Parameter

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Im Register Parameter wird zur Eingabe von Parametern auf­gefordert, deren Vorgaben aus Funktionen in Abhängigkeit von der spe­zifischen Drehzahl nq bzw. vom Förderstrom Q stammen (siehe Approximationsfunktionen).

Dabei kommen spezielle Eingabefelder zur Anwendung.

 

 

Zur Berechnung des Rotordurchmessers d1 muss einer der folgenden Parameter vorgegeben werden:

 

Energiedifferenzzahl
(work coefficient)

dimensionsloser Ausdruck für die spezifische Arbeit

groß kleines d1
klein großes d1
Richtwert ca. 2

Meridionale Durchflusszahl (meridional flow coefficient)

φm

dimensionsloser Massedurchsatz

entsprechend Cordier-Diagramm

Tangentialkraftbeiwert
(tangential force coefficient)

Beiwert einer in tangentiale Richtung weisenden Strömungskraft

3 ... 4 Francis-Schnellläufer

4 ... 8 Normalläufer

8 ...10 Langsamläufer

 

Kennzahlenverhältnis
(coefficient ratio)

Verhältnis der Energieabgabe zum Quadrat der meridionalen Geschwindigkeit

6  ...10 Francis-Schnellläufer

10...12 Normalläufer

12...30 Langsamläufer

 

 

Zwischen der Energiedifferenzzahl ψ̃, dem relativen Strömungswinkel β1 und dem Tangentialkraftbeiwert ψ̃/φm besteht folgender Zusammenhang:

Bei einem Strömungswinkel von β1= 90° wird ψ̃=2. In diesem Fall sollte im Register Parameters nicht die Energiedifferenzzahl als Auslegungsparameter gewählt werden, da ansonsten über die zuletzt genannte Gleichung kein Einfluss auf die meridionale Durchflusszahl und damit den Durchfluss genommen werden kann.

 

 

Für alle weiteren geometrischen Größen sind noch einige Schätzwerte anzugeben:

Durchmesserverhältnis d2/d1

~0.5

Meridianbeschleunigung

cm2/cm1

1.005..1.05

Meridianbeschleunigung saugseitig

cmS/cm1 oder

Durchmesserverhältnis dS/d1

1.005..1.05

 

 

~0.7

Durchmesserverhältnis dN/dS

~0.3

 

Es gibt drei Modi zur Vorgabe des Durchmesserverhältnis dN/dS:

Direkte Vorgabe des Verhältnisses
Automatische Berechnung: Option "Automatic". Hierbei wird das Durchmesserverhältnis so eingestellt, dass die Richtwerte der geometrischen Verhältnisse eingehalten werden.
Direkte Vorgabe von dN im Register Dimensions. Hier wird das Durchmesserverhältnis nicht benötigt.

Bei Wahl des Durchmesserverhältnis dS/d1 ist die Option "Automatic" deaktiviert.

 

Im Bereich Efficiency werden folgende Wirkungsgrade vorgegeben:

Laufradwirkungsgrad ηtt (total-total)
mechanischer Wirkungsgrad ηm

 

Der Laufrad- und der mechanische Wirkungsgrad bilden den Gesamt­wirkungsgrad (Kupplungswirkungsgrad):

PQ: Laufradleistung bei verlustloser (isentroper) Energieumsetzung

PD: Leistungsabgabe (Kupplungs-, Achsleistung)

 

Der Laufradwirkungsgrad ηtt beinhaltet die innerhalb der Turbine durch Reibung und Verwirbelung entstehenden Strömungsverluste. Reibungsverluste entstehen durch Schubspannun­gen vor allem in den Grenzschichten an allen durchströmten Bauteilen. Verwirbelungsverluste treten auf durch Querschnitts- und Richtungs­änderungen, Sekundärströmung, Ablösung, Fehlanströmung, Nachlauf­strömung hinter den Schaufeln und durch die Turbulenz der Strömung selbst. Der Laufradwirkungsgrad ist das Verhältnis der tatsächlichen Laufradarbeit zur Laufradarbeit bei verlustloser Energieumsetzung:

 

Der mechanische Wirkungsgrad umfasst im wesentlichen die Reibleis­tungen in den Lagern und Dichtungen:

(mit der Baugröße ansteigend)

 

MD_Parameters_Turb

 

 

Im rechten Bereich des Registers Parameter sind einige Berechnungsgrößen zur Information dar­gestellt:

 

tatsächliche Laufradleistung PD

PD = PQ·ηtt

Verlustleistung PL

PL = PQ - PD

spezifische Drehzahl nq
(SI-Einheiten)

dient zur Kennzeichnung des Laufradtyps (Radformkennzahl)

Spezifische Drehzahl NS
(US-Einheiten)

„Type number“ ωs
(ISO 2548)

Schnelllaufzahl σ

Bereich: 0.16..0.32. Dieser Richtwert sollte im Entwurf eingehalten werden.

Volumenstrom Q

mit der Ruhedichte im Austritt gebildet:

Ruhedruck im Eintritt pt1

pt1 = π⋅pt2

Ruhedichte im Eintritt rt1

Druckverhältnis total-total

Druckverhältnis total-statisch

Wirkungsgrad total-total

Wirkungsgrad total-statisch

 

In der Regel werden einstufige, einflutige Maschinen angestrebt – also ein nq-Bereich zwischen 10 und 400. Nur in Ausnahmefällen ist es erforder­lich, Laufräder für extrem kleine spezifische Drehzahlen (nq < 10) zu entwerfen. Hier entstehen sehr große und schmale Laufräder, bei denen ein ungünstiges Verhältnis von Strömungsquerschnitt zu benetzter Ober­fläche und damit sehr große Reibungsverluste auftreten. In diesem Fall sollte man entweder die Drehzahl n oder den Massestrom  erhöhen bzw. das Druckgefälle durch Reihenschaltung mehrerer Turbinen erhöhen. Treten im anderen Fall zu große spezifische Drehzahlen (nq > 400) auf, so kann man die Drehzahl n oder den Massestrom  durch Parallel­schaltung mehrerer Turbinen verringern.

 

Hinweis: die Anwendung von CFturbo ist derzeit für einen Bereich von etwa 10 < nq < 150 vorgesehen – radiale und halbaxiale Laufräder.

 

Page url: http://www.cfturbo.com/fileadmin/content/manual/de/index.html?md_parameter_turbine.html