Wolfgang Kalide Herbert Sigloch

Energieumwandlung in Kraft- und Arbeitsmaschinen Kolbenmaschinen – Strömungsmaschinen – Kraftwerke

10., bearbeitete Auflage

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Inhaltsverzeichnis Formelzeichen und Einheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1 Allgemeine Betrachtungen zur Energieumwandlung . . . . . . . . . . . . 1.2 Energieumwandlung in der Technik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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2 Theoretische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1 Allgemeine physikalische Größen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Hydromechanik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.1 Hydrostatik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.2 Kontinuitätsgleichung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.3 Bernoullische Gleichung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.3.1 Düse und Diffusor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.3.2 Messung von Strömungsgeschwindigkeiten . . . . . . 2.2.4 Strömung in Rohrleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.5 Druckenergieverlust in Rohrleitungen . . . . . . . . . . . . . . 2.2.6 Hauptgleichung der Strömungsmaschinen . . . . . . . . . . . 2.2.7 Kavitation und Verdichtungsstoß . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3 Wärmetechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.1 Thermische Zustandsgrößen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.2 Erster Hauptsatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.3 Spezifische Wärmekapazität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.4 Enthalpie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.5 Zustandsgleichungen des idealen Gases . . . . . . . . . . . . . 2.3.5.1 Thermische Zustandsgleichung . . . . . . . . . . . . 2.3.5.2 Kalorische Zustandsgleichung . . . . . . . . . . . . . 2.3.6 Zweiter Hauptsatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.6.1 Entropie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.6.2 Darstellung der Entropie durch thermische Zustandsgrößen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.6.3 Formulierungen des zweiten Hauptsatzes . . . . . . . 2.3.6.4 Exergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.6.5 Das T, s- oder Wärmediagramm . . . . . . . . . . . . 2.3.7 Technisch wichtige Zustandsänderungen . . . . . . . . . . . . 2.3.8 Gasgemische . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.9 Die Normalatmosphäre (Aerostatik) . . . . . . . . . . . . . . 2.3.10 Feuchte Gase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.11 Strömung mit großen Druckänderungen . . . . . . . . . . . . 2.3.11.1 Dynamische Temperatur . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.11.2 Totalzustand (Gesamtzustand, Ruhezustand) . . . . . 2.3.12 Kreisprozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.13 Laval-Düse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.14 Zustandsänderungen des Wasserdampfes . . . . . . . . . . . . 2.3.15 Arbeitsvermögen des Wasserdampfes . . . . . . . . . . . . . .

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Inhaltsverzeichnis 2.3.15.1 Nutzarbeit im T, s-Diagramm . . 2.3.15.2 Nutzarbeit im h, s-Diagramm . . 2.3.15.3 Nutzarbeit im p, v-Diagramm . . 2.3.16 Brennstoffe und Verbrennung . . . . . . . 2.3.16.1 h, T-Diagramm . . . . . . . . . . 2.3.17 Wärmedurchgang . . . . . . . . . . . . . . 2.3.17.1 Wärmeübergang durch Berührung 2.3.17.2 Wärmeübergang durch Strahlung 2.4 Wirkungsgrade der Maschinen . . . . . . . . . . 2.5 Vergleich der Kolben- und Strömungsmaschinen . 2.6 Regelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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3 Kolbenmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1 Ventilsteuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Kurbeltrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.1 Kräfte am Kurbeltrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.2 Tangentialkraftdiagramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.2.1 Ableitung der Bewegungsverhältnisse beim Kurbeltrieb 3.2.2.2 Gesamttangentialkraft . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.3 Schwungradberechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.4 Massenausgleich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.5 Kräfteausgleich bei der Mehrzylindermaschine . . . . . . . . . 3.2.6 Momentenausgleich bei Mehrzylindermaschinen . . . . . . . . 3.3 Kolbenpumpen (Verdrängerpumpen) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.1 Kolbenpumpen mit hin- und hergehendem Kolben . . . . . . . 3.3.1.1 Wirkungsweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.1.2 Fördervolumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.1.3 Saughub . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.1.4 Druckhub . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.1.5 Pumpenventile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.1.6 Wirkungsgrade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.1.7 Sonderformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.2 Drehkolbenpumpen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.3 Flüssigkeitsringpumpen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4 Verdrängungsverdichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.1 Kolbenverdichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.1.1 Thermodynamik der Kolbenverdichter . . . . . . . . 3.4.1.2 Schädlicher Raum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.1.3 Wirkliche Verdichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.1.4 Volumetrischer Wirkungsgrad . . . . . . . . . . . . . 3.4.1.5 Indizierter Wirkungsgrad; indizierte Leistung . . . . . 3.4.1.6 Mechanischer Wirkungsgrad; Antriebsleistung . . . . 3.4.1.7 Mehrstufige Kolbenverdichter . . . . . . . . . . . . . 3.4.1.8 Regelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.2 Rotationsverdichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.2.1 Roots-Gebläse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.2.2 Drehkolbenverdichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.2.3 Flüssigkeitsringpumpen als Verdichter . . . . . . . . .

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Inhaltsverzeichnis 3.5 Kolbenmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.1 Arbeitsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.2 Aufbau der Kolbenmotoren . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.3 Verluste, Leistungen, Wirkungsgrade . . . . . . . . . . 3.5.4 Ottomotor (Viertakt) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.4.1 Vergaser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.4.2 Zündung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.4.3 Elektronisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzung 3.5.5 Dieselmotor (Viertakt) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.5.1 Vergleich Ottomotor – Dieselmotor . . . . . . 3.5.5.2 Einspritzung und Gemischbildung . . . . . . 3.5.6 Die Steuerung des Gaswechsels bei Viertaktmotoren . . 3.5.7 Zweitaktverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.7.1 Nachladung beim Zweitaktverfahren . . . . . 3.5.8 Gegenüberstellung von Zweitakt und Viertakt . . . . . 3.5.8.1 Wärmebelastung und Kühlung . . . . . . . . 3.5.8.2 Mechanische Belastung und Schmierung . . . 3.5.9 Kreiskolbenmotor (Wankelmotor) . . . . . . . . . . . . 3.5.10 Freikolbenmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.11 Aufladung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.12 Stirlingmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.13 Kraftstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.14 Kühlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.15 Mehrzylinder-Anordnungen . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.16 Ausführungsbeispiele von Kolbenmotoren . . . . . . . 3.5.17 Betriebsverhalten der Motoren . . . . . . . . . . . . .

