KMA (Subject) / Skript 2 & 3 - Grundlagen, Verdichter, Dampf- und Gasturbinen, Wandler (Lesson)

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• Skript 2: Die folgende Maschinenandordnung in Abb. a) und das dazugehörige T-s-Diagramm n Abb B) stellen den idealen Dampfkraftprozess nach CLAUSIUS-RANKINE dar. (Abb Seite 1) 2.1 Beschreiben Sie in kuzren Worten den Prozessablauf des idealen Dampfkraftprozesses nach CLAUSIUS-RANKINE. Beginnen Sie Ihre Ausführungen beim eingezeichneten Zustand 1. Prozessablauf des idealen Dampfkraftprozesses nach CLAUSIUS-RANKINE: Der überhitzte Dampf (Zustand 1) wird in der Turbine isentrop bis zum Zustand 2 expandiert. (Dieser Zustand liegt im Nassdampfgebiet.) Im Kondensator schlägt sich der Dampf nieder. Das so entstandene Kondensat (Zustand 3) wird von der Pumpe in den Dampferzeuger gedruckt (Zustand 4) Dort efolgt eine Erwärmung des Wassers auf die Siedetemperatur (Zustand 5) und  die Verdampfung bei konstanter Temperatur bis zum Sattdampfzustand (Zustand 6). Im Überhitzer steigt die Temperatur bis zum Zustand 1.
• Skript 2: Die folgende Maschinenandordnung in Abb. a) und das dazugehörige T-s-Diagramm n Abb B) stellen den idealen Dampfkraftprozess nach CLAUSIUS-RANKINE dar. (Abb Seite 1) 2.2 Warum wird beim Dampfkraftprozess der Dampf bis in das Nassdampfgebiet expandiert? Begründen Sie Ihre Antwort. Grund für die Expandierung des Dampfes bis in das Nassdampfgebiet: Die Absenkung des Kondensationsdruckes im Dampfkraftprozess verkleinert die abzuführende Wärmemenge (Q23) und erhöht die spezifische Arbeit (Wt12). Mit dieser Maßnahme wird somit der thermische Wirkungsgrad verbessert.
• Skript 2: Die folgende Maschinenandordnung in Abb. a) und das dazugehörige T-s-Diagramm n Abb B) stellen den idealen Dampfkraftprozess nach CLAUSIUS-RANKINE dar. (Abb Seite 1) 2.3 Eine wichtige Kennzahl im Dampfturbinenbau ist der Reaktionsgrad r. Erläutern Sie, was unter dem Reaktionsgrad verstanden wird. Reaktionsgrad r: Der REaktionsgrad ist das Verhältnis des im Laufrad umgesetzten Enthalpiegefälles zum Stufengefälle.
• Skript 2: Die folgende Maschinenandordnung in Abb. a) und das dazugehörige T-s-Diagramm n Abb B) stellen den idealen Dampfkraftprozess nach CLAUSIUS-RANKINE dar. (Abb Seite 1) 2.4 Erörtern Sie den Unterschied zwischen dem Gleichdruckprinzip und dem Reaktionsprinzip hinsichtlich der jeweiligen Reaktionsgrade. Gleichdruck- und Reaktionsprinzip hinsichtlich der jeweiligen Reaktionsgrade: Beim Gleichdruckprinzip (r=0) wird das gesamte Enthalpiegefälle im ruhenden Gitter in kinetische Energie umgesetzt. Beim Reaktionsprinzip (r=0,5) wird das Stufengefälle gleichmäßig auf Leit- und Laufschaufeln aufgeteilt.
• Skript 2: Bei mehrstufigen Verdichtern erfolgt häufig eine Zwischenkühlung, um Verdichtungsarbeit einzusparen. 2.1 Zeichnen Sie die Maschinenanordnung eines dreistufigen Verdichters mit Zwischenkühlung zwischen den einzelnen Verdichtungsstufen. Maschinenanordnung eines dreistufigen Verdichters mit Zwischenkühlung: siehe Bild Skript 2 Seite 3 
• Skript 2: Bei mehrstufigen Verdichtern erfolgt häufig eine Zwischenkühlung, um Verdichtungsarbeit einzusparen. 2.2 Zur Ermittlung der optimalen Anzahl an Zwischenkühlungen ist auch eine Wirtschaftlichkeitsberechnung erforderlich. Erläutern Sie, welche zwei Kosten dabei gegenübergestellt werden müssen. 2.2 Kostengegenüberstellung für die optimale Anzahl an Zwischenkühlungen: Bei der Wirtschaftlichkeitsberechnung müssen die höheren Investitionskosten für die zusätzliche Kühlung den geringeren Betriebskosten durch die Leistungsersparnis gegenübergestellt werden.
