Vorlesung 6 Flashcards
Steckbrief: Francis-Turbine
▪ Wirkweise: Umwandlung der Impulsenergie des Wassers in Bewegung
▪ Fallhöhe: bis 600 m
▪ Durchfluss: bis 10 m3/s
▪ Leistung: bis 750.000 kW
▪ Fischfreundlichkeit: Fischaufstiegsanlage erforderlich, Fischabstieg eingeschränkt
▪ Anmerkung: Überdruckturbine, Wirkungsgrad sinkt bei Teilbeaufschlagung
• Spez. Drehzahl: 20 - 140 1/min
• Schaufelzahl: 12 bis 18
Steckbrief: Pelton-Turbine
▪ Wirkweise: Umwandlung der Impulsenergie des Wassers in Bewegung
▪ Fallhöhe: bis 2.000 m
▪ Durchfluss: 0,02 m3/s bis 10 m3/s
▪ Leistung: bis 700.000 kW
▪ Fischfreundlichkeit: Fischaufstiegsanlage erforderlich, Fischabstieg über Turbine nicht möglich
▪ Anmerkung: Gleichdruckturbine, Verschleißanfälligkeit an Schaufeln durch hohe Fließgeschwindigkeit
• Spez. Drehzahl: 1 - 20 1/min
• Schaufelzahl: 15 - 40
Steckbrief: Diagonal-Turbine
▪ Wirkweise: Umwandlung der Impulsenergie des Wassers in Bewegung
▪ Fallhöhe: bis 80 m
▪ Durchfluss: 5 m3/s bis 300 m3/s
▪ Leistung: 2.000 kW bis 150.000 kW
▪ Fischfreundlichkeit: Fischaufstiegsanlage erforderlich, Fischabstieg eingeschränkt
▪ Anmerkung: sehr flacher Verlauf des Wirkungsgrads, Anpassung an Zuflussschwankungen, Überdruckturbine
Steckbrief: Kaplan-Turbine
▪ Wirkweise: Umwandlung der Impulsenergie des Wassers in Bewegung
▪ Fallhöhe: bis 10 m
▪ Durchfluss: 3 m3/s bis 1.000 m3/s
▪ Leistung: bis 75.000 kW
▪ Fischfreundlichkeit: Fischaufstiegsanlage erforderlich, Fischabstieg eingeschränkt
▪ Anmerkung: sehr flacher Verlauf des Wirkungsgrads durch doppelte Regulierbarkeit, Überdruckturbine
• Spez. Drehzahl: 100 - 350 1/min
• Schaufelzahl: 4 bis 12
Steckbrief: Durchströmturbine
▪ Wirkweise: Umwandlung der Lageenergie in Bewegung; Laufrad wird quer durchströmt
▪ Fallhöhe: 2,5 m bis 200 m
▪ Durchfluss: 0,04 m3/s bis 13 m3/s
▪ Leistung: 15 kW bis 5.000 kW
▪ Fischfreundlichkeit: Fischaufstiegsanlage erforderlich, Fischabstieg eingeschränkt
▪ Anmerkung: Gleichdruckturbine, Selbstreinigung
Steckbrief: Wasserrad
▪ Wirkweise: Umwandlung der Lageenergie in Bewegung
▪ Fallhöhe: 0,5 m bis 7 m
▪ Durchfluss: 0,1 m3/s bis 8 m3/s
▪ Leistung: 10 kW bis 100 kW
▪ Fischfreundlichkeit: Fischaufstiegsanlage erforderlich, Fischabstieg geringfügig eingeschränkt ▪ Anmerkung: Wirkungsgrad von Bauart abhängig → Oberschlächtig (ηmax 80%), Mittel- und
unterschlächtig (ηmax 70%)
Was ist das wesentliche Merkmal von Francis- und Kaplanturbinen?
Francis- und Kaplanturbinen werden vollständig umströmt. Aufgrund des Druckunterschieds zwischen Turbinenoberseite und Turbinenunterseite wird das Laufrad in Drehbewegung gesetzt.
Wesentliche Merkmale der Francis-Turbine
In der Francis-Turbine strömt das Wasser aus zwei Richtungen (axial und radial) über eine Einlaufspirale in die Turbine ein. Die Ausströmung aus der Turbinen erfolgt axial. Die an der Einlaufspirale drehbar angeordneten Leitschaufeln regulieren den sogenannten Vordrall. Dadurch kann die Laufraddrehzahl konstant gehalten werden.
