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Ventile in Pumpen und Kompressoren sind druckgesteuert, das heißt, sie öffnen automatisch.
Das ist möglich, da bei Pumpen und Kompressoren die Förderrichtung an die
Kolbenbewegung gekoppelt ist. Da bei 4-Takt-Verbrennungsmotoren bei derselben
Bewegungsrichtung des Kolbens (z. B. Verdichtung und Ausschieben) verschiedene
Funktionen erfüllt werden müssen, sind zwangsgesteuerte Ventile notwendig.

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a) Kohlenmonoxid und unverbrannte Kohlenwasserstoffe sind zwar reduziert, aber dennoch
vorhanden. Die Stickoxide steigen hingegen an.

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b) Zwar ist das Ziel, den thermischen Wirkungsgrad durch Anhebung des Verdichtungsverhältnisses
zu steigern, aber speziell bei Benzin-Motoren setzt die Klopffestigkeit
des Kraftstoffs Grenzen. Ansonsten muss man auch die konstruktiven Randbedingungen,
wie z. B. Flächenpressung in den Lagern, beachten.

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Ansaugbereich; Luft-Kraftstoff-Gemisch

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– Verbrennungsverfahren
– Gemischbildung
– Verdichtungsverhältnis
– mögliche Luftzahlen

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Schichtladung bedeutet, dass man durch die Zuströmung und die Gestaltung des
Arbeitsraums Bereiche schafft, in denen ein zündfähiges Luft-Kraftstoff-Gemisch im
Bereich der Zündkerze mit einer Luftzahl von etwa 1 vorliegt und ein isolierender reiner
Luftbereich (l=∞). Damit können Luftzahlen insgesamt von viel größer als 1 verarbeitet
werden. Bei Diesel-Motoren ist das nicht sinnvoll, da durch das Verbrennungsverfahren
inhomogene Gemische sowieso verbrannt werden können.

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Hauptbaugruppen einer Turbomaschine:
Laufrad, Austrittsgehäuse (Diffusor), Leitrad, Eintrittsgehäuse (Düse)

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Unterschied thermischer und hydraulischer Turbomaschinen:
thermische Turbomaschinen: kompressibles Fluid
hydraulische Turbomaschinen: inkompressibles Fluid

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Wirkung der Kraft auf die Schaufel bei Arbeits- und Kraftmaschine:
Arbeitsmaschine: Kraft auf die Schaufel wirkt in Drehrichtung.
Kraftmaschine: Kraft auf die Schaufel wirkt entgegen der Drehrichtung.

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a) Eine vollständige Pumpenstufe besteht aus einem Laufrad und einem nachgeschalteten
Leitrad.
b) Eine vollständige Stufe einer Wasserturbine besteht aus einem Leitrad und einem
nachgeschalteten Laufrad.

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Vor- und Nachteile der Mehrflutigkeit:
Vorteile:

• Aufhebung der Axialkräfte kleine Axiallager
• Verkleinerung der Schaufellängen kleinere mechanische Belastung

Nachteile:

• aufwendigere Gestaltung der Welle
• längere Welle Rotordynamik wird komplexer
• wesentlich mehr und unterschiedliche Schaufeln Kosten

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Vor und Nachteile der Mehrstufigkeit:
Vorteile:

• Es können nahezu beliebige Druckverhältnisse realisiert werden.
• günstige Aufteilung des Gesamtdruckverhältnisses auf die einzelnen Stufen

Nachteile:

• längere Welle längere Maschine
• wesentlich mehr Schaufeln Kosten

Bei der Kraft-Wärmekopplung nutzt man die Abwärme von thermischen Maschinn (Abgas, Kühlwasser,...) zu Heizzwecken und triebt gleichzeitig einen Generator zur Stromproduktion an.Grundsätzlich kann man Gasturbinen und Verbrennungsmotoren verwenden. Im Leistungsbereich bis etwa 1 MW dominieren die Verbrennungsmotoren. Darüber kommen auch vermehrt Gasturbinen zum Einsatz.

Leistungsabfall, Wirkungsgradverschlechterung

Lärm, Implodieren der Dampfblasen

Kondensation der Dampfbasen kann zu Erschütterungen der Maschine führen

Abnahme der Föderung, da immer mehr Dampf den zur Verfügung stehenden Raum füllt

Damit entsteht eine wachsende Intensität der Kavitation

Benzinmotoren: verdichten Luft-Kraftstoff-Gemisch, das Gemisch wird durch eine Zündkerze fremdgezündet,

Dieselmotoren: verdichten nur Luft, Diesel wird in die heiße verdichtete Luft mit sehr hohem Druck eingespritzt, verdampft und entzündet sich der heißen Umgebung von selbst.

Man braucht eine bestimmte Mindestluftmenge zur vollständigen Verbrennung 14,5 kg Luft für 1 kg Benzin.

Verdichter: Isentrope Verdichtung verbunden mit Temperaturerhöhung

Brennkammer: Isobare Wärmezufuhr

Trubine: Isentrope Expansion, wobei die Temperatur sinkt

Dabei erzeugt eine Pumpe zentral den Hochdruck.