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4 Strömungsmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1 Arbeitsverfahren der Strömungsmaschinen . . . . . . . . . . . . 4.2 Geschwindigkeitsplan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.1 Geschwindigkeiten am radialen Laufrad . . . . . . . . . 4.2.2 Geschwindigkeiten am axialen Laufrad . . . . . . . . . . 4.3 Hauptgleichung der Strömungsmaschinen . . . . . . . . . . . . 4.4 Strömungsarbeitsmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.1 Gemeinsame Grundlagen der Strömungsarbeitsmaschinen 4.4.1.1 Radial durchströmte Maschinen . . . . . . . . . 4.4.1.2 Axial durchströmte Maschinen . . . . . . . . . 4.4.2 Festlegung der Schaufelzahl . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.3 Betriebsverhalten der Strömungsarbeitsmaschinen . . . . 4.4.3.1 Betriebspunkt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.3.2 Kennliniendiagramm . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.3.3 Drehzahlregelung . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.3.4 Labiler Zweig der Kennlinie . . . . . . . . . . . 4.4.3.5 Parallelförderung von Kreiselpumpen . . . . . . 4.4.3.6 Pumpen bei Kreiselverdichtern . . . . . . . . . 4.4.3.7 Betriebsverhalten der Radialverdichter . . . . . 4.4.3.8 Betriebsverhalten der Axialverdichter . . . . . . 4.4.4 Vergleich der Kolben- und Strömungsmaschinen . . . . .

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Inhaltsverzeichnis

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4.4.5 Kreiselpumpen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.5.1 Leistung und spezifische Förderarbeit . . 4.4.5.2 Saughöhe und Kavitation . . . . . . . . . 4.4.5.3 Spezifische Drehzahl und Bauarten . . . 4.4.5.4 Ausgleich des Achsschubes . . . . . . . 4.4.5.5 Sonderformen der Kreiselpumpe . . . . . 4.4.6 Wasserstrahlpumpen (Ejektoren) . . . . . . . . . 4.4.7 Turboverdichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.7.1 Thermodynamik der Turboverdichter . . 4.4.7.2 Radialverdichter . . . . . . . . . . . . . 4.4.7.3 Axialverdichter . . . . . . . . . . . . . . 4.4.8 Propeller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.8.1 Luftschrauben . . . . . . . . . . . . . . 4.4.8.2 Schiffsschrauben . . . . . . . . . . . . . 4.5 Strömungskraftmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5.1 Energieumwandlung im Leitapparat . . . . . . . 4.5.2 Energieumwandlung im Laufrad . . . . . . . . . 4.5.2.1 Energieumwandlung im radialen Laufrad 4.5.2.2 Energieumwandlung im axialen Laufrad 4.5.3 Verluste, Wirkungsgrade, Leistungsbegriffe . . . . 4.5.4 Kenngrößen von Strömungskraftmaschinen . . . 4.5.5 Wasserturbinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5.5.1 Francis-Turbine . . . . . . . . . . . . . 4.5.5.2 Kaplan-Turbine . . . . . . . . . . . . . 4.5.5.3 Laufradformen . . . . . . . . . . . . . . 4.5.5.4 Saugrohr . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5.5.5 Freistrahl-(Pelton-)Turbine . . . . . . . 4.5.5.6 Wirkungsgrade von Wasserturbinen . . . 4.5.5.7 Durchströmturbine . . . . . . . . . . . . 4.5.6 Dampfturbinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5.6.1 Leitapparate . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5.6.2 Gleichdruckstufe . . . . . . . . . . . . . 4.5.6.3 Überdruckstufe . . . . . . . . . . . . . . 4.5.6.4 Geschwindigkeitsstufung . . . . . . . . 4.5.6.5 Druckstufung . . . . . . . . . . . . . . . 4.5.6.6 Regelung der Dampfturbinen . . . . . . 4.5.6.7 Mehrstufige Großturbinen . . . . . . . . 4.5.6.8 Gegendruck- und Entnahmeturbinen . . 4.5.7 Gasturbinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5.7.1 Offene Gasturbinenanlagen . . . . . . . 4.5.7.2 Geschlossene Gasturbinenanlagen . . . 5 Grundlagen der Energiewirtschaft . . . 5.1 Energiespeicherung . . . . . . . . . 5.2 Bedarfsdeckung . . . . . . . . . . 5.3 Energieverteilung . . . . . . . . . . 5.4 Deckung von Bedarfsabweichungen 5.5 Energieentstehungskosten . . . . .

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Inhaltsverzeichnis 5.5.1 Feste Kosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5.2 Veränderliche Kosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.6 Einteilung der Kraftwerke (Energieanlagen) . . . . . . . . . . . . . . .

6 Wasserkraftwerke . . . . . . . . . . . . . . . 6.1 Pumpspeicherkraftwerke . . . . . . . . . 6.2 Gezeitenkraftwerke . . . . . . . . . . . . 6.2.1 Doppelt wirkende Einbeckenanlage 6.2.2 Zweibeckenanlage . . . . . . . . .

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7 Dampfkraftwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1 Kondensationskraftwerke . . . . . . . . . . . . . . 7.2 Kraft-Wärme-Kopplung . . . . . . . . . . . . . . . 7.3 Regelung in Dampfkraftwerken . . . . . . . . . . . 7.3.1 Festdruck- oder Gleitdruckbetrieb . . . . . . 7.3.1.1 Festdruckbetrieb . . . . . . . . . . . 7.3.1.2 Gleitdruckbetrieb . . . . . . . . . . . 7.3.1.3 Modifizierter Gleitdruckbetrieb . . . 7.4 Dampferzeugung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.1 Wärmeumsatz . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.2 Prinzip der technischen Dampferzeugung . . 7.4.3 Dampferzeuger . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.3.1 Wasserrohrkessel mit Naturumlauf . 7.4.3.2 Wasserrohrkessel mit Zwangsumlauf 7.4.3.3 Wasserrohrkessel mit Zwangsdurchlauf 7.4.3.4 Schiffskessel . . . . . . . . . . . . . . 7.4.3.5 Kessel mit Druckfeuerung . . . . . . 7.4.4 Feuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.4.1 Schmelzfeuerungen . . . . . . . . . . 7.4.5 Luftvorwärmer . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.6 Zugerzeugung . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.6.1 Schornsteinzug . . . . . . . . . . . . 7.4.6.2 Saugzug . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.7 Speisewasseraufbereitung . . . . . . . . . . .

