömungsmaschinen, Fachhochschule Düsseldorf, Düsseldorf 1999 (Online [PDF; 6,7 MB; abgerufen am 9. September 2021]).
Autor: www.NiNa.Az
Veröffentlichungsdatum:
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Eine Stromungsmaschine oder Turbomaschine ist eine Fluidenergiemaschine bei der die Energieubertragung zwischen Fluid und Maschine in einem offenen Raum durch eine Stromung nach den Gesetzen der Fluiddynamik uber den Umweg der kinetischen Energie erfolgt Montage einer grossen Dampfturbine einer typischen StromungsmaschineFunktionsweise und AbgrenzungDie Energieubertragung erfolgt mittels Rotorblattern Flugeln oder Schaufeln die derart profiliert sind dass durch die Umstromung eine Druckdifferenz zwischen Vorder und Ruckseite entsteht Tragflachenprofil Das Gegenstuck zur Stromungsmaschine bildet die Verdrangermaschine auch Kolbenmaschine in der die Energieubertragung in einem durch Ventile o A abgeschlossenen Raum mit veranderlichem Volumen nach den Gesetzen der Fluidstatik erfolgt Die Einsatzgebiete von Stromungs und Verdrangermaschinen unterscheiden sich vor allem dadurch dass bei grossen Volumenstromen die Vorteile der Stromungsmaschinen bei kleinen die der Verdrangermaschinen uberwiegen Die Wirkung von Stromungsmaschinen ist an die Stromungsgeschwindigkeit des Fluids gebunden wenn die Maschine zu langsam lauft findet keine Energieubertragung mehr statt und da das Fluid nicht eingeschlossen ist entweicht es aus der Maschine In einer idealen Verdrangermaschine siehe unten hingegen ist das Fluid fest eingeschlossen es kann nicht entweichen und die Energieubertragung kann theoretisch unendlich langsam erfolgen ohne dass die Wirkung der Maschine gemindert wird Ein haufig falschlich genanntes Definitionskriterium fur Stromungsmaschinen ist eine rotierende Bewegung oder ein stationarer nicht getakteter Prozess Dies trifft aber nicht immer zu es gibt auch rotierende und kontinuierlich arbeitende Verdrangermaschinen Drehkolbenmaschinen wie Roots Geblase u A und es gibt auch translatorisch oszillierende Stromungsmaschinen Hubflugelmaschinen Fachermaschinen u A abgeleitet von Flugeln und Flossen aus der Tierwelt Eine Sonderform der Stromungsmaschinen sind solche die kein Gehause fur die Lenkung des Fluids benotigen wie die Propeller von Haushaltsventilatoren Flugzeugantrieben oder Schiffspropeller die Rotoren von Windkraftanlagen oder Ruhrwerken Einteilung der Stromungsmaschinen in Arten und GruppenStromungsmaschinen werden nach Art des Fluids der Energieflussrichtung und der Konstruktion in die folgenden Arten und Gruppen eingeteilt Maschinenart Gruppe Arbeitsmaschinen Kombinationen von Kraft und Arbeitsmaschinen KraftmaschinenGehauselose Stromungsmaschinen Propeller Grimsches Leitrad WindkraftanlageHydraulische Stromungsmaschinen inkompressible Medien Kreiselpumpen Fottinger Wandler und Kupplungen hydrodynamische Getriebe oder Pumpturbinen In Pumpspeicherwerken WasserturbinenVentilatorenThermische Stromungsmaschinen kompressible Medien Verdichter Gasturbinen Eingang der GT besteht aus einem Verdichter Dampfturbinen Gasturbinen Turbinen Strahltriebwerke Anmerkung Umgangssprachlich als Ventilator bezeichnete Elektrogerate sind in obiger Tabelle als Propeller zu finden da sie ausser einem Gitter als Schutz vor Verletzungen kein Gehause besitzen Stand oder Turmventilatoren jedoch sind Radialventilatoren mit Gehause und deshalb auch in der Tabelle als Ventilatoren zu finden Kennzahlen zur Beschreibung von StromungsmaschinenFolgende Kennzahlen mit der Einheit Eins werden haufig fur die Charakterisierung von Stromungsmaschinen verwendet Druckzahl ps Durchflusszahl f auch Liefer oder Volumenzahl genannt Durchmesserzahl d Laufzahl s Leistungszahl l Spezifische Drehzahl ns bzw nq Diese Ahnlichkeitskennzahlen erlauben Vergleich von Stromungsmaschinen unterschiedlicher Dimensionen bei verschiedenen Randbedingungen und spielen eine Rolle bei der Auslegung der Maschinen Ein Beispiel fur ihre Anwendung ist das Cordier Diagramm LiteraturCarl Pfleiderer Hartwig Petermann Stromungsmaschinen Klassiker der Technik 7 Auflage Springer 2004 ISBN 3 540 22173 5 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche Klaus Menny Stromungsmaschinen 5 Auflage 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