Elektrischer Wirkungsgrad (H14)
Zeichnen SIe die ein- und ausfließenden Energieflüsse in das Prozessbild ein, welche für die Berechnung des elektriscchen Wirkungsgrades relevand sind
Geben Sie die Formel für den elektrischen Wirkungsgrad des Prozesses an. Nehmen Sie hierfür an, dass die Leistung der Turbomaschine verlustfrei auf die Welle übertragen werden. Komponentet 4 sei zur Umgebung adiabat. Komponente 1 und 2 erzeugen jedoch verluste
(H14)
Um welchen Prozess handelt es sich in dem Schaltbild
Benennen Sie die Komponenten
Gasturbinenanlage
3. Verdichter (PV)
4. Brennkammer
5. Turbine (PT)
T-s-Diagramm (H14)
Zeichnen Sie das T-s-Diagramm für den dargestellten realen Prozess. Die kinetischen Energien und Druckverluste in der BRennkammer sind zu vernachlässigen. Benennen Sie die Zustandsänderungen
Kennzeichnen Sie die zu- und abgeführte Wärme. LEiten Sie daraus eine Formel für die nutzbare Arbeit her, die dem Prozess entnommen werden kann.
Europäischer Netzbetrieb (H14)
Eine Anlage soll im europäischen Netz betrieben werden. Welches Übersetzungsverhältnis müssen Sie wählen, wenn der Bezugsdurchmesser 𝐷𝐵 = 1,2m ist und eine Umfangsgeschwindigkeit von 300 𝑚/𝑠 nicht überschritten werden soll?
Benennen Sie die Komponenten 1-6
Um welche Turbomascchine handelt es sich?
(Kondensations-)Dampfturbine
Nenne Sie zu jedem Merkmal mind. eine Ausprägung, die der Unterscheidung von Turbomaschinen dient. Unterstreichen SIe jeweils die Ausprägung, die auf die dargestellt Maschine zutrifft
Laufschaufelgitter (H14)
Skizzieren Sie die Stromlinien entlang der Druck- und Saugseite eines Profils. Machen Sie die Geschwindigkeitsvektoren vor und nach dem Gitter durch Pfeile kenntlich. Bezeichnen Sie diese gemäß des betrachteten Systems als Absolut- bzw. Relativgeschwindigkeit.
Das oben gezeigte Gitter soll in einer Turbine eingesetzt werden. Welchen Gittertyp stellt es dar? Zeichnen Sie die Drehrichtung der Schaufeln ein.
Beschleunigungsgitter
Geben Sie für die Punkte a bis c in Abbildung 1.3 an, ob der statische Druck „>“, „<“ oder „=“ dem Totaldruck ist.
Unterschiede zwiscchen Strömungsmaschinen und Kobenmaschinen (F14)
Nennen Sie die Unterschiede zwischen Strömungsmaschinen und Kolbenmaschinen bzgl. der Strömung, Kraftwirkung oder Bewegung
Strömung: kontinuierliche Strömung / Verdrängungsprinzip
Kraftwirkung: durch Strömungskräfte / durch Druck im Arbeitsraum
Bewegung: drehend / alternierend
Polytrope Zustandsänderungen (F14)
Geben Sie in den zwei Kästchen an, ob das Polytropenverhältnis <, = oder > 1 ist
Schreiben Sie in die großen Kästchen um welchen Typ Turbmascchine es sich in den Quadranten 1 und 4 handelt.
Begründen Sie kurz für welche polytrope Zustandsänderung entsprechend der Quadranten 1 bis 4 eine techniscche Umsetzung nicht sinnvoll ist.
Es macht technisch keine Sinn eine gekühlte Turbine zu bauen wie es die Zustandsänderung in Quadrant 3 fordert.
Schnittbild einer Turbomaschine (F14)
Bezeichnen Sie die Komponenten 1 bis 3
Um welchen Typ Turbomascchine handelt es sich?
Axialverdichter
Zeichnen Sie den Verlauf von statischem druck und der Geschwindigkeit qualitativ in das Diagramm
Nennen Sie zu jedem Merkmal die Ausprägung, die der Unterschceidung von Turbomaschinen dienen. Unterstreichen Sie jeweils die Ausprägung, die auf die dargestellte Maschine zutrifft
Benennen Sie die markierten Komponenten 1-6.
Zeichnen Sie die Strömungsrichtung durch die Maschine mit Pfeilen ein.
Gittertypen (F14)
Benennen Sie die Gittertypen A - C und zeichnen Sie qualitativ die zugehörigen Druckverläufe entlag der Druck- und Saugseite des Profils
Geschwindigkeitsprofile (F14)
Zeichnen Sie in die obere Hälfte zuerst die Grenzschichten und anschließend die typischen Geschwindigkeitsprofile der Positionen (1 - 4) unter Annahme von homogener drallfreier Anströmung. Die Beträge der Geschwindigkeiten sollen qualitativ erkennbar sein.
