Auslegung einer Radialpumpe zur Förderung des Kältemittels R123

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Allgemeine Grundlagen der Pumpentechnik

2.1 Allgemeine Grundlagen der Kreiselradpumpen

2.2 Funktion und Aufbau der Kreiselpumpe

2.3 Unterscheidungsmerkmale der Kreiselpumpe

2.4 Allgemeine Grundlagen der Radialpumpe

2.5 Einsatzbereiche der Radialpumpe

2.6 Funktion und Aufbau von Radialpumpen

3 Allgemeine Beschreibung des Kältemittels R-123

3.1 Chemische Bezeichnung des Kältemittels R-123

3.2 Anwendungsbereich des Kältemittels R-123

4 Auslegungsverfahren der Radialpumpen

4.1 Eingangsdaten für die Auslegung der Radialpumpe

4.2 Bestimmung der Stufenanzahl

4.2.1 Bestimmung des Druckunterschiedes

4.2.2 Berechnung der Stutzenarbeit

4.2.3 Berechnung der Förderhöhe

4.3 Berechnung der spezifischen Drehzahl

4.3.1 Berechnung der Laufzahl

4.3.2 Bestimmung der Laufradstufen

4.3.3 Bestimmung der Laufradform

4.4 Vorwählen der Leitvorrichtung

4.5 Bestimmung des Saugbereiches

4.6 Bestimmung des Druckbereiches

4.7 Berechnung der Radreibungsleistung

4.8 Gesamtwirkungsgrad der Pumpe

4.9 Ablaufplan der Pumpenlaufradauslegung

5 Bestimmung von Konstruktionswerten

5.1 Berechnung des Schaufelverlaufs

5.1.1 Erstellung eines Kreisbogenverfahrens

5.1.2 Erstellen des Laufrades nach der punktweise berechneten Schaufel

5.1.3 Überprüfung des Schaufelverlaufs

5.2 Berechnung der Radscheibe

5.3 Berechnung des Achsschubes

5.3.1 Druckkraft auf der Bodenfläche des Laufrades

5.3.2 Berechnung der Radialkräfte am Laufrad

5.3.3 Ausgleich des Achsschubes

5.4 Berechnung der Leitvorrichtung

5.4.1 Auslegung des Spiralgehäuses

5.4.2 Zusammenfassung der Ausgangsdaten

5.4.3 Rechnerische Ermittlung der konstruktiven Werte

5.5 Kavitation

5.6 Auslegung angrenzender Bauteile

5.6.1 Wellen-Naben-Verbindung

5.6.2 Lagerung

5.6.3 Allgemeine Information über die Wälzlager

5.6.4 Arten von Wälzlagern

5.6.5 Lagerung der Welle

5.6.6 Dichtungen

5.6.7 Berührungsdichtung

5.6.8 Berührungsfreie Dichtungen

5.6.9 Auswahl der Dichtung

6 Zusammenfassung

Zielsetzung und thematische Schwerpunkte

Das Hauptziel dieser Arbeit ist die thermodynamische Auslegung einer n-stufigen Radialpumpe, die für die Förderung des Kältemittels R-123 im Rahmen eines ORC-Prozesses eingesetzt werden soll. Die Forschungsfrage fokussiert sich dabei auf die Bestimmung der optimalen Laufradkonfiguration sowie der notwendigen Stufenanzahl unter Berücksichtigung definierter Randbedingungen.

• Thermodynamische Auslegung des Laufrades und der Stufenanzahl
• Berechnung der Schaufelgeometrie und des Schaufelverlaufs
• Analyse und Berechnung von Achsschüben und Radialkräften
• Auslegung der Leitvorrichtung und des Spiralgehäuses
• Konstruktive Auslegung angrenzender Bauteile (Lagerung, Dichtungen)

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einleitung: Diese Einleitung definiert die Zielsetzung zur Auslegung einer mehrstufigen Radialpumpe für das Kältemittel R-123 und umreißt die methodische Vorgehensweise.

