Bei dem folgenden Versuch wird mit einem simulierten Wandler gearbeitet, d.h. es besteht kein geschlossener hydrodynamischer Kreislauf.
Folgende Baugruppen werden verwendet:
• Stufenlos regelbarer Elektromotor mit angeflanschter Radialpumpe
• Radialturbine mit Lauf- und Leitrad; auf der Turbinenwelle ist eine Bandbremse angebracht.
• Wasserbecken, mit außerhalb befestigter Pumpe und Turbine.
• Kraftmeßdosen und Meßverstärker zur Aufnahme der Stützkräfte von Pumpe und Turbine
Die Radialpumpe wird über den Elektromotor angetrieben. Dieser ist um seine Längsachse pendelnd aufgehängt und stützt sich über einen Hebelarm von I= 160mm auf einer Kraftmeßdose ab. Das Pumpenmoment kann so über die Länge des Hebelarms und die Kraft errechnet werden. Über einen Stichdrehzahlmesser wird die Pumpendrehzahl bestimmt. Die Turbine besteht aus einem feststehenden Leitrad mit sieben Schaufeln und einem Laufrad. Auf der Turbinenwelle, an der ebenfalls über einen Stichdrehzahlmesser die Turbinendrehzahl abgelesen wird, ist eine Bandbremse angebracht. Diese stützt sich ebenfalls über einen Hebelarm von I= 160mm auf einer Kraftmeßdose ab. Über die Spannung des Bandes kann das abgenommene Turbinenmoment eingestellt werden. Von der Pumpe wird Wasser aus dem Becken angesaugt und über ein Rohr zur Turbine gefördert.
Inhaltsverzeichnis:
1 Versuchsaufbau
2 Aufgabenstellung
3 Versuchsdurchführung:
4 Versuchsauswertung
4.1 Exemplarische Beispielrechnung
4.2 Diagramme
5 Diskussion der Ergebnisse
5.1 Versuchskritik
5.2 Diskussion der Kennlinien
5.2.1 Primärkennlinien
5.2.2 Dimensionslose Primärkennlinien
5.2.3 Wandlerkonstante
5.2.4 Wandlerparabeln
5.2.5 Sekundärlinien des Turbinenmomentes
6 Vergleich der Kennlinien mit Trilokwandler
7 Zusammenfassung
8 Literaturangabe
9 Fehlerrechnung (Fehlerabschätzung)
9.1 Exemplarische Beispielrechnung
Formelzeichen:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
1 Versuchsaufbau
Bei dem folgenden Versuch wird mit einem simulierten Wandler gearbeitet, d.h. es besteht kein geschlossener hydrodynamischer Kreislauf. Das folgende Bild 1 zeigt den schematischen Versuchsaufbau:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Bild 01: Schematischer Versuchsaufbau zur Bestimmung der Wandlerkennlinien.
Folgende Baugruppen werden verwendet:
- Stufenlos regelbarer Elektromotor mit angeflanschter Radialpumpe
- Radialturbine mit Lauf- und Leitrad; auf der Turbinenwelle ist eine Bandbremse angebracht.
- Wasserbecken, mit außerhalb befestigter Pumpe und Turbine.
- Kraftmeßdosen und Meßverstärker zur Aufnahme der Stützkräfte von Pumpe und Turbine
Die Radialpumpe wird über den Elektromotor angetrieben. Dieser ist um seine Längsachse pendelnd aufgehängt und stützt sich über einen Hebelarm von I= 160mm auf einer Kraftmeßdose ab. Das Pumpenmoment kann so über die Länge des Hebelarms und die Kraft errechnet werden. Über einen Stichdrehzahlmesser wird die Pumpendrehzahl bestimmt. Die Turbine besteht aus einem feststehenden Leitrad mit sieben Schaufeln und einem Laufrad. Auf der Turbinenwelle, an der ebenfalls über einen Stichdrehzahlmesser die Turbinendrehzahl abgelesen wird, ist eine Bandbremse angebracht. Diese stützt sich ebenfalls über einen Hebelarm von I= 160mm auf einer Kraftmeßdose ab. Über die Spannung des Bandes kann das abgenommene Turbinenmoment eingestellt werden. Von der Pumpe wird Wasser aus dem Becken angesaugt und über ein Rohr zur Turbine gefördert.
