Strömungsmaschine

Montage einer großen Dampfturbine, einer typischen Strömungsmaschine

Eine Strömungsmaschine ist eine Fluidenergiemaschine, bei der die Energieübertragung zwischen Fluid und Maschine in einem offenen Raum durch eine Strömung nach den Gesetzen der Fluiddynamik über den Umweg der kinetischen Energie erfolgt.^[1][2]

Funktionsweise und Abgrenzung

Die Energieübertragung erfolgt normalerweise mittels Rotorblättern, Flügeln oder Schaufeln, die derart profiliert sind, daß durch die Umströmung eine Druckdifferenz zwischen Vorder- und Rückseite entsteht (Tragflächenprofil).^[3][1]

Das Gegenstück zur Strömungsmaschine bildet die Verdrängermaschine (auch Kolbenmaschine), in der die Energieübertragung in einem (durch Ventile o.ä.) abgeschlossenen Raum mit veränderlichem Volumen nach den Gesetzen der Fluidstatik erfolgt.^[3][2]

Die Einsatzgebiete von Strömungs- und Verdrängermaschinen unterscheiden sich vor allem dadurch, daß bei großen Volumenströmen normalerweise die Vorteile der Strömungsmaschinen, bei kleinen die der Verdrängermaschinen überwiegen.^[1]

Die Wirkung von Strömungsmaschinen ist an die Strömungsgeschwindigkeit des Fluides gebunden; wenn die die Maschine zu langsam läuft, findet keine Energieübertragung mehr statt und da das Fluid nicht eingeschlossen ist, entweicht es aus der Maschine. In einer idealen Verdrängermaschine (siehe unten) hingegen ist das Fluid fest eingeschlossen; es kann nicht entweichen, und die Energieübertragung kann theoretisch unendlich langsam erfolgen, ohne daß die Wirkung der Maschine gemindert wird.

Ein häufig fälschlich genanntes Definitionskriterium für Strömungsmaschinen ist eine rotierende Bewegung oder ein stationärer, nicht getakteter Prozeß. Dies trifft aber nicht immer zu; es gibt auch rotierende und kontinuierlich arbeitende Verdrängermaschinen (Drehkolbenmaschinen wie Roots-Gebläse u.ä.) und es gibt auch translatorisch oszillierende Strömungsmaschinen (Hubflügelmaschinen, Fächermaschinen, u.ä. - abgeleitet von Flügeln und Flossen aus der Tierwelt).

Eine Sonderform der Strömungsmaschinen sind solche, die kein Gehäuse für die Lenkung des Fluides benötigen wie die Propeller von Haushaltsventilatoren, Flugzeugantrieben oder Schiffsschrauben, die Rotoren von Windkraftanlagen oder Rührwerken.

Einteilung der Strömungsmaschinen in Arten und Gruppen

Strömungsmaschinen werden nach Art des Fluids, der Energieflussrichtung und der Konstruktion in die folgenden Arten und Gruppen eingeteilt:^[4]

Maschinenart→ Gruppe↓	Arbeitsmaschinen	Kombinationen von Kraft- und Arbeitsmaschinen	Kraftmaschinen
Gehäuselose Strömungsmaschinen	Propeller		Windkraftanlage
Hydraulische Strömungsmaschinen   (≈inkompressible Medien)	Kreiselpumpen	Föttinger-Wandler und -Kupplungen (hydrodynamische Getriebe)   oder Pumpturbinen (In Pumpspeicherwerken)	Wasserturbinen
	Ventilatoren
Thermische Strömungsmaschinen   (kompressible Medien)	Verdichter	(Gasturbinen)  (Eingang der G.T. besteht aus einem Verdichter)	Dampfturbinen   ←Gasturbinen   Strahltriebwerke

Anmerkung: Umgangssprachlich als "Ventilator" bezeichnete Elektrogeräte sind in obiger Tabelle als Propeller zu finden, da sie außer einem Gitter (als Schutz vor Verletzungen) kein Gehäuse besitzen. Stand- oder Turmventilatoren jedoch sind Radialventilatoren mit Gehäuse und deshalb auch in der Tabelle als Ventilatoren zu finden.

Dimensionslose Kennzahlen zur Beschreibung von Strömungsmaschinen

Folgende dimensionslose Kennzahlen werden häufig für die Charakterisierung von Strömungsmaschinen verwendet. Sie erlauben einen Vergleich von Strömungsmaschinen bei unterschiedlichen Dimensionen und Randbedingungen.

• Durchmesserzahl δ
• Druckzahl ψ
• Durchflusszahl φ (auch Liefer- oder Volumenzahl genannt)
• Leistungszahl λ
• Laufzahl σ

Durchmesserzahl

Die Durchmesserzahl δ wird folgendermaßen berechnet:

$\delta = \frac{\psi^{1/4}}{\varphi^{1/2}}$

Literatur

• Carl Pfleiderer, Hartwig Petermann: Strömungsmaschinen. Aus der Reihe Klassiker der Technik. 7. Auflage. Springer, 2004, ISBN 9783540221739 (Eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche).
• Klaus Menny: Strömungsmaschinen. 5. Auflage. Vieweg+Teubner, 2006, ISBN 978-351946317-7 (Eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche).
• Wolfgang Kalide: Kolben und Strömungsmaschinen. 1. Auflage. Carl Hanser Verlag, München/Wien 1974, ISBN 3-446-11752-0.
• Herbert Sigloch: Strömungsmaschinen: Grundlagen und Anwendungen. 3. Auflage. Hanser-Verlag, 2006, ISBN 9783446402881.
• Willi Bohl; Wolfgang Elmendorf (Hrsg.): Strömungsmaschinen. Kamprath-Reihe. Band 1: Aufbau und Wirkungsweise / Band 2: Berechnung und Kalkulation, Vogel Fachbuch, 2004, ISBN 9783802319808 (Band 1).

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b c} Pfleiderer, Seite 1 (siehe Literatur)
2. ↑ ^{a b} Menny, Seite 1 (siehe Literatur)
3. ↑ ^{a b} C. Brücker, R. Schwarze: Fluidenergiemaschinen. Basierend auf dem Vorlesungsskript von Prof. Dr.-Ing. G. Gneipel. Institut für Mechanik und Fluiddynamik, TU Bergakademie Freiberg, Freiberg 2007 (Volltext auf tu-freiberg.de).
4. ↑ Frank Kameier: Strömungsmaschinen. Vorlesungsskript. Institut für Strömungsmaschinen, Fachhochschule Düsseldorf, Düsseldorf 1999 (Volltext auf ifs.fh-duesseldorf.de).