Zhang Freistrahlturbinen

Hydromechanik und Auslegung
1. Auflage 2008
ISBN: 978-3-540-70772-1
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 260 Seiten

Reihe: VDI-Buch

Der Autor gibt aus ingenieurwissenschaftlicher Sicht einen Überblick über die wesentlichen Erkenntnisse der Hydromechanik von Freistrahlturbinen. Die Strömungsprozesse und alle relevanten hydromechanischen Aspekte werden möglichst vollständig und systematisch beschrieben. Sämtliche Verluste, inklusive der hydraulischen Reibungseffekte, werden behandelt und quantifiziert. Das Nachschlagewerk richtet sich an Ingenieure, Turbinenhersteller, Kraftwerksbetreiber und Interessierte aus Lehre und Forschung im Fachbereich 'Strömungsmaschinen'.

Dr. -Ing. Zh. Zhang hat an Xian-Jiaotong Universität in der Volksrepublik China Energie und Kraftwerkbau studiert. Nach seiner anschließenden Promotion an der Ruhr-Universität Bochum in Deutschland im Fachbereich Wärmetechnik ist er in 1990 in die Firma Sulzer Innotec, Winterthur in der Schweiz, eingetreten. Im Rahmen der industriellen Forschung und Entwicklung fokussierte er seine Tätigkeit auf lasergestützte Verfahren (LDA, PDA, PIV) zu Strömungsuntersuchungen. Seit 2004 ist er für die hydraulische Auslegung und Entwicklung von Strömungsmaschinen bei Grimsel Hydro der Kraftwerke Oberhasli AG (KWO) in Innertkirchen tätig.

Autoren/Hrsg.

