Freistrahlturbinen - Hydromechanik und Auslegung

Geleitwort

Vorwort

Inhaltsverzeichnis

Einleitung

A Hydraulik von Pelton-Turbinen

B Strukturmechanik von Pelton-Turbinen

C Zielsetzung dieses Fachbuches

Arbeitsprinzip von Pelton-Turbinen

1.1 Umwandlung von hydraulischer Energie in mechanische Energie

1.2 Pelton-Turbinen und ihre Spezifikation

Injektor

2.1 Strömungsbeschleunigung in der Düse

2.2 Durchflusszahl D0 und die Düsenkennlinie

2.3 Durchflusszahl De und Gesetzmäßigkeit der Düsenkennlinie

2.4 Reynoldszahl-Effekt

2.5 Strömungskräfte und Gleichgewichtszustand in der Düse

Wasserstrahl

3.1 Laser-Doppler-Anemometrie (LDA)

3.2 Axial-symmetrischer Wasserstrahl

3.3 Strahlerweiterung

3.4 Sekundärströmungen im Wasserstrahl und Strahlqualität

Interaktion zwischen Wasserstrahl und Pelton- Rad

4.1 Aufprallen runden Wasserstrahls auf ebene Platte

4.2 Mindestschaufelzahl

4.3 Wasserstrahl-Schaufel-Interaktion und ihre Spezifikation

4.4 Koinzidenz- und Symmetriebedingungen

4.5 Schaufelzahl des Pelton-Rades

4.6 Relativlaufbahn des Wasserstrahls

4.7 Strömungsablösung beim Eintritt am Schaufelausschnitt

4.8 Stoßfreie Bedingung am Schaufelrücken

4.9 Stoßkraft und ihre Leistung beim Eintritt

Strömungsmechanik in der rotierenden Schaufel

5.1 Grundgleichungen

5.2 Relativströmung und Invarianzgleichung

5.3 Kraftwirksamkeit und die Leistungen

Wasserausbreitung in der Schaufel

6.1 Relativdurchfluss

6.2 Breite und Höhe des Wasserfilms

6.3 Überdruck unter dem Wasserfilm

Austrittsbedingungen

7.1 Geschwindigkeitsverhältnis am Schaufelaustritt

7.2 Allgemeine Austrittsbedingung

7.3 Austrittsbedingung für Vertikalturbinen

Austrittsverluste

8.1 Drallverluste

8.2 Reibungseffekt am Schaufelrücken

8.3 Ablenkungseffekt am Schaufelrücken

Reibungseffekte und FFT-Theorem

9.1 Reibungszahl

9.2 Direkte Reibungseffekte

9.3 Reibungseffekte durch Änderung der Druckverteilung

9.4 Gesamte Reibungseffekte

9.5 Das Theorem der Strömungsreibung

Reibungsbehaftete Querströmung durch die Schaufel

10.1 Kombinierte hydraulische Verluste

10.2 Reale Drallverluste

10.3 Hydraulische Dissipation und Energiebilanz

10.4 Beispiel zum Einfluss von Reibungseffekten auf den Wirkungsgrad

Reibungsbehaftete Längsströmung durch die Schaufel

11.1 Kinematische Gleichung der Strömung in der rotierenden Schaufel

11.2 Dynamische Gleichungen und Leistungsberechnungen

11.3 Auswirkungen von Strömungskräften und die hydraulische Dissipation

11.4 Beispiel

Ventilations- und Radreibungsverluste

12.1 Pelton-Turbinen mit horizontaler Achse

12.2 Pelton-Turbinen mit vertikaler Achse

12.3 Auslaufversuch

Leistungsverlust durch Lagerreibungen

Hydraulischer und mechanischer Wirkungsgrad

14.1 Hydraulischer Wirkungsgrad

14.2 Mechanischer Wirkungsgrad

Reale hydraulische Wirkungsgradkennlinien

15.1 Kritische Laufzahl

15.2 Reaktionsgrad des Wasserstrahls

15.3 Reale hydraulische Wirkungsgradkennlinie

Durchgangsdrehzahl und Beschleunigungsverlauf

16.1 Theoretische Durchgangsdrehzahl

16.2 Reale Durchgangsdrehzahl

16.3 Beschleunigungsverlauf

Hydraulische Auslegung von Pelton-Turbinen

17.1 Dimensionierung des Pelton-Rades

17.2 Ellipsenförmiges Schaufelprofil

Mehrdüsige Pelton-Turbinen

18.1 Mindestversatzwinkel zwischen Wasserstrahlen

18.2 Düsenschutzdach

Geometrische und hydraulische Ähnlichkeiten

19.1 Geometrische Ähnlichkeit

19.2 Hydraulische Ähnlichkeit

Modellversuch und Wirkungsgradaufwertung

20.1 Wirkungsgradaufwertung

20.2 Reynolds-Zahl und Strahlkraft

Schaufelfestigkeit und Ähnlichkeitsgesetze

21.1 Dynamische Spannung im Schaufelwurzelbereich

21.2 Ähnlichkeitsgesetze in der Schaufelbelastung

Anhang 1: Parameterbezeichnung

Indizes

Anhang 2: Definitionen der abgeleiteten Größen und Kennzahlen

Anhang 3: Spezifische Drehzahl und ihre Anwendung in Pelton- Turbinen

Anhang 4: Spezifikation des Strahlstücks für eine Schaufel

Anhang 5: Spezifikation der Schaufelstellungen

Literaturverzeichnis

Sachverzeichnis