In einem "Rail" (dickeres Rohr) wird die Druckenergie zwischengespeichert.

Elektronische Ventile werden vom Steuergerät angesteuert, um eine oder mehrere Einspritzungen pro

Arbeitsspiel vorzunehmen.

Je Zylinder ist eine Einspritzdüse vorgesehen.

Reaktionsturbine

Leitrad: radiale Durchströmung

Laufrad: axiale Durchströmung

Gefälle: Bis zu 600 Meter

Leistungen: 500 MW

Leitrad: Druck nimmt ab, c nimmt zu

Laufrad: Druck nimmt ab, c nimmt ab, w nimmt zu

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c1u ist die Umfangskomponente an der Stelle (1) der niedrigsten potenziellen Energie in
einer Strömung. Das ist bei einer Pumpe der Eintritt, bei einer Turbine der Austritt.
Wenn die Umfangskomponente c1u = 0 ist, bedeutet es, dass die Strömung drallfrei ist.

K5__Seite 10
Das Leitrad ist bei Turbinen als Düse aufgebaut, das heißt, die Strömung wird beschleunigt.
Da Strömungsmaschinen aber eine Impulsänderung erfordern, hat das Leitrad
einer Turbine weiterhin die Funktion, der Strömung einen Drall zu geben. Das bedeutet,
dass die Strömung rotiert. Vergleichen Sie dies mit der Gleichung 4. Die Umfangsgeschwindigkeiten
u sind in jedem Fall ungleich Null. Das bedeutet, dass mindestens eine
der Umfangskomponenten cu verschieden von Null sein muss, um überhaupt eine Leistung
übertragen zu können.

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Querschnittfläche A4 = A1 = A2 = 0,09424m2, Massenstrom = r · c4 · A4 = 471,2 kg/s,
DM = 0,316m; u2 = 8,279 m/s, PR = Massenstrom · u2 · c2u = 27,3 kW (c1u = 0; drallfrei)

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Bei konstantem Querschnitt und drallfreier Abströmung: a1 = 90°; c4 = c1; u1 = u2;

beta1 = arctan (c1/u1 )= arctan 31,13°
 

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Hubvolumen VH = 2,55 ccm; Ansaugdichte rND = 1,27 kg/m3; Massenstrom 0,388 kg/h

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Pumpe: isochore Druckerhöhung, das heißt, der Druck steigt an, sobald der Kolben zum
oberen Totpunkt fährt. Das Auslassventil öffnet unmittelbar, sobald der Hochdruck
erreicht wurde. Das bedeutet, der eigentliche Ausschiebevorgang findet bei der Pumpe
schon statt. Der Druck beträgt somit 3 bar. Beim Verdichter steigt der Druck wegen des
kompressiblen Gases nur allmählich an. Bei dem Verhältnis V/Vg = 0,5 liegt erst ein
Druck von 2,64 bar vor, sodass das Auslassventil noch nicht geöffnet und somit der
Arbeitsraum abgeschlossen ist.

K9__Seite 17
Die Anlagenkennlinie kann mit beschrieben
werden. Der Summand „1“ im Klammerterm berücksichtigt die Einströmverluste in das
obere Reservoir. Es gibt zwei Möglichkeiten, eine Lösung zu finden. Zum einen können
Sie die beiden Kurven in ein Diagramm eintragen. Der Schnittpunkt bedeutet, dass der
Energiesatz erfüllt ist, wenn die fluidische Leistung der Pumpe und die Leistungsanforderung
der Anlage übereinstimmen. Weiterhin ist die Kontinuitätsgleichung erfüllt. Die
zweite Möglichkeit besteht darin, die beiden Polynome gleichzusetzen und nach dem
Volumenstrom aufzulösen. Er beträgt 73,65m3/h bei einer spezifischen Förderarbeit
von 214,2m2/s2. Damit ergeben sich eine Förderleistung von 4,38 kW und eine zur Verfügung
zu stellende Antriebsleistung von 6,26 kW.

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Drehzahl n = Volumenstrom/(Hubvolumen * Liefergrad) = 258,4 min–1.

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Kreiselpumpe (= Strömungsmaschine): Heiz- und Kühlkreisläufe, Speisewasserpumpe
im Kraftwerk, Ölpipelines, Druckerhöhung Wasserwerk;
Verdrängerpumpen: Ölhydraulik; Trinkwasserversorgung, Schmierung, Schmutzwasserförderung

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Pumpen fördern Flüssigkeiten mit quasi konstanter Dichte. Daher ist der Volumenstrom
ebenfalls als konstant anzusetzen. Verdichter fördern kompressible Fluide. Da sich die
Dichte ändert, variiert auch der Volumenstrom, sodass sich unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten
einstellen. Weiterhin ist die Temperaturerhöhung bei Pumpen
i.d.R. zu vernachlässigen, die zwar real auftritt, jedoch nur sehr gering ist. Im Gegensatz
dazu ist die Temperaturerhöhung bei Verdichtern nicht zu vernachlässigen. Während
bei Pumpen die Druckdifferenz für die Leistungsberechnung entscheidend ist, ist
es bei Verdichtern das Druckverhältnis. Das hängt mit der Temperaturentwicklung
zusammen, die ebenfalls vom Druckverhältnis abhängt.

