Versuch III Francisturbine Kameier/Schönwald/Heinze Praktikum Strömungstechnik II SS 2011...

Versuch III Francisturbine

Kameier/Schönwald/Heinze Praktikum Strömungstechnik II SS 2011

1

Kraft oder Arbeitsmaschine?



Verschiedene Arten von Wasserturbinen

2



3

Arbeitsgebiete der Turbinen

g

YH T

FrancisFallhöhe: bis 800 mLeistung: bis 750 MWWirkungsgrad: bis 90 %

PeltonFallhöhe: von 550 bis 2000 mLeistung: bis 500 MWWirkungsgrad: bis 90 %

KaplanFallhöhe: bis 200 mLeistung: bis 125 MWWirkungsgrad: bis 95 %



Spezifischer Drehzahlbereich der Turbinen

4

Langsamläufer mit(Pelton)

Normalläufer mit(Francis)

Schnelläufer mit(Kaplan)

0901,0yn

2105,00901,0 yn

2105,0yn

²/6,332

1

6060 75,075,075,075,0 sm

n

g

n

gH

Vn

Y

Vnn qq

y

RohrturbinenKaplanturbinen

Francisturbinen

6 Düsen

1 2 4Düsen

Pelton-turbinen

0

0

2

0,09 0,900,18 0,450,045 0,810,720,630,540,360,27

5

10

20

50

100

500

200

1000

Fal

lhöh

e H

spezifische Drehzahl n

[ m ]

y

Achtung die spezifische Drehzahl ny ist dimensionslos die ältere Bezeichnung

nq hingegen nicht!



5

Funktionsweise der TurbinenEuler´sche Strömungsmaschinen-Euler´sche Strömungsmaschinen-

hauptgleichung für Turbinenhauptgleichung für Turbinen

uu cucuY 2211



Geschwindigkeitsdreiecke

6

http://www.appuntidigitali.it/site/wp-content/uploads/Francis_Turbine_High_flow.jpg

Verdichter

Turbine



Geschwindigkeitsdreiecke an Stator und Rotor der Turbine

7

V

C1m

=W

1m

EintrittEintritt

AustrittAustritt

wuc c Absolutgeschwindigkeit

u Umfangsgeschwindigkeit

w Relativgeschwindigkeit

c1u

c1m Meridionalkomponente

c1u Drallkomponente



8

V

Geschwindigkeitsdreiecke mit verändertem Leitgitterwinkel

Verkleinerung des Leitgitterwinkels führt zur Verringerung des

Volumenstroms.

c1u

u1

w1

c1



Geschwindigkeitsdreiecke Rotor alleine

9

2

Drallbehaftete Abströmung

Drallbehaftete Anströmung

Axiale Axiale ArbeitsmaschineArbeitsmaschine

Radiale Radiale KraftmaschineKraftmaschine



Angaben der Messunsicherheit für eine vereinfachte Fehlerrechnung

10



Beispielhafte Fehlerrechnung für eta

11

TYV

M

Formel zur Berechnung des Wirkungsgrades

Berechnung der Abweichung aller Messgrößen durch Angabe aus Tabelle

[%]

Messgröße prozentuale Abweichung

Abweichung vom Messwert

Drehmoment M / [Nm] 9,7 1,5 0,15 [Nm]Winkelgeschwindigkeit v2pn / [U/min] 1009 0,5 5 [U/min]Durchmesser d / [m] 0,1008 0,1 0,0001 [m]Dichte / [kg/m³] 998 0,2 2 [kg/m³]Eintrittsgeschwindigkeit c_ein / [m/s] 1,6 0,8 0,01 [m/s]Wasserstand H / [m] 1,5 0,1 0,002 [m]Eintrittsdruck Dp_ein / [Pa] 83953 0,1 84 [Pa]Totaldruckerhöhung Dp_vent / [Pa] 1422 1 14 [Pa]

Beispielmesswerte für ein eta von 0,779 bzw. 78%



ventpd

pdV vent

2

1

2

12

2 2

D

D

Bestimmung des Fehlerquotienten

12

5,4;

2

4196,09885,0

2

41

p

D

CpdC

V vent

%8,012

12,0

2

11,02

2

1

2

12

D

D

D

vent

vent

p

p

d

dV

TYV

M

Festgelegte Abweichungen für die

Winkelgeschwindigkeit und das Drehmoment

Abweichung der Messgröße muss bestimmt werden

1.) Von welchen Größen hängt die Messgröße ab Bsp. V_punkt

2.) Zuweisung der Exponenten für die Formelberechnung

3.)Berechnung der prozentualen Abweichung für V_punkt

Konstanten gehen in die Fehlerbetrachtung nicht mit

ein



13

T

T

Thhydraulisc

mech

Y

Y

V

V

M

M

YV

M

P

P

D

D

D

D

D

11111

Bestimmung des Fehlerquotienten

Bestimmung der Abweichung von eta mit gegebenen und berechneten Abweichungen der Messgrößen

Date post:	05-Apr-2015
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