In der Turbine durchströmt das Wasser das feststehende Leitrad und treibt das Laufrad an. Von hier fließt es dann über einen Diffusor zurück ins Wasserbecken.
2 Aufgabenstellung
Folgende Punkte werden in dieser Arbeit behandelt:
1. Berechnen und auftragen der Primärkennlinien (MP und MT = f(in) ) aus den Meßergebnissen für die höchste Pumpendrehzahl.
2. Berechnen und auftragen der dimensionslosen Primärkennlinien im, mp, hw = f(in) in ein gemeinsames Diagramm.
3. Auftragen der Wandlerparabeln für 3 Werte von in ( in = 0, in = const., in = 0,95 )
4. Bestimmen der Wandlerkonstante K. Danach erfolgt Darstellung der Wandlerkonstante für drei in – Werte über der Drehzahl np.
5. Untersuchung der Ählichkeitstheorie MP ~ np2 durch Vergleich einer mit einer Konstanten K berechneten Wandlerparabel mit der entsprechenden gemessenen Wandlerparabel.
6. Berechnen und auftragen der Sekundärkennlinie MT = f(nT) für eine Pumpendrehzahl sowie wie für ein Drehzahlverhältnis.
7. Vergleich der erhaltenen Kennlinien mit denen eines Trilokwandlers und erläutern der Unterschiede, insbesondere bei in = inmax.
8. Anfertigen einer Fehlerabschätzung für die gemessenen Daten.
3 Versuchsdurchführung:
Um an den Meßgeräten Abweichungen durch Temperaturdrift zu vermeiden, werden alle Geräte ein paar Minuten vor der Messung "warmlaufen" gelassen. Anschließend wird der Meßverstärker mit den angeschlossenen Kraftmeßdosen abgeglichen. Der eigentliche Versuch wird nach folgendem Ablauf durchgeführt, der sich bei jeder Drehzahl wiederholt:
1. Eine Pumpendrehzahl wird eingestellt
2. Turbinenleerlaufdrehzahl ablesen
3. Turbinen- und Pumpenkraft ablesen
4. Die Turbinenbelastung mittels Bandbremse soweit erhöhen,daß sich die Turbinendrehzahl um ca. 150- 200 U/min reduziert. Falls nötig Pumpendrehzahl korrigieren.
5. Drehzahl und Kräfte notieren.
6. Punkt 4 und 5 solange wiederholen, bis die Turbinendrehzahl gleich Null ist.
4 Versuchsauswertung
Meßgrößen sind: Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Die jeweiligen Momente ergeben sich zu:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Das Drehzahlverhältnis:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Das Momentenverhältnis:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Der Wandlerwirkungsgrad errechnet sich zu:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Die Leistungszahl:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Wandlerkonstante: Gilt für in = const. Und Re = const.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Auf der folgenden Seite erfolgt zur Veranschaulichung eine Beispielrechnung für einen bestimmten Betriebspunkt. Alle weiteren Berechnungsergebnisse werden in Tabelle 1 zusammenfassend dargestellt.
4.1 Exemplarische Beispielrechnung
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Restliche Ergebnisse siehe Tabelle 1.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Tabelle 1: Gemessene und errechnete Daten aus der Messung des Wandlers.
Auf den nachfolgenden Seiten folgen nun die Diagramme aus der zuvor beschriebenen Aufgabestellung. Zunächst wurden alle Meßpunkte in die Diagramme übertragen. Aus den Messpunkten wurden dann Trendlinien erstellt.
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