Energieumwandlung in Kraft- und Arbeitsmaschinen

Name: Energieumwandlung in Kraft- und Arbeitsmaschinen | Kolbenmaschinen - Strömungsmaschinen - Kraftwerke
Brand: Hanser
Price: 49.99 EUR
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Kolbenmaschinen - Strömungsmaschinen - Kraftwerke

Wolfgang Kalide Herbert Sigloch Volker Gehrke(Autor*in)

Hanser (Verlag)

12. Auflage

Erschienen am 5. Juni 2023

552 Seiten

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978-3-446-47727-8 (ISBN)

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Beschreibung

Aufgabe dieses bewährten Lehrbuches ist es, Studierenden aller technischen Fachbereiche eine vollständige und leicht verständliche Abhandlung der Vorgänge in thermischen und hydraulischen Kraft- und Arbeitsmaschinen zu geben. Dabei werden die konstruktiven und betrieblichen Grundlagen und Besonderheiten berücksichtigt.

In vereinfachter Form wird ein Einblick in die physikalischen Grundlagen der Wärme- und Strömungslehre gegeben. Es werden die technischen Abläufe in Kolben- und Strömungsmaschinen erläutert, wobei besonderer Wert auf die Verständlichkeit und physikalisch richtige Wiedergabe der Energieumwandlungsvorgänge gelegt wird. Hinweise zu Konstruktion und Betrieb der Maschinen runden das Ganze ab.

Die Leser:innen erwerben Kenntnisse auf Ingenieurniveau zur grundsätzlichen Wirkungsweise, Berechnung und Beurteilung der wichtigsten Kraftwerkstypen und werden befähigt, an den aktuellen Diskussionen zur Energiewende auf der Basis von sicheren Kenntnissen teilzunehmen.

In der 12. Auflage wurden die Kapitel 5 bis 8 komplett überarbeitet:
- das Zusammenwirken der Kraftwerke als Stromerzeuger im europäischen Verbundnetz
- der aktuelle technische Stand der Anlagen zur Stromerzeugung (auch in Kraft-Wärmekopplung) in Deutschland
- die Integration der erneuerbaren Energieanlagen und ihres volatilen Beitrages zur Stromerzeugung
- besonders emissionsarme Gas- und Dampfturbinenkraftwerke (im Hinblick auf eine künftige Wasserstoffinfrastruktur)
- detaillierte Wärmeschaltbilder zu allen behandelten Kraftwerkstypen
- Berechnungsgleichungen zur Bestimmung von Leistung, Brennstoffverbrauch, CO2-Emission, Massenstrom der Arbeitsmedien usw. zu allen Kraftwerkstypen

Rezensionen / Stimmen

"Aufgabe dieses bewährten Lehrbuches ist es, Studierenden aller technischen Fachbereiche ein vollständige und leicht verständliche Abhandlung der Vorgänge in thermischen und hydraulischen Kraft- und Arbeitsmaschinen zu geben. Dabei werden die konstruktiven und betrieblichen Grundlagen und Besonderheiten berücksichtigt." VDI Energie & Umwelt, April 2024

