Bauteil 94: Gebläse mit Kennfeld

In diesem Thema

Bauteil 94: Gebläse / Verdichter (mit Kennfeld)

Vorgaben

Leitungsanschlüsse
1	Medium-Eintritt
2	Medium-Austritt
3	Logikeingang Klappenstellung3
4	Welleneintritt
5	Wellenaustritt
6	Regeleingang für Wirkungsgrad (als H)

Allgemeines Vorgabewerte Kennlinien Verwendete Physik Bauteilform Beispiel

Allgemeines

Dieses Bauteil dient zur Erhöhung des Drucks eines gasförmigen Mediums (Luft, Rauchgas, Gas) und kann je nach Kontext als Gebläse oder Verdichter verwendet werden.

Im Vergleich zu Bauteil 24 (Verdichter) verfügt es über eine größere Anzahl von Einstell- und Vorgabemöglichkeiten. Zusätzlich zu Eintritt und Austritt des Mediums und zum Austritt der Wellenleistung gibt es hier einen Logikeingang, über den eine Regelgröße (Klappenstellung) vorgegeben werden kann, sowie einen Welleneintritt, der es ermöglicht, mehrere Verdichter auf einer Welle in Reihe zu schalten (analog zur Dampfturbine, Bauteil 6)

Während Bauteil 24 lediglich über eine Wirkungsgradkennlinie verfügt, gibt es bei Bauteil 94 zwei Kennfelder mit jeweils 15 Kennlinien. Die Kennfelder sind so aufgebaut, dass eine einfache Übertragung aus den vom Hersteller gelieferten Daten für Verdichter möglich ist.

Das erste Kennfeld CETA liefert den Wirkungsgrad als Ergebnis. Dabei kann über das Flag FETA eingestellt werden, ob der isentrope oder der polytrope Wirkungsgrad verwendet werden soll. Das Kennfeld besteht aus 15 Kennlinien, wobei jede Kennlinie für einen bestimmten Druckanstieg gilt, der als Kennlinienparameter eingegeben wird. Jede Kennlinie stellt den Wirkungsgrad in Abhängigkeit des Durchsatzes dar, wobei wahlweise der Volumenstrom am Eintritt, der Massenstrom oder der reduzierte Massenstrom als x-Wert verwendet werden kann. Dies wird über das Flag FCHRX eingestellt.

Das zweite Kennfeld CPOS liefert die Druckerhöhung als Ergebnis. Dieses besteht ebenfalls aus 15 Kennlinien. Jede Kennlinie gilt für eine bestimmte Klappenstellung, die der Parameter für die Kennlinie ist. Die Klappenstellung ist eine dimensionslose Größe. Man kann sich die Einheit Grad (°) dazu vorstellen - so ist es in der Standardwerten vorgesehen (-15 bis +30 Grad). Sie kann aber auch als eine andere Positionsangabe verstanden werden, z. B. eine Skalenwert auf einer Skala.

Jede Kennlinie stellt die Druckerhöhung in Abhängigkeit des Durchsatzes dar. Über ein Flag FCHRY kann eingestellt werden, ob die Druckerhöhung , das Druckverhältnis oder die spezifische Förderarbeit als y-Wert der Kennlinie verwendet werden soll.

Die spezifische Förderarbeit ist dabei definiert zu

Y12 [kJ/kg] = 100 * V1 [m³/kg] * DP12 [bar],

wobei V1 das spezifische Volumen am Eintritt und DP12 die Druckdifferenz zwischen Eintritt und Austritt sind. Der x-Wert ist wie beim Wirkungsgradkennfeld eine Durchsatzgröße.

Durch Hinterlegung eines Kennfeldes CPOS (dimensionslos) für die Druckerhöhung (siehe dazu auch FCHRX und FCHRY) ist sowohl eine Drosselregelung als auch die Regelung mit verstellbaren Schaufeln für ein Gebläse oder Verdichter darstellbar. Das Bauteil arbeitet rein phänomenologisch, ohne irgendwelche Geometrieangaben.

Die Umrechnung des reduzierten Massenstroms, der für FCHRX=1 benötigt wird, erfolgt ab Release 15 Patch 4 mit der Drehzahl der Welle und nicht mehr wie vorher mit dem Vorgabewert REV.
Hintergrund: Als die Option FCHRX=1 eingeführt wurde, gab es noch keine Drehzahl auf der Welle. Wenn der Vorgabewert sich von der Wellendrehzahl unterscheidet, wird jedoch eine Warnung abgesetzt.

Über ein Flag FCHRY kann eingestellt werden, ob die Druckdifferenz, das Druckverhältnis oder die spezifische Förderarbeit als y-Wert der Kennlinie verwendet werden soll.