• Skript 2: Bei mehrstufigen Verdichtern erfolgt häufig eine Zwischenkühlung, um Verdichtungsarbeit einzusparen. 2.3 Das so genannte "Pumpen" verursacht eine hohe Beanspruchung der gesamten Verdichteranlage und kann zu schweren Schäden führen. Nennen Sie in diesem Zusammenhang zwei Regelungsmaßnahmen, um das Pumpen sicher auszuschließen. 2.3 Regelungsmaßnahmen, um das Pumpen sicher auszuschließen: Überschuss abblasen,  Rückführung über ein Drosselventil (Bypass),  Bypass mit Rubine,  Abschaltung des Motors
• Skript 2: Heizkraftwerke arbeiten nach dem Prinzip der so genannten Wärme-Kraft-Kopplung. 2.1 Was wird unter einer Wärme-Kraft-Kopplung verstanden und welchen Vorteil besitzt diese? 2.1 Wärme-Kraft-Kopplung und deren Vorteil: Die Wärme-Kraft-Kopplung verbindet die Strom- mit der Wärmeerzeugung (1). Dadurch ergibt sich eine bessere Ausnutzung der eingesetzten Primärenergie bzw. des eingesetzten Brennstoffes (1).
• Skript 2: Heizkraftwerke arbeiten nach dem Prinzip der so genannten Wärme-Kraft-Kopplung. 2.2 Welche drei Schaltungen bzw. Betriebsarten zur Wärme-Kraft-Kopplung kennen Sie? 2.2 Schaltungen bzw. Betriebsarten zur Wäreme-Kraft-Kopplung: Kondensationsbetrieb, Entnahme-Kondensationsbetrieb, Gegendruckbetrieb.
• Skript 2: Heizkraftwerke arbeiten nach dem Prinzip der so genannten Wärme-Kraft-Kopplung. 2.3 Nennen und Beschreiben Sie kuzr zwei Möglichkeiten zur Leistungsregelung von Dampfturbinen. Gehen Sie in Ihrer Antwort darauf ein, welche Größe jeweils verändert wird. 2.3 Zwei Möglichkeiten zur Leistungsregelung von Dampfturbinen: Die Mengenregelung (1) verändert den Massenstrom (1). Dies geschieht durch Aufteilung der Frischdampfleitung in mehrere durch Regelventile abschaltbare Leitungen (1). Die Gleitdruckregelung (1) verändert den Frischdampfdruck und damit das Enthalpiegefälle (1). Für eine Leistungsminderung wird der Dampferzeuger auf einen kleineren Frischdampfdruck heruntergefahren (1). Die Drosselregelung (1) arbeitet mit einem Stellventil in der Frischdampfleitung (1). Mit diesem werden sowohl der Massenstrom als auch durch Druckabfall das Enthalpiegefälle geändert (1) (Hinweis: die max. 6 Punkte sind auf zwei Nennungen bzw. Beschreibungen zu verteilen.)
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• Skript 2: Beim Gasturbinenprozess wird zwischen Gasturbinenanlagen mit Ein- und Zweiwellenanordnung unterschieden. 2.1 Beschreiben Sie die Ein- Zweiwellenanordnung von Gasturbinenanlagen bezüglich der Drehzahlen und der Drehzahlregelungen bzw. -änderungen. 2.1 Ein- und Zweiwellenanordnung von Gasturbinenanlagen: Einwellenanordnung: Der Betrieb erfordert eine konstante Drehzahl (1). Bei Drehzahlsenkung besteht (wegen der quadratischen Abhängigkeit des Verdichterdruckes von der Drehzahl) die Gefahr, dass die Anlage stehen bleibt (1). Zweiwellenanordnung: Der Gaserzeuger läuft mit etwa konstanter Drehzahl (1). Die Nutzleistungsturbine kann drehzahlgeregelt werden (1).
• Skript 2: Beim Gasturbinenprozess wird zwischen Gasturbinenanlagen mit Ein- und Zweiwellenanordnung unterschieden. 2.2 Aus welchen Bauteilen setzt sich der Maschinensatz des Gaserzeugers bei einer Gasturbinenanlage mit Zweiwellenanordnung zusammen? 2.2 Maschinensatz des Gaserzeugers bei einer Zweiwellenanordnung: Verdichter, Brennkammer und  Turbine 1.
• Skript 2: Beim Gasturbinenprozess wird zwischen Gasturbinenanlagen mit Ein- und Zweiwellenanordnung unterschieden. 2.3 Überlegen und nennen Sie stichpunktartig zwei wesentliche Gründe, warum sich die Gasturbine als Fahrzeugantrieb nicht gegen den Verbrennungsmotor durchsetzen konnte. 2.3 Gründe, warum sich die Gasturbine nicht als Fahrzeugantrieb durchsetzen konnte: zu hohe Drehzahl,  zu schlechtes Teillastverhalten, sehr heiße Abgase (bzw. problematischer Wärmetauscher).
