Strömungstechnik

Das Labor für Strömungstechnik

Strömungsmaschinen werden heute nahezu in allen Industriebereichen erfolgreich eingesetzt. Sie müssen die mannigfaltigsten Aufgaben erfüllen, was sich u.a. in der Vielfalt der Bauformen dieser Maschinen widerspiegelt. Fast jeder Ingenieur wird in seinem Berufsleben auf die eine oder andere Weise mit Strömungsmaschinen konfrontiert, sei es als Konstrukteur oder weit häufiger als Betreiber. Jede technische Hochschulausbildungsstätte sollte folglich ihren Studenten fundierte Kenntnisse dieses Maschinenbauschwerpunktes in Theorie und Anwendung vermitteln. Um das Erlernte besser zu verstehen, sind Versuche an geeigneten Versuchsständen ein unbedingtes Muß. Die FH Augsburg ist mit ihrem Strömungsmaschinenlabor in der Lage, die Studenten sowohl im Rahmen von Praktikumsversuchen als auch experimenteller Forschungsarbeiten an diese Maschinen heranzuführen.

Das Strömungsmaschinenlabor wird von Herrn Prof. Dr. Valentin Schröder geleitet. Die Laborbetreuung wird von dem Labormeister, Herrn Robert Rett , wahrgenommen.

Kaplan-Turbine

Der Energiegewinnung aus erneuerbaren Ressourcen wird in Zukunft höchste Bedeutung zugewiesen. Eine schon länger bekannte und genutzte Möglichkeit kommt in diesem Zusammenhang im Rahmen der Wasserkraftanlagen zur Anwendung, in denen unterschiedliche Turbinenarten eingesetzt werden. Die in Flusskraftwerken sehr häufig installierte Bauart ist die nach ihrem Erfinder benannte Kaplan-Turbine. Die experimentelle Ermittlung des Betriebsverhaltens dieser Wasserkraftmaschinenart ist mittels einer Modellausführung an dem o.g. Versuchsstand möglich. Aufgrund eines im "Saugrohr" installierten Beobachtungsfensters ist es möglich, Kavitationsvorgänge an den Laufradschaufeln den Studenten optisch zu verdeutlichen.

Daten

Fallhöhe:	H	=	6,1m
Volumenstrom:	V	=	0,113 m^3/h
Leistung:	P	=	0,52 kW
Antriebsdrehzahl (variabel bis):	n	=	3000  1/min
Schaufelzahl	z	=	4
Laufradaußendurchmesser:	D(Geh)	=	155 mm
Durchmesser Saugstutzen	D(s)	=	250 mm

 

Pelton-Turbine

Die Pelton-Turbine wird wie auch die Kaplan-Turbine zur umweltschonenden Energiegewinnung in Wasserkraftwerken eingesetzt; im Gegensatz zur Kaplan-Turbine jedoch nicht in Flusskraftwerken mit geringen Fallhöhen sondern in Hochgebirgsanlagen mit bis zu 2000 m Fallhöhe. Auch an dieser Modellturbine des Strömungsmaschinenlabors sollen die Studenten vorhandenes Grundlagenwissen durch geeignete Versuche vertiefen. Ein Schauglas gestattet es, mittels einer Stroboskoplampe den Verlauf des Wasserstrahls im Peltonturbinenbecher zu verfolgen, um so den Energieübertragungsmechanismus besser zu verstehen.

Daten

Fallhöhe	H	=	46 m
Volumenstrom:	V	=	37,4 m^3/h
Leistung:	P	=	3,73 kW
Drehzahl:	n	=	1130 1/min
Schaufelzahl:	z	=	23
Laufradaußendruchmesser	D(a)	=	301 mm

Hydrodynamischer Wandler

Neben Anwendungen in der Versorgungstechnik und Energieerzeugung kommen Strömungsmaschinen auch wichtige Aufgaben in der Antriebstechnik zu. Überall dort, wo große Massen aus der Ruhe heraus beschleunigt werden müssen, sind hydrodynamische Wandler nützliche, schonende, verschleißfrei arbeitende Maschinenaggregate, welche die gestellten Aufgaben problemlos bewältigen. Die klassischen Elemente der Strömungsmaschinen, wie Pumpenlaufrad, Turbinenlaufrad und beschaufelter Leitapparat kommen im Wandler zum Einsatz. Verschiedene Betriebssituationen werden von den Studenten am betreffenden Prüfstand simuliert, um somit die Eigenschaften des Wandlers ("Föttinger-Transformator") kennenzulernen und seine Vorteile und seine Einsatzgrenzen beurteilen zu können

