Leseprobe - Wasserkraft Wasserkraftwerk Trinkwasserkraftwerk

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Kleinwasserkraftwerk
mit einer Peltonturbine
Von der Idee bis zur Realisierung
Dipl.-Ing. (FH) Peter Stocker
Maschinen- und Anlagenbautechniker
I
Haftungsausschluss:
Alle in diesem Buch veröffentlichten Ratschläge erheben
keinen Anspruch auf Konformität mit nationalen oder
internationalen Normen und Vorschriften.
Die Anwendung der Ratschläge erfolgt deshalb immer
auf eigene Gefahr.
Für Schäden, welche daraus resultieren kann der Autor
keine Haftung übernehmen.
Für Verbesserungsvorschläge und Hinweise auf Fehler
ist der Autor dankbar.
Alle Rechte vorbehalten.
Kein Teil des Buches darf in irgendeiner Form ( Druck,
Fotokopie, Mikrofilm oder einem anderen Verfahren )
ohne schriftliche Genehmigung des Autors reproduziert
oder unter Verwendung Elektronischen Systeme
verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden.
1. Auflage, Häselgehr 2010
[email protected]
www.wasserkraft.npage.at
II
Vorwort:
Ziel dieses Buches ist es, einen Leitfaden anzubieten,
der es ermöglicht, komplette Planungsunterlagen für den
Bau eines Kleinwasserkraftwerkes zu entwickeln.
Grundkenntnisse in Mathematik und technischer
Mechanik sowie Elektrik werden vorausgesetzt.
Die Literatur behandelt nur Einzelthemen. Hier finden Sie
die notwendigen Technologien der Hydraulik, Mechanik,
Elektrik, Elektronik sowie die der baulichen Maßnahmen
zusammengeführt.
Die erarbeiteten Ergebnisse sind in Gleichungen,
Diagrammen und Tabellen für bewertete Einflussgrößen
dargestellt.
Eine Beispielberechnung wird parallel mitgeführt.
Zum Abschluss werden Anwendungen und Beispiele zur
Nutzung der erzeugten elektrischen Energie aufgezeigt.
Im Anhang befindet sich eine CD mit EXCEL
Arbeitsblätter zur Berechnung eines Wasserkraftwerkes
sowie Tabellen.
III
Inhaltsverzeichnis:
1. Geschichte der Wasserkraft
Seite
1
1.1 Arten von Turbinen
1
1.2 Einteilung der Turbinen
2
2. Das Wasserkraftwerk
2.1 Wasserfassung
3
5
2.1.1 Tirolerwehr
6
2.1.2 Coanda Rechen
8
3. Druckrohrleitung
16
3.1 Dimensionierung
18
3.2 Druckverlust
19
3.2.1 Überprüfung der
Strömungsform
20
3.2.2 Strömungsgeschwindigkeit
21
3.2.3 Rohrrauheit
21
3.3 Bezeichnung von Kunststoffrohren
4.Maschinensatz
33
34
IV
4.1 Einbaulagen
35
4.2 Peltonturbine
37
4.2.1 Peltonschaufel
4.3 Düse
4.3.1 Düsenbohrung
5. Betriebszustände einer Peltonturbine
40
46
48
55
5.1 Drehzahl
56
5.2 Durchgangsdrehzahl
60
5.3 Turbinenleistung
61
6. Wirkungsgrad
63
7. Aufbau und Eigenschaften von Elektromaschinen 64
7.1 Synchrongeneratoren
67