• Skript 2: Die nachfolgende Abbildung zeigt den CARNOT-Kreisprozess im p-V-Diagramm. Beim CARNOT-Kreisprozess handelt es sich um den thermodynamisch optimalen, d.h. um den energetisch effizientesten aller Kreisprozesse. (Abb Seite 9 Skript 2) 2.1 Beschreiben Sie anhand der Abbildung den CARNOT-Kreisprozess. Gehen Sie dabei jeweils auf die zu- bzw. abgeführte Arbeit W und Wärme Q sowie die Temperaturen T und Volumen V ein. Beginnen Sie Ihre Beschreibung mit der Kurve von Punkt 1 zum Punkt 2. 2.1 Beschreibung des CARNOT-Kreisprozesses: Kurve von 1 nach 2: Der CARNOT-Kreisprozess beginnt mit der isothermen Kompression des Gases von V1 auf V2 bei niedriger Temperatur T1. Dazu bedarf es der Arbeit W12 und, um Erwärmung zu vermeiden, der Abführung der Wärme Q12. Kurve 2 nach 3: Als nächstes wird isentrop von V2 auf V3 verdichtet, was die Arbeit W23 erfordert und die Temperatur auf Tmax erhöht. Kurve von 3 nach 4:Im 3. Schritt wird bei isothermer Expansion von V3 auf V4 die Arbeit W34 abgegeben und die Wärme Q34 zugeführt Kurve von 4 nach 1:Schließlich wird bei isentroper Expansion von V4 auf V1 die Arbeit W41 abgegeben.
• Skript 2: Die nachfolgende Abbildung zeigt den CARNOT-Kreisprozess im p-V-Diagramm. Beim CARNOT-Kreisprozess handelt es sich um den thermodynamisch optimalen, d.h. um den energetisch effizientesten aller Kreisprozesse. (Abb Seite 9 Skript 2) 2.2 Wie verändert sich nach vollständigem Durchlaufen des Kreisprozesses die innere Energie U? 2.2 Änderung der inneren Energie nach Durchlaufen des Kreisprozesses: Nach vollständigem Durchlaufen des Kreisprozesses ist die innere Energie wieder die gleiche wie zu Beginn des Prozesses (ΔU=0).
• Skript 2: Die nachfolgenden Abbildungen zeigen a) die Maschinenanordnung und b) das T-S-Diagramm des offenen Gasturbinenprozesses nach JOULE (idealer Prozess). (Abb Skript 2 Seite 10) 2.1 Beschreiben Sie anhand der beiden Abbildungen den Gasturbienenprozess nach JOULE. Beginnen Sie dabei mit dem Punkt 1. 2.1 Gasturbinenprozesses nach JOULE: Der Punkt 1 stellt den Zustand der Umgebungsluft dar. Die Umgebungsluft wird isentrop auf den Druck p2 verdichtet. Bei gleich bleibendem Druck erfolgt in der Brennkammer eine Erwärmung bis zu Temperatur T3 In einer Turbine expandiert das Gas bis zum Atmosphärendruck p1=p4.
• Skript 2: Die nachfolgenden Abbildungen zeigen a) die Maschinenanordnung und b) das T-S-Diagramm des offenen Gasturbinenprozesses nach JOULE (idealer Prozess). (Abb Skript 2 Seite 10) 2.2 Von welchen beiden Parametern bzw. Zustandsgrößen wird die spezifische Arbeit des idealen JOULE-Prozesses bestimmt? 2.2 Parameter, welche die spezifische Arbeit des idealen JOULE-Prozesses bestimmen: Die spezifische Arbeit wird von den Parametern Druck p2 (1) und maximale Temperatur T3 (1) bestimmt.
• Skript 2: Die nachfolgenden Abbildungen zeigen a) die Maschinenanordnung und b) das T-S-Diagramm des offenen Gasturbinenprozesses nach JOULE (idealer Prozess). (Abb Skript 2 Seite 10) 2.3 Beim Gasturbinenprozess liegen die Temperaturen in einem Bereich von 800 bis 1300 °C. Durch welche konkrete Maßnahme wird verhindert, dass die zulässige Maximaltemperatur der Brennkammer überschritten wird? 2.3 Maßnahme gegen die Überschreitung der Brennkammer-Maximaltemperatur: Durch das Zumischen von Zusatzluft bzw. Sekundärluft wird die Brennkammer gekühlt und so das Überschreiten der zulässigen Maximaltemperatur verhindert.
