Kraft- und Arbeitsmaschinen (HFH)
Kraft- und Arbeitsmaschinen - auf Grundlage der Studienbriefe der Hamburger Fernhochschule (HFH)
Kraft- und Arbeitsmaschinen - auf Grundlage der Studienbriefe der Hamburger Fernhochschule (HFH)
Arten von Strömung
- stationär
- instationär
- laminar
- turbulent
Unterschied "stationäre" und "instationäre" Strömung
Bei stationären Strömungen bleibt die Geschwindigkeit der Strömungsteilchen gleich.
Instationäre Strömungen sind zeitlich veränderlich (z.B. beim Entleeren eines Behälters)
Wofür wird die Pumpenkennlinie verwendet?
Pumpenkennlinien werden für eine optimale Anpassung der Pumpe an die Anlage verwendet.
Nenne drei Möglichkeiten um den Volumenstrom einer Radialpumpe zu variieren
- Drehzahl ändern
- Drosseln
durch die Drosselung wird der Strömungswiderstand erhöht
- Verstellen der Leitschaufen
durch das Verstellen der Leitschaufeln wird der Drall und damit die Energieumsetzung erhöht
Wie wird die Zustandsänderung genannt, bei
p = konst
isobare Zustandsänderung
Wie wird die Zustandsänderung genannt, bei
V = konst
isochore Zustandsänderung
Wie wird die Zustandsänderung genannt, bei
T = konst
isotherme Zustandsänderung
Wie wird die Zustandsänderung genannt, bei
S = konst
isentrope Zustandsänderung
Skizziere ein idealisiertes p-V-Diagramm des STIRLING Kreisprozesses und beschrifte die isochoren und isotropen Zustandskurven
1 - isochore Zustandskurve
2 - isentrope Zustandskurve
Unter welchen Bedingungen ist ein Gegendruckbetrieb bei Wärme-Kraftkopplung vorteilhaft?
Der Gegendruckbetrieb ist vorteilhaft, wenn Heiz- und Strombedarf in etwa konstanten Verhältnis zueinander stehen.
Warum benutzen Kraftwerke zur Abdeckung von Spitzenlasten im Stromnetz keine Dampfturbinen, sondern Gasturbinen?
Dampfturbinen sind regelungstechnisch sehr träge.
Vor dem Anfahren der Anlage sind aufwendige Maßnahmen erforderlich (langsames Anfahren des Dampferzeugers, Vorheizen der Turbinen). Zudem sollen die Dampferzeuger wegen der empfindlichen Ausmauerung möglichst konstant gefahren weden.
Daraus folgt, dass Dampfturbinen hauptsächlich im Grund- und Mittellastbereich eingesetzt werden.
Die vergleichsweise leichte Gasturbine kann dagegen in kurzer Zeit angefahren und schnell belastet werden und ist damit zur Abdeckung von Spitzenlasten besser geeignet.
Nach welchen unterschiedlichen Grundprinzipien arbeiten Schraubenverdichter und Drehkolbengebläse?
- Bei Schraubenverdichtern erfolgt die Verdichtung während der Förderung durch Verkleinerung des Kammervolumens
- Bei Drehkolbengebläsen erfolgt die Förderung mit konstantem Kammervolumen und anschließender Druckerhöhung beim Öffnen der Kammer zur Druckleitung
Vergleichen Sie Schraubenverdichter und Drehkolbengebläse in Bezug auf die Höhe des Druckverhältnisses und begründen Sie den Unterschied.
Schraubenverdichter haben ein deutlich höheres Druckverhältnis als Drehkolbengebläse.
Das Arbeitsprinzip von Drehkolbengebläsen hat den Nachteil, dass die Druckerhöhung in der sich öffnenden Kammer ein teilweises Rückströmen verursacht.
Die damit verbundenen Verluste begrenzen die erreichbaren Druckdifferenzen.
Vorteil von Drehkolbengebläsen in Bezug auf Qualität der verdichteten Gase?
Die verdichteten Gase sind beim Drehkolbengebläse ölfrei.
Wann "nagelt" ein DIESEL-Motor?
Beschreibe ausführlich die Anordnung der Antriebe bei einem Parallel-Hybrid-Fahrzeug
Verbrennungsmotor und elektrische Maschine sind mechanisch mit den Antriebsrädern gekoppelt.
Die beiden Antriebssysteme können jeweils einzeln, aber auch parallel für den Fahrzeugantrieb verwendet werden.
