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Berechnung Turbine Modelltriebwerk

July 15, 2012 in Engineering DE

Das Gesamtenthalpiegefälle der Turbine des Modelltriebwerks errechnet sich wie folgt:
Die Turbine hat einen Reaktionsgrad von r = 0,5. Das bedeutet, dass die Hälfte der Gesamtenthalpie zur einen Hälfte in der Leitstufe und zur anderen Hälfte im Laufrad abbaut.
Die Leitstufen Austrittstemperatur ist wie folgt:
Die Temperatur an der Turbinenaustritt ist somit:
Durch den gegebenen Massenstrom des Verdichters und der Dichte des austretenden Heissgases, kann der Querschnitt des Turbinenlaufrades gerechnet werden. Die Gasdichte des ausströmenden Gases ist:
Anhand der Dichte errechnet sich der Schaufelquerschnitt des Turbinenrades.
Gemäss KAMPS soll die Turbine den gleichen Durchmesser wie der Verdichter aufweissen. Somit ist daTurb = 0,066m. Der theoretische Schaufelfussdurchmesser errechnet sich wie folgt:
Durch die Schaufelverengung und der Schaufelbreite muss der Schaufelfussquerschnitt kleiner gewählt werden. Das Turbinenrad von LÜSCHER hat einen Aussendurchmesser von 66mm und einen Schaufelfussdurchmesser von 44mm. Diese Abmasse gelten als Grundlage. Für die Berechnung der Schaufelgeometrie gilt die mittlere Schaufelhöhe turb dm =0,055m. Für die Veranschaulichung kann folgender Geschwindigkeitsplan verwendet werden:
Für die Auslegung der Turbinengeometrie muss zuerst die Umfangsgeschwindigkeit ermittelt werden.
Der Verdichter benötigt eine Wellenleistung von 15’300 W, die von der Turbine abgegeben werden muss. Somit muss die Geschwindigkeitsänderung des ein- und ausströmenden Gases gegeben sein, mit der die nötige Turbinenleistung erbracht werden kann.
Die Geschwindigkeitsänderung des ein- und ausströmenden Gases muss mindestens 280m/s sein. Der Austrittswinkel der Leitschaufeln wurde mit 30° definiert. Mit diesen Daten lässt sich folgender Geschwindigkeitsplan erstellen:
Mit dem Geschwindigkeitsplan wird die Schaufelgeometrie bestimmt. Der Schaufeleintrittswinkel wird 75°, der Schaufelaustrittswinkel wird 33°.
Für die Schaufelspitze und den Schaufelfuss wird jeweils die Umfangsgeschwindigkeit bestimmt. Um Verwirbelungen zu reduzieren wird der Gasaustrittswinkel 79° gleichgehalten.
Somit können folgende Geschwindigkeitspläne erstellt werden.
In der Abbildung 4 und 5 ist ersichtlich, dass die Geschwindigkeitsdiffernzen des ein- und ausströmenden Gases unterschiedlich sind. Für den Modellbau ist eine einfachere Auslegung genügend. Für eine optimalere Auslegung des Geschwindigkeitsplanes müssten die Leitschaufeln optimiert werden. Auf diese Optimierung wurde verzichtet, da sonst die Herstellkosten der Leitschaufeln erhöht würden. Mit den Geschwindigkeitsplänen der Abbildungen 3, 4 und 5 wurden die Turbinenschaufeln definiert. Die Detaillierung der Turbinen Laufstufe ist in der Zeichnung 1018 zu finden. Nach dem Geschwindigkeitsplan der Abbildung 2 ist ersichtlich, dass die ausströmende Geschwindigkeit 215 m/s ist. Somit kann die Schubkraft berechnet werden.
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Berechnung Zusammenbau Rotor

July 15, 2012 in Engineering DE

Die Welledes Modelltriebwerks muss bei einer Drehzahl von n= 100’000 min-1 eine Verdichterleistung von P=15’310W übertragen. Das  folgendes Drehmoment errechnet sich:
Für die Übertragung des Drehmomentes von der Welle zum Verdichter wird die Flächenpressung berechnet, da der Verdichter aus dem kleinsten Querschitt und aus dem weichsten Material besteht. Das Material der Welle ist 1.4028. Gemäss Tabellenbuch ist Rp0,2 = 650 N/mm2. Mit der spezielle Mutter wird der Verdichter des Modelltriebwerk festgezogen. Die Anziehkraft wird wie folgt ermittelt:
Das Material des Verdichters ist eine Aluminium Legierung. Die zulässige Flächenpressung ist 180 N/mm2 [KoBe1, S.31/ ILS ]. Der Distanzring zum Verdichter hat eine Auflagefläche von:
Somit kann die gesuchte Flächenpressung ermittelt werden.
Es ist ersichtlich dass auftretende Flächenpressung kleiner als die zulässige ist (159 N/mm2 < 180 N/mm2).
Um den Verdichter auf der Welle zu positionieren wird diese mit einem engen Schiebesitz ausgeführt. Das Drehmoment strinseitig über die Haftreibung von der Welle auf den Rotor übertragen.
Somit ist ersichtlich, dass das mögliche Drehmoment von der Flächenpressung grösser ist, als das übertragende Drehmoment von der Turbine zum dem Verdichter.
MVFp = 5 Nm > M = 1.46 Nm
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Torsionbeanspruchung Welle

July 14, 2012 in Engineering DE

Die Berechnungen sollen zuerst überschlägig berechnet werden. Das zulässige Drehmoment
ergibt sich wie folgt:

Es ist ersichtlich, dass das zulässige Drehmoment über zweimal grösser ist als das effektive
übertragene Drehmoment. In diesem Falle wurde auf eine genaue Überprüfung der Sicherheit
gegen Bruch verzichtet.
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Hello world!

July 14, 2012 in Uncategorized

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