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Hydraulisches Becken.
Hydraulische Kraft.

Dam.
Hydraulikkraft.

Hydraulische Turbinen

Hydraulische Turbinen

Eine Turbine ist eine Turbomaschine, die die Energie der Strömung eines Fluids (Flüssigkeit oder Gases) mittels eines Systems rotierender Schaufeln in mechanische Energie umwandelt. Diese mechanische Energie kann verwendet werden, um eine andere Maschine oder einen elektrischen Generator anzutreiben.

Der Name der Turbine wurde 1828 von Claude Burdin während eines Konstruktionswettbewerbs vorgeschlagen. Dieser Name stammt von der lateinischen Turbine, was Foucault-Strom bedeutet.

Eine einfache Turbine besteht aus einem einzigen Rotor mit Flügeln, die den Energieaustausch mit der Strömung ermöglichen. Die ersten Beispiele für Turbinen sind Windenergieanlagen und Wassermühlen (Windkraft und Wasserkraft).

Gas-, Dampf- und Wasserturbinen haben im Allgemeinen ein Gehäuse um den Rotor. Dieses Gehäuse treibt die Strömung in die gewünschte Richtung, was dem Wirkungsgrad zugute kommt In einigen solarthermischen Kraftwerken werden Dampfturbinen eingesetzt. Diese Art von Turbinen wird auch in Wärmekraftwerken verwendet, die fossile Brennstoffe verwenden, oder in Kernkraftwerken.

Die Rückseite einer Turbine ist ein Kompressor. Die Kompressoren werden in einigen Gasturbinen verwendet und sind in zwei Konfigurationen erhältlich: dem Radialkompressor und dem Axialkompressor, die nach der Richtung benannt werden, in der das Fluid während der Kompression strömt.

Arten von Wasserturbinen

Hydraulische Turbinen, die in hydraulischen Kraftwerken eingesetzt werden, können nach zwei Kriterien klassifiziert werden. Eine erste Einteilung nach Funktionsweise und eine zweite Einteilung der Turbine je nach Auslegung.

Was die Funktionsweise angeht, kann die hydraulische Turbine in zwei Gruppen eingeteilt werden:

  • Hydraulische Turbinen: Sie nutzen nur die Geschwindigkeit des Wasserflusses.
  • Hydraulische Reaktionsturbinen: Nutzen Sie sowohl die Geschwindigkeit als auch den Druckverlust des Wassers in der Turbine.

Abhängig von der Auslegung des Turbinenrotors können folgende Turbinentypen unterschieden werden:

  • Propellerturbine: Reaktionsturbinen vom axialen Typ, wie ein Propeller am horizontalen Pol.
  • Kaplan-Turbinen: Axialreaktionsturbinen sind wie Propellerturbinen, die während des Betriebs auch den Winkel und die Flügel des Propellers variieren können. Sie sind effizienter mit großen Strömungen und kleinen Wasserfällen.
  • Pelton-Turbine: Turbinen mit Querströmung (Turbine senkrecht) und Teileinlass. Sie sind eine Evolution von Wassermühlen. Sie sind für den Betrieb mit sehr großen Wasserfällen ausgelegt, jedoch mit geringen Flussraten.
  • Francis-Turbine: Reaktions- und Mischstromturbinen. Konzipiert für Wasserfälle und durchschnittliche Flussraten.

Peltonturbine

Eine der effizientesten Arten von hydraulischen Turbinen ist die Pelton-Turbine. Die Pelton-Turbine besteht aus einem Rad (Laufrad oder Rotor), das an der Peripherie mit Löffeln ausgestattet ist. Diese Löffel wurden speziell entwickelt, um die Energie eines Wasserstrahls umzuwandeln, der auf die Löffel trifft.

Pelton-Turbinen sind so ausgelegt, dass sie große hydraulische Sprünge mit geringem Durchfluss ausnutzen. Wasserkraftwerke, die mit diesem Turbinentyp ausgestattet sind, verfügen größtenteils über eine lange Druckleitung, die als Druckgalerie bezeichnet wird, um die Flüssigkeit aus großen Höhen zu transportieren.

Am Ende des Druckkanals wird das Wasser der Turbine mittels eines oder mehrerer Nadelventile (auch Injektoren genannt) zugeführt, die düsenförmig sind, um die Geschwindigkeit der Strömung zu erhöhen, die auf die Löffel auftrifft.