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8 Gasturbinen-Kraftanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1 Einsatz von Gasturbinen-Kraftanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2 Gasturbinen-Anlagen als Speicherkraftwerke . . . . . . . . . . . . . . .

373 373 375

Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

377

Stichwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

378

. . . . . . . . .

11

Formelzeichen und Einheiten –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Zeichen Maßeinheit Bedeutung –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– A m2 Fläche, Querschnitt a m/s Schallgeschwindigkeit a m/s2 Beschleunigung a l variable Zahl b m Breite c m/s absolute Geschwindigkeit c¯ m/s mittlere Geschwindigkeit Ca l Auftriebsbeiwert cp kJ/(kg · K) spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck c√ kJ/(kg · K) spezifische Wärmekapazität bei konstantem Volumen Cw l Widerstandsbeiwert CS W/(m2 · K4) Strahlungszahl des schwarzen Körpers, Zahlenwert 5,7685 d m Durchmesser D Nms = kg · m2/s Drall, Impulsmoment E J = Nm Energiemenge E˙ W = J/s Energiestrom, Energieleistung e m Längenmaß F N Kraft G N Gewichtskraft g m/s2 Fallbeschleunigung H kJ Enthalpie Hu kJ/kg Heizwert h kJ/kg = 103 m2/s2 spezifische Enthalpie h m2/s2 spezifische Energie hv m2/s2 spezifische Verlustenergie I Ns = kg · m/s Impuls J kg m2 Massenträgheitsmoment k mm Rauigkeit k W/(m2 · K) Wärmedurchgangszahl l; L m Länge M Nm Moment M kg/kmol Molmasse Ma l Mach-Zahl m kg Masse m ˙ kg/s Massenstrom, Mengenstrom n s–1 Drehzahl, Drehfrequenz n l Polytropen-Exponent n l Luftzahl P W Leistung p Pa = N/m2; bar absoluter Druck pB mbar = hPa Barometerdruck pL mbar = hPa Luftdruck pü Pa = N/m2; bar Überdruck = absoluter Druck abzüglich Luftdruck Q kJ Wärmemenge Q˙ kW Wärmestrom, Wärmeleistung q J/kg = m2/s2 bezogene Wärmemenge

12

Formelzeichen und Einheiten

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Zeichen Maßeinheit Bedeutung –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– R J/(kg · K) Gaskonstante Re l Reynolds-Zahl r m Radius r kJ/kg Verdampfungswärme r l Reaktionsgrad S kJ/K Entropie s kJ/(kg · K) spezifische Entropie s m Strecke, Weg, Wandstärke T K absolute Temperatur t °C Temperatur über dem Gefrierpunkt des Wassers bei 1013,25 mbar t s Zeit, Zeitpunkt, Zeitspanne t m Teilung t m Körpertiefe U m Umfang U kJ innere Energie u kJ/kg = 103 m2/s2 spezifische innere Energie u m/s Umfangsgeschwindigkeit V m3 Rauminhalt, Volumen V˙ m3/s Volumenstrom, Durchsatz √ m3/kg spezifisches Volumen W kJ Arbeit w kJ/kg = 103 m2/s2 spezifische Arbeit bei hydraulischen Maschinen w m/s relative Geschwindigkeit x 1 oder % Dampfanteil des Nassdampfes x g/kg Wasseranteil der feuchten Luft Y Nm/kg = m2/s2 spezifische Arbeit bei thermischen Maschinen z l Schaufelzahl z m Höhe a W/(m2 · K) Wärmeübergangszahl a l Kontraktionszahl a Bogengrad rad Winkel zwischen c und u b Bogengrad rad Winkel zwischen w und u d l Ungleichförmigkeitsgrad e l Verdichtungsverhältnis e l Kälteleistungszahl e l Emissionsverhältnis h l Wirkungsgrad h Pa · s = kg/(m · s) dynamische Viskosität z l Widerstandszahl k l Isentropen-Exponent l l Rohrreibungszahl l l Luftüberschusszahl, Luftverhältnis l l Schubstangenverhältnis l W/(m · K) Wärmeleitzahl n m2/s kinematische Viskosität r kg/m3 Dichte s l Radformzahl f l relative Luftfeuchtigkeit f l Lieferzahl; Geschwindigkeitszahl y l Nusseltsche Ausflussfunktion y l Druckzahl w s–1 Winkelgeschwindigkeit