2 Allgemeine Grundlagen der Pumpentechnik: Dieses Kapitel erläutert die Funktionsprinzipien, den Aufbau und die Differenzierungsmerkmale verschiedener Bauarten von Kreiselpumpen.

3 Allgemeine Beschreibung des Kältemittels R-123: Das Kapitel bietet eine chemische und anwendungstechnische Charakterisierung des Kältemittels R-123 sowie dessen Bedeutung in Kälteanlagen.

4 Auslegungsverfahren der Radialpumpen: Hier werden die mathematischen und physikalischen Schritte zur thermodynamischen Auslegung der Pumpe, von der Stufenanzahl bis zum Wirkungsgrad, detailliert hergeleitet.

5 Bestimmung von Konstruktionswerten: Dieses Kapitel konzentriert sich auf die geometrische Auslegung der Schaufeln, die mechanische Dimensionierung von Welle und Lagerung sowie Aspekte der Kavitationsvermeidung.

6 Zusammenfassung: Die Zusammenfassung reflektiert den Auslegungsprozess und die Herausforderungen bei der iterativen Berechnung einer Radialpumpe unter Berücksichtigung von Erfahrungswerten.

Schlüsselwörter

Radialpumpe, Kältemittel R-123, ORC-Prozess, Laufradauslegung, Schaufelwinkel, Druckunterschied, Stufenanzahl, Wirkungsgrad, Kavitation, Leitvorrichtung, Spiralgehäuse, Achsschub, Pumpentechnik, Thermodynamik, Strömungsmechanik

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Bachelorarbeit grundsätzlich?

Die Arbeit befasst sich mit der thermodynamischen und konstruktiven Auslegung einer mehrstufigen Radialpumpe, die spezifisch für die Förderung des Kältemittels R-123 in einem ORC-Prozess konzipiert wird.

Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?

Die Schwerpunkte liegen auf der energetischen Stufenberechnung, der geometrischen Konstruktion des Laufrads, der Bestimmung der Leitvorrichtung sowie der mechanischen Auslegung angrenzender Komponenten wie Lager und Dichtungen.

Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?

Ziel ist es, ein funktionsfähiges Design einer Radialpumpe zu entwickeln, das die geforderten Druckverhältnisse von 0,15 bar auf 28 bar bei vorgegebenem Massenstrom effizient bewältigt.

Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?

Die Autorin wendet ein iteratives Auslegungsverfahren an, das auf den Ansätzen von Birgit Müller basiert und durch gängige Tabellen, empirische Formeln und Diagramme der Strömungsmaschinenlehre gestützt wird.

Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?

Der Hauptteil umfasst die detaillierte Berechnung der Stufenanzahl, des Laufraddurchmessers, der Schaufelgeometrie, der auftretenden Axial- und Radialkräfte sowie die Festlegung der konstruktiven Rahmenbedingungen.

Durch welche Schlüsselwörter lässt sich die Arbeit beschreiben?

Die Arbeit lässt sich durch Begriffe wie Radialpumpe, Kältemittel R-123, ORC-Prozess, Schaufelauslegung, hydraulischer Wirkungsgrad und Kavitation charakterisieren.

Warum ist eine iterative Berechnung für dieses Pumpendesign notwendig?

Da viele Kennwerte, wie die spezifische Drehzahl oder Schaufelverengungsfaktoren, voneinander abhängen und durch Erfahrungswerte angepasst werden müssen, ist ein iterativer Prozess zwingend erforderlich, um ein konsistentes Gesamtsystem zu erzielen.

Welche Rolle spielt die Wahl des Kältemittels R-123 für die Auslegung?

R-123 dient als spezifisches Fördermedium, dessen thermodynamische Stoffwerte (Dichte, Enthalpie, Entropie) die Berechnung der Druckdifferenz und somit die thermodynamische Auslegung der Stufen maßgeblich bestimmen.