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Klausur-Fragenkatalog „Thermische Strömungsmaschinen und Strahlantriebe“ mit Antworten (Beantwortung in Mehrfachauswahl ohne Hilfsmittel) 1. Das Arbeitsfluid einer thermischen Strömungsmaschine ist? - Das Arbeitsfluid ist kompressibel, also ein Gas oder ein Dampf 2. Welcher Verlauf des Quersch...

Klausur-Fragenkatalog „Thermische Strömungsmaschinen und Strahlantriebe“ mit Antworten (Beantwortung in Mehrfachauswahl ohne Hilfsmittel) 1. Das Arbeitsfluid einer thermischen Strömungsmaschine ist? - Das Arbeitsfluid ist kompressibel, also ein Gas oder ein Dampf 2. Welcher Verlauf des Querschnittes in Strömungsrichtung ist charakteristisch für ein in Turbinen eingesetztes Schaufelgitter? - abnehmender Querschnitt - gleichbleibender Querschnitt - abnehmender und anschließend zunehmender Querschnitt 3. Welche dimensionslosen Kennzahlen finden bei thermischen Strömungsmaschinen Verwendung? - Wirkungsgrad - Reynoldszahl - Machzahl - Durchflusszahl - Druckzahl - Reaktionsgrad 4. Welche Kennzahl sagt etwas über die Leistungsfähigkeit der Aerodynamik (Enthalpiegefälle bzw. -erhöhung) einer Stufe aus? - Druckzahl 5. An welcher Stelle ist die aerodynamische Belastung einer Axialverdichterstufe am größten? - Nabe / Schaufelfuß 6. Welche Zusatzverluste treten bei einer teilbeaufschlagten Kondensationsdampfturbine auf? - Ventilationsverlust 7. Was versteht man unter dem Dampfnässeverlust? - Thermodynamischer Verlust durch Unterkühlung - Bremsverlust durch Wassertropfen 8. Das in einer Überdruck-Turbinenstufe abbaubare Gefälle ist … als in einer Gleichdruck-Turbinenstufe. - kleiner 9. Die konstruktive Ausführung einer Gleichdruckturbine erfolgt üblicherweise als? - Axialturbine in Kammerbauart/Kammerturbine 1 Klausur-Fragenkatalog „Thermische Strömungsmaschinen und Strahlantriebe“ mit Antworten (Beantwortung in Mehrfachauswahl ohne Hilfsmittel) 10. Wie unterscheiden sich Trommel- und Kammerturbine im Reaktionsgrad, in der Stufenzahl (gleiches Gefälle) und im Wirkungsgrad? - Reaktionsgrad: Kammerturbine hat kleinere Reaktion - Stufenzahl: Kammerturbine hat weniger Stufen - Wirkungsgrad:etwa gleicher innerer Wirkungsgrad 11. Der Ausgleichskolben dient zur Entlastung welchen Lagers? - Axiallager 12. Welche Vorteile bietet eine zweiflutige Bauweise? - Keine Wellenabdichtung gegen den Eintrittsdruck erforderlich - Vollständiger Axialschubausgleich - Kleinerer Durchmesser, kürzere Schaufeln - Kürzerer Rotor als bei 2 einflutigen Turbinen - Weniger Lager 13. Welche Eigenschaften hat eine Lavalturbine? - Fast das gesamte Stufengefälle wird im Leitapparat in Geschwindigkeit umgesetzt - Druck vor und hinter dem Laufrad gleich - Teilbeaufschlagung möglich (breiter Betriebsbereich) - Durch ein großes c1 wird im Vergleich zur einstufigen Überdruckturbine ein doppeltes Gefälle abgebaut - Dampf tritt üblicherweise mit Überschallgeschwindigkeit aus den Leitschaufeln aus - Leitschaufeln (Düsen) sind konvergent-divergent ausgebildet (Lavaldüsen) - Schlechter Wirkungsgrad - Hohes Druckverhältnis - Kompakte einstufige Bauweise 14. Wodurch ist eine Teilbeaufschlagung gekennzeichnet? - Der Leitapparat bildet keinen vollen Kranz sondern besteht aus mehreren Segmenten (Düsengruppen), die mit je einem Regelventil verbunden sind - Einstellung des Massenstroms durch Zu- und