13

1

Einleitung

1.1

Allgemeine Betrachtungen zur Energieumwandlung

Energieumsetzung und Wirkungsgrad sind für den Ingenieur zwei untrennbare Begriffe. Überall da, wo Energie gewonnen, umgewandelt oder genutzt wird, entstehen unvermeidbare Verluste. Diese Verluste so klein wie möglich zu halten, gehört zum täglichen Brot des Ingenieurs. Wenn heute bei der Umwandlung von Energieformen, Wirkungsgrade von 40– 48 % erreicht werden, so mag das viel erscheinen. Realistisch betrachtet ist es jedoch nichts anderes als eine ungeheure Verschwendung von Gütern, die die Natur keineswegs unbegrenzt zur Verfügung stellt. Die physikalisch bereits gelöstenProbleme derDirektumwandlung von chemischerund thermischer in elektrische Energie, die den überaus schlechten thermischen Wirkungsgrad der Kreisprozesse vermeidet, lassen die Hoffnung zu, dass es in Zukunft eine bessere Ausnutzung der Naturenergieformen geben wird. Es kommt darauf an, den von der Natur bereitgestellten Brennstoffen vor ihrer Verwertung in Wärmekraftanlagen alle wertvollen, für die Verbrennung aber unwichtigen Bestandteile zu entziehen. Nicht bei allen Brennstoffen bietet sich dies an. Daher steht die bessere Ausnutzung vor allem der in nur relativ geringer Menge vorhandenen atomaren Brennstoffe (Spaltstoffe) im Mittelpunkt der heutigen Kernforschung. Der Einsatz von Brutreaktoren als Leistungsreaktoren ist aber noch eine Frage der Zeit.Jedoch auch die Kernkraftanlage kann heute noch nicht auf die Wärmekraftmaschine verzichten und unterliegt damit der genannten schlechten Ausnutzung. Die Hoffnung vieler Energiewirtschaftler ruht in der Entwicklung des Fusionsreaktors, eine Entwicklung, die heute noch voll und ganz in den Händen der Plasmaphysiker liegt. Im Gegensatz zu den Spaltungsreaktoren mit ihren erheblichen Problemen des Umweltschutzes erwartet man von dem Fusionsreaktor eine für die Umgebung gefahrlosere Arbeitsweise. Sollte die Entwicklung des Fusionsreaktors gelingen, könnte man auf der Erde in ähnlicher Weise Energie erzeugen, wie es im Innern der Sonne geschieht. Brennstoffsorgen würde es dann keine mehr geben, denn die Primärenergie des Fusionsreaktors ist im Wasser enthalten, und davon besitzt die Erde ausreichend. Ein anderes schwer lösbares Problem bei allen thermischen Kraftanlagen ist der Kühlwasserbedarf. Überall, wo Wärme umgesetzt wird, entstehen Kühlungsprobleme. Die in nur noch geringem Maße vorhandene Kühlkapazität der Flussläufe wird schnell erschöpft sein, denn der drohende Erstickungstod der Flüsse begrenzt deren Nutzung als Kühlwasserspender. Hier rasch einen Ausweg zu finden, gehört zu den vordringlichen Aufgaben der Energiewirtschaft. Wo heute über Energieprobleme gesprochen wird, fällt sofort das Stichwort Alternative Energien. Gemeint sind damit die Energieformen, die im Gegensatz zur chemischen Energie regenerativ, d. h. wiedergewinnbar, sind. Das sind Wasserkraft und Windenergie. Zu den alternativen Energien zählen auch die Sonnenstrahlung, die Gasgewinnung aus der Biomasse, die Brennstoffgewinnung aus Pflanzen und die Wärmegewinnung aus der Müllverbrennung. Diese Energieformen sind aber entweder weitgehend ausgenutzt

14

1 Einleitung

(Wasser), in großem Maßstab schwer anwendbar (Wind) oder allein durch ihren Anfall auf geringere und örtlich begrenzte Nutzbarkeit beschränkt (Biomasse). Einzig die Energie der Sonnenstrahlung verspricht Nutzen in größerem Umfang, auch wenn wir heute noch davon entfernt sind, auf fossile oder atomare Energieträger verzichten zu können. Zur Nutzung alternativer Energiequellen siehe die entsprechende Spezialliteratur.

1.2

Energieumwandlung in der Technik

Maschinen sind technische Geräte mit beweglichen Teilen, die Arbeitsgänge selbstständig verrichten und damit Muskelkraft einsparen. Innerhalb der Maschinen spielen die Kraftmaschinen eine wichtige Rolle, weil es erst mit ihrer Hilfe möglich ist, die Kräfte der Natur in eine für den Menschen nutzbare Form umzuwandeln (Bild 1.1). Alle anderen Maschinen sind im Prinzip Arbeitsmaschinen und werden von Kraftmaschinen, aber auch von menschlicher oder tierischer Muskelarbeit angetrieben. Grundsätzlich kann gesagt werden, dass in jeder Kraft- und Arbeitsmaschine eine Umwandlung von Energie aus einer Form in eine andere Form stattfindet.

Bild 1.1 Energieumsetzung in Kraft- und Arbeitsmaschinen

Die im Sprachgebrauch übliche Bezeichnung Kraftmaschine ist dimensionsfalsch. Zur Erzeugung von Kräften dienen beispielsweise Pressen und Schraubstöcke. Die sogenannten Kraftmaschinen liefern jedoch nicht Kräfte, sondern Arbeit (mechanische Energie). Kraftmaschinen entnehmen dem Arbeitsmedium Energie und geben sie in Form von mechanischer Arbeit an den Verbraucher ab. Ihre Umkehrung sind die sogenannten Arbeitsmaschinen (Pumpen, Verdichter, Kältemaschinen). Sie geben die ihnen zugeführte mechanische Arbeit an das Arbeitsmedium weiter und erhöhen dessen Energiegehalt. Die Energie kann man bei großzügiger Auslegung in vier Formbereiche einordnen, wie in Bild 1.2 dargestellt. Mit Primärform sind die natürlichen Energievorkommen bezeichnet, Sekundärformen sind erst durch Umwandlung aus Primärformen entstanden. Bild 1.2 gibt ohne Anspruch auf Vollständigkeit einen Überblick über die Aussage des Energiegesetzes, das lautet: Energie kann nicht aus dem Nichts entstehen und nicht vernichtet werden (Robert Mayer). Jede Energieform kann mehr oder weniger weitgehend in eine andere Erschei-

1.2 Energieumwandlung in der Technik

15

nungsform umgewandelt werden, wobei in einem abgeschlossenen System die Summe der Energiebeträge konstant bleibt.

Bild 1.2 Schematische Verdeutlichung der technischen Möglichkeiten von Energieumwandlungen Ausnutzung: Chemisch – Thermisch 80–92 % Thermisch – Mechanisch 20–45 % Mechanisch – Elektrisch 90–98 % Chemisch – Elektrisch 50–70 % (Derzeitiger Stand der Technik)

Im Einzelnen versteht man unter Kraftmaschinen: Verbrennungsmotor, Gasturbine, Kolbendampfmaschine, Dampfturbine, Wasserturbine, Windrad. Selbstverständlich ist auch der Elektromotor eine Kraftmaschine, ebenso wie der elektrische Generator eine Arbeitsmaschine ist. Arbeitsmaschinen sind im Prinzip alle Maschinen, die von einer Kraftmaschine angetrieben werden. In unserem speziellen Falle versteht man darunter jedoch nur: Kolbenpumpe, Kreiselpumpe, Kolbenverdichter, Turboverdichter. Unterschiedskennzeichen somit: • Kraftmaschinen liefern mechanische Energie. • Arbeitsmaschinen benötigen mechanische Energie.