In welchem der beiden Strömungskanälen (links oder rechts) kann es zur Ablösung kommen? Begründen Sie Ihre Antwort.
Ergänzen Sie das Geschwindigkeitsprofil an der entsprechenden Stelle im unterern Bereich der Abbildung.
Zeichen Sie außerdem für diesen Fall die Grenzschicht ein.
Bei welchceem Gittertyp kann dieses Phänomen auftreten?
Im rechten Kanal kann es zur Ablösung kommen, da die Strömung verzögert wird und gegen einen höheren Druck anströmen muss. Wenn die kinetische Energie der Strömung nicht ausreicht um diesen Wiederstand zu überwinden kommt es zur Rückströmung und lokaler Ablösung
Kann bei Verzögerungsgittern auftreten.
Erweiterrte Isentropenbeziehung (F14)
Um die Geometrie eines Strömungskanals festzuegen macht es Sinn, das Flächenverhältnisses A*/A als Funktio der Machzahl darzustellen.
Zeichnen Sie den verlauf
des Flächenverhältnisses A*/A
des Druckverhältnisses p/pt
und des Geschwindigkeitsverhältnisses c/c(M=3)
Machen Sie den Unter- sowie Überschallbereich kenntlich.
Schnittbild einer Turbomaschine (H15)
Um welche Turbomaschine handelt es sich?
Welche Fluidart kommt als Arbeitsluid in Frage?
Wieviel Stufen und vieviele Wellen hat die Turbomaschine?
Bezeichnung Radialverdichter
Kompressibles Fluid (Luft)
Stufen: 8
Wellen: 1
Bennen Sie die Komponenten 1-5.
Zeichnen Sie den Strömungspfad ein.
Kenneichnen Sie die Stufe in der Turbomaschine, an welcher der größte Druck vorliegt.
Gittertypen (H15)
Um welchen Gittertypen handelt es sich?
Kommen die Profile in Turboarbeits- oder Turbokraftmaschinen Zum Einsatz?
Welche Auprägungen sind typisch für die Profile im Vergleich zu anderen Bauarten, wenn diese in der angegebenen Turbomaschinenart eingesetzt werden? Kennzeichnen Sie die typischen Ausprägung
Gittertyp: Verzögerungsgitter
Art der Turbomaschine: Turboarbeitsmaschine
Kennzeichnen Sie Leit- und Laufrad
Aufgrund der Profilgrenzschichten kann es im Nachlauf der Hiterkante zu einer Fehlanströmung der zweiten Schaufelreihe kommen. Zeigen Sie, anhand des sich vrändernden Geschwindigkeitsdreiecks, die Auswirkung auf die Ansträmung der zweiten Schaufelreihe.
Zeichen Sie den typiscchen Verlauf der Geschwindigkeit von Saug- und Druckseite des dargestellten Gittertyps
Kennzeichnen Sie dabei Druck- und Saugseite
Energiewandlungsanlage (H14)
Welche Energiewandlungsanlage wird durch das Schaltbild beschrieben?
Benennen Sie die dargestellten Komponenten 1-4
GuD-Anlage
Vervollständigen SIe das T-s-Diagramm um die noch fehlenden Zustandsänderungen.
Ordnen Sie die Zustände a, b, c im Schaltbild den entsprechenden Zustandstpunkten im T-s-Diagramm zu.
Kennzeichnen Sie im T-s-Diagramm, wo der größte und der kleinste Druck auftreten
Wie ist der maximal erzielbare Wirkungsgrad einer idealen thermischen Anlage definiert?
Wie groß ist der maximal erzielbare Wirkungsgrad für den gegebenen Fall?
Axialverdichterkennfeld (H15)
Wie wird das dargestellte Strömungsphänomen genannt?
Bei welchem der beiden Betriebspunkten (OD1 oder OD2) ist das Strömungsphänomen zu erwarten?
Zeigen Sie zeichnerisch, wie sich das Geschwindigkeitsdreicch in den beiden Betriebspunkten OD1 und OD2 im Vergleich zum Auslegungspunkt ändert
Kennzeichnen Sie dabei die beiden Dreiecke eindeutig mit OD1 und OD2
Ablösung (Stall) bei OD2
Bennen Sie die beiden dargestellten Betriebsgrenzen des Verdichterkennfelds
Nun soll ein instabiler Vorgang, das sogenannte Pumpen, betrachtet werden. Deuten Sie, ausgehend von D, im Kennfeld den Verlauf dieses instabilen Zustands an und bescchreiben Sie anhand dessen stichpunktartig die beim Pumpen auftretenden Strömungsvorgänge
Strömungsabriss, Rückströmung, Wiederanlegen, erneuter Druckaufbau
Schnittbilder (F15)
Um was für eine Turbomaschine handelt es sich und in welchem Bereich wird sie primär eingesetzt?
