Fluidenergiemaschinen I WS 2015/2016 GP - Auslegung eines Turboladers Sie arbeiten als Entwicklungsingenieur/-in und sollen für einen PKW-Verbrennungsmotor einen Turbolader auslegen. Turbolader bestehen aus einer Turbine und einem Verdichter und werden zur Aufladung von Verbrennungsmotoren eingesetzt. Die Turbinenseite des Turboladers wird vom Abgasmassenstrom des Motors angeströmt und treibt direkt den Verdichter an. Dieser saugt Umgebungsluft an und führt diese verdichtet dem Motor zu. Abbildung 1 (Alle Angaben in mm) y Ansicht A z x Ansicht B mittlere Stromlinie Lager Ansicht A Ansicht B Folgende Daten sind Ihnen bekannt: Allgemeine Daten J·kg-1 ·K-1 R = 287 Anströmwinkel des Laufrades α2 = 20◦ Abgasmassenstrom ṁ = 300 kg·h-1 Drehzahl n = 80.000 min-1 Eintrittsdruck p2 = 120.000 Pa Eintrittstemperatur T2 = 773 K Austrittsdruck in der Laufradaustrittsebene p1 = 100.000 Pa Austrittstemperatur in der Laufradaustrittsebene T1 = 762 K spezifische Gaskonstante von Luft Turbine (im Nennbetriebspunkt) Tutorium 3 Seite 1 Fluidenergiemaschinen I WS 2015/2016 Wirkungsgrade innerer mechanischer Turbinenwirkungsgrad ηmi,T = 0,8 innerer mechanischer Verdichterwirkungsgrad ηmi,V = 0,85 äußerer mechanischer Wirkungsgrad ηma = 0,9 Hinweise: Im Nennbetriebspunkt soll von einer drallfreien Abströmung der Turbine ausgegangen werden. Es kann von einer schaufelkongruenten Strömung für die Turbine im Leit- und Laufrad ausgegangen werden. Das Abgas kann als Luft behandelt werden. Abgas und Frischluft können als ideale Gase betrachtet werden. Es kann von einer adiabaten Strömung ausgegangen werden. Die Turbine und der Verdichter sind nach außen leckagefrei (keine Massenverluste in die Umgebung). Spaltverluste innerhalb der Maschine können vernachlässigt werden. Beachten Sie, dass der Abgasmassenstrom in kg·h-1 angegeben ist. Aufgaben: 1. Kennzeichnen Sie in Abbildung 2 und Abbildung 3 anhand der Strömungsrichtung in Abbildung 1 die Turbine und den Verdichter. Hinweis: Ansicht A und Ansicht B in Abbildung 1 beachten! 2. Berechnen Sie für den Nennbetriebspunkt die Geschwindigkeiten c, w und u sowie die Winkel α und β am Laufradeintritt und -austritt der Turbine. 3. Zeichnen Sie die entsprechenden Geschwindigkeitspläne (an die markierten Stellen •) inklusive Winkelbezeichnungen und Drehrichtung in das Arbeitsblatt für die Turbine ein. (Maßstab 1 cm = b 100 m·s-1 ) 4. Berechnen Sie den Reaktionsgrad r der Turbine und benennen Sie, ob es sich eher um eine Reaktionsoder Aktionsturbine handelt. 5. Berechnen Sie die Radleistung PR,T und die Innenleistung Pi,T der Turbine. 6. Berechnen Sie die Innenleistung Pi,V und die Radleistung PR,V des Verdichters. 7. Zeichnen Sie passend zur Drehrichtung der Turbine die Drehrichtung des Verdichterrades in das Arbeitsblatt ein. Tutorium 3 Seite 2 Fluidenergiemaschinen I WS 2015/2016 Abbildung 2 - Ansicht A Zu Aufgabe 1: Turbine Verdichter y z x x z y Tutorium 3 Seite 3 Fluidenergiemaschinen I WS 2015/2016 Abbildung 3 - Ansicht B Zu Aufgabe 1: Turbine Verdichter y z z x y x Tutorium 3 Seite 4
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