K13__Seite 22
In thermische Turbinen werden heiße kompressible Fluide wie Gase und Dämpfe unter
Arbeitsabgabe expandiert. Das Gas bzw. der Dampf kühlt dabei ab. Bei Dampf kann es
sogar teilweise zur Kondensation kommen. In hydraulischen Turbinen wird die Energie
(meist potenzielle Lageenergie) von Flüssigkeiten gewandelt. Die Dichte ist konstant.
Während sich in hydraulischen Maschinen die Temperatur bei der Arbeitsverrichtung
quasi nicht ändert und damit ohne Bedeutung ist, erfordern thermische Turbinen für
höhere Leistungen auch höhere Eintrittstemperaturen. Bei hydraulischen Turbinen geht
die zu verarbeitende Höhendifferenz linear in die Leistungsberechnung ein, während bei
thermischen Turbinen, wie auch schon bei Verdichtern, das Druckverhältnis entscheidend
ist!

K4__Seite 26
Bei der Wärmeleitung wird innerhalb eines Körpers die Wärme aufgrund eines Temperaturunterschiedes
transportiert, z.B. bei einem Festkörper, an dessen Enden verschiedene
Temperaturen anliegen. Beim Wärmeübergang (Konvektion) findet ein Wärmetransport
von einem Stoff auf einen anderen statt. Wenn Sie z. B. mit einem Löffel
(zunächst Raumtemperatur) einen heißen Kaffee umrühren, wird die Wärme auf den
Löffel übertragen (und anschließend in den Griff geleitet), sodass der Löffelgriff allmählich
wärmer wird. Die Strahlung ist die dritte Möglichkeit. Dabei handelt es sich um
elektromagnetische Wellen. Bei der Verbrennung entstehen mitunter sehr hohe Temperaturen,
sodass einige Gase, wie z.B. Wasserdampf und Kohlendioxid, Wärmestrahlung
emittieren.

K34__Seite 26
Da Strömungen meistens turbulent sind, bedeutet das, dass innerhalb der Strömung
Wirbel (Turbulenzen) entstehen. Diese sind in einem viel höheren Maß am Wärmetransport
beteiligt als die Wärmeleitung selbst. Man versucht sogar gezielt, in Strömungen
Turbulenzen zu erzeugen, um mit dieser „Vermischung“ eine günstigere Temperaturverteilung
durch direkten Stofftransport zu erreichen. Daher ist die reine
Wärmeleitung innerhalb von Flüssigkeiten meist von untergeordneter Bedeutung.

K18__Seite 26
Nußelt-Zahl Nu, die Reynolds-Zahl Re, die Prandtl-Zahl Pr, die Pécelt-Zahl Pe, die
Grashof-Zahl Gr, die Stanton-Zahl St sowie diverse andere Größen, wie z. B. das Längen-
Breitenverhältniss.

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Exergie ist der thermische Anteil einer Energie, der in andere Energieformen gewandelt
werden kann und somit vom Temperaturniveau oberhalb der Umgebungstemperatur
liegt. Als Anergie bezeichnet man den Energieteil unterhalb dieses Niveaus, der demzufolge
auch nicht weiter genutzt werden kann.

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Speisewasserpumpe zur Druckerhöhung, Dampferzeuger (incl. Vorwärmer und Überhitzer),
Expansionsmaschine (Turbine) und Kondensator, gegebenenfalls noch Speisewasserbehälter
(zum Massenausgleich).

K23__Seite 35
Es gibt in einem theoretischen Clausius-Rankine-Prozess nur zwei Drücke: den Kondensationsdruck
und den Hochdruck. Die Speisewasserpumpe erhöht den Druck vom
Kondensations- auf den Hochdruck. Anschließend erfolgt bei konstantem Druck die
Vorwärmung, Verdampfung und Überhitzung. Da sich die Dichte bzw. das spezifische
Volumen ändert, müssen die Strömungsquerschnitte jeweils angepasst werden. In der
Turbine wird der Dampf auf den Kondensationsdruck expandiert.

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Im Verdichter findet eine isentrope Verdichtung statt, die auch mit einer Temperaturerhöhung
verbunden ist. Da es sich um einen offenen Prozess bei der Wärmezufuhr
handelt, findet sie bei konstantem Druck (isobar) statt. In der Turbine (Expansionsmaschine)
wird die thermische Energie in mechanische Wellenarbeit gewandelt. Dieser
Teilprozess verläuft wieder isentrop und die Temperatur sinkt während der Entspannung.

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Kohlebunker, Kohlemühle, Abgasnachbehandlung, Dampferzeuger (incl. Vorwärmer
und Überhitzer), Zwischenüberhitzer (Wirkungsgradsteigerung), mehrstufige Dampfturbine
mit Anzapfungen zur regenerativen Speisewasservorwärmung, Kondensator mit
Kühlkreislauf, Vakuumpumpe zur Entfernung eindringender Gase (Luft), Speisewasserbehälter
mit Nachspeisung entsalzten Wassers und Entgasung.