7.2 Permanentmagnet- Generator
68
7.3 Asynchrongenerator
69
7.3.1 Auswahl Asynchronmaschine
71
7.3.2 Erforderliche Maßnahmen
V
für den Inselbetrieb
7.4 Spannungsregler
8. Betriebsarten eines Wasserkraftwerkes
73
76
77
8.1 Der Inselbetrieb
77
8.2 Der Netzparallelbetrieb
78
8.2.1 Einspeisung
mit einem Synchrongenerator
78
8.2.2 Einspeisung
mit einem Asynchrongenerator
81
8.2.3 Einspeisung
mit einem Gleichstromgenerator
84
8.3 Der Batterie Ladebetrieb
86
9. Regelung der Turbinendrehzahl
87
9.1 Volumenstromregelung
88
9.1.1 Strahlabweiser
90
9.1.2 Düsennadel
91
9.2 Konstantlastregelung
92
10. Ungeregelte Turbinen
99
11. Energienutzung
102
VI
12. Konstruktion
107
12.1 Werkstoffe
107
12.2 Wälzlager
108
12.3 Abdichtung der Lagerstelle
zwischen Generator und Turbine
109
12.3.1 Wellendichtring
110
12.3.2 Gleitringdichtung
112
12.3.3 Labyrinthdichtung
113
13 Bauliche Maßnahmen
114
14. Sicherheit
122
15. Genehmigung
123
Anhang:
Zusammenfassung Beispielrechnung
124
Verwendete Formelzeichen
136
Definitionen
141
VII
Literaturverzeichnis
144
CD – Inhalt
145
CD Inhalt
Excel Arbeitsblätter
•
•
•
•
•
•
Berechnung Druckverlust in Rohrleitungen
Berechnung der Turbinenleistung
Berechnung der elektrischen Leistung
Berechnung der Turbinenabmessung
Berechnung der Düsenabmessung
Tabellen
VIII
Abbildungsverzeichnis:
Abb.1
Seite:
Schnittdarstellung eines
Wasserkraftwerkes
3
Abb. 2
Tirolerwehr Schnittdarstellung
6
Abb. 3
Tirolerwehr
7
Abb.4
COANDA-Rechen
8
Abb.5
Funktion COANDA Rechen
9
Abb.6
Schluckvolumen COANDA Rechen
11
Abb.7
Schluckvolumen COANDA
Rechen Ausschnitt
12
Abb.8
COANDA Rechen 1
14
Abb 9
COANDA-Rechen 2
15
Abb.10
Rohrrauheit
21
Abb.11
Druckverluste in Rohrleitungen
23
Abb.12
Korrekturfaktor
24
Abb. 13
Druckverlust abhängig vom
Durchmesser
27
IX
Abb. 14
Abmessungen, Preise von
PE Druckrohren
29
Leitungskosten abhängig
vom Durchmesser
30
Abb. 16
Grenzwinkel für PE Kunststoffrohre
31
Abb. 17
Rohrbeschriftung
33
Abb. 18
Betriebsdruck abhängig
von der Temperatur
33
Abb.19
Maschinensatz
34
Abb. 20
Kleinwasserkraftwerk
36
Abb. 21
Peltonturbine
38
Abb. 22
Kokille mit Gussteil
40
Abb. 23
Peltonturbine mit aufgeschraubten
Turbinenschaufeln
41
Schaufelanzahl ZB
von Peltonturbinen
42
Abb. 25
Abmessungen von Peltonschaufeln
44
Abb. 26
Peltonschaufel aus Edelstahl
45
Abb. 15
Abb. 24
X
Abb. 27
Düse
46
Abb. 28
Strahlkontraktion
49
Abb. 29
Düsenbohrung Ef Faktor
50
Abb. 30
Düsenabmessung
51
Abb. 31
Düsenbohrung
54
Abb. 32
Betriebszustände Peltonturbine
55
Abb. 33
Synchrondrehzahlen von
Wechselstromgeneratoren
56
Gegenüberstellung der einzelnen
Generatoren
65
Abb. 35
