Transcript Kolloquium Versuch_III_Francisturbine_020511

Versuch III Francisturbine
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Kraft oder Arbeitsmaschine?
Strömungsmaschinen
Kraftmaschinen
Wasserturbinen
Windkraftanlagen
Kameier/Schönwald/Heinze
Arbeitsmaschinen
Dampf- und
Gasturbinen
Hochdruckverdichter
Ventilator
Pumpen
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Verschiedene Arten von Wasserturbinen
Kameier/Schönwald/Heinze
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Arbeitsgebiete der Turbinen
Francis
Fallhöhe: bis 800 m
Leistung: bis 750 MW
Wirkungsgrad: bis 90 %
Pelton
Fallhöhe: von 550 bis 2000 m
Leistung: bis 500 MW
Wirkungsgrad: bis 90 %
Kaplan
Fallhöhe: bis 200 m
Leistung: bis 125 MW
Wirkungsgrad: bis 95 %
YT
H
g
Kameier/Schönwald/Heinze
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Spezifischer Drehzahlbereich der Turbinen
6 Düsen
1000
Langsamläufer mit
(Pelton)
[m]
500
ny  0,0901
Fallhöhe H
200
Normalläufer mit
(Francis)
100
50
124
Düsen
Peltonturbinen
0,0901 ny  0,2105
20
Francisturbinen
Schnelläufer mit
(Kaplan)
10
5
2
ny  0,2105
Kaplanturbinen
Rohrturbinen
0
0 0,045 0,09
0,18
0,27
0,36
0,45
0,54
0,63
0,72
0,81
0,90
spezifische Drehzahl ny
 


nq 1
nq

V  n
V
n y   n  0,75    0,75 0,75   0,75 
60 g
332,6 m / s ²
 Y  60 H  g


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Achtung die spezifische Drehzahl ny ist
dimensionslos die ältere Bezeichnung
nq hingegen nicht!
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Funktionsweise der Turbinen
Euler´sche Strömungsmaschinenhauptgleichung für Turbinen
Y  u1c1u  u2c2u
Pelton Turbine:
 Ausnutzung der Bewegungsenergie des Wassers kinetisch 
potentiell somit Impulserhaltung
 Düse wird auf die Laufschaufeln gerichtet
Francis Turbine:
 Leitgittereinstellung zur Erzeugung einer Drallkomponente
innerhalb der Geschwindigkeitsdreiecke c1u
 Wasserzuführung durch die Leitschaufeln in das rotierende
Laufrad erfolgt radial, aber axiale Abströmung
Kaplan Turbine:
 Axial durchströmte Laufradform auch mit Leitradvorrichtung
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Geschwindigkeitsdreiecke
Verdichter
Turbine
http://www.appuntidigitali.it/site/wpcontent/uploads/Francis_Turbine_High_flow.jpg
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Geschwindigkeitsdreiecke an Stator und Rotor der Turbine
Eintritt
Austritt
cuw
c  Absolutgeschwindigkeit
c1m  Meridionalkomponente
u  Umfangsgeschwindigkeit
c1u
 Drallkomponente
w  Relativgeschwindigkeit
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Geschwindigkeitsdreiecke mit verändertem Leitgitterwinkel
Verkleinerung des Leitgitterwinkels
führt zur Verringerung des
Volumenstroms.
u1
w1
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Geschwindigkeitsdreiecke Rotor alleine
Radiale
Kraftmaschine
Axiale
Arbeitsmaschine
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Drallbehaftete
Anströmung
Kameier/Schönwald/Heinze
Drallbehaftete
Abströmung
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Angaben der Messunsicherheit für eine vereinfachte
Fehlerrechnung
Kameier/Schönwald/Heinze
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Beispielhafte Fehlerrechnung für eta
Formel zur Berechnung
des Wirkungsgrades

M 

V    YT
Berechnung der Abweichung aller
Messgrößen durch Angabe aus Tabelle
Drehmoment
Winkelgeschwindigkeit
Durchmesser
Dichte
Eintrittsgeschwindigkeit
Wasserstand
Eintrittsdruck
Totaldruckerhöhung
Beispielmesswerte für ein eta von 0,779 bzw. 78%
[%]
prozentuale
Abweichung
Messgröße
Abweichung vom Messwert
M / [Nm]
9,7
1,5
0,15
v2 pn / [U/min]
1009
0,5
5
d / [m]
0,1008
0,1
0,0001
 / [kg/m³]
998
0,2
2
c_ein / [m/s]
1,6
0,8
0,01
H / [m]
1,5
0,1
0,002
Dp_ein / [Pa]
83953
0,1
84
Dp_vent / [Pa]
1422
1
14
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[Nm]
[U/min]
[m]
[kg/m³]
[m/s]
[m]
[Pa]
[Pa]
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Bestimmung des Fehlerquotienten
Festgelegte Abweichungen
für die Winkelgeschwindigkeit
und das Drehmoment

1.) Von welchen Größen hängt die
Messgröße ab Bsp. V_punkt

V
C
1 
4

p
4
Abweichung der
Messgröße muss
bestimmt werden
M 

V    YT
2.) Zuweisung der Exponenten für
die Formelberechnung

d 
2
2

Dpvent
;
C  0,9885 0,196 
V  d2 
4,5
2

1
2
Dpvent
 d    Dp
2
1
2
vent
3.)Berechnung der prozentualen
Abweichung für V_punkt

Konstanten gehen in die
Fehlerbetrachtung nicht mit ein
Kameier/Schönwald/Heinze
V
2  Dd 1 D 1 Dpvent
 
 
d
2  2 pvent
1
1
 2  0,1   0,2  1  0,8%
2
2
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Bestimmung des Fehlerquotienten

Pmech
Phydraulisch

M 

V    YT

DM
D
DV
D
DYT
  1
 1
 1   1
 1
M


Y
T
V
Bestimmung der Abweichung von eta mit gegebenen und
berechneten Abweichungen der Messgrößen
Kameier/Schönwald/Heinze
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