Abschaltung von Düsengruppen (oft symmetrisch, da sonst Verzug des Läufers) - Immer nur ein Ventil im gedrosselten Bereich (alle anderen komplett auf oder zu), dadurch minimaler Drosselverlust - Großer Durchsatzbereich 2 Klausur-Fragenkatalog „Thermische Strömungsmaschinen und Strahlantriebe“ mit Antworten (Beantwortung in Mehrfachauswahl ohne Hilfsmittel) 15. Welche Eigenschaften hat eine Curtisturbine? - Fast das gesamte Stufengefälle wird im Leitapparat in Geschwindigkeit umgesetzt - Druck vor und hinter den Laufkränzen und dem Umlenkkranz gleich - Teilbeaufschlagung möglich (breiter Betriebsbereich) - Dampf tritt mit hoher Überschallgeschwindigkeit aus den Leitschaufeln aus - Leitschaufeln (Düsen) sind konvergent-divergent ausgebildet (Lavaldüsen) - Schlechter Wirkungsgrad - Sehr hohes Druckverhältnis - Kompakte einstufige Bauweise - c1  4 u - Erster Laufkranz mit geringer Reaktion (w1  w2  3 u) - Austritt aus 1. Laufrad: c2  2 u - Dann Umlenkkranz in Richtung 2. Laufkranz: c2  c3 - Durch ein sehr großes c1 wird im Vergleich zur einstufigen Gleichdruckturbine ein vierfaches Gefälle abgebaut 16. Welchen Vorteil bietet eine Düsengruppenregelung? - Geringerer Druckverlust als bei einer Drosselregelung, da immer nur ein Ventil im gedrosselten Bereich (alle anderen komplett auf oder zu) - Wirtschaftlicher bei häufig im Teillastbereich eingesetzten Turbinen 17. Welche Eigenschaften hat eine Industriedampfturbine? - Ein Gehäuse - Maximalleistung ca. 150 MW 18. Was bedeutet Modulbauweise bei Industriedampfturbinen? - Ziel: Entwicklungsaufwand trotz vielfältiger Anforderungen gering halten - beschränkte Anzahl von standardisierten Modulen (Gehäuse, Ventile, Lager) - aus diesem Sortiment wird nach Kundenwünschen zusammengestellt - nur Läufer sowie Leit- und Laufbeschaufelungen werden individuell angepasst 19. Was versteht man unter einer Getriebedampfturbine? - Kleine daher schnelldrehende Dampfturbine, die über ein Getriebe mit der Arbeitsmaschine verbunden ist - Meist: Laval- oder Curtisturbine, fliegende Lagerung 3 Klausur-Fragenkatalog „Thermische Strömungsmaschinen und Strahlantriebe“ mit Antworten (Beantwortung in Mehrfachauswahl ohne Hilfsmittel) 20. Was versteht man unter einer Gegendruckturbine? - Abdampfdruck meistens über Umgebungsdruck (Überdruckbereich) - Abdampftemperatur bestimmt den Abdampfdruck - Einsatz bei der Kraft-Wärme-Kopplung 21. Was versteht man unter einer Kondensationsturbine? - Dampfturbine, in der der Dampf bis zum Sattdampf-Zustand oder sogar bis ins Nassdampf-Gebiet hinein entspannt wird, so dass Kondensation im Abdampf eintritt - Das gesamte zur Verfügung stehende Wärmegefälle wird zur Umwandlung in mechanische Leistung herangezogen 22. Was versteht man unter einer Entnahme-Kondensationsturbine? - Dampfturbine, bei der ein Teil des Dampfes bei höheren Drücken entnommen werden kann, aber auch eine vollständige Ausnutzung der Dampfenthalpie bis zum Kondensationsdruck möglich ist. - flexibel als Kondensationsturbine oder Gegendruckturbine einsetzbar 23. Was versteht man unter einer Kraftwerksturbine? - mehrgehäusige und mehrflutige Kondensationsturbine in Trommelbauart - rotiert mit Netzfrequenz (volltourig) - großes abgebautes Gefälle, daher hohe Stufenzahl notwendig - Stufen auf mehrere Gehäuse verteil (Hoch-, Mittel- und Niederdruckteil) 24. Die Dampfturbine