16

1 Einleitung

Die Einordnung der genannten Maschinen in das Energieumwandlungsschema von Bild 1.2 zeigt Bild 1.3. Primär-Energie Wasserturbine (K) Windturbine (K) Windrad (K)

Kolben-, Kreiselpumpe (A) Kolben-, Kreiselverdichter (A) Gebläse (A), Ventilator (A)

Mechanische Energie Sekund.-Energie

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Thermische Energie

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Chemische Energie

O tt o -

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Bild 1.3 Einordnung der Kraftmaschinen (K) und Arbeitsmaschinen (A) in das Energieschema von Bild 1.2

17

2

Theoretische Grundlagen

2.1

Allgemeine physikalische Größen

Masse Die Masse ist eine physikalische Größe, allgemein durch die Gewichtskraft und Trägheit eines Körpers gekennzeichnet. m = G/g

(2.1)

Die Massebestimmung eines Körpers erfolgt durch Vergleichen mit Wägestücken bekannter Masse auf Waagen. Bei beschleunigten Körpern ist m = F /a

(2.2)

Dichte Die Dichte r eines Stoffes ist das Verhältnis seiner Masse m zu seinem Volumen V. r = m/V

(2.3)

Das spezifische Volumen ist der Kehrwert der Dichte. √ = 1/r = V/m

(2.4)

Druck Druck entsteht durch Wirkung einer Kraft auf eine Fläche, Dehnung (Erhöhung der kinetischen Molekularenergie) im geschlossenen Gefäß oder Verkleinerung des Volumens einer Masse, z. B. durch Kolben in einem Zylinder. p = F n /A

F n = Normalkraft ⊥ Fläche

(2.5)

Druck kann auch als spezifische Energiegröße verstanden werden. p = E/V

(2.6)

Die Druckmessmethoden, die es im Allgemeinen nur erlauben, Druckdifferenzen zu messen (Ausnahme: Barometer), zwingen zur Unterscheidung in Absolutdruck p, p = 0 bedeutet 100 % Vakuum Überdruck

pü = p – pB mit pB barometrischer Luftdruck (Atmosphärendruck)

Unterdruck

pu = pB – p = – pü (Bild 2.1).

378

Stichwortverzeichnis 2-C-Turbinen 301 Abgasturbolader 170, 73 Absolutdruck 17 Achsschub 217, 241 Adiabate 48 Aerostatik 51 Affinitätsgesetze 209 Anergie 45 Anlagekosten 328 Anstellwinkel 263 Antriebsleistung 123, 209 Anzapfturbine 312 Arbeit 18 –, spezifische 19 –, technische 37, 40 Arbeitsaufwand 249 Arbeitsdiagramm 39 Arbeitshub 136 Arbeitsmaschinen 14, 15 Arbeitsvermögen des Wasserdampfes 62 Armgase 66 Aufbau der Kolbenmotoren 132 Aufbereitung 372 Aufheizungsgrad 134 Aufladung 168, 169 Auftriebskraft 20 Aufwindenergie 322 Ausfluss-Form 288 Ausflusszahl 269 Ausgleichkolben 298 Auslass-Drehschieber 162 Ausschubhub 137 Außenkühlung 254 Austrittsdrall 287 Axialgitter 193, 194 Axialmaschinen 195 Axialpumpe 233 Axialüberdruckgebläse 262 Axialverdichter 236, 256, 261 Ballast 65 Beaufschlagungsgrad 274 Becher 289 Bedarfsabweichungen 326 Bedarfsdeckung 324 Behälterstandsregelung 79 Belastung, mechanische 164 Belastungsgebirge 324

Belastungsgrad 265 Belastungszahl 228 Benson-Kessel 359 Benzin 176 Bernoullische Gleichung 21 Berührungsheizfläche 358 Beschleunigungspumpe 142 Betriebspunkt 230 Betriebsverhalten 186 Bewertungsabschreibung 329 Bohrlochpumpen 246 Boxermotor 180 Boyle-Mariottesches Gesetz 41 Brenneranordnungen 364 Brenngas 66 Brennkammer 316 Brennstoff 65 Brennstoffregelung 155 Carnotisierung 54 Carnot-Prozess 54 Cetanzahl 178 Common-Rail-Direkteinspritzung 157 Curtis-Turbinen 301 Daltonsches Gesetz 51 Dampf, gesättigter 61 Dampferzeuger 356, 357 Dampferzeugung 353 –, technische 355 Dampfkessel 353 Dampfkraftanlage 347 Dampfkraftwerke 339 Dampfturbinen 278, 292 –, mehrstufige 299 Dampfverbrauchsdiagramm 347 Deckenbrenner 364 D-Glieder 82 Diaphragma-Pumpe 103 Dichte 17 Diesel-Klopfen 154 Dieselkraftstoff 177 Dieselmotor 131, 147, 149 Differentialpumpe 103 Diffusor 22 Diffusorwirkungsgrad 259, 286 Doppelkolbenmaschine 161 Doppelkolbenmotor 182 Doppel-Sternmotor 181

Stichwortverzeichnis Drallsatz 29 Drehkolbenpumpe 112 Drehkolbenverdichter 129 Drehmoment 18 Drehmomentenzahl 265 Drehzahl, spezifische 211, 222, 240, 258 Drehzahlregelung 79, 232 Dreizugkessel 357 Drosselklappe 139 Drosselregelung 155 Drosselung, ideale 48 Druck 17, 32 –, mittlerer 138 Druckenergieverlust 27 Druckhub 109 Druckpumpe 103 Druckregelung 79 Druckstufung 303 Druckverhältnis, kritisches 295 Druckzahl 213, 222 Durchflussgleichung 20 Durchflussstromregelung 80 Durchmesser, gleichwertiger 26 –, spezifischer 214 Durchsatzgrad 133 Durchsatzzahl 277 Durchströmturbine 292 Düse 22, 289 Düsenausflusszahl 141 Eigenbedarfsanlagen 326 Einbeckenanlage 336 Einbindegrad 367 Einheitsdrehzahl 277 Einheitsdurchfluss 277 Einheitsleistung 277 Einlochdüse 156 Einspritzpumpe 155 Einspritzpumpenblock 157 Einspritzung 150 Einspritzventil 150 Einzylinder-Kleinverdichter 116 – -Viertaktmotor 93 Elmo-Pumpen 130 Energie 19 – aus Biomasse 322 – aus Meereswellen 322 –, alternative 13 –, innere 34 Energieentstehungskosten 327 Energieflussbild 342 Energiefluss-Schaubild 74 Energieformen 19 Energiegesetz 14 Energiegleichung 22, 38

