FH D - Frank Kameier - Fachhochschule Düsseldorf

5. Versuchsdurchführung
1. Die Francis-Turbine lässt sich für jeden zu untersuchenden Volumenstrom mit Hilfe des
variablen Leitgitters optimal einstellen. Halten Sie den Eintrittsdruck konstant. Da die
Turbinenanlage (Turbine und Generator) in der Praxis Wechselstrom bei konstanter
Netzfrequenz produzieren soll, ergibt sich damit auch eine konstante Drehzahl. In
unserem Fall wird die Frequenz und damit die Drehzahl über den Frequenzumrichter
vorgegeben, die Drehzahl ist daher auch variabel wählbar. Bei Lastwechseln kann die
Drehzahl manuell über den Frequenzumrichter korrigiert werden.
Variieren Sie den Leitgitterwinkel αL . Führen Sie diesen Versuch für zwei Eintrittsdrücke
durch. Messgrößen sind der Volumenstrom, der Druck am Turbineneintritt, die Drehzahl,
der Leitgitterwinkel, das Drehmoment zwischen Laufrad und Generator sowie der
Wasserstand im Strömungskanal.
2. Stellen Sie den günstigsten Winkel ein (vermutlich αL=13°) und variieren Sie den
Eintrittsdruck über einen möglichst weiten Bereich (5-6 Betriebspunkte).
3. Programmieren Sie in dem DASYLab-Schaltbild eine Anzeige, die deutlich zeigt, ob die
Anlage im Generator oder Motorbetrieb arbeitet. Entwerfen Sie ein Layout unter
DASYLab.
6. Auswertung
1. Beschreiben Sie die Messtechnik und die Datenverarbeitung. Welche elektrische Größe
steckt hinter jeder einzelnen Messgröße? Dokumentieren Sie die Arbeiten unter
DASYLab mit einer Hardcopy des Bildschirms.
2. Auszuwerten sind die spezifische Arbeit (Diagramm 1), die abgegebene Leistung
(Diagramm 2) und der Wirkungsgrad als Funktion des Volumenstroms (Diagramm 3),
sowie in dimensionsloser Darstellung ψ über ϕ (Diagramm 4) und η über ϕ (Diagramm 5)
2 3
mit folgenden Definitionsgleichungen ϕ = 4 ⋅ V&
2 2 2
/( π D ⋅ n)
und ψ = 2 ⋅ Y /( π ⋅D
⋅ n ) .
Die Änderung der Absolutgeschwindigkeit cE vor dem Leitgitter an der Messstelle des
Eintrittdrucks ist als Funktion des Leitgitterwinkels αL aufzutragen (Diagramm 6).
3. Skizzieren Sie schematisch (ohne Berechnung!) die Geschwindigkeitsdreiecke an Ein-
und Austritt des Laufrades bei optimalen Betriebsbedingungen. Was bewirkt eine
Verstellung des Leitgitters für das Eintrittsdreieck? Geben Sie an, wo die Strömung
drallfrei ist.
4. Beschreiben Sie unter Berücksichtigung von Bild 7 (Bautypendiagramm für
Wasserturbinen) für welche Anwendungen Francis-, Kaplan- und Pelton-Turbinen jeweils
am besten geeignet sind, argumentieren Sie mit unterschiedlichen Fallhöhen des
Wassers.
5. In Bild 7 soll der optimale Betriebspunkt der vorliegenden Messung eingetragen werden.
H = f n mit
Berechnen Sie zu diesem Zweck für den einen Betriebspunkt ( )
⎛
⎜ V&
ny
n ⋅
⎜ 0,
⎝
Y
verändern?
= 75
⎞
⎟ . Was würden Sie für einen optimalen Betrieb der Francis-Turbine
⎟
⎠
6. Wie groß ist der Messfehler des Wirkungsgrads? Führen Sie eine nachvollziehbare
Berechnung (Abschätzung) gemäß einer Fehlerfortpflanzungsrechnung durch?
stroemungstechnik_II_v3_ss2005_150604.doc 6
Kameier / Müller
1
T
1
y