Zhang, Zhengji

Inhaltsverzeichnis

1;Geleitwort;5
2;Vorwort;7
3;Inhaltsverzeichnis;9
4;Einleitung;13
4.1;A Hydraulik von Pelton-Turbinen;15
4.2;B Strukturmechanik von Pelton-Turbinen;19
4.3;C Zielsetzung dieses Fachbuches;20
5;Arbeitsprinzip von Pelton-Turbinen;22
5.1;1.1 Umwandlung von hydraulischer Energie in mechanische Energie;22
5.2;1.2 Pelton-Turbinen und ihre Spezifikation;26
6;Injektor;36
6.1;2.1 Strömungsbeschleunigung in der Düse;37
6.2;2.2 Durchflusszahl D0 und die Düsenkennlinie;39
6.3;2.3 Durchflusszahl De und Gesetzmäßigkeit der Düsenkennlinie;42
6.4;2.4 Reynoldszahl-Effekt;43
6.5;2.5 Strömungskräfte und Gleichgewichtszustand in der Düse;44
7;Wasserstrahl;54
7.1;3.1 Laser-Doppler-Anemometrie (LDA);55
7.2;3.2 Axial-symmetrischer Wasserstrahl;56
7.3;3.3 Strahlerweiterung;59
7.4;3.4 Sekundärströmungen im Wasserstrahl und Strahlqualität;60
8;Interaktion zwischen Wasserstrahl und Pelton- Rad;63
8.1;4.1 Aufprallen runden Wasserstrahls auf ebene Platte;63
8.2;4.2 Mindestschaufelzahl;64
8.3;4.3 Wasserstrahl-Schaufel-Interaktion und ihre Spezifikation;66
8.4;4.4 Koinzidenz- und Symmetriebedingungen;69
8.5;4.5 Schaufelzahl des Pelton-Rades;71
8.6;4.6 Relativlaufbahn des Wasserstrahls;74
8.7;4.7 Strömungsablösung beim Eintritt am Schaufelausschnitt;76
8.8;4.8 Stoßfreie Bedingung am Schaufelrücken;77
8.9;4.9 Stoßkraft und ihre Leistung beim Eintritt;79
9;Strömungsmechanik in der rotierenden Schaufel;86
9.1;5.1 Grundgleichungen;86
9.2;5.2 Relativströmung und Invarianzgleichung;89
9.3;5.3 Kraftwirksamkeit und die Leistungen;99
10;Wasserausbreitung in der Schaufel;115
10.1;6.1 Relativdurchfluss;115
10.2;6.2 Breite und Höhe des Wasserfilms;118
10.3;6.3 Überdruck unter dem Wasserfilm;119
11;Austrittsbedingungen;121
11.1;7.1 Geschwindigkeitsverhältnis am Schaufelaustritt;121
11.2;7.2 Allgemeine Austrittsbedingung;122
11.3;7.3 Austrittsbedingung für Vertikalturbinen;126
12;Austrittsverluste;134
12.1;8.1 Drallverluste;134
12.2;8.2 Reibungseffekt am Schaufelrücken;140
12.3;8.3 Ablenkungseffekt am Schaufelrücken;141
13;Reibungseffekte und FFT-Theorem;144
13.1;9.1 Reibungszahl;144
13.2;9.2 Direkte Reibungseffekte;148
13.3;9.3 Reibungseffekte durch Änderung der Druckverteilung;150
13.4;9.4 Gesamte Reibungseffekte;152
13.5;9.5 Das Theorem der Strömungsreibung;154
14;Reibungsbehaftete Querströmung durch die Schaufel;156
14.1;10.1 Kombinierte hydraulische Verluste;156
14.2;10.2 Reale Drallverluste;157
14.3;10.3 Hydraulische Dissipation und Energiebilanz;160
14.4;10.4 Beispiel zum Einfluss von Reibungseffekten auf den Wirkungsgrad;161
15;Reibungsbehaftete Längsströmung durch die Schaufel;164
15.1;11.1 Kinematische Gleichung der Strömung in der rotierenden Schaufel;164
15.2;11.2 Dynamische Gleichungen und Leistungsberechnungen;168
15.3;11.3 Auswirkungen von Strömungskräften und die hydraulische Dissipation;169
15.4;11.4 Beispiel;174
16;Ventilations- und Radreibungsverluste;177
16.1;12.1 Pelton-Turbinen mit horizontaler Achse;178
16.2;12.2 Pelton-Turbinen mit vertikaler Achse;181
16.3;12.3 Auslaufversuch;182
17;Leistungsverlust durch Lagerreibungen;184
18;Hydraulischer und mechanischer Wirkungsgrad;187
18.1;14.1 Hydraulischer Wirkungsgrad;187
18.2;14.2 Mechanischer Wirkungsgrad;188
19;Reale hydraulische Wirkungsgradkennlinien;189
19.1;15.1 Kritische Laufzahl;189
19.2;15.2 Reaktionsgrad des Wasserstrahls;192
19.3;15.3 Reale hydraulische Wirkungsgradkennlinie;196
20;Durchgangsdrehzahl und Beschleunigungsverlauf;198
20.1;16.1 Theoretische Durchgangsdrehzahl;198
20.2;16.2 Reale Durchgangsdrehzahl;200
20.3;16.3 Beschleunigungsverlauf;204
21;Hydraulische Auslegung von Pelton-Turbinen;208
21.1;17.1 Dimensionierung des Pelton-Rades;208
21.2;17.2 Ellipsenförmiges Schaufelprofil;211
22;Mehrdüsige Pelton-Turbinen;218
22.1;18.1 Mindestversatzwinkel zwischen Wasserstrahlen;218
22.2;18.2 Düsenschutzdach;220
23;Geometrische und hydraulische Ähnlichkeiten;222
23.1;19.1 Geometrische Ähnlichkeit;223
23.2;19.2 Hydraulische Ähnlichkeit;223
24;Modellversuch und Wirkungsgradaufwertung;227
24.1;20.1 Wirkungsgradaufwertung;228
24.2;20.2 Reynolds-Zahl und Strahlkraft;229
25;Schaufelfestigkeit und Ähnlichkeitsgesetze;231
25.1;21.1 Dynamische Spannung im Schaufelwurzelbereich;231
25.2;21.2 Ähnlichkeitsgesetze in der Schaufelbelastung;235
26;Anhang 1: Parameterbezeichnung;239
26.1;Indizes;242
27;Anhang 2: Definitionen der abgeleiteten Größen und Kennzahlen;243
28;Anhang 3: Spezifische Drehzahl und ihre Anwendung in Pelton- Turbinen;245
29;Anhang 4: Spezifikation des Strahlstücks für eine Schaufel;247
30;Anhang 5: Spezifikation der Schaufelstellungen;250
31;Literaturverzeichnis;253
32;Sachverzeichnis;256