Wesentliche Merkmale der Kaplan Turbine
Das Laufrad der Kaplan-Turbine wird axial horizontal oder vertikal angeströmt. Bei den horizontal angeströmten Turbinen unterscheidet man zwischen Propellerturbinen und Kaplan-Turbinen.
Dabei strömt das Wasser zuerst durch den Leitapparat, um eine gleichmäßige Anströmung zu erreichen. Außerdem kann hier der Durchfluss reguliert werden.
Die Laufradschaufeln ähneln einem Propeller und können zur Regulation der Laufradgeschwindigkeit bei den Kaplan-Rohrturbinen verstellt werden. Da der Durchfluss sowohl vom Leitrad als auch vom Laufrad reguliert werden kann, spricht man von doppelt regulierbaren Kaplan-Turbinen. Sind die Laufradschaufeln nicht verstellbar, so spricht man von einfach regulierbaren Propellerturbinen. Diese kommen insbesondere bei sehr gleichmäßigem Durchfluss zum Einsatz.
Kaplan-Turbinen sind insbesondere bei geringen Fallhöhen und großen Durchflüssen geeignet. Daher werden sie überwiegend für Laufwasserkraftwerke im Mittel- und Unterlauf der Flüsse eingesetzt.
Wirkungsweise der Kaplan-Turbine
Das axial anströmende Wasser löst eine Impulskraft auf die Turbinenflügel aus, die in Abhängigkeit des Anstellwinkels der Flügel sowie des Flügelprofils eine Rotation des Propellers erzeugt. Die erzeugte Kraft wird dann über die Welle auf den Generator übertragen.
Definition Rohrturbine
Die Rohrturbine stellt eine Weiterentwicklung der Kaplan-Turbine dar. Im Gegensatz zur Kaplan-Turbine wird bei der Rohrturbine die Welle horizontal gelagert. Dies bedeutet, das sich Einlaufschlauch, Turbine und Saugrohr weitestgehend auf einer Achse befinden. Der Generator ist wasserdicht eingebaut und wird vom Triebwasser umströmt. Da keine Strömungsumlenkung stattfindet, ist der Wirkungsgrad von Rohrturbinen höher als der von konventionellen Kaplan-Turbinen. Außerdem könne die Baukosten aufgrund der kompakten Bauweise niedrig gehalten werden.
Definition PIT-Turbine
Im wesentlichen ähnelt die PIT-Turbine der Kaplan-Rohrturbine. Allerdings ist der Generator zugänglich in einem Schachtgehäuse untergebracht. Dadurch wird eine höhere Zuverlässigkeit und Lebensdauer ermöglicht.
Definition S-Turbine
Bei der S-Turbine ist das Saugrohr s-förmig angeordnet. Dadurch kann der Generator wartungsfreundlich in der Maschinenhalle aufgestellt werden.
Definition Straflo-Turbine
Bei der Straflo-Turbine liegen Turbine und Generator in der gleichen Achse und bilden eine bauliche Einheit. Auf dem Außenkranz des Laufrades sind magnetische Pole befestigt. Damit funktioniert die Turbine auch als Rotor des Generators. Aufgrund der kompakten Bauweise benötigt eine Straflo-Turbine sehr wenig Platz.
Vorteile der Straflo-Turbine:
➢ Kompaktheit der gesamten Einheit
➢ gute Zugänglichkeit des Generators und Laufrades
zu Wartungszwecken
➢ freie Wahl der Generatorabmessungen
➢ gute Kühlung des Kranzgenerators durch den
Triebwasserstrom
➢ hohes Rotorträgheitsmoment, ohne die Effizienz
des Generatorkühlsystems zu beeinträchtigen
➢ geeignet zur Modernisierung bzw. Leistungs-
steigerung von Flusskraftwerken
Definition CAT-Turbine
Die CAT-Turbine (compact axial turbine) konkurriert aufgrund ihrer Kompaktheit mit der S- Turbine. Sie wurde für Fallhöhen von bis zu 30 m und Durchflüsse von bis zu 80 m3/s konstruiert. In diesem Fall führt die Welle zum Generator nicht durchs Saugrohr, sondern durch den Einlaufschlauch.