modifizierte 24V Lichtmaschine
66
Abb. 36
Synchrongenerator
67
Abb. 37
Permanenterregter Generator
68
Abb. 38
Asynchrongenerator
70
Abb. 39
Schaltschema Asynchrongenerator
3 Phasen
73
Schaltschema Asynchrongenerator
1 Phase
74
Abb. 34
Abb. 40
XI
Abb. 41
Dunkelschaltung
80
Abb. 42
Netzparallelbetrieb
Asynchrongenerator
82
Einspeisung mit
einem Wechselrichter
85
Abb. 44
Ladebetrieb
86
Abb. 45
Hydraulisch- mechanischer
Fliehkraftregler
89
Regelung durch
einen Strahlabweiser
90
Regelung durch
eine Düsennadel
91
Turbinenbelastung mit einem
Konstantlastregler
92
Abb. 43
Abb. 45
Abb. 46
Abb. 47
Abb. 48
Blockschaltbild Turbinenbelastung mit
einem Konstantlastregler
94
Abb. 49
Gegenüberstellung
von Regelungen
96
Schaltschrank mit Konstantlastregler
Leistung 8 KVA
98
Abb. 50
XII
Abb. 51
Warmwasseraufbereitung
100
Abb. 52
Lastkurve
102
Abb. 53
Stromverbrauch
103
Abb. 54
Grafik
104
Abb. 55
Heizung und Warmwasseraufbereitung 105
Abb. 56
Abdichtung mit einem
Wellendichtring
110
Abb. 57
Beschädigte Turbinenwelle
111
Abb. 58
Abdichtung mit einer
Gleitringdichtung
112
Abdichtung mit einer
Labyrinthdichtung
113
Abb. 60
Lawinensicheres Kraftwerksgebäude
114
Abb. 61
Fundament mit Wasserablauf
115
Abb. 62
Fertigbeton
117
Abb. 63
Betoneigenschaften
118
Abb. 64
Frostbeständigkeit
119
Abb. 65
Hubschraubertransport
120
Abb. 59
XIII
Abb. 66
Lawinensicheres
Kraftwerksgebäude
121
XIV
1.Die Geschichte der Wasserkraft:
Das erste Wasserkraftwerk zur Stromerzeugung wurde
in den Weihnachtstagen 1875 in St. Moritz in Betrieb
genommen. Dieses Kraftwerk speiste einige
Bogenlampen in einem Hotel.
Im Oktober 1879 stellte der Erfinder Thomas Alva Edison
die erste brauchbare Glühbirne vor.
Sie bestand aus einem Glaskolben und einem verkohlten
Baumwollefaden.
Dieses war wohl die Geburtsstunde der
Wasserkraftwerke. Überall dort wo Wasserkraft zur
Verfügung stand wurden Generatoren installiert. So
wurden Mühlen und Sägewerksbesitzer zu den ersten
Stromlieferanten, und konnten Dörfer und ganze Städte
mit Strom für die Beleuchtung versorgen.
1.1 Arten von Turbinen:
Es wurden in den folgenden Jahren viele Turbinen
erfunden. Die wichtigsten Turbinen sind:
Francis Turbine
Peltonturbine
Kaplanturbine
Banki Turbine
James Francis
Lester Pelton
Viktor Kaplan
Donat Banki
USA
USA
Österr.
Ungarn
1849
1879
1913
1917
1
1.2 Einteilung der Turbinen mit unterschiedlichen
Druckhöhen [m]
•
•
•
Niederdruck < 50 m
Mitteldruck > 50 bis 300 m
Hochdruck > 300 m
Die Zuordnung von Druckhöhe zur Turbinenbauform
ist in der Literatur nicht eindeutlich.
Deshalb sind die folgenden Daten als Richtwerte
zu verstehen.
