Strömungstechnik Skript 3

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Was beschreibt die Bewegungsgleichung Nach Bernoulli:	Nach Bernoulli ist die Summe aus kinetischer und potentieller Energie an jeder Stelle einer Stromlinie konstant.
Zunächst Betrachtung von verlustfreien Strömungsvorgängen	• Energie ist bilanzierbare Größe (geht nicht verloren sondern wird von einer in eine andere Form umgewandelt) • Volumenelement der Masse m hat kinetische Energie und potenzielle Energie (weil es in Bewegung ist und weil es eine bestimmte geodätische Höhe hat) • Kraft wirkt entlang des Weges, verschiebt dabei das Masseelement und verrichtet Arbeit (Verschiebearbeit) • Kraft ergibt sich durch „Druck mal Fläche“ • Energie also durch „Druck mal Fläche mal Weg“, wobei „Fläche mal Weg“ = „Volumen“!
Beim Durchströmen von Rohrleitungssystemen Druckverluste durch:	• Wandreibung • Umlenkungen • Querschnittsverengungen • Querschnittserweiterungen
Laminare Strömung:	- Medium auf parallelen Bahnen - bei kleinen Geschwindigkeiten - bei kleinen Rohr-/ Spaltweiten - parabelförmiges Geschwindigkeitsprofil
Turbulente Strömung:	- Querbewegungen (Wirbel) - kolbenförmiges Geschwindigkeitsprofil - Trennschicht an der Wand Geschwindigkeiten an der Wand = 0
Reynoldszahl:	Kriterium ob Strömung laminar oder turbulent. Re < 2000 laminare Strömung 2000< Re < 3000 Übergangsbereich Re > 3000 turbulente Strömung
glatten Rohren beträgt die kritische Reynoldszahl:	Rekrit: 2320
Betriebliche Anforderungen wie Medium, Temperatur, Druck, benötigter Volumenstrom, Förderhöhe,… beeinflussen:	• Auswahl der Nennweite DN • Auswahl Betriebs- und Nenndruck PN • Auswahl Werkstoff • Auswahl der Rauhigkeit Ra
Nennweite DN: Nenndruck PN:	Lichter Durchmesser in mm. Z.B. DN 40 = Inndurchmesser 40 mm Maximaler Betriebsüberdruck in bar. Z.B. PN 20 = Nenndruck 20 bar [20 °C]
Kriterien Werkstoffauswahl für Rohrleitungssysteme:	• chemische Eigenschaften des Mediums • Korrosionsbeständigkeit • Abrasionsbeständigkeit (mechansicher Abtrag) • elektrische Leitfähigkeit • Ausdehnung beim Erwärmen • Preis
Kriterien für die Wahl der Art der Rohrverbindung:	• Betriebsbedingungen (Temperatur, Druck, Medium,…) • Raumbedarf • Wartungsfreundlichkeit • Wirtschaftlichkeit
Schweißverbindung:	• nicht lösbare Verbindung • hohe Temperaturbeständigkeit • hohe Druckbeständigkeit • geringer Platzbedarf • gute Wirtschaftlichkeit • Änderungen → hoher Aufwand
Flanschverbindungen	häufigste Verbindungsart • lösbar • Temperatur begrenzt (Dichtungsmaterial) • hohe Drücke (ca. PN 400) • hoher Raumbedarf • Änderungen → geringer Aufwand
Nut- und Feder Flansch mit O-Ring/ Flansch mit Linsendichtung:	• Profildichtung • Anpressdruck wird durch Feder auf die Dichtung übertragen • geeignet für höchste Drücke
Flachgedichteter Flansch:	einfache preiswerte Dichtung • geeignet für mittlere Drücke
Dichtungslose Flansche: Planschliff	• Abdichtung durch zwei plangeschliffene Teller • genaue, aufwändige Verarbeitung nötig • Anfällig für Verschmutzung und Beschädigung
Dilo-Dichtung	• Abdichtung nach Nut- und Feder Prinzip • hohe Temperaturen und Drücke
Schneid-/ Klemmringverschraubung:	• lösbare Verbindung • geringer Platzbedarf • Dichtung Metall/Rohrmaterial • für Metall und Kunststoffrohre (mit Stützhülse) • geeignet für mittlere Temperaturen und Drücke