• Skript 2: In Heizkraftwerken werden zur besseren Ausnutzung der eingesetzten Primärenergie Strom und Heizwärme kombiniert erzeugt (Kraft-Wärme-Kopplung). 2.1 Skizzieren Sie die Schaltung einer Wärme-Kraft-Kopplung im Gegendruckbetrieb. 2.1 Schaltung einer Wärme-Kraft-Kopplung im Gegendruckbetrieb: Abb Skript 2 Seite 13
• Skript 2: In Heizkraftwerken werden zur besseren Ausnutzung der eingesetzten Primärenergie Strom und Heizwärme kombiniert erzeugt (Kraft-Wärme-Kopplung). 2.1 Unter welcher Bedingung bzw. bei welcher Zielstellung ist der Gegendruckbetrieb von Vorteil? 2.2 Vorteilhafter Einsatz des Gegendruckbetriebs: Der Gegendruckbetrieb ist vorteilhaft, wenn Heiz- und Strombedarf in einem etwa konstanten Verhältnis zueinander stehen.
• Skript 2: In Heizkraftwerken werden zur besseren Ausnutzung der eingesetzten Primärenergie Strom und Heizwärme kombiniert erzeugt (Kraft-Wärme-Kopplung). 2.3 Welche zwei weiteren Schaltungen bzw. Betriebsarten von Heizkraftwerken sind IHnen zur Wärme-Kraft-Kopplung bekannt? 2.3 Weitere Schaltungen bzw. Betriebsarten zur Wärme-Kraft-Kopplung: Kondensationsbetrieb, Entnahme-Kondensationsbetrieb.
• Skript 2: Die nebenstehende Abbildung zeigt die Maschinenanordnung für einen dreistufigen Verdichter mit Zwischenkühlern. In der Maschinenanordnung sind mit den Ziffern 1 bis 6 die einzelnen Verdichtungszustände angegeben. (Abb Skript 2 Seite 14) 2.1 Skizzieren Sie das zur Maschinenanordnung zugehörige T-s-Diagramm und tragen Sie in das Diagramm die Zustände 1 bis 6 ein. 2.1 T-s-Diagramm für eine dreistufige Verdichtung mit Zwischenkühlungen: Abb Skript 2 Seite 15
• Skript 2: Die nebenstehende Abbildung zeigt die Maschinenanordnung für einen dreistufigen Verdichter mit Zwischenkühlern. In der Maschinenanordnung sind mit den Ziffern 1 bis 6 die einzelnen Verdichtungszustände angegeben. (Abb Skript 2 Seite 14) 2.2 Markieren Sie im T-s-Diagramm die erforderliche spezifische Verdichterarbeit und die durch Kühlung eingesparte Verdichterarbeit. 2.2 Erforderliche spez. Verdichterarbeit und durch Kühlung eingesparte Verdichterarbeit: siehe markierte Bereiche unter Lösung 2.1 Abb Skript 2 Seite 15
• Skript 2: Die nebenstehende Abbildung zeigt die Maschinenanordnung für einen dreistufigen Verdichter mit Zwischenkühlern. In der Maschinenanordnung sind mit den Ziffern 1 bis 6 die einzelnen Verdichtungszustände angegeben. (Abb Skript 2 Seite 14) 2.3 Es gibt Anwendungsfälle, bei denen auch bei Verdichtungs- bzw. Druckverhältnissen deutlich über 3 ohne Zwischenkühlung gearbeitet wird. Geben Sie an, wann dies der Fall ist und nennen Sie ein konkretes Beispiel. 2.3 Anwendungsfälle ohne Zwischenkühlung und konkretes Beispiel: Eine Zwischenkühlung erfolgt nicht, wenn nach dem Verdichter Wärme zugeführt wird Konkretes Beispiel: Hochofengebläse oder Gasturbine
• Skript 2: Die folgende Maschinenanordnung a) und das zugehörige T-s-Diagramm b) stellen den idealen Dampfkraftprozess nach CLAUSIUS-RANKINE dar. (Abb Skript 2 Seite 1 und Seite 15) 2.3 Nennen Sie mindestens zwei Größen, die zur Überwachung einer Dampfturbinenanlage laufend gemessen werden und bei Erreichen eines Grenzwertes zur Abschaltung führen. 2.3 Zu überwachende Sicherheitsgrößen einer Dampfturbinenanlage: Drehzahl,  Lägeröl (Druck und Temperatur),  Verlagerung des Rotors relativ zum Gehäuse (Anlaufen des Rotors), Schwingung der Welle, Kondensatorzustand (Druck, Temperatur, Wasserstand), Hydraulikdruck im Regelsystem, Drehvorrichtung für die Rubinenwelle.