•
•
•
•
Francis Turbine
Kaplanturbine
Peltonturbine
Banki Turbine
von 50 bis 800 m
von 10 m bis 70 m
von 30 m bis 1000 m
von 1 bis 200 m
2
2. Das Wasserkraftwerk:
Ein Wasserkraftwerk besteht im wesentlichen aus:
•
•
•
•
•
•
•
•
Wasserfassung
Druckrohrleitung
Kraftwerksgebäude
Absperrventilen
Turbinengehäuse
Peltonturbine
Generator
Steuerung/ Regelung
Abb.1 Schnittdarstellung eines
Wasserkraftwerkes
3
2.1.1 Tirolerwehr
In den Alpen wurde eine Wasserentnahme entwickelt, die
speziell auf sehr steile, schwer zugängliche Wildbäche in
hohen Gebirgsregionen ausgerichtet ist.
2.1.2 Coanda Rechen
Eine neue noch recht unbekannte Technologie aus den
USA ist der COANDA Rechen.
Es handelt sich hier um einen selbstreinigenden
Feinrechen mit sehr hohem Schluckvermögen.
4
Diagramm Abb.6 wird das Schluckvolumen abhängig
vom Stababstand und der Rechenfallhöhe dargestellt.
Abb.6 Schluckvolumen COANDA Rechen
Durch die sehr geringen Abstände der Profilstäbe kann
nur ein präzise hergestellter COANDA Rechen die
Funktion sicherstellen.
5
Beispielberechnung:
Gegeben:
Fallhöhe 0,8 m
Stababstand 0,2 mm
Volumenstrom V& 0 = 4 l/s
Gesucht:
Rechenbreite
V& = V& 0 + 25%
V& = 4 x 1,25
V& = 5 l/s
V& = Volumenstrom
Rechenbreite laut Abb. 7 Kurve a ergibt 170 mm
Abb.8 COANDA Rechen 1
6
3. Druckrohrleitung
Die Druckrohrleitung verbindet die Wasserfassung mit
dem Maschinensatz.
3.1 Dimensionierung
Die Dimensionierung bzw. die Bestimmung der
Druckstufe (PN) von Rohrleitungen erfolgt nach der
Kesselformel:
σT =
p × d1
2 × Sw
Sw = Wandstärke [mm]
σ T = tangentiale Spannung  N 
 mm² 
σa =
p × d1
4 × Sw
σ a = axiale Spannung
 N 
 mm² 
d1 = Rohrinnendurchmesser [mm]
p = Wasserdruck
[bar]
Die Mindestwandstärke Smin errechnet sich aus:
S min =
p × d1
σ zul × 2
Smin = Mindestwandstärke [mm]
σ zul = zulässige
Zugspannung
 N 
 mm² 
7
3.2 Druckverlust
Bei der Bewegung einer Flüssigkeit treten der Bewegung
entgegengesetzt wirkende Widerstände auf. Diese
werden hervorgerufen durch die Reibung der
Flüssigkeit an der Rohrwand sowie die innere Reibung
im Medium.
Die Reibung von Flüssigkeit in einem Rohr ist im
wesentlichen abhängig von folgenden Größen:
•
•
•
der Strömungsgeschwindigkeit
der Rauheit der Rohrinnenwand
der Temperatur der Flüssigkeit
8
Beispielberechnung:
Gegeben:
Bruttohöhe
Länge Druckrohr
Durchmesser Druckrohr
Rauheit
Kunststoffrohr
Korrekturfaktor
Volumenstrom
HB
L
d
= 150 m
= 250 m
= 50 mm
k
kf
V&
= 0,0014 mm
= 0,56
= 2,7 l/s
Gesucht:
Druckverlust
∆p
Verlusthöhe
Nettohöhe
Strömungsgeschwindigkeit
∆H
HN
in der Druckrohrleitung
v
[bar ]
[m]
[m]
m
 s 
Mit den obigen Daten ergibt sich die im Diagramm (Abb.
11 rot eingezeichnete Linie) Rauheit 0,4 mm ein
∆ pTab. von 0,7 bar/100m .
9
Rohrdurchmesser in Zoll
Abb. 13 Druckverlust abhängig vom Durchmesser
Zur Erstellung dieses Diagramms Abb.13 wurde eine
Druckrohrleitung aus Kunststoff mit einer
Rohrleitungslänge von 100 m angenommen.