379 Energiespeicherung 319, 323 Energieumsetzung 220 Energieumwandlung 13, 15 Energieverteilung 326 Energiewirtschaft 319 Entgasung 372 Enthalpie 37 Entnahmeturbine 311, 312 Entropie 43 Erdgas 321 Erdöl 176, 321 Erstarrungstemperatur 60 Erster Hauptsatz der Thermodynamik 35 Erzeugungswärme 354 Euler-Gleichung 29 Exergie 45 Fahrturbine 313 Fallbeschleunigung 18 Fallstromvergaser 142 Festdruckbetrieb 351 Feuerungen 362 Flügelpumpe 103 Flugmotor 181 Flugtriebwerke 314 Flüssigkeitsringpumpe 113, 114, 130 Flusskraftwerke 332 Förderarbeit, spezifische 209, 230, 237 Förderleistung, effektive 203 Förderregelung 126 Förderstrom 209, 258 Fördervolumen 104, 128 Francis-Turbine 279, 334 Freihang 334 Freikolbenmotoren 167 Freistrahl-Turbine 288, 334 Frequenzgang 82 Frontbrenner 364 Füllungsgrad 118, 134 Gas, ideales 40 Gase, feuchte 52 Gasgemische 51 Gasgleichung 40 Gaskonstante 41 Gaspedal 143 Gasturbine 312 Gasturbinenanlage 312, 317, 373 Gasturbinen-Kraftanlagen 373 Gaswechsel 157 Gay-Lussacsches Gesetz 41 Gebläse 262 Gefällespeicher 348 Gegenbrenner 364 Gegendruckmaschinen 63

380 Gegendruckregelung 80 Gegendruckturbinen 311 Gegenkolbenmotor 180 Gegenmasse 100 Gehäusekühlung 253 Gemischbildung 135, 139, 150 Geothermische Energie 321 Gesamttangentialkraft 90 Gesamtwirkungsgrad 111 Gesamtzustand 53 Geschwindigkeitsplan 191, 268 Geschwindigkeitsstufung 300 Geschwindigkeitszahl 267, 272 Gezeitenenergie 322 Gezeitenkraftwerke 335 Gleichdruck-Druckstufung 304 Gleichdruckstufe 297 Gleichdruckturbinen 270 Gleichdruckverbrennung 148, 312 Gleichdruckverfahren 189, 190, 294 Gleichraumprozess 137 Gleichraumverbrennung 312 Gleichstromspülung 160 Gleitdruckbetrieb 351, 352 –, modifizierter 353 Grad Celsius 32 Grenzschicht 23, 25 Großdampfkessel 247 Größen, allgemeine physikalische 17 Großturbinen, mehrstufige 308 Großverbund 325 Grundgesetz, hydrostatisches 20 Grundlastwerk 324, 348 h,s-Diagramm 63 h,T-Diagramm 69 Halteenergie, spezifische 239 Handregelung 78 Hauptgleichung 194 – der Strömungsmaschinen 28 Hauptsatz, erster 33 –, zweiter 43, 44 Heizkraftwerke 339, 345 Heizwert 66, 354 Hermetic-Pumpe 245 Hochdruckkraftwerke 332 Hochdruck-Vorwärmer 344 Hochspannungskondensatorzündung 144 Höchstdruckpumpe 243 Höhen-Aufladung 170 Höhengleichung 22 Hohlsog 30 Hubkolbenpumpe 102, 103 Hubraumleistung 134 Hydromechanik 19

Stichwortverzeichnis Hydrostatik 19 Hydrostößel 158 I-Glieder 82 Indikatordiagramm 87, 136 Industrie-Dampfkraftwerke 346 Industriekraftwerke 339 Inselbetrieb 347 I-Regelung 84 Isentrope 46, 48 Isobare 46, 48 Isochore 46, 48 Isotherme 48 Joulesche Zustandsgleichunng 42 Junkerssche Bombe 67 Kalorimeter 67 Kamin 369 Kanalradpumpen 245 Kaplan-Laufrad 282 Kaplan-Turbine 281 Kaskadenvergaser 141 Kavitation 30, 238, 265, 287 Kegelventil 110 Kelvin 32 Kenngrößen 211, 222 Kennliniendiagramm 231 Kernfusionsstoff 321 Kernspaltstoffe 321 Kerosin 177 Kessel mit Druckfeuerung 362 Kesselanlage 354 Kesselwirkungsgrad 354 Kippmomente 100, 101 Klappe 110 Klopfen 177 Klopffestigkeit 177 Kohle 320 Kohlenstaubfeuerung 363 Kolbenkraftmaschinen 86 Kolbenmaschinen 76, 86, 237 Kolbenmotoren 131, 182 Kolbenpumpen 86, 102, 104 Kolbenverdichter 86, 115, 120 –, mehrstufiger 123, 124 –, zweistufiger 117 Kompressorventil 125 Kondensationskraftwerke 339, 349 Kondensatormaschinen 63 Kontinuitätsgleichung 20, 21 Kontraktionszahl 141 Konvektion, freie 357 Körper, feste 32 –, flüssige 32