Bezeichung der Turbomaschine: Gasturbine
Einsatzbereich: Stromerzeugung oder Erzeugung von mech. Arbeit
Benennen Sie die einzelnen Baugruppen (A-C)
Zeichnen Sie den Strömungspfad des Arbeitsfluids durch die gesamte Maschine ein.
Benennen Sie die markierten Bauteile 1-5
Welche Besonderheit weist Bauteil 3 im Vergleich zu Bauteil 2 auf?
Besonderheit: radiale Strömungsführung
Gittertypen (F15)
Um welchen Gittertyp handel es sich?
Ordnen Sie den Gitteretypen die Druckverläufe zu
Markieren Sie die Druck- und Sauseiten von Gittertyp 1
In welcher Art von Turbomaschine kommt die jeweiligen Gittertypen zum Einsatz?
Profilschnitt einer Laufschaufel einer Turbine (F15)
Ergänzen Sie am Vektro “u” die Drehrichtung des Rotors durch eine Pfeilspitze
Zeichnen Sie qualitativ das komplette Geschwindigkeitsdreieck am Eintritt des Laufrades und beschriften Sie alle Vektoren
Zeichnen Sie qualitativ den Verlauf der Sehne des Stators stromauf der Laufschaufel
Regelungen (F15)
Welche Regelungsart zeigt das Schaltbild?
Zeichnen Sie um die relevanten Komponenten die Systemgrenze der gesamten Anlage
Nennen Sie je ein Vor- und Nachteil der Regelungsart.
Welche anderen Regelungsarten funktionierten ebenfalls durch eine Änderung der Anlage?
Bypassregelung
Drosselregelung
Bennen Sie die Komponenten 1-4
Welche Aufgabe hat Komponente 3?
Aufgabe Komponente 3: Rückkühlung auf den Eintrittszustand
Leitschaufelverstellug (F15)
Wie änderet sich der Druck am Stufenaustritt bei diesem Regeleingriff, wenn angenommen wird, dass der Wirkungsgrad unveränderet bleibt? Begründen Sie Ihre Antwort.
Nennen Sie je einen Vor- und Nachteil dieser Regelungsart
Skizzieren Sie qualitativ das Geschwindigkeitsdreieck am Laufradeintritt bei Verwendung der Leitschaufelverstellung. Gehen Sie dabei davon aus, dass die Meridionalgeschwindigkeit stromauf und stromab des Vorleitrades gleichc ist und der Rotor inzidenzfrei angeströmt wird.
Zeichnen Sie qualitativ das verstellte Schaufelprofil des Vorleitrades
Schnittbilder von Turbomaschine (H16)
A
B
Nennen Sie für die zwei Turbomaschinen A und B:
die Art der Turbomaschine
deren genauen Bezeichnung
das Einsatzgebiet
Zeichnen Sie den Strömungsweg des Fluids in den Turbomaschinen A und B ein.
Worin unterscheidet sich das eingesetzte Fluid zwischen Turbomaschine A und B?
Unterschied Fluid
Benennen Sie die gekenzeichneten Komponeten der Turbomaschine A und B
Polytrope Zustandsänderungen (H16)
Bennen Sie für Quadrant I-IV die jeweilig zugehörige Turbomaschine
Für welchen der vier Quadranten ist eine technische Umsetzung nicht sinvoll?
Benennen Sie für die mit 1-5 gekennzeichneten Punkte geeignete Schaufelgitterrtypen. Treffen Sie hierbei eine Aussage über die jeweilige Druckänderung
Enthalpie-Reaktionsgrad (H16)
Um was für eine Trubomaschine handelt es sich?
Es soll angenommen werden, dass der Enthalpie-Reahtionsgrad = 0,5 ist.
Was sagt der Eenthalpie Reaktionsgrad einer Turbomaschine aus?
Auf welchen technischen Aspekt nimmt dieser einen Einfluss bei der Auslegung von Schaufelprofilen?
Axialverdichter / Verdichterkanal
Zeichnen Sie den Druckverlauf sowie den Verlauf des spezifischen Volumens des Fluids zwischen den Zustandspunkten 0-3
Für einen Enthalpie-Reaktionsgrad = 0,5
Für einen Enthalpie-Reaktionsgrad = 1
Cordier-Diagramm (H16)
Für welche Turbomaschinen besitzt das Cordier-Diagramm seine Gültigkeit?
Erleutern sie die Bedeutung des Cordier-Diagramms hinsichtlich der Auslegung, wenn Volumendurchsatz, spezifische Strömungsarbeit und die Stufenanzal vorliegen.
Welche Bedeutung besteht hinsichtlich der Kontrolle bereits bestehender Turbomaschinen?