eines modernen Kernkraftwerkes besteht aus …? - Einer zweiflutigen Hochdruckturbine - Drei zweiflutigen Niederdruckturbinen 25. Warum sind Dampfturbinen in Kraftwerken mehrteilig aufgebaut? - die hohen Leistungen können nicht in einer Turbine vollständig abgebaut werden: große Stufenzahl, großer Durchsatz - Aufteilung auf mehrere Fluten, um zu große Querschnitte (Schaufellängen) zu vermeiden - um die Länge der Rotoren zwischen den Lagern möglichst kurz zu halten (Stufen auf mehrere Gehäuse verteilt) - Zwischenüberhitzung, Frischdampfanzapfung, Dampfentwässerung zwischen den Turbinen möglich - Fertigung und Transport der Bauteile 4 Klausur-Fragenkatalog „Thermische Strömungsmaschinen und Strahlantriebe“ mit Antworten (Beantwortung in Mehrfachauswahl ohne Hilfsmittel) 26. Warum werden kleine Abgasturbolader mit radialen Turbomaschinen gebaut? - Geringer Durchsatz - Höhere Festigkeit  höhere Umfangsgeschwindigkeiten  größeres Gefälle in einer einstufigen Maschine als bei axialer Bauweise 27. Warum werden Radialturbinen meist mit radial stehenden Laufschaufeln am Eintritt gebaut? - Hohe Fliehkraftbeanspruchung infolge der großen Umfangsgeschwindigkeit 28. Warum werden Hochleistungs-Radialverdichter mit rein radial endenden Laufschaufeln am Austritt gebaut? - Maximal möglicher Druckaufbau 29. Welche Dampfturbinenbauart wird in der Kraft-Wärme-Kopplung eingesetzt? - Gegendruckturbine - Entnahme-Kondensationsturbine 30. Welche Eigenschaften hat eine Prozessgasturbine. - Energierückgewinnung aus Prozess- oder Restgasen - Maximalleistung etwa 25 MW - eingesetzt in Raffinerien, Hüttenwerken, Chemiewerken, verfahrenstechnischer Industrie, Erdgaspipelines 31. Welche Verdichterbauart wird bei sehr großen zu verdichtenden Gasmengen verwendet? - Axialverdichter 32. Bei welchem Reaktionsgrad wird der optimale Wirkungsgrad einer Axialverdichterstufe erreicht? - Reaktionsgrad von etwa 50 % 33. Welche Eigenschaften hat ein Mehrwellenradialkompressor? - Antrieb über Getriebe - optimal ausgelegte Laufräder (optimale Umfangsgeschwindigkeit, breiter Betriebsbereich, besserer Wirkungsgrad) - Axialschubausgleich gegenüberliegender Laufräder - Zwischenkühlung möglich  isotherme Verdichtung - Jede Laufradwellendichtung muss gegen Atmosphäre abdichten 5 Klausur-Fragenkatalog „Thermische Strömungsmaschinen und Strahlantriebe“ mit Antworten (Beantwortung in Mehrfachauswahl ohne Hilfsmittel) 34. Welche Verdichterbauart eignet sich besonders gut für Zwischenkühlung? - Mehrwellenradialkompressor (Getriebeverdichter) 35. Was ist eine Rückführschaufel und wo kommt diese zum Einsatz? - Entzieht Drall vor Eintritt in nächste Stufe - Mehrstufige Einwellenradialverdichter 36. Welchen Vorteil bietet eine Deckscheibe bei Radialmaschinen? - Robuste Radkonstruktion, Schwingungstilgung - Effiziente Abdichtung über Labyrinthdichtung möglich 37. Welchen Nachteil hat eine Deckscheibe bei Radialmaschinen? - Limitierung der Umfangsgeschwindigkeit wegen der zusätzlichen Fliehkräfte auf ca. 320 m/s 38. Welches Bauteil stellt bei mehrschaligem Aufbau von Turbinengehäusen neben der wärmebeweglichen Aufhängung der Leitschaufeln auch eine Druckstufung her? - Innengehäuse 39. Welche Arten von Schaufelbefestigungen gibt es? - Scheibe und Schaufeln aus einem Stück (BLISK) - geschweißt (Linear-Reibschweißen, induktives