Stichwortverzeichnis –, gasförmige 32 Kosten, feste 327 –, veränderliche 330 Kraft 18 Kräfteausgleich 98 Kraftmaschinen 14, 15 Kraftstoffdurchsatz 140 Kraftstoffe 176 Kraftstoffeinspritzung, elektronisch gesteuerte 145 Kraftstoff-Förderung 156 Kraftstoffverbrauch 138, 186 –, spezifischer 134, 188 Kraft-Wärme-Kopplung 345 Kraftwerke 330 –, hydraulische 330 –, thermische 330 Kraftwerksarten 319 Kraftwerkskamin 370 Kraftwerksregelung 349 Kraftwerkswirkungsgrad 347 Kreiselpumpen 215, 233, 237 –, säurefeste 245 –, selbstansaugende 244 Kreiselrad-Arbeitsmaschinen 196 Kreiselverdichter 234 Kreiskolbenmotor 165, 185 Kreisprozesse 46, 53, 56 Kühlung 163, 178 Kurbelbetrieb 86 Kurbelkreis 162 Kurbelverhältnis 86 Kurzzeitspeicher 324 La Mont-Kessel 359 Labyrinthdichtung 308 Ladeluftkühlung 170 Lader 168 Längendehnung 32 Längsstromspülung 160 Langzeitspeicher 324 Latentspeicher 324 Lauf, harter 154 Laufrad 268 –, axiales 194, 270 –, radiales 194, 196, 268 Laufradformen 240, 284, 285 Laufrad-Schaufelformen 207 Laufschaufelverdrehung 282 Laufwasserkraftwerke 332 Laufzahl 273, 277 Laval-Druckverhältnis 295 – -Düse 54, 58, 294, 296 – -Turbine 293 Leerlaufregelung 125, 126 Leidenfrostsches Phänomen 71

381 Leistung 19, 237, 255 –, effektive 135 –, indizierte 122, 128, 135 Leistungsbegriffe 271 Leistungskurve 187 Leistungsregelung 155 Leistungszahl 265, 277 Leitapparat 218, 267, 294 Leitapparatverlust 271 Liefergrad 105, 133 Lieferzahl 213, 222 Luftaufwand 133 Luftkühlung 178 Luftpumpen 114 Luftschrauben 263 Luftspeicher-Gasturbinen-Kraftwerk 375 Luftspeicherkraftwerk 375 Luftspeichermaschinen 153 Luftspülung 161 Luftüberschusszahl 134 Luftverdichter 114 Luftverhältnis 134 Luftvorwärmer 312, 315, 317, 358, 368 Luftzahl 67, 68 Mahlertsche Bombe 67 Maschinen, axial durchströmte 219 –, radial durchströmte 195 Masse 17 Massenausgleich 95, 96 Massenträgheitsmoment 95 Mehrarbeitsbedarf 249 Mehrlochdüse 156 Mehrzylinder-Anordnungen 180 Mehrzylindermaschine 98, 99 Mehrzylindermotoren 171 Mengenregelung 306 Messfühler 79 Minderarbeit 200 Mischungsverhältnis 140 Mitteldruckkraftwerke 332 Molmasse 41 Momentenausgleich 99 Muscheldiagramm 232 M-Verfahren 154 Nachdieseln 143 Nachladung 161, 162 Nassdampfgebiet 61 Naturumlauf 359 ND-Mischvorwärmer 344 Niederdruckkraftwerke 332 Niederdruckschaufel 304 Nockenwelle 158 Normal Null 51

382 Normalatmosphäre 51 Nullhöhe 51 Nullpunkt, absoluter 33 Nusseltsche Ausflussfunktion 55 Nusselt-Zahl 73 Nutzarbeit 62 Nutzgefälle 266 Nutzleistung 186 Nutzmitteldruck 135 Oktanzahl 178 Ortskurve 83, 84, 85 Ottomotor 131, 135, 149 p,v-Diagramm 64 p,V-Diagramm 39 Parallelförderung 233 Pelton-Schaufeln 289 Pelton-Turbine 288 Petroleum 177 P-Glieder 82 PI-Regelung 84 Polytrope 47, 48 P-Regelung 84 Prandtl-Zahl 73 Pressung 32 Primäreinbindung 367 Primärenergie 319 Primärenergiebedarf 322 Propeller 262 – -Turbinen-Luftstrahltriebwerk 313 Pumpe 114 – für chemische aggressive Flüssigkeiten 111 – mit stetig veränderlicher Fördermenge 111 –, kurbeltrieblose 111 Pumpenanlage 105, 237 Pumpen-Düsen-System 157 Pumpenturbine 335 Pumpenumlauf 359 Pumpenventile 109, 110 Pumpspeicherkraftwerke 334 Querspülung 160 Raddurchmesser, mittlerer 303 Radform-Kennzahlen 240 Radformzahl 211, 213, 222, 258 Radial-Dampfturbine 310 Radialmaschinen 195 Radialverdichter 235, 258 Radreibungsverlust 273 Raum, schädlicher 117 Reaktionsgrad 190, 202, 223 Realgitter 192 Regeleinrichtungen 81

Stichwortverzeichnis Regelfall 198 Regelkreis 78 Regelleistungen 326 Regelung 76, 125 – der Dampfturbinen 305 – in Dampfkraftwerken 348 – mit Hilfsenergie 80 –, mittelbare 80 Regelungen ohne Hilfsenergie 79 –, unmittelbare 79 Regenerations-Dampfanlage 374 Regeneratoren 369 Reibungsarbeit 33 Reichgase 66 Reihenmotor 180 Rekuperatoren 369 Restexpansionsverlust 138 Reynolds-Zahl 26 Rhombengetriebe 174 Ringventil 110 Rohrreibungszahl 27 Roots-Gebläse 127 Rostfeuerung 363 Rotationsverdichter 127 Ruths-Speicher 347, 348 Sankey-Diagramm 74, 342 Sattdampf 61 Saughöhe 238 Saughub 106, 135 Saugpumpe 103 Saugrohr 280, 286 Saugschlitz 111 Saugzug 371 Saugzugventilator 369 Schadraum 117 Schaufelform 223 Schaufelplan 268 Schaufelräder, halboffene 259 Schaufelschnitt 223 Schaufelwinkel 207 Schaufelzahl 229 Schiffskessel 362 Schiffsmotor 163 Schiffsschrauben 265 Schlackenabzug 364 Schläger-Kohlenmühle 365 Schlitzsteuerung 163 Schmelzfeuerungen 366 Schmelzkammerfeuerungen 367, 368 Schmelztemperatur 60 Schmierölpumpe 113 Schmierung 164 Schnellläufigkeit 284 Schnellschlussventil 308