In den Ergebniswerten wird die Kennzahl POS ausgewiesen, die angibt, welcher Parameter für das Kennfeld CPOS verwendet wurde. Dieser ergibt sich – je nachdem, welche Berechnungsmethode beim Schalter FSPECP eingestellt wurde – aus der Vorgabe auf der Logikleitung oder als Berechnungsergebnis aus dem Kennfeld CPOS.

Die Klappenstellung wird über die Enthalpie am Anschluss 3 vorgegeben, z. B. über ein Bauteil 46 vom FTYP 31 "Relative Stellung / Anteil" oder einen Startwert Bauteil 1 oder 33. Gibt man die Klappenstellung nicht vor, wird der Wert 0 angenommen bzw. genutzt.

Im Identifikationsmodus (FSPECP=-1) gibt der Ergebniswert POSREF (Referenz-Klappenstellung) an, welche Klappenstellung man einstellen müsste, um den vorgegebenen Druck zu erhalten, wenn man mit FSPECP=1 rechnen würde. Für andere Einstellungen von FSPECP ist POSREF stets gleich dem Wert POS.

Im Auslegungsfall sind Eintritts- und Austrittsdruck, Durchsatz und Klappenstellung vorzugeben.

Ab Release 13: Eine Normierung der Kennfelder ist nicht erforderlich. In der Auslegungsrechnung werden die dem Auslegungspunkt entsprechenden Werte der Kennfelder ermittelt und als Referenzwerte CETAYN (für die CETA-Kennlinien) und CPOSYN (für die CPOS-Kennlinien) abgespeichert. Bei einem normierten Kennfeld haben diese Referenzwerte den Wert 1.
In Teillast wird dann der aus der Kennlinie abgelesene y-Wert durch den entsprechenden Referenzwert geteilt.

Hinweis : Das ermittelte DP12N stimmte vor Release 13 nur mit der Druckdifferenz zwischen Austritt und Eintritt überein, wenn die Klappenstellung so gewählt wurde, dass die entsprechende Kennlinie für den Druckanstieg durch (1,1) geht. Entsprechendes galt auch für Y12N und P2P1N.
Bei einer Änderung der Auslegung musste deshalb gegebenenfalls eine manuelle Umskalierung der Kennfelder durchgeführt werden.

Es gibt zwei Identifikationsmodi, einen für den Wirkungsgrad und einen für den Druckanstieg. Zur Bestimmung des Wirkungsgrads kann entweder die Wellenleistung oder die Enthalpie vorgegeben werden. Zur Bestimmung des Druckanstiegs muss man den Massenstrom, den Eintritts- und Austrittsdruck und die Klappenstellung vorgeben.

Im Teillastmodus (Kennfeldnutzung) wird mit Hilfe des Wirkungsgradkennfeldes die Austrittsenthalpie und die Wellenleistung berechnet. Aus dem Druckerhöhungskennfeld kann wahlweise die Druckerhöhung, der Durchsatz oder die Klappenstellung berechnet werden, wobei die beiden übrigen Größen jeweils vorzugeben sind. Die Vorgabe der Klappenstellung erfolgt an Anschluss 3 (s. o.).

Die Drehzahl dient lediglich zur Umrechnung des Massenstroms in den reduzierten Massenstrom, der nach folgender Formel durchgeführt wird:

m_red = m * SQRT (T) / (P*REV),

wobei M der Massenstrom, T die Temperatur (in Kelvin) am Eintritt, P der Eintrittsdruck und REV die Drehzahl sind.

Die Validierung des Wirkungsgrads und die Verwendung eines Anpassungspolynoms ist ebenfalls möglich.

Das Bauteil ermöglicht die direkte Verwendung von Gütegraden für den Wirkungsgrad und für die Druckerhöhung. Diese werden als Korrekturfaktoren für die entsprechenden Kennfelder verwendet.

Hinweis: Beim Bauteil 94 (Gebläse mit Kennfeld) gab es schon zwei Flags, hier wurde FDP durch FSPECP und FSPEC durch FSPECH ersetzt.

Implementierung eines lastunabhängigen mechanischen Verlustes (QLOSSM)

Wenn sowohl ein mechanischer Wirkungsgrad ETAMN als auch ein konstanter Verlust QLOSSM vorgegeben sind, werden beide in folgender Weise kombiniert:

Die Reihenfolge, in der der proportionale und der konstante Anteil berücksichtigt werden, hängt von der Richtung des Energiestroms ab.

Q_Brutto =( Q_Netto + QLOSSM) / ETAMN

Der Ergebniswert QLOSS umfasst den gesamten (lastunabhängigen und lastabhängigen) Verlust

QLOSS = Q_Brutto – Q_Netto

Der Ergebniswert ETAM beinhaltet beide Anteile (wie schon beim Bauteil 6), da ETAM definiert wird durch

ETAM = Q_Netto / Q_Brutto

Wenn ein QLOSSM > 0 angegeben wird, ist also ETAM nicht mehr gleich ETAMN, sondern entsprechend kleiner (um QLOSSM/Wärmezufuhr).

