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Prof. Dr.-Ing. K. Schwarzer Labor Kolben- und Strömungsmaschinen Fachhochschule Aachen, Abteilung Jülich Technische Thermodynamik Abb.: 6.11 Gleichdruck- und Überdruckverfahren Die folgende Umwandlung der kinetischen Dampfenergie in mechanische Arbeit kann nach zwei Verfahren durchgeführt werden: Das Gleichdruck- oder Aktionsverfahren (r=0) Der hochbeschleunigte Dampf wird zwischen gekrümmten Laufschaufeln, die an einem Radumfang angebracht sind, umgelenkt und übt dadurch eine Strömungskraft -Aktionskraft- auf die Schaufeln aus, welche das Rad in Umdrehung versetzt und ein Drehmoment erzeugt, das die Rotation auch gegen Belastung aufrecht erhält. Die kinetische Energie des Dampfstrahls wird bei diesem Vorgang in Umfangsarbeit umgewandelt, die als Drehmoment an der Radwelle abgenommen werden kann. Bei der Durchströmung des Dampfes durch die Schaufelkanäle des Laufrades ändert sich der Dampfdruck nicht. Es wird keine potentielle Energie umgesetzt, und der Reaktionsgrad ist null. Dampfturbinen, die nach dem Gleichdruckverfahren arbeiten, werden axial durchströmt. 18
Prof. Dr.-Ing. K. Schwarzer Labor Kolben- und Strömungsmaschinen Fachhochschule Aachen, Abteilung Jülich Technische Thermodynamik Abb.: 6.12 Schaufel- und Geschwindigkeitsplan und Druckverlauf in einer Gleichdruckstufe Das Überdruck- oder Reaktionsverfahren (r>0) Bei Turbinen, die nach dieser Methode arbeiten, erhält der Strömungsquerschnitt zwischen zwei gekrümmten Laufschaufeln durch Einschnürung Düsenwirkung. Der hindurchströmende Dampf wird dadurch abermals entspannt und beschleunigt. Er übt auf die Schaufeln des Laufrades eine Umfangskraft aus, die sich zusammensetzt aus der nun geringeren Strömungsdruckkraft durch Umlenkung und einer Rückstoßkomponente - d.h. Reaktionskraft - infolge des hochbeschleunigten Austrittes aus den Schaufelkanälen. Kinetische Eintrittsenergie und aus potentieller Energie umgewandelte zusätzliche kinetische Energie werden mit einem Reaktionsgrad, der i.a. bei 50% liegt, in Umfangsarbeit umgewandelt, Dampfturbinen, die nach dem Überdruckverfahren arbeiten, werden in der Regel axial durchströmt. Reaktionsturbinen können aber auch mit radialer Durchströmung konstruiert werden. 19 C 1 = c 2
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