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Personen

Inhalt

Intro
Vorwort
Inhalt
Formelzeichen und Einheiten
1 Einleitung
1.1 Allgemeine Betrachtungen zur Energieumwandlung
1.2 Energieumwandlung in der Technik
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 T,s- oder Wärmediagramm
2.3.7 Technisch wichtige Zustandsänderungen
2.3.8 Gasgemische
2.3.9 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
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 von Kolben- und Strömungsmaschinen
2.6 Regelung
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
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 Gemischbildung
3.5.4.2 Zündung
3.5.4.3 Abgasbehandlung
3.5.5 Dieselmotor (Viertakt)
3.5.5.1 Vergleich Ottomotor - Dieselmotor (Bild 3.57)
3.5.5.2 Einspritzung und Gemischbildung
3.5.6 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
3.5.18 Alternative Antriebe
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 von Kolben- und Strömungsmaschinen
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 (Bild 4.71 und Bild 4.72)
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
4.5.7.3 Kombianlagen
5 Grundlagen der Energiewirtschaft
5.1 Historischer Rückblick
5.2 Europäische Verbundnetze
5.3 Strom- und Wärmebedarf
5.4 Strommarkt und Strommix
5.5 Energiewende
5.5.1 Ziele der Energiewende für die Stromerzeugung
5.5.2 Erneuerbare-Energie-Anlagen (EEA)
5.5.3 Volatilität der Windkraft und der Photovoltaik
5.5.4 Netzstabilität
5.6 Eigenschaften der Primärenergieträger
5.6.1 Feste und flüssige Kraftwerksbrennstoffe
5.6.2 Gasförmige Kraftwerksbrennstoffe
5.6.3 Biomasse, Abfall
5.6.4 Kernbrennstoff
5.7 Energiekosten
5.7.1 Feste Kosten
5.7.2 Veränderliche Kosten
5.7.3 Stromgestehungskosten
6 Wasserkraftwerke
6.1 Einsatzbedingungen der Wasserkraftwerke
6.2 Pumpspeicherkraftwerke
6.2.1 Hauptkomponenten
6.2.2 Energiebilanz
7 Dampfkraftwerke
7.1 Hauptkomponenten
7.1.1 Dampferzeuger
7.1.1.1 Brennstoff, Luft, Rauchgas
7.1.1.2 Feuerung, Brenner, Kohlemühlen
7.1.1.3 Technische Dampferzeugung
7.1.1.4 Verdampfersysteme
7.1.1.5 Druckteil
7.1.2 Turbosatz, Wasser-/Dampfkreislauf und Wärmeschaltplan
7.1.3 Rauchgasreinigung
7.1.3.1 Rauchgasentstickung
7.1.3.2 Rauchgasentstaubung
7.1.3.3 Rauchgasentschwefelung
7.1.4 Speisewasseraufbereitung
7.2 Berechnung der Hauptgrößen
7.2.1 Maßnahmen zur Wirkungsgradverbesserung
7.3 Regelung in Dampfkraftwerken
7.3.1 Betriebsarten
7.3.2 Schutzfunktionen
8 Kernkraftwerke
8.1 Kontrollierte nukleare Kettenreaktion
8.2 Hauptkomponenten
8.3 Reaktortypen
8.3.1 Druckwasserreaktor
8.3.2 Siedewasserreaktor
8.4 Sicherheitskonzept
8.5 Wärmeschaltplan
9 Kombinierte Gas- und Dampfturbinenkraftwerke
9.1 Hauptkomponenten
9.2 Wärmeschaltplan
9.3 Berechnung der Hauptgrößen
9.4 Effizienz und Umweltbilanz
10 Kraft-Wärmekopplung
10.1 Begriffe und Kennzahlen
10.2 Wärmeschaltplan
10.3 Industriekraftwerke
10.4 Heizkraftwerke, Blockheizkraftwerke (BHKW)
11 Nutzung der Windenergie
11.1 Vorbemerkungen
11.2 Windangebot
11.3 Aerodynamische Grundlagen
11.3.1 Einführung
11.3.2 Windenergie und Windleistung
11.3.3 Windturbinenleistung
11.3.4 Axialkraft
11.3.5 Kennwerte
11.3.6 Ausführungshinweise
11.3.7 Vereinfachte Propellertheorie
11.3.8 Kennzahlen
11.3.9 Zusammenfassung der Einflüsse bei Windturbinen
12 Energiespeicherung
12.1 Fluidspeicherung
12.2 Stromspeicheranlagen
12.2.1 Anforderungen an Stromspeicher
12.2.2 Wasserstoff als Speichermedium
12.2.3 Wasserstoffgewinnung, Speicherung, Rückverstromung
Weiterführendes Schrifttum (Auswahl)
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