Bei einem Volumenstrom von 3 l/s ergeben sich die
jeweiligen Druckverluste.
10
Rohrdurchmesser in Zoll
Abb. 15 Leitungskosten abhängig vom Durchmesser
In der Abb.15 ist ersichtlich, dass die Kosten exponentiell
zum Rohrdurchmesser zunehmen.
Es ist sinnvoll zu überprüfen, ob es günstiger ist, den
entstandenen Druckverlust durch Verlängern der
Rohrleitung (Vergrößerung der Druckhöhe bei gleichem
Durchmesser) auszugleichen, und somit den
gewünschten Druck zu erhalten, oder den Durchmesser
bei gleichbleibender Länge zu vergrößern.
11
Bei dieser Betrachtung bezüglich der Dimensionierung
von Druckrohrleitungen wurden die Grab- und
Verlegungsarbeiten nicht berücksichtigt.
Diese Kosten sind im alpinen Bereich stark vom Gelände
abhängig und müssen daher projektbezogen betrachtet
werden.
12
4.Maschinensatz
Der Maschinensatz besteht aus folgenden Komponenten:
•
•
•
•
•
Düse
Turbine
Turbinenwelle
Generator
Turbinengehäuse
Abb.19 Maschinensatz
13
4.2 Peltonturbine
Die Turbine wandelt die hydraulische Energie des
Wassers in mechanische
Energie um.
Diese Übertragung erfolgt nach dem Gesetz des
Impulssatzes.
14
4.2.1 Peltonschaufel
Ein gängiges Verfahren zur Herstellung von
Peltonschaufeln ist der Kokillenguss
Abb.22 Kokille mit Gussteil
Durch das Kokillengussverfahren lassen sich
kostengünstige und maßhaltige Turbinenschaufel
herstellen.
15
4.3 Düse
Die Düse der Peltonturbine ist am Ende der
Druckrohrleitung angebracht. Aus ihr strömt das Wasser
in freiem Strahl zur Turbine.
In der Düse wird der statische Anteil der Fallhöhe
(Druckhöhe) in Geschwindigkeit umgesetzt.
Die Strahlgeschwindigkeit errechnet sich aus der
Gleichung:
lässt sich die Düsenbohrungsfläche A2
und damit DStrahl berechnen
A1 = Rohrquerschnittsfläche
A2 = Rohrquerschnittsfläche
v1 = Strömungsgeschwindigkeit
im Druckrohr
[m²]
[m²]
m
 s 
v2 = Strömungsgeschwindigkeit
in der Düse
m
 s 
16
4.2.1 Düsenbohrung
Der Durchmesser der Düse bestimmt den Volumenstrom
und somit die vorgegebene max.
Strömungsgeschwindigkeit in der Druckrohrleitung.
c
= Düsenaustrittsgeschwindigkeit
&
V
= Volumenstrom
µP
= Düsenausflussbeiwert
DStrahl = Strahldurchmesser
1000
= Umrechnungszahl
1000
= Umrechnungszahl
m
 s 
L
 s 
[mm]
 mm 
 m 
 l 
 m³ 
Der Düsenausflussbeiwert µP berücksichtigt
Flies-Verluste in der Düse
17
Abb.28 Strahlkontraktion
18
Abb.30 Düsenabmessung
Als Düsenkonstruktion hat sich eine mehrteilige
Lösung wie in Abb. 27 gezeigt bewährt.
Die Abmessungen der Düseninnenform sind in
Abb. 30 dargestellt.
19
Beispielberechnung:
Gegeben:
Düsenaustrittsgeschwindigkeit
Volumenstrom
Düsenausflussbeiwert
Strahlkontraktion
c
V&
µP
Ef
=
=
=
=
52,40 m/s
2,7 l/s
0,97
1,25
Gesucht:
Strahldurchmesser
Düsenbohrung
DStrahl [mm]
DDüse [mm]
20
5. Betriebszustände einer Peltonturbine:
Bei blockiertem Turbinenrad (1) wird das maximale
Drehmoment erzeugt.