Muffenverbindung	• mit oder ohne Verschraubung • leicht zu lösen • Dichtung mit Teflonband, Teerstrick,… • geringe Temperaturen und Drücke
Nichtregelbare Absperrvorrichtungen:	• Blindscheibe, Blinflansch • Umsteckscheibe, Schwenkscheibe
Regelbare Absperrvorrichtungen:	• Hähne (Küken-, Kugelhahn) Schnelles Öffnen und Schließen durch 90 ° Drehung Durchflussregulierung nur bedingt möglich Geringe Druckverluste Hohe Drücke, mittlere Temperaturen
• Ventile Image: Capture (image/png)	Häufigste eingesetzte Absperrvorrichtung Abdichtung durch Anpressen des Ventilkörpers/kegels an den Ventilsitz Öffnen, Absperren und genaue Regulierung des Durchflusses 2 Umlenkungen im Ventil Strömungsrichtung (Einbaulage) vorgegeben Rel. hoher Druckverlust
Membranventile Image: Capture (image/png)	• Besonders geeignet für aggressive Medien und hygienische Anwendungen • Abdichtung durch Drücken der Membran auf die Dichtkante • Keine Strömungsrichtung vorgegeben • Mittlere Drücke und Temperaturen • Unempfindlich vs. leichte Verunreinigungen
Schieber Image: Capture (image/png)	• rel. langsames Öffnen und Schließen • geringer Platzbedarf • bei hohem Druck Ausgleich über Bypass erforderlich • geringer Druckverlust bei voller Öffnung • Drosselung gut möglich
Klappe	• rel. langsames Öffnen und Schließen • geringer Platzbedarf • geeignet für mittlere Drücke und Temperaturen falls weichdichtend • geeignet für hohe Drücke und Temperaturen falls metallisch dichtend • geeignet für sehr große Nennweiten • geeignet für verschmutzte Medien
Selbsttätige Absperrvorrrichtung: Rückschlagarmaturen	Rückschlagklappe • Gewichtsbelastete Klappe • Federbelastete Klappe • Einbaulage beachten falls gewichtsbelastet • Dichtung durch Anpressung der Klappe durch Flüssigkeitsdruck
Kugelrückschlagventil	• Gewichtsbelastete Klappe • Federbelastete Klappe • Einbaulage beachten falls gewichtsbelastet • Dichtung durch Anpressung der Klappe durch Flüssigkeitsdruck
Selbsttätige Reguliervorrichtungen: Druckminderventil Image: Capture (image/png)	• Überführung von Gasen, Dämpfen oder Flüssigkeiten von hohem zu niedrigerem Druck • Einstellung Solldruck über Federspannung • Druck auf Membran öffnet/schließt Ventil
Reduzierventil Image: Capture (image/png)	• Einstellung Flaschendruck (- 300 bar) auf Gebrauchsdruck (≈ 1 bar) • Druckminderventil + 2 Manometer + Sicherheitsventil + Absperrventil
Sicherheitseinrichtungen: Sicherheits-(Überdruck)-ventil Image: Capture (image/png)	• Gewichtsbelasteter Kegel • Federbelasteter Kegel • Einbaulage beachten falls gewichtsbelastet • Verhindern Überschreitung des max. zulässigen Betriebsdrucks • Öffnet bei Drucküberschreitung und schließt wenn der Druck wieder i.O. • Überprüfung / Auswechslung in festen Abständen
Berst-(Reiß)scheiben	• Einsatz wenn Sicherheitsventile nicht möglich oder zweckmäßig • werden blind aufgeflanscht • bersten bei bestimmten Druck • für viele Druckstufen erhältlich • auch zur Druckentlastung bei Verpuffungen oder Explosionen • bei Auslösen kompletter Druckabbau
Flammensperren	Unterscheidung zwischen • Deflagrationsrohrsicherung (Ex-Ausbreitung mit Unterschallgeschwindigkeit, - l = 50 DN) • Detonationsrohrsicherung (Ex-Ausbreitung mit Überschallgeschwindigkeit, l > 50 DN) • Endsicherung • Flammenrückschlagsicherung Prinzip: Abkühlung Flammenfront

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