Hochfrequenzpressschweißen) - lösbar (Hammerkopf, Tannenbaumfuß, Steckfuß) 40. Welche Arten von lösbaren Schaufelbefestigungen gibt es? - Hammerkopf (einfach und doppelt) - Tannenbaumfuß - Steckfuß 41. Welche Schaufelbefestigung wird bei den Endstufen von Kraftwerksdampfturbinen angewandt? - Tannenbaumfuß - Steckfuß 42. Wie werden die Rotorscheiben bei Scheibenläufern verbunden? - Schweißen - Aufschrumpfen auf Welle - Zuganker 43. Wie werden die Rotorsegmente bei Trommelläufern verbunden? - Schrauben 6 Klausur-Fragenkatalog „Thermische Strömungsmaschinen und Strahlantriebe“ mit Antworten (Beantwortung in Mehrfachauswahl ohne Hilfsmittel) 44. Unterschied zwischen einer Labyrinthdichtung und einem Labyrinthspalt? - Höhere Dichtwirkung, Durchflusswiderstand - Keine axiale Verschiebbarkeit - Größerer Fertigungsaufwand 45. Bei welcher Dampfturbinenbauart muss die abdampfseitige Stopfbuchse mit Sperrdampf beaufschlagt werden? - Kondensationsturbine 46. Welche Art von Dichtung ermöglicht auch bei Stillstand der Verdichteranlage eine vollständige Abdichtung? - Gleitringdichtung 47. Bei welchem Ereignis wird das Schnellschlussventil ausgelöst? - zu große Axialschubkräfte - Überdrehzahl größer als 110 % Nenndrehzahl - zu niedriger Schmieröldruck, zu hoher Gegendruck, Kondensatordruck, Entnahmedruck - zu hohe Kondensatortemperatur, Lagertemperatur 48. Welche Lagerbauarten kommen in Turbomaschinen zum Einsatz? - hydrodynamisch geschmierte Gleitlager - Wälzlager bei Flugtriebwerken - Magnetlager - Luftlager 49. Welche Funktion hat ein Wellenlagewächter, Drehzahlwächter, Druckwächter, Temperaturwächter? - lösen das Schnellschlussventil aus - Wellenlagewächter: bei zu großen Axialschubkräfte - Drehzahlwächter: bei 110% der Nenndrehzahl - Druckwächter: bei zu niedrigem Schmieröldruck, bei zu hohem Kondensatordruck, Gegendruck, Entnahmedruck - Temperaturwächter: bei zu hoher Kondensatortemperatur, bei zu hoher Lagertemperatur 50. Welche Änderung des einfachen Gasturbinenprozesses ermöglicht eine Wirkungsgradverbesserung? - Abgaswärmetauscher 7 Klausur-Fragenkatalog „Thermische Strömungsmaschinen und Strahlantriebe“ mit Antworten (Beantwortung in Mehrfachauswahl ohne Hilfsmittel) 51. Welche Gasturbinenprozesse kennen Sie? - offene Kreisprozesse - geschlossene Kreisprozesse - mit Wärmeaustausch - mit Zwischenkühlung - mit Zwischenerhitzung 52. Durch den Einbau welchen Bauteils wird der Vortriebswirkungsgrad eines Turboluftstrahltriebwerks bei einer Flugmachzahl von 0,5 verbessert? - Propeller (mit Getriebe) 53. Durch den Einbau welchen Bauteils wird der Vortriebswirkungsgrad eines Turboluftstrahltriebwerks bei einer Flugmachzahl von 0,8 verbessert? - Gebläse (Fan) 54. Welchen Einfluss hat der Vortriebswirkungsgrad auf die Auslegung von Turboluftstrahltriebwerken? - Zweikreis- bzw. Zweistrom-Triebwerke (Mantelstromtriebwerk) bei Flugmachzahlen zwischen etwa 0,7 bis 2,0 55. Zu welchem Zweck werden Turboluftstrahltriebwerke mit einem Nachbrenner ausgerüstet? - kurzzeitig große Schubsteigerung (Start, Überschallflug) - die Wärmezufuhr im Nachbrenner führt zu einer starken Enthalpieerhöhung des Arbeitsgases  größeres nutzbares Gefälle in der Schubdüse 56. Welche Brennkammerbauart findet bei modernen großen stationären Gasturbinen Verwendung? - Ringbrennkammer - Einzelrohr-Brennkammern 57. Mit welcher Maßnahme wird