Dazu verfügt das System über eine automatische Trennkupplung.
Wann "klopft" der OTTO-Motor?
Nenne 2 Betriebsarten von Hybridfahrzeugen und beschreibe diese
- Boosten
Erhöhung des Antriebsmoments steht im Fordergrund.
Sowohl das Drehmoment des Verbrennungsmotors als auch das des Elektromotors treiben deshalb das Fahrzeug an.
Dazu muss die Batterie zusätzliche Energie ins System einspeisen.
- Rekuperieren
Beim Bremsen oder vom Gas gehen fungiert der Elektromotor als Generator und lädt dadurch den elektrischen Energiespeicher wieder auf.
Aufbau und Wirkung eines Brennstoffzellenstapels
Ein Brennstoffzellenstapel ist ein Stapel aufgeschichteter und zusammengeschalteter Brennstoffzellen (ca. 30 bis 500 Einzelzellen), worduch eine technisch nutzbare Spannung in brauchbarer Größenordnung erreicht wird.
Zwischen den Zellen sind bipolare Platten eingefügt, die die Zufuhr der Reaktionspartner zu den Elektroden, die Stromleitung, den Audtrag der Reaktionsprodukte aus den Elektrodenräumen und die Ableitung der Reaktionsleistung gewährleisten.
Probleme bei der breiten Einführung der Brennstoffzellen
- Herstellung des reinen Wasserstoffs
- Wasserstoffspeicherung
- Größe der Brennstoffzellenanlagen
- teurer Katalysator aus Platin
- hohe Investitionskosten
- kurze Lebensdauer
Aufbau eines Dish-STIRLING Kraftwerkes
Bei einem Dish-STIRLING Kraftwerk konzentriert ein Hohlspiegel das Licht auf einen Brennpunkt.
Der Hohlspiegel muss das Licht möglichst gut im Brennpunkt bündeln.
Hierzu wird der Spiegel der Sonne zweiachsig nachgeführt.
Im Brennpunkt des Hohlspiegels befindet sich ein Receiver. Dieser gibt die Wärme an einen STIRLING-Motor weiter.
Dieser Motor setzt die Wärme in Bewegungsenergie um und treibt einen Generator an, der schließlich elektrische Ernergie erzeugt.
Nenne 4 solarthermische Kraftwerkstypen
- Dish-Stirling Kraftwerk
- Solartumkraftwerk
- Parabolrinnenkraftwerk
- Aufwindkraftwerk
Was ist die REYNOLD-Zahl?
Mit der REYNOLDS-Zahl wird die Strömungsart angegeben.
Die kritische Kennzahl lautet 2320
> 2320 turbulente Strömung
< 2320 laminare Strömung
Welche Fragen können durch die Modelgesetze beantwortet werden?
- wie ändert sich der Volumenstrom der Strömungsmaschine?
- wie änder sich der Druck, den die Strömungsmaschine verursacht?
- wie ändert sich die Leistung, die bei der Strömungsmaschine aufgebracht werden muss (Pumpe) oder genutzt werden kann (Turbine)
Wie nennt sich das spezielle Diagramm zur Auswahl der optimalen Strömungsmaschine und zum Vergleich der Maschinenvarianten?
(Durchmesserzahlen sind über die Laufzahlen aufgetragen)
Es handelt sich um das "CORDIER-Diagramm"
Es eignet sich besonders gut, um für vorgegebene Daten den Typ der Maschine und deren Laufradabmessung zu bestimmen.
Beim Gasturbinenprozess liegen Temperaturen von 800 - 1300 °C vor.
Wie wird verhindert, dass die zulässige Maximaltermperatur der Brennkammer überschritten wird?
Durch das Zumischen von Zusatzluft bzw. Sekundärluft wird die Brennkammer gekühlt.
Welche Parameter bestimmen die spezifische Arbeit des idealen JOULE-Prozesses?
Die spezifische Arbeit wird von den Parametern
- Druck p2
und - maximale Temperatur T3
bestimmt.
Prinzip bzw. Wirkungsweise eines Dehkolbengebläses
Zwei symmetrische Drehkolben sind über Zahnräder miteinander verbunden und drehen gegenläufig.
Dabei wird Gas aus der Saugleitung in Kammern eingeschlossen.
Während der Förderung in Richtung Druckseite verändern die Kammern ihr Volumen nicht.
Damit bleibt der Druck (in der Kammer) gleich dem Ausgangsdruck.
