Frage 18: Wie verändern sich Ein- und Austrittsdreieck eines Verdichters (Ventilators) beim Androsseln?

Frage 18:

Wie verändern sich Ein- und Austrittsdreieck eines Verdichters (Ventilators) beim Androsseln?

Antwort:

Die Gleichung der spezifischen Stufenarbeit sowohl für kompressible als auch für inkompressible Strömungen für Pumpen oder Verdichter lautet:

Y = u₂c_2u – u₁c_1u

Drosseln bedeutet, dass der druckseitige Strömungswiderstand erhöht wird (dies wurde z.B.

im Versuch „Körnergebläse“ durchgeführt ) und sich dadurch der Volumenstrom durch die Maschine verringert. Die kennzeichnende Größe für den Durchsatz ist die Geschwindigkeit c_1x die aufgrund der Kontinuitätsbedingung gleich der Geschwindigkeit c_2x sein muß. (wenn sich der Durchmesser des Verdichters nicht aufweitet !! )

Da die Umdrehungsgeschwindigkeit u gleich bleibt und die vektorielle Gleichung c = u + w

weiterhin gelten muß, ergibt sich beim Androsseln folgender Zusammenhang:

mit c_1x verringert sich auch w₁ und somit auch w₂. Dies hat eine Abnahme von c₁ und c₂ zur Folge. Im Fall der totalen Drosselung (c_1x = 0) ist c₂ = c₁ = u (theoretisch) und es findet keine Durchströmung mehr in axialer Richtung statt. Das Geschwindigkeitsdreieck wird bei der Drosselung „flacher“, da c_1x bzw. c_2x die Höhe des Dreieckes bestimmen.

Verdeutlichung am Geschwindigkeitsdreieck eines Axialverdichters:

Axialverdichter gedrosselt

w1

w2

c₂

u = u_{1 2}

u = u_{2 1}

c_1x

c = c_{2x 1x}

Axialverdichter ungedrosselt

w1

w2

c₂

u = u1 2

u = u2 1

c_1x

c = c_{2x 1x}

Fehlanströmung !

Tips & Tricks:

• Die oben stehenden Aussagen sind nur insofern gültig, als dass man auch im Zustand der totalen Drosselung noch davon ausgeht, dass eine schaufelkongruente Umströmung stattfindet. Dies wird aber nicht der Fall sein, statt dessen wird sich ab einem bestimmten Drosselzustand die Strömung auf der Saugseite ablösen, so dass keine klare Aussage mehr über den Strömungszustand gemacht werden kann.

• Beim Erstellen von Geschwindigkeitsdreiecken geht man immer von unendlich dünnen Schaufeln und einer unendlichen Anzahl von Schaufeln aus. Nur mit dieser Annahme kann man „sicherstellen“, dass tatsächlich eine optimale Kraftübertragung stattfindet.

Christian Berger (13.3.2001) vgl. Script S. 23 - 26

vgl. Script S. 22

vgl. Script S. 26

siehe auch: Frage 1, sowie Übung Geschwindigkeitsdreiecke