die thermische NOx-Bildung in Gasturbinenbrennkammern vermindert? - Vormischbrenner (Primärluft und Brennstoff werden bereits im Brenner vor der Primärzone gemischt)  höheres λ in der Primärzone als bei Diffusionsbrenner  Temperatur in Primärzone sinkt  weniger NOx wird gebildet - Katalytische Brennkammern: katalytisch beschichtete keramische oder metallische Wabenkörper (Oxidatonskatalysatoren)  durchströmendes Brennstoff-Luft-Gemisch verbrennt auch noch bei λ-Werten von 1,5 und größer (geringere Flammentemperatur) stabil  niedrige NOx-Werte - Dampfeindüsung bzw. Wassereinspritzung in Brennkammer (geringere Flammentemperatur) 8 Klausur-Fragenkatalog „Thermische Strömungsmaschinen und Strahlantriebe“ mit Antworten (Beantwortung in Mehrfachauswahl ohne Hilfsmittel) 58. Warum ist bei Kraftwerksgasturbinen eine hohe Abgastemperatur wünschenswert? - Nutzung der Gasturbinen-Abgaswärme in einem nachgeschalteten Abhitzedampferzeuger zum Antrieb einer Dampfturbine 59. Verfahren zur Schaufelkühlung bei Gasturbinen. - Schaufelfußkühlung - Konvektionskühlung - Filmkühlung - Transpirationskühlung 60. Wodurch wird die thermische Belastbarkeit von Turbinenlaufschaufeln verbessert? - extrem hoch-warmfeste Werkstoffe (Nickel-Basislegierungen) - Wärmedämmschichten - Gerichtet erstarrte Schaufeln - Einkristallschaufeln - Kühlung 61. Welche Maßnahme zur Turbinenschaufelkühlung ist am effizientesten? - Transpirationskühlung 62. Welches Merkmal findet sich bei einer Fahrzeuggasturbine? - kleine Bauweise  Verdichter niedrigen Druckverhältnisses nötig - einstufiger Radialverdichter - einstufige Axialturbine zum Verdichterantrieb - einstufige axiale Nutzleistungsturbine - Brennkammer als Einzelrohrbrennkammer - Nutzung der Abgaswärme durch einen Regenerator - keine Schaufelkühlung wegen hohem technischen Aufwand - höhere Abgasqualität als Verbrennungsmotoren 63. Warum wird eine Fahrzeuggasturbine sinnvollerweise mit einem Abgaswärmetauscher und einer freilaufenden Nutzleistungsturbine ausgestattet? - Guter Wirkungsgrad bei niedrigem Druckverhältnis - Ideales Drehmomentverhalten 9 Klausur-Fragenkatalog „Thermische Strömungsmaschinen und Strahlantriebe“ mit Antworten (Beantwortung in Mehrfachauswahl ohne Hilfsmittel) 64. Einsatzgebiete von Gasturbinen? - Stromerzeugung im Kraftwerk - Antrieb von Arbeitsmaschinen - Antrieb von Wasserfahrzeugen - Antrieb von Landfahrzeugen - Abgasturbolader - Antrieb von Luftfahrzeugen 65. Einsatzgebiete von Kleingasturbinen? - Verkehrsflugzeuge: zum Start der Haupttriebwerke, Versorgung der Klimaanlage am Boden, Stromerzeugung zur autonomen Bordnetzversorgung - Strahlantrieb von Drohnen und Marschflugkörpern - Mikrogasturbinen: Stromerzeugung, Kraft-Wärme-Kopplung 66. Wie lässt sich der schubspezifische Kraftstoffverbrauch eines Turboluftrahltriebwerks vermindern? - Verdichterdruckverhältnis erhöhen 67. Wie lässt sich der spezifische Schub eines Turboluftrahltriebwerks vergrößern? - Turbineneintrittstemperatur erhöhen 68. In welchem Drehzahlbereich wird ein Turboluftstrahltriebwerk betrieben? - 80 bis 100 % der Nenndrehzahl 69. Warum nimmt der Schub eines Turboluftstrahltriebwerks mit der Flughöhe ab? - Luftdichte und Massenstrom sinken 70. Was versteht man unter Windmilling? - Drehen des Triebwerks im Fluge durch Nutzung der in der aufgestauten Luft enthaltenen Enthalpie