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Experimentelle Untersuchungen zum Einfluss der Schaufelgeometrie auf das Betriebsverhalten eines halbaxialen Ventilators für die Kühlung von Großmotoren

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Experimentelle Untersuchungen zum Einfluss der Schaufelgeometrie auf das Betriebsverhalten eines halbaxialen Ventilators für die Kühlung von Großmotoren

Khaled Tunsi (Taschenbuch, Deutsch)

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Beschreibung

In der vorliegenden Arbeit wird über experimentelle Untersuchungen zum Einfluss der Schaufelgeometrie auf das Betriebsverhalten eines halbaxialen Ventilators für die Kühlung von Großmotoren berichtet. Die verschiedenste Parameter und konstruktive Modifikationen wurden messtechnisch an einem Kammerprüfstand nach DIN EN ISO 5801 untersucht. Dieser wurde konstruiert, gefertigt und am FSD betrieben. Als erste Maßnahme, um die Strömung am Schaufeleintritt zu begünstigen, die Eintrittswinkel ß1geändert. Dabei werden die Schaufeln um 30° in die Richtung der Relativkomponente der Anströmung gedreht. Dadurch entsteht ein Ein- wie Austrittschaufelwinkel von 36°. Eine Verwindung von NACA-Profilierung führte nicht zu der erwarteten Wirkungsverbesserung. Bei der Auslegung der profilierten Schaufeln konnte lediglich auf ein angepasstes Auslegungsverfahren von axialen Ventilatoren zurückgegriffen werden. Hier kann auch die Ursache zwischen den Abweichungen der berechneten Leistungsparameter und den realen Messwerten gesehen werden. Eine weitere Schaufelauslegung stützt sich dabei auf ein von Engelberg entworfenes Verfahren zur „optimalen Auslegung halbaxialer Ventilatoren“. Der gemessene Bestpunkt weicht von dem berechneten Auslegungspunkt ab. In vorwärts gekrümmten Schaufeln (Engelberg-Schaufeln) wird die Strömung stark umgelenkt, was hohe Verluste mit sich bringt. Des Weiteren wird in dieser Schaufelform eine hohe Umfangskomponente in der Absolutgeschwindigkeit erzeugt. Diese kinematische Energie wird bei frei ausblasenden Laufrädern jedoch nicht in einem Leitrad umgesetzt, sondern geht als Drall in der Abströmung verloren. Es konnte keine absehbare Verbesserung des Wirkungsgrades an diesem Laufrad mit dem Ansatz nach Engelberg. Die anschließend durchgeführten Messungen der Geschwindigkeitsverteilung im Nachlauf der mittels PIV-Messung für den Bestpunkt zeigen deutlich, dass die aus dem Auslegungsverfahren resultierenden Volumen- und Druckzahlen nicht erreicht werden. Speziell weichen die Größen an der Schaufelsaugseite am Außenschnitt von den Auslegungsparametern ab. Dies resultiert aus der nachgewiesenen Ablösung an der Deckscheibe, wodurch sich ein Rückströmgebiet ausbildet, das sich über den halben Schaufelkanal erstreckt. Anschließend wurde einem Schaufelsatz nach das klassische Auslegungsverfahren nach Pfleiderer ausgelegt. Bezüglich des Wirkungsgrades sowie des Erreichens des Auslegungspunktes, erzielt die Berechnung nach Pfleiderer durchgehend bessere Ergebnisse als vorherigen Auslegungen Der maximale Wirkungsgrad konnte gegenüber den Vergleichsschaufeln um 15 Prozentpunkte gesteigert werden. Das Auslegungsverfahren nach der Minderleistung scheint von allen das am besten auf halbaxiale Laufräder anwendbare zu sein, da diese Laufradform von Pfleiderer auch schon berücksichtigt wurde. Gerade dieser Punkt ist aber das größte Problem bei den Auslegungsverfahren nach der Gitterverfahren, dort werden zu viele vereinfachende Annahmen gemacht, die bei axialen Maschinen gültig sind, allerdings nicht bei halbaxialen. Zudem basieren sie stark auf axialen empirischen Erkenntnissen, welche nur bedingt die Bedingungen bei halbaxialen Laufrädern wiedergeben. Auch gerade die Ermittlung der Sehnenlänge gelingt bei den halbaxialen Schnitten nicht richtig, da die Werte nicht mit den Rechenwerten übereinstimmen. Die Auslegung nach Engelberg ist bezüglich der Schaufelwinkel nicht umsetzbar, denn dort liegt der Schwerpunkt eindeutig auf der Laufradform, welche im Rahmen dieser Arbeit allerdings fest vorgegeben ist. Bei Auslegungen ohne feste Vorgabe der Laufradgeometrie wäre eine Kombination der Auslegungsverfahren eine interessante Möglichkeit, da bei dem Minderleistungsverfahren die Form des Laufrades nicht ausführlich betrachtet wird. Zwar geschieht dies bei Engelberg umfangreich, dafür vernachlässigt er die Winkel, welche wiederum bei den Minderleistungsverfahren den Mittelpunkt der Auslegung ausmachen. Es wäre also eine Möglichkeit zuerst mittels Engelberg die ideale Laufradgeometrie zu den gewünschten Zielgrößen zu finden und dann die Schaufelwinkel mit der Minderleistungsmethode zu berechnen. Weiterhin kann auch über eine Profilierung der Schaufeln nachgedacht werden, welche dann über Korrekturfaktoren, ähnlich dem Gitterverfahren, mit empirischen Erkenntnissen die rein theoretischen Berechnungen von Engelberg und Pfleiderer erweitern. Die Deckscheibe hat einen großen Einfluss auf die Kennlinie des Laufrades. Speziell die Ablösung aufgrund der Deckscheibenkrümmung auf der Schaufelsaugseite stellt ein großes Problem dar. Hier kann eine verbesserte Kontur die Ablösung verhindern. Da der Meridianschnitt des Laufrades vorgegeben war, können Teilweise die Ergebnisse von den erwarteten Effekten abweichen. Hier konnte einen starke Ablösung austrittseitig an der Deckscheibe nachgewiesen werden. Daher sind die hier erarbeitenden Erkenntnisse nicht auf andere Laufräder zu übertragen. Weniger zeigen

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Produktinformationen

Technische Daten

Erscheinungsdatum

10.12.2015

Sprache

Deutsch

EAN

9783863876685, 9783863876685

Herausgeber

Mensch & Buch

Sonderedition

Nein

Autor

Khaled Tunsi

Seitenanzahl

122

Auflage

Einbandart

Taschenbuch

Einbandart Details

Klebebindung

Schlagwörter

Schaufelgeometrie, Strömungstechnik, Fluidsystemdynamik, Kühlung Großmotoren, halbaxialer Ventilators

Thema-Inhalt

TBC - Ingenieurswesen, Maschinenbau allgemein

Thema-Zusatz

für die Hochschulausbildung, für die Erwachsenenbildung

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