Die Peltonturbine - H. Klinkner

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Name: BBS Technik Idar-Oberstein Wasserkraftmaschinen 1 Peltonturbine S. 2 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? (Strömung kann als verlustlos angesehen werden.) b) Wie groß muss der Düsenquerschnitt 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 cm 2 645 kW 0,6 m geg.: h = 1800 m V = 0,045 m 3 /s n = 50 1/S ges.: c 1 in m/s A in cm 2 P Nutz in kW d in m a) laut Bernoulli: ρ ρ ρ ⋅ g ⋅ h + v + p = ρ ⋅ g ⋅ h + v + p 2 2 ρ 2 ρ ⋅ g ⋅ h1 = v2 ⇒ v2 = 2 ⋅ g ⋅h1 2 v2 = 2 ⋅10m 2 ⋅1800m ≅ 190m s s b) Kontinuitätsgleichung: 2 2 1 1 1 2 2 2 • ∆V V = = A1 ⋅ v1 = A2 ⋅v2 ∆t • 3 V 0, 45m 2 2 A = = = 0,000237 m = 2,37 cm ⇒dDüse c s ⋅190 m / s ≅ 18mm c) P = p ⋅ V = ρ ⋅ g ⋅h ⋅V auf • • 3 kg m m Nm 3 2 m = 1000 ⋅10 ⋅1800 ⋅ 0,045 = 810000 m s s s Pab = Pauf ⋅ η = 810 000 Nm ⋅ 0,8 = 648kW s d) 190m u = c = s = 95 m 2 2 s v = u = d ⋅π ⋅n d ist mittlerer Schaufelraddurchmesser 95 m d = u = s = 0,605m π ⋅n π ⋅ 50 1 s N 2. a) Welche Aufgabe hat die Nadeldüse der Freistrahlturbine? b) Warum benötigen Freistrahlturbinen Strahlablenker? a) b) Verlustarme Umwandlung von „Druck“- in „Geschwindigkeitsenergie“ (Verschiebearbeit in kinetische Energie), Regelung der Durchflussmenge (und damit der Leistung) Die riesige Flüssigkeitssäule im Druckrohr darf (bei plötzlicher Lastminderung) nur sehr langsam verzögert werden: Strahlablenker halten kurzzeitig die überflüssige Wassermenge von der Turbine fern.
Name: BBS Technik Idar-Oberstein Wasserkraftmaschinen 1 Peltonturbine S. 3 Datum: 3. a) Zeichnen Sie den Geschwindigkeitsplan für den Schaufelaustritt der skizzierten Peltonturbine, deren Umfangsgeschwindigkeit 75 m/s beträgt und mit c = 100 m/s angestrahlt wird. b) Warum ist diese Konstellation ungünstig? u ist zu groß damit werden w 1 und w 2 (w 1 =w 1 ) zu klein c 2 ist zu groß: Wasser behält ein zu hohe kin. Energie. c 1 u w 1 w 2 u c 2 4. a) Warum ist die linke Nadeldüse ein Fehlkonstruktion? b) Verbessern sie die Konstruktion Plötzliche Querschnittsänderung: Wirbel, Drosselung Querschnittserweiterung: Druckanstieg Kontinuierliche Querschnittsverengung 5. Erklären 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 höhere Geschwindigkeit) umgewandelt. 6. An einer kleinen Labor-Peltonturbine (d = 240 mm) wurden Messungen durchgeführt, deren Ergebnisse in den Tabellen ausschnittsweise und grob widergegeben sind. a) Werten Sie diese durch Diagramm(e) aus und beschreiben Sie das Regelverhalten der Turbine. b) Sie die Ergebnisse auf große Turbinen übertragbar? a) p
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