Logikeingang (Anschluss 6) zur Steuerung von Komponenteneigenschaften

(siehe dazu auch : Objekte bearbeiten --> Anschlüsse)

Um Komponenteneigenschaften wie Wirkungsgrade oder Wärmeübergangskoeffizienten (Variationsgröße) von außen zugänglich zu machen (für Regelung oder Validierung),
ist es möglich, den entsprechenden Wert als indizierten Messwert (Vorgabewert FIND) auf einer Hilfsleitung zu platzieren. Im Bauteil muss dann derselbe
Index als Vorgabewert IPS eingetragen werden.

Es besteht auch die Möglichkeit, diesen Wert auf einer Logikleitung zu platzieren, die direkt an das Bauteil angeschlossen ist (siehe dazu FVALETA=2, Variationsgröße: ETAIN,
Dimension: Enthalpie).

Der Vorteil besteht darin, dass die Zuordnung nun grafisch sichtbar ist und dadurch Fehler (zum Beispiel beim Kopieren) vermieden werden.

Die Aktivierung dieser Logikleitung kann auch vom Berechnungsmodus abhängig gemacht werden. Dadurch kann dieses Feature auch für Auslegungen verwendet werden, ohne dass ständig manuell umgeschaltet werden muss.

Hierfür gibt es beim Schalter FVALETA die Einstellungen

FVALETA=4: im Design-Modus Logikleitung verwenden, im Off-Design Vorgabewert
FVALETA=5: im Design-Modus Vorgabewert verwenden, im Off-Design Logikleitung

Diese Option steht für die Bauteile 2, 6, 8, 13, 18, 19, 23, 24 und 94 zur Verfügung.

Für dieses Bauteil stehen Datensätze für Axial- und Radialgebläse zur Verfügung.