Francis-Turbine

Die Francis-Turbine wurde von James B. Francis entwickelt. Es handelt sich um eine interne Strömungsturbine, die sowohl radiale als auch axiale Strömungskonzepte kombiniert.

Die Francis-Turbine ist eine "Reaktionsturbine", da das Flügelrad (normalerweise Wasser) durch sie hindurch aufgebracht wird, und es ist die gleiche Zirkulation des Flügelrads, die es bewegt. Es ist eine der drei wichtigsten Turbinenfamilien ( Pelton, Francis und Kaplan).

Es besteht aus einem feststehenden Teil mit gekrümmten Führungen, den sogenannten Deflektoren (oder Verteilern), und einem beweglichen Teil mit ebenfalls gekrümmten Klingen, dem sogenannten Rotor. Die Neigung der Deflektoren kann eingestellt werden, um die auf die Schaufeln aufgebrachte Strömungsrate einzustellen, wodurch die Drehzahl der Turbine reguliert wird.

Dies ist eine Art Turbine, die sich für mittelhohe Sprünge mit mittlerem Durchfluss eignet und sehr hohe Leistungen erzeugen kann.

Kaplanturbine

Kaplan-Turbinen sind Reaktionsreaktionswasserturbinen mit axialer Strömung, deren Walze ähnlich einem Schiffspropeller funktioniert. Sie werden in hydraulischen Kraftwerken mit kleinen Höhensprüngen eingesetzt. Die breiten Schaufeln der Turbine werden durch Hochdruckwasser angetrieben, das von einem Schieber abgegeben wird.

Das Wasser zirkuliert in der gleichen Richtung wie die Achse. Neben der Möglichkeit, die Neigung der Leitbleche zu regulieren, können die Rotorflügel auch eingestellt werden, so dass sich die Turbine an den Leistungsbedarf jedes Moments anpasst. Es wird in erneuerbaren Energieanlagen hydraulischer Art für kleine Sprünge und große Strömungen verwendet, z. B. für Speicherbecken.

Propellerturbine

Wie alle Wasserturbinen besteht der Turbinenpropeller aus einem Lenkrad mit Leitschaufeln und einem Rotor. Je nach Strömung kann die Wendelturbine mit einer einfachen Einstellung (Einstellung der Leitschaufeln) oder doppelt (Einstellung der Leitschaufeln und Drehzahl des Rotors) hergestellt werden.

Die Leitschaufeln stellen das Volumen des Flusses ein, das in den Rotor eintritt. Gleichzeitig ändern sie die Strömungsrichtung, so dass der Rotor selbst in die Torsion gerät, sodass sich der Rotor dreht.

Der Rotor eines Turbinenpropellers hat 3-5 Schaufeln, die an der Rotorwelle befestigt sind. Gemäß der Strömungstheorie eines Flügels gibt es einen idealen Fluss für die ideale Effizienz eines Flügels. Da die Strömung und die Fallhöhe des in die Turbine eintretenden Wassers nicht konstant sind, müssen die Rotorblätter an die tatsächliche Strömung angepasst werden. Der tatsächliche Fluss ist durch Druck (potentielle Energie) und Geschwindigkeit (kinetische Energie) gekennzeichnet, die je nach Volumen des Flusses, den Zeiten oder der Regelung des Staudamms Abajao variieren. Um den Wirkungsgrad der Turbine zu maximieren, wird die Rotationsrotation des Rotors an die Charakteristik der Strömung angepasst. Dieses Prinzip erfordert einen Synchrongenerator und eine Stromwandlung zur Anpassung an die Netzversorgung.

Im Gegenteil, das Regelungsprinzip einer Kaplan-Turbine ist die Einstellung der Rotorblätter (mechanische Regelung).

Vom Wirkungsgrad her kann der Turbinenpropeller mit einer Kaplanturbine verglichen werden. Darüber hinaus ermöglicht die elektronische Regulierung eines Turbinenpropellers (Regulierung der Rotordrehzahl) das Erreichen von Betriebspunkten mit wenig Wasser, die mit einer Kaplan-Turbine nicht erreicht werden können. Das liegt daran, dass die Kaplan-Turbine mit konstanter Drehzahl arbeitet und wenn nicht genügend Wasser vorhanden ist, können Sie die hohe Drehzahl nicht aufrechterhalten. Der Turbinenpropeller liefert immer noch mit niedriger Drehzahl.

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Geändert am: 25. Oktober 2018