Strömungsverluste in Rohlreitungsbauelementen

Die Kenntnisse von Strömungsverlusten in Rohrleitungsbauelementen sind für Maschinenbauingenieure notwendiges Grundlagenwissen. Die Vorlesung "Strömungsmechanik" vermittelt hierzu die theoretische Basis. Ein besseres Verständnis dieser Zusammenhänge stellt sich erfahrungsgemäß erst mit der experimentellen Erprobung des Erlernten ein. Die Strömungsverluste wichtiger Bauelemente wie :

Daten

 

Rohr	D	=	65 mm
Rohrkrümmer:	D	=	65 mm
	R(Kr)/D	=	2
	d	=	90 °
Unstetige	D1	=	65 mm
Querschnittserweiterung	D2	=	100 mm
Diffusor	D1	=	65 mm
	D2	=	100 mm
	a/2	=	4 °
Schieber	D	=	65 mm

lassen sich an o.g. Versuchsstand mittels Druckverteilungsmessungen im Zustrom und Abstrom der betreffenden Elemente experimentell ermitteln und in Form von Verlustziffern auswerten. Die Überprüfung der Verlustziffern auf eine mögliche Reynoldszahlabhängigkeit kann durch variable Strömungsgeschwindigkeiten festgestellt werden.

 

Axialventilator

 

Neben dem Flüssigkeitstransport werden häufig Fördervorgänge von Gasen mittels geeigneter Strömungsarbeitsmaschinen erforderlich. Eine Variante, die bevorzugt bei der Be- und Entlüftung von Systemen eingesetzt wird, ist der Axialventilator. Das Betriebsverhalten einer solchen Maschinenart läßt sich in dem o.g. Versuchsstand untersuchen. Des weiteren können auch die Einsatzgrenzen (z.B. Pumpgrenze) den Studenten sehr deutlich vermittelt werden.

Hydroabrasiver Verschleiß

 

Beim Flüssigkeits- und Gastransport werden häufiger keine reinen Fluide transportiert, sondern solche, denen gewollt oder ungewollt Feststoffpartikel zugesetzt sind. Diese dann meist heterogenen Gemischströmungen rufen in bzw. an den durch- oder umströmten Bauteilen z.T. extrem hohen Materialverschleiß hervor. Die Vorgänge bei dieser Verschleißart sind sehr komplex. Um die beteiligten Einflussgrößen in ihrer Auswirkung auf den Werkstoffabtrag besser beurteilen zu können, haben sich systematische experimentelle Untersuchungen bewährt. Im Strömungsmaschinenlabor der F.H.Augsburg stehen in diesem Zusammenhang zwei Versuchseinrichtungen zur Verfügung, an denen das Verschleißverhalten unterschiedlicher Werkstoffe bei "hydroabrasiver Belastung" mit verschiedenen Einflussgrößen festgestellt werden kann. Hierbei kommen z.Zt. Wasser- Quarzsandmischungen zum Einsatz. Das Versuchsprogramm wurde mit einem namhaften Pumpenhersteller abgesprochen.

Gleitverschleiß

In dieser Versuchsapparatur wird durch eine geführte Gemischströmung über eine rotierende Probescheibe der sogenannte "Gleitverschleiß" simuliert. Die Ergebnisse sind überall dort von Bedeutung, wo ein über die Bauteiloberfläche gleitender oder schiebender (a = 0°) aber nicht stoßender Bewegungsvorgang der Partikel zu erwarten ist.

 

Daten

Feststoff-Flüssigkeitskonzentration	c(M)	=	beliebig
Scheibenumfangsgeschwindigkeit	u	=	0 , 15 m /s
Flüssigkeitstemperatur	J	=	20 , 100 °C

Prallverschleiß

Weicht die Partikelaufprallrichtung von der des reinen Gleitverschleißes ab, so spricht man vom Prallverschleiß. Hierbei beeinflusst die Größe der Partikelbewegungsrichtung (Winkel a) den Verschleißprozess zusätzlich. Zur Ermittlung dieser Zusammenhänge können an einem zweiten Prüfstand gezielte Versuche durchgeführt werden. Hier ist neben den anderen Einflussgrößen auch die Variation der Aufprallwinkel möglich. Aus den Ergebnissen lassen sich Aussagen über das Werkstoffverhalten bei stoßartiger Partikelbelastung der Oberfläche ableiten.

Daten

Feststoff-Flüssigkeitskonzentration:	cM	=	beliebig
Gemischgeschwindigkeit:	c	=	0 , 30 m/s
Strahlwinkel	a	=	22,5°; 45°; 67,5°; 90°
Flüssigkeitstemperatur:	J	=	20 °C

Kontakt:

Prof. Dr.-Ing. Valentin Schröder(Laborleiter)
Robert Rett (Labormeister)