• Skript 2: Gasturbinen arbeiten nach dem JOULE-Prozess. Die Maschinenanordnung des offenen Gasturbinenprozesses nach JOULE zeigt die nebenstehende Abbildung (Abb Skript 2 Seite 16) 2.1 Skizzieren Sie den entsprechenden idealen Gasturbinenprozess nach JOULE in einem T-s-Diagramm und tragen Sie die Punkte 1 bis 4 sowie sonstige erforderliche Beschriftungen in ihr Diagramm ein. 2.2 Markieren Sie in ihrem T-s-Diagramm die abgeführte Wäreme und die spezifische Arbeit. 2.1 T-s-Diagramm des idealen JOULE-Prozesses: 2.2 Abgeführe Wärme, spezifische Arbeit Abb Skript 2 Seite 16
• Skript 2: Bei Dampfturbinen werden im Hochdruck- und im Mitteldruckbereich das Gleichdruck- und das Reaktionsprinzip unterschieden. 2a) Vergleichen Sie das Gleichdruck- und das Reaktionsprinzip, indem Sie von den nachstehend genannten Kriterien die jeweils zutreffenden auf dem beiliegenden Arbeitsblatt ankreuzen. Dabei darf in jeder Zeile nur ein Kreuz stehen. (Skript 2 Seite 17&25) Vergleichskriterium Gleichdruckprinzip Reaktionsprinzip Reaktionsgrad r 0 bzw. 0,1 (ca 10%) 0,5 (ca. 50%) Enthalpie- bzw. Druck- groß differenz einer Turbinenstufe klein Erforderliche Stufenzahl der groß Turbine klein Wirkungsgrad besser schlechter Leitschaufeln in "Zwischenböden" Laufschaufeln auf "Trommel" Skript 2 Seite 17 2a) Gleichdruck- und das Reaktionsprinzip: Vergleichskriterium                                                 Gleichdruckprinzip ReaktionsprinzipReaktionsgrad r                                   0 bzw. 0,1                  x                                                            (ca 10%)                                                              0,5                                                       x                                                            (ca 50%) Enthalpie- bzw. Druck-                        groß                            xdifferenz einer Turbinenstufe              klein                                                       x Erforderliche Stufenzahl der               groß                                                      xTurbine                                                klein                           x Wirkungsgrad                                      besser                                                    x                                                            schlechter                   x Leitschaufeln in "Zwischenböden"                                          x Laufschaufeln auf "Trommel"                                                                             x
• Skript 2: Bei Dampfturbinen werden im Hochdruck- und im Mitteldruckbereich das Gleichdruck- und das Reaktionsprinzip unterschieden. 2b) Welches Verhältnis gibt der Reaktionsgrad r an? 2b) Reaktionsgrad r: Der Reaktionsgrad r ist das Verhältnis des im Laufrad umgesetzten Enthalpiegefälles zum Stufengefälle.
• Skript 2: Gase müssen häufig in mehreren Stufen verdichtet werden. 1 a) Skizzieren Sie auf beiliegendem Arbeitsblatt unter Verwendung einiger dort dargestellten Symbole die Maschinenanordnung für einen dreistufigen Verdichter mit Zwischenkühlern. 1b) Nummerieren Sie in der Maschinenanordnung - mit 1 vor dem 1. Verdichter beginnend - die einzelnen Veridichtungszustände. 1c) Skizzieren Sie das zugehörige T, s-Diagramm, und bezeichnen Sie die Punkte der einzelnen Zustände entsprechend der unter b) gewählten Nummerierung. Nutzen Sie hierzu ebenfalls das beiligende Arbeitsblatt. 1d) Markieren Sie im T, s-Diagramm die bei der dreistufigen Verdichtung mit Zwischenkühlung erforderliche spezifische Verdichterarbeit. 1e) Markieren Sie im T, s-Diagramm die durch Kühlung eingesparte Verdichterarbeit. 1a) Maschinenanordnung - > siehe Skript 2 Seite 19  1b) siehe Nummerierung in der Maschinenanordnung unter a) 1c) Skript 2 Seite 19 1d) Durch Kühlung eingesparte Verdichterarbeit, s. markierten Bereich unter b) 1e) spezifische Verdichterarbeit bei Zwischenkühlung, s. markierten Bereich unter b)