Ist die Radumfangsgeschwindigkeit gleich der
Strahlgeschwindigkeit, (Höchstdrehzahl =
Durchgangsdrehzahl) wird kein Drehmoment
erzeugt (3).
21
Beispielberechnug:
Gegeben:
Nettohöhe
Asynchrongenerator
HN
n
=
=
140 m
1580 min-1
Gesucht:
Düsenaustrittsgeschwindigkeit
Turbinenumfangsgeschwindigkeit
Turbinenwirkdurchmesser
c
VT
TWD
22
5.2 Die Durchgangsdrehzahl:
Die Durchgangsdrehzahl ist jene Drehzahl, die bei einem
plötzlichen Lastabwurf bei voller Beaufschlagung
theoretisch erreicht werden kann.
(siehe Abb. 32 Betriebszustände einer Peltonturbine)
5.3.Turbinenleistung
Die Leistung einer Peltonturbine errechnet sich aus
• Volumenstrom V& [l/s]
• Dichte ρ [kg/dm³] von Wasser
• Nettohöhe HN [m]
• Wirkungsgrad η der Turbine
Beispielberechnug:
Gegeben:
Volumenstrom
Nettohöhe
Wirkungsgrad Turbine
V&
HN
ηT
=
=
=
2,7 l/s
140 m
0,8
Gesucht:
Turbinenleistung
PT
23
6 Wirkungsgrad
Wie jede Maschine hat auch ein Wasserkraftwerk einen
Wirkungsgrad.
Der Gesamtwirkungsgrad setzt sich aus den einzelnen
Wirkungsgraden und Verlusten zusammen.
7. Aufbau und Eigenschaften von Elektromaschinen
Der Generator wandelt die mechanische Energie der
Turbine in elektrische Energie um.
Polzahlen stehen nur bei Sondermaschinen zur
Verfügung. (siehe Abb.33)
24
Lichtmaschinen von Kraftfahrzeugen sind nur bedingt
geeignet.
Abb.35 modifizierte 24V Lichtmaschine
25
8.2 Der Netzparallelbetrieb
Im Netzparallelbetrieb ist ein öffentliches Stromnetz
vorhanden.
Es kann ein Synchron- oder ein Asynchrongenerator
verwendet werden.
26
8.2.2 Einspeisung mit einem Asynchrongenerator
Der Asynchrongenerator ist nicht selbsterregend. Er
erzeugt ohne vorhandenem Netz keine elektrische
Energie. ( Ausnahme mit Erregerkondensatoren )
Die Regelung ist wesentlich einfacher und daher für
Kleinstwasserkraftwerke im Netzparallelenbetrieb
besonders gut geeignet.
27
9. Regelung der Turbinendrehzahl
Jede Turbinenanlage im Inselbetrieb zur
Wechselstromerzeugung benötigt eine
Drehzahlregelung.
Durch die unterschiedlich hohe Leistungsabnahme an
der Turbinenwelle würde sich ohne Regler eine
verschieden hohe Drehzahl bzw. Frequenz ergeben.
Regelungsmöglichkeiten:
•
•
Volumenstromregelung
Konstanthaltung der Leistung am
Generator
28
Abb.47 Turbinenbelastung mit einem
Konstantlastregler
Wird die Asynchronmaschine bei voller Turbinenleistung
nur schwach belastet ergibt sich ein Betriebspunkt mit
hoher Drehzahl bzw. Frequenz und höherer Spannung.
Dies ist nicht gewollt!
Durch zuschalten der Lastwiderstände R1,R2,R3, erhöht
sich die Belastung am Generator und senkt die
Turbinendrehzahl.
Bei Unterschreitung der Solldrehzahl wird die
Generatorbelastung bzw. die Lastwiderstände soweit
reduziert, bis die Solldrehzahl wieder erreicht ist.
