BBS Technik Idar-Oberstein Name: Datum ...

1 BBS Technik Idar-ObersteinName: Datum : Wasserkraftmaschinen wandeln die Lage - und Str mungsenergie des Wasser in mechanische Arbeit um: a) Wasserr der S. 156 (ober-, mittel- und unterschl chtig) wandeln die Energie aufgrund der Gewichtskraft des Wassers um. nur noch selten verwendet, sperrig, unempfindlich (gegen Verschmutzung, Sand, ..), niedrige Drehzahlen und Leistungen, h here Wasserverluste, schwer zu regeln Sonderformen: Wasserkraftschnecke Durchstr m- o. Ossbergerturbine akzeptable Wirkungsgrade bei schwankenden Volumenstr men b) Wasserturbinen k nnen jede vorkommende Wasserh he und menge sinnvoll nutzen, sie haben eine hohe Leistungsdichte Die Peltonturbine S.

2 159 auch Freistrahl- oder Tangentialturbine wird bei gro en Fallh hen (ca. 400-2000 m) und m igen Volumenstr men (4-15 m3/s) eingesetzt. Sie ist eine Gleich druckturbine, denn der gesamte Druck (Nettogef lle) wird schon vor dem Eintritt in die Turbine in den D se(n) umgesetzt. w1 = w2 , denn p=konst Durch die fast 180 O Umlenkung ist die Impuls nderung ( F) maximal. Ist u = c1, dann ist c2 fast 0, das Wasser hat seine kin. Energie fast vollst ndig (u. m glichst verlustfrei) an die Turbineabgegeben. hydr. 84 % Regelung: einfach, durch Mengen regelung (langsam mit der D sennadel, schnell mit dem Strahlablenker) n = konst; denn u ist immer c/2 Wasserkraftmaschinen I Peltonturbine S.

3 1 BBS Technik Idar-ObersteinName: Datum : 1. Ein kleiner Bergsee liefert pro Sekunde 45 Liter Wasser an ein 1800 m tiefer gelegenes Wasserkraftwerk, dessen Peltonturbine mit 50 1/s rotieren soll. a) Mit welcher Geschwindigkeit tritt das Wasser tangential in die Beschaufelung ein? (Str mung kann als verlustlos angesehen werden.) b) Wie gro muss der D senquerschnitt sein? c) Welche Nutzleistung hat die Turbine, wenn ein Gesamtwirkungsgrad von 80 % erreicht werden kann? d) Dimensionieren Sie den Laufraddurchmesser. 190 m/s 2,37 cm2 645 kW 0,6 m a) geg.: h = 1800 m V = 0,045 m3/s n = 50 1/S ges.: c1 in m/s A in cm2 PNutz in kW d in m laut Bernoulli: 22222211122121222222 101800190g hvpg hvpg hvvg hmmvmss ++= ++ = = = b) Kontinuit tsgleichung: 11223220, 450, 0002372,371980/1D seVVA vA vtmVAmcmdcsmmsm == = == == c) 33210001018000, 045810 000810 0000, 8648aufabaufPp Vg h VkgmNmmmssmsNmPPkWs = = = == = = N d) 1909522950, 605150mcmsusudnmusdmns==== === v =d ist mittlerer Schaufelraddurchmesserd ist mittlerer Schaufelraddurchmesserd ist mittlerer Schaufelraddurchmesserd ist mittlerer Schaufelraddurchmesser 2.

4 A) Welche Aufgabe hat die Nadeld se der Freistrahlturbine? b) Warum ben tigen Freistrahlturbinen Strahlablenker? a) b) Verlustarme Umwandlung von Druck - in Geschwindigkeitsenergie (Verschiebearbeit in kinetische Energie), Regelung der Durchflussmenge (und damit der Leistung) Die riesige Fl ssigkeitss ule im Druckrohr darf (bei pl tzlicher Lastminderung) nur sehr langsam verz gert werden: Strahlablenker halten kurzzeitig die berfl ssige Wassermenge von der Turbine fern. Wasserkraftmaschinen 1 Peltonturbine S. 2 BBS Technik Idar-ObersteinName: Datum : 3. a) Zeichnen Sie den Geschwindigkeitsplan f r den Schaufelaustritt der skizzierten Peltonturbine, deren Umfangsgeschwindigkeit 75 m/s betr gt und mit c = 100 m/s angestrahlt wird.

5 B) Warum ist diese Konstellation ung nstig? u ist zu gro damit werden w1 und w2 (w1 =w1 ) zu klein c2 ist zu gro : Wasser beh lt ein zu hohe kin. Energie. 4. a) Warum ist die linke Nadeld se ein Fehlkonstruktion? b) Verbessern sie die Konstruktion 5. Erkl ren Sie den Ausdruck: Die Peltonturbine ist eine teilbeaufschlagte Gleichdruckturbine . teilbeaufschlagt : Der Strahl trifft zur gleichen Zeit nur auf einen Teil der Beschaufelung. Geichdruckturbine : In der Schaufel wird kein Druck mehr (in h here Geschwindigkeit) umgewandelt. 6. An einer kleinen Labor-Peltonturbine (d = 240 mm) wurden Messungen durchgef hrt, deren Ergebnisse in den Tabellen ausschnittsweise und grob widergegeben sind.

6 A) Werten Sie diese durch Diagramm(e) aus und beschreiben Sie das Regelverhalten der Turbine. b) Sie die Ergebnisse auf gro e Turbinen bertragbar? a) p Wasserkraftmaschinen 1 Peltonturbine S. 3 c1 u w1 w2 u c2 Pl tzliche Querschnitts nderung: Wirbel, Drosselung Querschnittserweiterung: Druckanstieg Kontinuierliche Querschnittsverengung BBS Technik Idar-ObersteinName: Datum : 42 m3/s 34 m3/s 26 m3/s Das Drehmoment Md f llt mit zunehmender Drehzahl ab, weil die Relativgeschwindigkeit w und damit die Impuls nderung (eigentlich linear) abfallen. Die einzelnen Leistungen ( Pab ~ Md n ) haben bei n= 1200 1/min ( u = c/2 ) ihr jew.

7 Maximum und fallen dann wieder ab, weil Md abf llt. Da die aufgenommene Leistung ( Pauf ~ V h ) berall konstant ist, verl uft der Wirkungsgrad wie Pauf : Jedoch ist er bei der mittleren Durchflussmenge V = 34 m3/h am g nstigsten. Der g nstigste Betriebspunkt der Turbine (Nennwerte) liegt bei V = 34 m3/h , n =1200 1/min (und h = 48 m) Da bei den anderen Durchflusszahlen der Wirkungsgrad bei n 1200 1/min nur geringf gig kleiner ist, arbeitet die Turbine mittels Mengenreglung in einem weiten Betriebsbereich mit gutem Wirkungsgrad. b) Dieses Betriebsverhalten gilt f r jede Turbine, die hnlich ist, ( die gleiche spezifische Drehzahl { = Funktion von n, h, V } hat).

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