Stichwortverzeichnis Schornstein 369 Schornsteinzug 370 Schrägkantensteuerung 156 Schrägrohrkessel 358 Schraubenpumpe 113 Schubstangenmasse 91 Schubzahl 265 Schwingkolben-Handpumpe 103 Schwungradberechnung 93 Seitenkanalpumpen 244 Sekundärenergiebedarf 322 Selbstregelungseffekt 326 Siedetemperatur 60 Signalverstärker 81 Solarenergie 321 SOLEX-Fallstromvergaser 141 Sonderformen 111, 244 Spaltverlust 274 Spannung 32 Speicherkraftwerk 332, 375 Speicherwerke 324 Speisewasseraufbereitung 372 Speisewasser-Vorwärmung 344 Spiralgehäuse 218, 280 Spitzenlastwerk 324, 348 Spülpumpe 159 Spülverfahren 160 Staudruck 23 Staurohr 24 Stautemperatur 52 Stauverfahren 171 Steigstromvergaser 142 Steilrohrkessel 358 Steinkohlearten 66 Stellglied 79 Sternmotor 180 Steuerkette 78 Steuerung 78 Steuerwinkeldiagramm 136 Steuerwinkelschaubild 160 Stirling-Heißluftmotor 175 Stirlingmotor 173 Stoßverfahren 171 Strahlablenker 334 Strahlungsheizfläche 358 Strömung in Rohrleitungen 25 –, laminare 25 –, turbulente 25 Strömungsarbeitsmaschinen 189, 195 Strömungsgeschwindigkeiten 24 Strömungskraftmaschinen 189, 265, 275 Strömungsmaschinen 76, 189, 237 Stufendruckverhältnis 252 Stufenregelung 127 Stufenschaltung 125

383 Stufenzahl 216 Sulzer-Einrohrkessel 360 T,s-Diagramm 46, 62 Takt 135 Tangentialkraftdiagramm 88, 89, 92 Teilbeaufschlagung 216, 270 Teildrücke 51 Tellerventil 110 Temperatur 32 –, dynamische 52 Temperaturerhöhung 255 Tiefensaugerpumpen 245 Totalzustand 53 Totlage, obere 135 –, untere 135 Tragflügel 226, 227 Transistorzündung 144 Turbinendrehzahl 303 Turboverdichter 215, 248 Überdruck 17 Überdruckstufe 297, 298 Überdruckverfahren 189, 190, 294 Übergangsfunktionen 82, 83, 84, 85 Überhitzer 358 Überhitzungswärme 61 Überisentrope 256 Überisotherme 251 Überschallknall 31 Übertragungsverhalten 82 Umfangwirkungsgrad 272 Umkehrspülung 160 Ungleichförmigkeitsgrad 94 Unterdruck 17 Unterisentrope 251 Velox-Kessel 362 Ventilsteuerung 86 Verbrauchsabschreibung 329 Verbrennung 65 Verbrennungskraftmaschinen 131 Verbrennungswärme 66 Verdampfungswärme 61 Verdichter 114 Verdichtung 132 –, einstufige 116, 248 –, mehrstufige 252 –, wirkliche 120 –, zweistufige 116 Verdichtungsarbeit 248 Verdichtungshub 135 Verdichtungsstoß 30 Verdrängerpumpen 102 Verdrängungsverdichter 114

384 Vergaser 139 Vergaserkraftstoff 178 Vergleichsprozess 137 Verluste 133, 271 Verstellpropeller 263 Viertakt-Dieselmotor 147, 182 Viertaktmotoren 157 Viertakt-Ottomotor 182 – -Reihenmotor 181 Vierzylinder-Maschine 99 – -Viertaktmotor 92 Viskosität, dynamische 26 –, kinematische 26 V-Motor 180 Volumen 32 Volumenänderungsarbeit 33, 34 Volumendehnung 32 Volumendurchsatz 169 Vorkammer 153 Vorkammermaschinen 153 Vorschaltturbine 311 Vortriebstheorie 262 Vorzündung 143 Walzenring-Kohlenmühle 366 Wankelmotor 165, 182, 185 Wärme 35 Wärmebelastung 163 Wärmediagramm 45 Wärmedurchgang 70 Wärmekapazität, spezifische 35, 42 Wärmekraftwerke 330 Wärmetechnik 32 Wärmeübergang 71, 73 Wärmeübergangszahl 73 Wärmeumsatz 354 Wärmeverbrauch, spezifischer 134, 347 Wasserenergie 321 Wasserkraftwerk 283, 332 Wasserkühlung 178 Wasserringpumpen 244 Wasserrohrkessel 357, 359 Wasserstrahlpumpen 247

Stichwortverzeichnis Wasserturbinen 276, 279, 291 Weltenergiebedarf 320 Widerstandszahlen 28 Wiedererwärmungsfaktor 256 Windenergie 321 Windkessel 108 Wirbelbrenner 365 Wirbelbrennkammer 154 Wirbelkammer 152, 153 Wirbelkammermaschinen 153 Wirkungsgrad 74, 110, 255, 271, 275, 291 –, effektiver 138 –, hydraulischer 257 –, indizierter 122 –, mechanischer 123 –, thermischer 342 –, volumetrischer 105, 121, 120 Zahnradpumpe 112 Zapfendüse 156 Zentrifugalverdichter 258 Zölly-Düse 294, 295 Zugerzeugung 369 Zündgrenzen 155 Zündung 143 –, vollelektronische 144 Zustandsänderungen 47, 48 – des Wasserdampfes 60 – , adiabate 46 Zustandsgleichung, kalorische 42 –, thermische 40 Zustandsgleichungen des idealen Gases 40 Zustandsgrößen, thermische 32 Zwangsdurchlauf 359 Zwangsumlauf 359 Zweibeckenanlage 337 Zweitakt-Dieselmotor 182, 184 – -Reihenmotor 181 – -Tauchkolben 164 Zweitaktverfahren 159 Zweizylindermotor 181 Zyklonfeuerungen 367, 368 Zylinderkopf 151, 152