Bei Überschreitung der Solldrehzahl wird die
Generatorbelastung durch zuschalten von
Lastwiderständen erhöht um die Solldrehzahl zu
erreichen.
29
Abb. 51 zeigt einen Schaltplan einer Anlage zur
Warmwasseraufbereitung.
Die erzeugte elektrische Energie wird zum Aufheizen
eines Boilers verwendet. In einem Boiler sind in der
Regel mehrere Heizstäbe eingebaut. Je nach Schaltung
hat der Boiler unterschiedliche Leistungen.
Die Leistung des Heizstabes muss mindestens so groß
sein wie die erzeugte Leistung des Kraftwerkes.
Um den optimalen Arbeitspunkt der Turbine einzustellen
muss die entnommenen Leistung genau der erzeugten
Leistung im Arbeitspunkt ( Abb. 32 ) entsprechen.
30
Abb. 55 zeigt eine optimale Energieausnutzung eines
Wasserkraftwerkes.
Eine Peltonturbine treibt einen Synchrongenerator mit ca.
140 KW an. Ca. 80% Prozent der erzeugten elektrischen
Leistung werden in das öffentliche Stromnetz
eingespeist.
12.1 Werkstoffe:
Das Turbinengehäuse kann aus Baustahl wie z.B.
S235JRG hergestellt werden.
Quellwasser ist meist sehr Sauerstoffreich und
dieses führt zu sehr starker Korrosion an den
Maschinenteilen.
12.2 Wälzlager:
Kann die Turbine nicht direkt auf die Generatorwelle
aufgebaut werden, muss eine eigene Lagerung
vorgesehen werden. Je nach Einbaulage und Masse der
Turbine müssen geeignete Wälzlager verwendet werden.
31
Abb. 55 Abdichtung mit einem Wellendichtring
32
Anhang:
Zusammenfassung Beispielberechnung:
Gegeben.:
Rohrleitung/Düse:
Bruttohöhe
HB
=
150
m
Länge Druckrohr
L
=
250
m
Innendurchmesser
Druckrohr
d1
=
50
mm
Rauheit
Kunststoffrohr
k
=
0,014 mm
Korrekturfaktor kf
=
0,56
&
Volumenstrom V
=
2,7 l/s
DüsenAusflussbeiwert
µP
=
0,97
Dichte von Wasser
ρ
=
1 kg/dm³
( Temperatur wird nicht berücksichtigt )
Düsenbohrung
Strahldurchmesser
Ef
=
1,25
33
Turbine:
Wirkungsgrad
Turbine
ηT
=
0,85
Generator:
Asynchronmaschine 4-polig
=
2 Polpaare
Nenndrehzahl
im Motorbetrieb
nMotor
=
1420
min-1
Nennleistung
im Motorbetrieb
P
=
2,2
KW
U
A
f
=
=
=
240/415V
3,5 A
50Hz
ηG
=
0,8
Spannung
Stromstärke
Frequenz
Wirkungsgrad
Generatorbetrieb
34
Gesucht:
Rohrleitung/Düse:
Druckverlust
∆p
Verlusthöhe
Nettohöhe
Strömungsgeschwindigkeit
Düsenaustrittsgeschwindigkeit
Düsenbohrung
∆H
HN
v
c
DDüse
Turbine:
Turbinenumfangsgeschwindigkeit
Turbinendrehzahl
Turbinenwirkdurchmesser
Turbinenleistung
Becherzahl
VT
n
TWD
PT
ZB
Generator:
Nennleistung im generatorischen Betrieb
Synchrondrehzahl
Nenndrehzahl im Generatorbetrieb
Schlupf
Kapazität der Kondensatoren
P
nSynchron
nGenerator
S
C
35
Anlage:
Gesamtwirkungsgrad
Elektrische Leistung
η ges.
PE
36
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