Für einstufige Turbomaschinen
Markieren und benennen Sie die Linien maximaler Wirkungsgrade für Turbinen und Verdichter
Eine Auswertung in der Praxis hat gezeigt, dass zumindest die mittlere Stufen mehrstufiger Turbomaschinen nahe der Linie maximaler Wirkungsgrade ausgelegt sind.
Beispiel mehrstufiger Turbomaschinen:
Welche Bedeutung hat dies hinsichlich des Wirkungsgrades für die erste bzw. letzte Stufe? Begründen Sie Ihre Antwort.
(Hinweis:. Gehen Sie davon aus, dass die Maschine in ihrem optimalen Betriebspunkt arbeitet.)
Klassifizierung Turbomaschinen: Hydraulisch - Thermisch (F16)
Nenne sie jeweils ein Beispiel
Was ist der wesentliche Untereschied zwischen hydraulischen und thermischen Turbomaschinen hinsichtlich der Eigenschaft des verwendeten Fluids?
Schnittbilder Turbomaschinen (F16)
Zeichnen Sie den Strömungsweg und Strömungsrichtung des Fluids ein.
Um welche Art von Turbomaschinen handelt es sich? Begründen Sie Ihre Antwort.
Benennen Sie die gekennzeichneten Komponenten der Turbomaschine A
Geschwindigkeitsfelder (F16)
Gegeben Sei ein einelnes, freiumströmtes Schaufelprofil sowie zwei Schaufeln im Gitterverband. Die Schaufeln werden mit der Geschwindigkeit c0 angeströmt.
Kennzeichnen Sie an einer Schaufel die Druck- und die Saugseite.
Zeichnen Sie analog zu c0 für beide Schcaufeln das Geschwindigkeitsfeld der Abströmung in den gekennzeichneten Ebenen 1 und unendlich ein
Ebene 1 befindt sich an der Hinterkante der Schaufel
Ebene unendlich weist einen ausreichend großen Abstand zur Hinterekante auf
Gittertypen (F16)
Benennen SIe die Gittertypen A-C
Zeichnen Sie qualitativ die zugehörigen Druckverläufe entlang der Druck- und Saugseite des Profils ein.
Repetierstufe einer Axialturbine (F16)
Benennen Sie die dargestellten Geschwindigkeitsvektoren
Wie muss das Leitradgitter geometrisch neu ausgelegt werden, um die spezifische Arbeit der Stufe zu erhöhen, wenn das Laufrad konstruktiv nicht verändert wird? Begründen Sie Ihre Antwort anhand der Euler-Gleichung.
Zeichnen Sie analog zu den bereits gegebenen Schaufelprofilen in der vorgegebenen Fläche die neu ausgelegten Leitradschaufel. ERgänzen Sie Ihre Zeichnung durch die neuen Gescchwindigkeitsdreiecke und benennen Sie diese
Welchen Einfluss hat die Änderung der Zuströmung der Laufschaufelreihe im Hinblick auf die Stabilität der Strömung? Begründen Sie Ihre Antwort.
Wasserturbinen (F16)
Welche drei Bauarten von Wasserturbinen kennen Sie?
Zeichnen und beschriften Sie quantitativ die jeweiligen Einsatzgebiete der drei Ihnen bekannten Wasserturbinen.
Kennzeichcnen Sie den Bereich, in dem Speicher-Kraftwerke und Laufwasser-Kraftwerke zum Einsatz kommen.
Wirkungsgrade F17
In der Praxis werden Turbomaschinen anhand ihrer isentropen oder polytropen
Wirkungsgrade miteinander verglichen. Welcher der beiden Wirkungsgraddefinitionen
ist geeigneter für den Vergleich von Turbomaschinen untereinander? Welche
Voraussetzungen sind ggf. zu beachten? Begründen Sie Ihre Antwort.
Polytrope Wirkungsgraddefinition besser, da reale mit der reversiblen ZÄ zwischen jeweils identischen Ein- und Austrittszuständen verglichen wird. Beim isentropen Vergleichsprozess wird ein unterschiedlicher (und hypothetischer) Austrittszustand betrachtet, der thermodyn. Höher oder niederwertiger ist.
Der Verdichtungsprozess wird vom isentropen Wirkungsgrad zu schlecht und der Expansionsprozess zu gut bewertet.
Verwendung des isentropen Wirkungsgrades bei gleichen Druckverhältnissen.
Wirkungsgrad F17
Beurteilen Sie anhand der unten aufgeführten Anwendungsbeispiele welcher der beiden Wirkungsgrade ( total-zu-total; total-zu-statisch) Anwendung findet und begründen Sie kurz Ihre Antwort.
Niederdruckdampfturbine
Stationäre Gasturbine im offenen System
Verdichter
Strahltriebwerk
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