Erreicht der Drehkolben die Kante des Druckstutzens und öffnet sich dabei die Kammer zur Druckseite, wird das eingeschlossene Gas verdichtet.
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Cartes-fiches
Arten von Strömung
- stationär
- instationär
- laminar
- turbulent
Unterschied "stationäre" und "instationäre" Strömung
Bei stationären Strömungen bleibt die Geschwindigkeit der Strömungsteilchen gleich.
Instationäre Strömungen sind zeitlich veränderlich (z.B. beim Entleeren eines Behälters)
Wofür wird die Pumpenkennlinie verwendet?
Pumpenkennlinien werden für eine optimale Anpassung der Pumpe an die Anlage verwendet.
Nenne drei Möglichkeiten um den Volumenstrom einer Radialpumpe zu variieren
- Drehzahl ändern
- Drosseln
durch die Drosselung wird der Strömungswiderstand erhöht
- Verstellen der Leitschaufen
durch das Verstellen der Leitschaufeln wird der Drall und damit die Energieumsetzung erhöht
Wie wird die Zustandsänderung genannt, bei
p = konst
isobare Zustandsänderung
Wie wird die Zustandsänderung genannt, bei
V = konst
isochore Zustandsänderung
Wie wird die Zustandsänderung genannt, bei
T = konst
isotherme Zustandsänderung
Wie wird die Zustandsänderung genannt, bei
S = konst
isentrope Zustandsänderung
Skizziere ein idealisiertes p-V-Diagramm des STIRLING Kreisprozesses und beschrifte die isochoren und isotropen Zustandskurven
1 - isochore Zustandskurve
2 - isentrope Zustandskurve
Unter welchen Bedingungen ist ein Gegendruckbetrieb bei Wärme-Kraftkopplung vorteilhaft?
Der Gegendruckbetrieb ist vorteilhaft, wenn Heiz- und Strombedarf in etwa konstanten Verhältnis zueinander stehen.
Warum benutzen Kraftwerke zur Abdeckung von Spitzenlasten im Stromnetz keine Dampfturbinen, sondern Gasturbinen?
Dampfturbinen sind regelungstechnisch sehr träge.
Vor dem Anfahren der Anlage sind aufwendige Maßnahmen erforderlich (langsames Anfahren des Dampferzeugers, Vorheizen der Turbinen). Zudem sollen die Dampferzeuger wegen der empfindlichen Ausmauerung möglichst konstant gefahren weden.
Daraus folgt, dass Dampfturbinen hauptsächlich im Grund- und Mittellastbereich eingesetzt werden.
Die vergleichsweise leichte Gasturbine kann dagegen in kurzer Zeit angefahren und schnell belastet werden und ist damit zur Abdeckung von Spitzenlasten besser geeignet.
Nach welchen unterschiedlichen Grundprinzipien arbeiten Schraubenverdichter und Drehkolbengebläse?
- Bei Schraubenverdichtern erfolgt die Verdichtung während der Förderung durch Verkleinerung des Kammervolumens
- Bei Drehkolbengebläsen erfolgt die Förderung mit konstantem Kammervolumen und anschließender Druckerhöhung beim Öffnen der Kammer zur Druckleitung
Vergleichen Sie Schraubenverdichter und Drehkolbengebläse in Bezug auf die Höhe des Druckverhältnisses und begründen Sie den Unterschied.
Schraubenverdichter haben ein deutlich höheres Druckverhältnis als Drehkolbengebläse.
Das Arbeitsprinzip von Drehkolbengebläsen hat den Nachteil, dass die Druckerhöhung in der sich öffnenden Kammer ein teilweises Rückströmen verursacht.
Die damit verbundenen Verluste begrenzen die erreichbaren Druckdifferenzen.
Vorteil von Drehkolbengebläsen in Bezug auf Qualität der verdichteten Gase?
Die verdichteten Gase sind beim Drehkolbengebläse ölfrei.
Wann "nagelt" ein DIESEL-Motor?
Beschreibe ausführlich die Anordnung der Antriebe bei einem Parallel-Hybrid-Fahrzeug
Verbrennungsmotor und elektrische Maschine sind mechanisch mit den Antriebsrädern gekoppelt.
Die beiden Antriebssysteme können jeweils einzeln, aber auch parallel für den Fahrzeugantrieb verwendet werden.
Dazu verfügt das System über eine automatische Trennkupplung.
Wann "klopft" der OTTO-Motor?