• Skript 2: Ein besonderes Problem bei Verdichtern stellt das sog. Pumpen dar. Kreuzen Sie auf beiliegendem Arbeitsblatt an, welche der nachstehend genannten Ursachen, Auswirkungen etc. für das Pumen zutreffend oder nicht zutreffend sind. DAbei darf in jeder Zeile nur ein Kreuz stehen. ja, trifft zu / nein, trifft nicht zu Der Verdichter liefert einen Volumenstrom über dem Bedarf. Der Betriebspunkt des Verdichters liegt an der Pumpgrenze Radialverdichter sind stärker gefährdet als Axialverdichter. Durch Drosselregelung kann das Pumpen vermieden werden. Verdichter mit besonders steiler Δp, V-Kennlinie sind eher gefährdet Die Abblase- bzw. die Abschaltregelung kann das Pumpen verhindern. Das Pumpen tritt nur bei feuchten Gasen bzw. Dämpfen auf. Das Pumpen kann den Verdichter schwer beschädigen.                                                                                                                ja,             nein                                                                                                           trifft zu /     trifft nicht zu Der Verdichter liefert einen Volumenstrom über dem Bedarf.               xDer Betriebspunkt des Verdichters liegt an der Pumpgrenze.              x Radialverdichter sind stärker gefährdet als Axialverdichter.                                          xDurch Drosselregelung kann das Pumpen vermieden werden.                                     xVerdichter mit besonders steiler Δp, V-Kennlinie sind eher gefährdet   xDie Abblase- bzw. die Abschaltregelung kann das Pumpen verhindern.  xDas Pumpen tritt nur bei feuchten Gasen bzw. Dämpfen auf.                                        xDas Pumpen kann den Verdichter schwer beschädigen.                      x
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• Skript 2: Vergleichen Sie die Gasturbine - mit der Dampfturbine (bei Stromerzeugung) - mit dem Verbrennungsmotor (als allgemeine Antriebsmaschine im kleinen Leistungsbereich) indem Sie von den nachstehend genannten Kriterien die jeweils zutreffenden auf dem beiliegenden Arbeitsblatt ankreuzen. Dabei darf in jeder Zeile nur ein Kreuz stehen. (Skript 2 Seite 20&23) 4a) Vergleich Gasturbine mit der Dampfturbine (bei Stromerzeugung) Vergleichskriterium Gasturbine hoch Gasturbine niedrig Dampfturbine niedrig Dampfturbine hoch Enthalpiegefälle Wirkungsgrad Schnelligkeit der Regelung (Lastanpassung) Relative Investitionskosten (in €/kW Nennleistung) Vergleichskriterium                                                 Gasturbine hoch         Gasturbine niedrig                                                                            Dampfturbine niedrig     Dampfturbine hoch Enthalpiegefälle                                                                                                     xWirkungsgrad                                                                                                        xSchnelligkeit der Regelung (Lastanpassung)                     xRelative Investitionskosten (in €/kW Nennleistung)                                              x
• Skript 2: Vergleichen Sie die Gasturbine - mit der Dampfturbine (bei Stromerzeugung) - mit dem Verbrennungsmotor (als allgemeine Antriebsmaschine im kleinen Leistungsbereich) indem Sie von den nachstehend genannten Kriterien die jeweils zutreffenden auf dem beiliegenden Arbeitsblatt ankreuzen. Dabei darf in jeder Zeile nur ein Kreuz stehen. (Skript 2 Seite 20&23) 4b) Vergleich Gasturbine mit dem Verbrennungsmotor Vergleichkriterium Gasturbine hoch Gasturbine niedrig Verbrennungsmotor Verbrennungsmotor niedrig hoch Spezifische Masse, Leistungsgewicht (in kg/kW) Drehzahl der Maschine Wirkungsgrad bei Teillast Temperatur der Abgase Vergleichkriterium                                                      Gasturbine hoch     Gasturbine niedrig                                                                              Verbrennungsmotor   Verbrennungsmotor                                                                                          niedrig                       hochSpezifische Masse, Leistungsgewicht (in kg/kW)                                                  xDrehzahl der Maschine                                                          xWirkungsgrad bei Teillast                                                                                        xTemperatur der Abgase                                                         x
• Skript 2: 3 Skizzieren Sie auf beiliegendem Arbeitsblatt den offenen Gasturbinenprozess (nach JOULE) als Maschinenanordnung / Schaltbild. Benutzen Sie hierzu die im Arbeitsblatt vorgegebenen Symbole Abbildung Skript 2 Seite 21
• Skript 2 4a) Dampfturbinen werden u.a. nach dem Druch im Austrittsstutzen eingeteilt in - Gegendruckturbinen und - Kondensationsturbinen Durch welche Funktionsmerkmale unterscheiden sich beide? 4a) Gegendruckturbien: Die Energie des Abdampfes wird noch für andere Zwecke ausgenutzt. Deshalb ist der Dampfdruck im Austruttsstutzen der Turbine größer als der Druck im Kondensator. Kondensationsturbine: Der Abdampf wird unmittelbar in den Kondensator geleitet und seine Kondensationswärme ohne weitere Ausnutzung an die Umgebung abgeführt.