Vorgabewerte

FETA	Schalter zur Festlegung des zu verwendenden Wirkungsgrades: =0: isentroper Wirkungsgrad =1: polytroper Wirkungsgrad
FVALETA	Schalter für Validierung des Wirkungsgrades =0: feste Vorgabe durch Spezifikationswert ETAN (ohne Validierung) =1:(Veraltet) IPS statt ETAN verwendet (validierbar) =2: ETAN durch Enthalpie auf Regeleingang 6 gegeben =4: Enthalpie auf Regeleingang 6 verwendet in Design, Vorgabewert ETAN in Off-Design =5: Vorgabewert ETAN verwendet in Design, Enthalpie auf Regeleingang 6 in Off-Design
ETAN	Isentroper bzw. polytroper Wirkungsgrad (nominal)
IPS	Index auf Pseudomessstelle für den zu validierenden Wirkungsgrad
ETAMN	Mechanischer Wirkungsgrad (nominal)
QLOSSM	Mechanischer Verlust (konstanter Anteil)
FSPECP	Schalter zur Vorgabe von Druckerhöhung, Massenstrom und Klappenstellung: =-1: P2 von außen gegeben (Identifikation) =1: P2 berechnet aus M1 und Klappenstellung (in Teillast) =2: M1 berechnet aus P2 und Klappenstellung (in Teillast) =3: Klappenstellung berechnet aus M1 und P2 (in Teillast)
FSPECH	Schalter für Vorgabe des Wirkungsgrades: =0: Wirkungsgrad-Kennlinie verwendet =11: Wirkungsgrad-Kennlinie verwendet (validierbar) =-1: Identifikation durch Leistungsvorgabe =-2: Identifikation durch H2-Vorgabe =-11: Nur Massen- und Energiebilanz betrachten (Leistungsvorgabe). Hinweis: Wenn diese Methode verwendet wird, werden die Massen- und Energiebilanzen eingehalten, aber die Wirkungsgradkennlinien werden ignoriert. Verwenden Sie diese Methode nur, wenn es angebracht ist, wie z.B. zur Datenvalidierung. Diese Methode könnte den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik verletzen.
FSPEC (veraltet)	Schalter für den Berechnungsmodus des Wirkungsgrades: =-999 : Nicht genutzt =0: Berechnung des Wirkungsgrades aus dem Kennfeld =-1: Identifikation des Wirkungsgrades aus der Wellenleistung =-2: Identifikation des Wirkungsgrades aus der Austrittsenthalpie (H2-Vorgabe)
FDP (veraltet)	Schalter für den Berechnungsmodus für Druckerhöhung, Massenstrom und Klappenstellung =-999 : Nicht genutzt =0: von außen gegeben (Identifikation) =1: Druckerhöhung (P2) berechnet aus Massenstrom (M1) und Klappenstellung (in Teillast) =2: Massenstrom (M1) berechnet aus Druckerhöhung (P2) und Klappenstellung (in Teillast) =3: Klappenstellung berechnet aus Massenstrom (M1) und Druckerhöhung (P2) (in Teillast)
FMODE	Schalter für Berechnungsmodus = 0: GLOBAL = 1: lokale Teillast (d. h. immer Teillast-Modus, auch wenn das Modell im Auslegungsmodus gerechnet wird) =-1: lokale Auslegung (d. h. immer Auslegung-Modus, auch wenn das Modell im Teillastmodus gerechnet wird)
FADAPT	Schalter für Anpassungspolynom ADAPT/ Anpassungsfunktion EADAPT =0: Nicht genutzt und nicht ausgewertet =1: Anpassungspolynom als Korrekturfaktor zum Wirkungsgradkennfeld [ETA=ETANKennfeldwertPolynom] =2: Anpassungspolynom als Ersatz für das Wirkungsgradkennfeld [ETA=ETANPolynom] =1000: Nicht verwendet, aber ADAPT als RADAPT ausgewertet (Reduzierung der Rechenzeit) = -1: Anpassungsfunktion als Korrekturfaktor zum Wirkungsgradkennfeld [ETA=ETANKennfeldwertAnpassungsfunktion] = -2: Anpassungsfunktion als Ersatz für das Wirkungsgradkennfeld [ETA=ETANAnpassungsfunktion] = -1000: Nicht verwendet, aber EADAPT ausgewertet als RADAPT (Reduzierung der Rechenzeit)
EADAPT	Anpassungsfunktion function evalexpr:REAL; begin evalexpr:=1.0; end;
FCHRX	Schalter für die Interpretation der x-Achse des Wirkungsgrad (CETA) - und des Druckerhöhungskennfeldes (CPOS) : =0: x-Achse wird interpretiert als normierter Volumenstrom am Eintritt (X/XN=VM1/VM1N) =1: x-Achse wird interpretiert als normierter reduzierter Massenstrom am Eintritt (X/XN=MR1/MR1N) =2: x-Achse wird interpretiert als normierter Massenstrom (X/XN=M1/M1N)
FCHRY	Schalter für die Interpretation der y-Achse des Druckerhöhungskennfeldes CPOS / Parameter für CETA : =0: y-Achse wird interpretiert als normierte Druckerhöhung zwischen Austritt und Eintritt (Y/YN=(P2-P1)/DP12N) =1: y-Achse wird interpretiert als normierte spezifische Förderarbeit (Y/YN= Y12/Y12N) =2: y-Achse wird interpretiert als normiertes Druckverhältnis zwischen Austritt und Eintritt (Y/YN=(P2/P1)/ P2P1P2P1N)
PFEFF	Gütegrad für den Wirkungsgrad
PFM	Gütegrad für Durchsatz
REV	Drehzahl
VM1N	Eintritts-Volumenstrom (nominal)
M1N	Massenstrom (nominal)
MR1N	Reduzierter Massenstrom (nominal)
DP12N	Druckanstieg (nominal)
Y12N	Spezifische Förderarbeit (nominal)
P2P1N	Druckverhältnis (nominal)
CETAYN	y-Wert für CETA Kennlinie (nominal)
CPOSYN	y-Wert für CPOS Kennlinie (nominal)

Die blau markierten Parameter sind Referenzgrößen für den Teillastmodus. Diese werden während der Auslegungsrechnung von EBSILON^®Professional berechnet und hier eingetragen.

Generell sind alle sichtbaren Eingaben erforderlich. Häufig werden jedoch Standardwerte zur Verfügung gestellt.

Für weitere Informationen über die Farbe der Eingabefelder und ihre Beschreibungen siehe Komponenten bearbeiten\Vorgabewerte

Für weitere Informationen über Auslegung vs. Teillast und Nominalwerte siehe Allgemeines\Nominalwerte übernehmen

Kennlinien

Kennlinie 1 bis 15: Wirkungsgrad ETA/ETAN = f (X/XN), Parameter : Druckverhältnis

     X-Achse       1         X/XN                    1. Punkt
                        2         X/XN                    2. Punkt
                         .
                       N         X/XN                    letzter Punkt

     Y-Achse      1          ETA/ETAN              1. Punkt
                        2          ETA/ETAN              2. Punkt
                          .
                         N         ETA/ETAN              letzter Punkt

Kennlinie 16 bis 30: Druckerhöhung Y/YN = f (X/XN), Parameter: Klappenstellung

     X-Achse       1         X/XN                  1. Punkt
                        2         X/XN                  2. Punkt
                         .
                       N         X/XN                 letzter Punkt

     Y-Achse       1          Y/YN                1. Punkt
                       2          Y/YN                  2. Punkt
                         .
                        N         Y/YN                  letzter Punkt