Nenne 2 Betriebsarten von Hybridfahrzeugen und beschreibe diese
- Boosten
Erhöhung des Antriebsmoments steht im Fordergrund.
Sowohl das Drehmoment des Verbrennungsmotors als auch das des Elektromotors treiben deshalb das Fahrzeug an.
Dazu muss die Batterie zusätzliche Energie ins System einspeisen.
- Rekuperieren
Beim Bremsen oder vom Gas gehen fungiert der Elektromotor als Generator und lädt dadurch den elektrischen Energiespeicher wieder auf.
Aufbau und Wirkung eines Brennstoffzellenstapels
Ein Brennstoffzellenstapel ist ein Stapel aufgeschichteter und zusammengeschalteter Brennstoffzellen (ca. 30 bis 500 Einzelzellen), worduch eine technisch nutzbare Spannung in brauchbarer Größenordnung erreicht wird.
Zwischen den Zellen sind bipolare Platten eingefügt, die die Zufuhr der Reaktionspartner zu den Elektroden, die Stromleitung, den Audtrag der Reaktionsprodukte aus den Elektrodenräumen und die Ableitung der Reaktionsleistung gewährleisten.
Probleme bei der breiten Einführung der Brennstoffzellen
- Herstellung des reinen Wasserstoffs
- Wasserstoffspeicherung
- Größe der Brennstoffzellenanlagen
- teurer Katalysator aus Platin
- hohe Investitionskosten
- kurze Lebensdauer
Aufbau eines Dish-STIRLING Kraftwerkes
Bei einem Dish-STIRLING Kraftwerk konzentriert ein Hohlspiegel das Licht auf einen Brennpunkt.
Der Hohlspiegel muss das Licht möglichst gut im Brennpunkt bündeln.
Hierzu wird der Spiegel der Sonne zweiachsig nachgeführt.
Im Brennpunkt des Hohlspiegels befindet sich ein Receiver. Dieser gibt die Wärme an einen STIRLING-Motor weiter.
Dieser Motor setzt die Wärme in Bewegungsenergie um und treibt einen Generator an, der schließlich elektrische Ernergie erzeugt.
Nenne 4 solarthermische Kraftwerkstypen
- Dish-Stirling Kraftwerk
- Solartumkraftwerk
- Parabolrinnenkraftwerk
- Aufwindkraftwerk
Was ist die REYNOLD-Zahl?
Mit der REYNOLDS-Zahl wird die Strömungsart angegeben.
Die kritische Kennzahl lautet 2320
> 2320 turbulente Strömung
< 2320 laminare Strömung
Welche Fragen können durch die Modelgesetze beantwortet werden?
- wie ändert sich der Volumenstrom der Strömungsmaschine?
- wie änder sich der Druck, den die Strömungsmaschine verursacht?
- wie ändert sich die Leistung, die bei der Strömungsmaschine aufgebracht werden muss (Pumpe) oder genutzt werden kann (Turbine)
Wie nennt sich das spezielle Diagramm zur Auswahl der optimalen Strömungsmaschine und zum Vergleich der Maschinenvarianten?
(Durchmesserzahlen sind über die Laufzahlen aufgetragen)
Es handelt sich um das "CORDIER-Diagramm"
Es eignet sich besonders gut, um für vorgegebene Daten den Typ der Maschine und deren Laufradabmessung zu bestimmen.
Beim Gasturbinenprozess liegen Temperaturen von 800 - 1300 °C vor.
Wie wird verhindert, dass die zulässige Maximaltermperatur der Brennkammer überschritten wird?
Durch das Zumischen von Zusatzluft bzw. Sekundärluft wird die Brennkammer gekühlt.
Welche Parameter bestimmen die spezifische Arbeit des idealen JOULE-Prozesses?
Die spezifische Arbeit wird von den Parametern
- Druck p2
und - maximale Temperatur T3
bestimmt.
Prinzip bzw. Wirkungsweise eines Dehkolbengebläses
Zwei symmetrische Drehkolben sind über Zahnräder miteinander verbunden und drehen gegenläufig.
Dabei wird Gas aus der Saugleitung in Kammern eingeschlossen.
Während der Förderung in Richtung Druckseite verändern die Kammern ihr Volumen nicht.
Damit bleibt der Druck (in der Kammer) gleich dem Ausgangsdruck.
Erreicht der Drehkolben die Kante des Druckstutzens und öffnet sich dabei die Kammer zur Druckseite, wird das eingeschlossene Gas verdichtet.