• Skript 2: 4b) Welche der unter nachstehender Abbildung a) in der Maschinenanordnung dargestellten Turbinen I, II und III sind welchen der unter Aufgabe 4 a) genannten Turbinenarten zuzuordnen? Skript 2 Seite 21 4b) I und II: Gegendruckturbine III: Kondensationsturbine
• Skript 2: 6a) Skizzieren Sie auf beiliegendem Arbeitsblatt den offenen Gasturbinenprozess (nach JOULE) als Maschinenanordnung/Schaltbild in der Einwellenanordnung. Benutzen sie hierzu die im Arbeitsblatt vorgegebenen Symbole. 6b) Wie heißen die von Ihnen verwendeten Symbole? a) Maschinenanordnung/Schaltbild -> Skript 2 Seite 22 b)1 Luftleitung2 Verdichter3 Brennkammer4 Leitung für erwärmte Luft5 mechanische Verbindung (Welle)6 Turbine7 Generator
• Skript 2: 4 Skizzieren Sie auf beiliegendem Arbeitsblatt unter zur Hilfenahme dort angegebener Symbole den idealen Dampfkraftprozess nach CLAUSIUS-RANKINE als Maschinenanordnung/Schaltbild mit Angabe sämtlicher Stoffströme bzw. Leitungen. Skript 2 / Seite 24
• Skript 2: Bei Dampfturbinen werden im Hochdruck- und im Mitteldruckbereich zwei Prinzipien zur Energieumsetzung unterschieden und zwar das Gleichdruck- und das Reaktionsprinzip. 4b) Was wird mit dem Reaktionsgrad beschrieben, wie es er definiert? 4b) ReaktionsgradDer Reaktionsgrad beschreibt die Aufteilung des Enthalpiegefälles einer Turbinenstufe (Stufengefälle) auf Leit- und Laufrad.Er ist als Verhältnis des im Laufrad umgesetzten Enthalpiegefälles zum Stufengefälle definiert.
• Skript 3: Schraubenverdichter gehören zur Gruppe der Verdichter mit rotierendem Verdränger. 3.1 Bennen und erläutern Sie anhand der nachfolgenden Abbildungen I) bis IV) die einzelnen Phasen des Verdichtungsvorganges in einem Schraubenverdichter. (Abb. Skript 3 - Seite 1) 3.1 Verdichtungsvorgang in einem Schraubenverdichter: Abb. I) Ansaugen (1): Zunächst werden die Kammern in der Postion, in der sie mit der Gaseinlassöffnung verbunden sind, gefüllt (1). Abb I, III) Verdichten (1): Bei weiterer Drehung (an den Öffnungen vorbei) ist das Gas eingeschlossen, wobei sich das Kammervolumen im Laufe der Drehung verkleinert und zur Druckseite hin bewegt (1) Abb. IV) Ausströmen (1): Das Ausschieben beginnt, wenn an der Stirnfläche die Auslasskanten erreicht sind (1).
• Skript 3: Schraubenverdichter gehören zur Gruppe der Verdichter mit rotierendem Verdränger. 3.2 Wie lässt sich der Enddruck (nicht Volumenstrom!) eines Schraubenverdichters regeln? 3.2 Regelung des Enddrucks eines Schraubenverdichters: Bei einem Schraubenverdichter legt die Austrittskante das Volumen des Gases am Ende der Verdichtung fest. Wird die Kante nicht im Gehäuse, sondern in einer drehbaren Stauscheibe ausgeführt, kann der End- bzw. Verdichtungsdruck geregelt werden.
• Skript 3: Schraubenverdichter gehören zur Gruppe der Verdichter mit rotierendem Verdränger. 3.3 Welche weitere generelle Bauart von Verdichtern mit rotierendem Verdränger kennen Sie? 3.3 Weitere Bauart eines Verdichters mit rotierendem Verdränger: Drehkolbengebläse (ROOTS-Gebläse).
• Skript 3: Zu den Hydraulikpumpen mit rotierendem Verdränger gehören die Zahnradpumpen mit Innenverzahnung. 3.1 Beschreiben Sie das Funktionsprinzip einer Zahnradpumpe mit Innenverzahnung. 3.1 Funktionsprinzip einer Zahnradpumpe mit Innenverzahnung: Eine Ritzelwelle treibt einen Radkörper mit Innenverzahnung an, der exzentrisch gelagert ist. Beide Räder laufen mit gleichem Drehsinn. Zwischen den beiden Verzahnungen entsteht ein sichelförmiger Raum. Im Bereich zunehmenden Volumens erfolgt das Ansaugen des Fluids. Der Ausschub des Fluids erfolgt vor dem Kämmen der beiden Verzahnungen.
• Skript 3: Zu den Hydraulikpumpen mit rotierendem Verdränger gehören die Zahnradpumpen mit Innenverzahnung. 3.2 Wozu dient bei einer Zahnradpumpe mit Innenverzahnung das eingesetzte Füllstück? 3.2 Aufgabe des eingesetzten Füllstückes: Das Füllstück dient der Abdichtung des Druckraumes gegen den Saugraum, um so einen "Kurzschluss" zwischen beiden Räumen zu verhindern.