während der Expansion in der Turbine 71. Welchen Einfluss hat das Nebenstromverhältnis auf den Kraftstoffverbrauch bei hoher Unterschallgeschwindigkeit? - Ein optimales Nebenstromverhältnis minimiert den schubspezifischen Kraftstoffverbrauch 72. Bei welchem Triebwerkseinlauf tritt eine externe Kompression auf? - Überschalleinlauf 73. Wann sind Schubdüsen mit verstellbarer Geometrie erforderlich? - Überschallflug - Nachbrennerbetrieb 10 Klausur-Fragenkatalog „Thermische Strömungsmaschinen und Strahlantriebe“ mit Antworten (Beantwortung in Mehrfachauswahl ohne Hilfsmittel) 74. Wozu dient eine Schubumkehr? - Bremskraft nach dem Aufsetzen bei der Landung 75. Wie verhält sich das Moment einer Turbine bei Drehzahlerhöhung? - Nimmt linear zur Drehzahl ab 76. Wie verhält sich das Moment einer Turbine bei Durchsatzerhöhung? - Nimmt quadratisch zum Durchsatz zu 77. Wie ändert sich bei einem Radialverdichter mit radial endenden Laufschaufeln das Druckverhältnis, wenn der Durchsatz um 20 % verringert wird? - Bleibt gleich 78. Wodurch wird die Fördermenge eines Verdichters bei sehr geringem Gegendruck begrenzt? - Schluckgrenze 79. Was sollen verstellbare Verdichterleitschaufeln bewirken? - Druckverhältnis wird unabhängig vom Durchsatz 80. Was ist eine Dralldrossel und wo kommt diese zum Einsatz? - Dralldrossel = verstellbares Vorleitrad - Einsatz in Verdichtern 81. In welchem Fall wird eine Zweiwellengasturbine eingesetzt? - Antrieb von Arbeitsmaschinen - Antrieb von Fahrzeugen 82. Eine Dampfturbine, die netzsynchron aber ohne Leistungsabgabe betrieben wird, benötigt welchen Teil ihres Nennmassenstromes? - Halber Nennmassenstrom 83. Wie verhalten sich bei einem mit konstanter Drehzahl betriebenen Axialverdichter Durchsatz und Druckverhältnis im Teillastbereich? - Umgekehrt proportional 84. Was besagt das Dampfkegelgesetz? - Zusammenhang zwischen Ein- und Austrittsdruck einer vielstufigen Turbine bei konstanter Eintrittstemperatur 85. Aus welchem Grund wird die nach der einfachen Theorie vorhergesagte maximale Fördermenge eines Verdichters nicht erreicht? - Strömungsreibung in den angeschlossenen Rohrleitungen - Verdichtungsstöße infolge Überschallströmung an der Verdichterbeschaufelung 11 Klausur-Fragenkatalog „Thermische Strömungsmaschinen und Strahlantriebe“ mit Antworten (Beantwortung in Mehrfachauswahl ohne Hilfsmittel) 86. Wann tritt Rotating Stall auf? - Laufschaufelgitter eines Verdichters wird stellenweise unter zu kleinem Winkel angeströmt  lokaler Strömungsabriss 87. Was versteht man unter Rotating Stall? - Auf dem Umfang lokal begrenzter Strömungsabriss an den Laufschaufeln eines Verdichters, der entgegen der Drehrichtung umläuft. 88. Was ist die Voraussetzung, damit Verdichterpumpen eintritt? - der über das Drosselventil abfließende Massenstrom ist kleiner als der Massenstrom für maximalen Verdichterdruck - im System zwischen Verdichter und Drosselventil muss eine Nachgiebigkeit vorhanden sein = Kompressibilität des Arbeitsmediums Gas 89. Bei der Auslegung einer mehrstufigen Strömungsmaschine ist anzustreben, dass alle Laufräder …? - gleich sind (Berechnungs- und Fertigungsaufwand) 90. Was sagt der Mehrarbeitsbeiwert aus? - Höhere Verdichtungsarbeit in den Nachfolgestufen durch dissipative Gaserhitzung - Höhere Turbinenarbeit in den Nachfolgestufen durch dissipative Gaserhitzung 12