• Skript 3: Zu den Hydraulikpumpen mit rotierendem Verdränger gehören die Zahnradpumpen mit Innenverzahnung. 3.3 Verglichen mit au0enverzahnten Zahnradpumpen liegen bei innenverzahnten günstigere Eingriffsverhältnisse vor. Nennen Sie mindestens einen Vorteil, der sich daraus ergibt. 3.3 Vorteil von Pumpen mit Innenverzahnung im Vergleich zur Außenverzahnung: Die Strömung pulsiert weniger. Die Laufgeräusche sind geringer. Drücke über 300 bar sind möglich.
• Skript 3: Die nachfolgende Skizze zeigt die vereinfachte Schnittdarstellung einer Kolbenpumpe. (Abb Skript 3 Seite 2) 3.1 Erläutern Sie, mit Hilfe der Skizze, die Wirkungsweise der dargestellten Kolbenpumpe. 3.1 Wirkungsweise der dargestellten Kolbenpumpe: Der Kolben (4) (hier als Tauchkolben bzw. Plunger ausgebildet) wird nach rechts bewegt. Der Arbeitsraum der Pumpe (9) vergrößert sich, wobei der Druck im Fluid sinkt. Der Atmosphärendruck auf der Flüssigkeit im offenen Behälter links fördert das Fluid durch die Saugleitung (1) und das offene Saugventil (3) in den Arbeitsraum. Erreicht die Kurbel (5) den rechten Totpunkt, geht die Plungergeschwindigkeit nach Null. Die Flüssigkeit in der Saugleitung kommt zur Ruhe und das Saugventil schließt. Der anschließend nach links bewegte Plunger verkleinert den Arbeitsraum. Die Flüssigkeit öffnet das Druckventil (6) und strömt in die Druckleitung (8). Danach wiederholt sich der beschriebene Vorgang
• Skript 3: Die nachfolgende Skizze zeigt die vereinfachte Schnittdarstellung einer Kolbenpumpe. (Abb Skript 3 Seite 2) 3.2 Wozu dienen die Windkessel (2) und (7), die ein Luftpolster über dem Fluid halten? 3.2 Aufgabe der Windkessel:  Durch die Windkessel wird eine Vergleichmäßigung der Strömung in der Saug- und Druckleitung erreicht.
• Skript 3: Hydraulikpumpen werden grundsätzlich eingeteilt in Pumpen mit rotierenden und mit oszillierenden Verdrängern. (Abb. Skript 3 Seite 3) 3.1 Geben Sie an, um welche grundsätzliche sowie spezielle Pumpenbauart es sich in der nebenstehenden Skizze handelt und bezeichnen Sie die mit (1) bis (7) gekennzeichneten Bauteile. 3.1 Grundsätzliche sowie spezielle Pumpenbauart und Bezeichnung der Bauteile: Grundsätzliche Bauart: Hydraulikpumpe mit rotierendem Verdränger  Spezielle Bauart:          Flügelzellenpumpe (1) Antriebswelle (2) Rotor (3) Stator (4) Flügel (5) Steuerplatten (6) Deckel (7) Gehäuse
• Skript 3: Hydraulikpumpen werden grundsätzlich eingeteilt in Pumpen mit rotierenden und mit oszillierenden Verdrängern. (Abb Skript 3 Seite 3) 3.2 Erläutern Sie, warum sich Hydraulikpumpen mit oszillierenden Verdrängern für höhere Drücke auslegen lassen, als Pumpen mit rotierenden Verdrängern. sehr geringe Toleranzen herstellbarer zylindrischer Flächen Dichtung auf Flächen /nicht auf Berühungslinien --> Leckagen der Kolbenpumpen geringer als bei anderen Bauarten
• Skript 3: Die nachstehenden Prinzipskizzen zeigen eine Hydraulikpumpe mit rotierendem Verdränger. (Abb. Skript 3 Seite 4) 3.1 Geben Sie an, um welche spezielle Pumpenbauart es sich in den Skizzen handelt. 3.1 Skizzierte Hydraulikpumpe mit rotierendem Verdränger: Es handelt sich um eine Zahnradpumpe mit Außenverzahnung.
• Skript 3: Die nachstehenden Prinzipskizzen zeigen eine Hydraulikpumpe mit rotierendem Verdränger. (Abb. Skript 3 Seite 4) 3.2 Beschreiben Sie ausführlich das Funktionsprinzip der skizzierten Pumpe: 3.2 Funktionsprinzip der dargestellten Pumpe: Der Antrieb erfolgt über die Antriebswelle (3). Sie treibt über eine Innenverzahnung die in Buchsen (5) gelagerten Zahnräder (7). Die Zahnräder drehen sich gegenläufig. Dabei wird in den freien Zahnkammern bei der angegebenen Drehrichtung das Fluid von links nach rechts gefördert.  Die aneinander kämmenden Zahnflanken der beiden Räder dichten den Druckraum P gegen den Saugraum S ab. Das dabei unter hohem Druck stehende Quetschöl wird seitlich abgeleitet und über Nuten im Lagerblock (4) in den Druckraum geführt.

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