Impulsturbinendesign

Wasserkraft, auch bekannt als Wasserkraft, ist der Prozess der Stromerzeugung aus fließendem Wasser und ist eine der weltweit größten Quellen erneuerbarer Energie. Um die Energie aus dem sich bewegenden Wasser zu extrahieren, sind Wasserturbinen erforderlich, wobei die einfachste die Impulsturbinenkonstruktion ist, die aus einer Reihe von Düsen besteht, die Wasser auf eine Reihe von Schaufeln schleudern.

Die meisten Wasserkraftwerke verwenden große Dämme, um ein Wasserreservoir zurückzuhalten. Dieses Wasserreservoir wird durch die Flüsse und Bäche aus der umliegenden Landschaft aufgefüllt. Aber elektrische Kleinstwassersysteme können auch verwendet werden, um Strom aus kleineren wasserbetriebenen Generatoren zu erzeugen, die sich in kleinen Flüssen und Bächen am Grund Ihres Gartens befinden.

Wasserkraft hängt von den örtlichen Bedingungen ab, aber Sie müssen welche haben fließendes Wasser, damit es funktioniert. Es ist nicht erforderlich, sehr viel oder viel Druck zu haben, und es muss nicht sehr nahe an der hydraulischen Turbine sein, da Rohrleitungen und Druckleitungen ihn umleiten können.

Kleine Wasserkraftprojekte können im Allgemeinen entweder als “Run-of-River” oder “Wasserspeicher” (Reservoir) Schemata. Im Gegensatz zu Wasserspeichersystemen, die Dämme oder Stauseen verwenden, um die potenzielle Energie des Wassers zu speichern, verwenden Laufwassersysteme das Wasser, das im natürlichen Flusslauf sofort verfügbar ist.

Impulsturbinendesign

Hydraulikturbinen

Die Verwendung von Hydroturbinen zur Stromerzeugung hat eine sehr starke historische Tradition und eine, in der das sich bewegende Wasser ein Rad oder einen Läufer wie einen Propeller dreht, um eine rotierende Welle zu erzeugen. Da Wasser und nicht komprimierbar ist, wandelt der Läufer die Bewegungsenergie des Wassers in mechanische Kraft um, indem er eine Ausgangswelle dreht, um Strom zu erzeugen.

Hydroläufer gibt es je nach Standort und Turbinentyp in unterschiedlichen Formen und Größen. Die beiden Grundtypen sind solche, die aus dem Wasser an der Luft betrieben werden, und solche, die vollständig in Wasser eingetaucht betrieben werden.

Die Impulsturbine ist der am häufigsten verwendete Turbinentyp im Haushalt Systeme und eines, das in Luft arbeitet, indem ein Wasserstrahl aus einer gut positionierten Düse direkt darauf gesprüht wird.

Eine Wasserturbine ist das wichtigste Gerät in jedem Wasserkraftsystem und wandelt die Energie des Wassers in die Leistung der rotierenden Welle um. Die Impulsturbine nutzt die kinetische Energiekraft des gerichteten Wassers (oder eines anderen Fluids wie Dampf) zur Stromerzeugung. Die Auswahl einer geeigneten Turbine für einen bestimmten Wasserkraftstandort hängt hauptsächlich von der Fallhöhe und den Strömungseigenschaften des Standorts ab.

Impulsturbinen eignen sich besser für Systeme mit großen Fallhöhen, aber da alle Turbinen eine Leistungs-Drehzahl-Charakteristik haben, kann die fehlende Fallhöhe durch den Druck und die Geschwindigkeit der Wasserstrahlen kompensiert werden. Impulsturbinen können von einem oder mehreren Hochgeschwindigkeitsstrahlen angetrieben werden, und die gebräuchlichste Art der Impulsturbinenkonstruktion ist das Peltonrad.

Die Impulsturbine entzieht dem Wasser Energie, indem sie zunächst die verfügbare Fallhöhe in kinetische Energie in Form eines Hochgeschwindigkeitsstrahls umwandelt, der aus der Düse austritt. Der gesamte Druckabfall tritt in der Düse auf und das Laufrad arbeitet mit konstantem statischen Druck. Der Strahl wird auf Eimer oder Becher gerichtet, die am Rand des Läufers befestigt sind, wobei die Becher so konstruiert sind, dass sie dem Wasser die maximale Energiemenge entziehen.

Impulsdesign und ausgehender Wasserfluss

Dann können wir sehen, dass eine Impulsturbine für alle praktischen Zwecke einfach ein Standard-Wasserrad mit speziell entworfenen löffelförmigen Wasserbechern ist. Das Peltonrad ist eine Art Impulsturbine, die von einem einzelnen Wasserstrahl angetrieben wird, der in der Laufradebene positioniert ist. Der Hochgeschwindigkeitsstrahl mit ausreichender kinetischer Energie trifft bei atmosphärischem Druck nacheinander auf die Schaufeln und es entsteht eine mechanische Rotation des Laufrads.

Wenn das Wasser auf die am Umfang des Läufers angebrachten Eimer trifft, wird mechanische Energie erzeugt. Die Schaufeln einer Impulsturbine sind so geformt, dass sie einen doppelt halbkugelförmigen Becher bilden. Das Wasser dreht sich innerhalb des geformten Eimers um 160o, was der maximal mögliche Winkel ist, ohne dass das Rücklaufwasser den entgegenkommenden Strahl stört, und tritt an der Außenkante des Eimers aus, bevor es als Abwasser darunter fällt.

Für eine Wasserturbine eines kleinen Wasserkraftsystems reicht eine Anordnung mit einem einzelnen Strahl aus, um eine Rotation zu bewirken, aber die Leistung eines gegebenen Laufrads kann durch Verwendung von mehr als einem Strahl erhöht werden. Bei Mehrstrahlanordnungen können die Düsenstrahlen auch mit einem Geschwindigkeitsregelmechanismus verbunden werden, um die aus der Düse austretende Wassermenge zu regulieren und dadurch die Rotationsgeschwindigkeit auf einen maximalen Wert zu regulieren.

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Diese Art von hydraulische Turbine nutzt die Energie im Wasser nur einmal. Effizienzen von 70 bis 80 Prozent können jedoch erreicht werden, wenn mehr Düsen gleichmäßig um den Läufer herum positioniert werden.

Im Allgemeinen ist die optimale Drehzahl der Impulswasserturbine etwa die Hälfte der Wassergeschwindigkeit und wird daher für hohe Fallhöhen und hohe Wassergeschwindigkeiten, aber relativ geringe Wassermengen verwendet.

Impulsturbinen werden häufig in Kleinwasserkraftwerken eingesetzt, da sie gegenüber anderen Arten von Wasserturbinen mehrere Vorteile haben. Beispielsweise sind sie einfach zu entwerfen, einfacher herzustellen und zu warten und haben größere Toleranzen gegenüber Sand und anderen Partikeln wie Steinen und Sand im Wasser.

Impulsturbinenzusammenfassung

Dann haben wir gesehen, dass eine “Impulsturbine” ähnlich wie das Pelton-Design kann zur Erzeugung von Wasserkraft verwendet werden. Der Aufprall von gerichtetem Wasser auf die geformten Schaufeln bewirkt, dass sich das Laufrad dreht, wodurch mechanische Energie entwickelt wird.

Der wichtigste Punkt, der bei der Auswahl einer hydraulischen Turbine für eine bestimmte Anwendung zu berücksichtigen ist, ist die Netto-Fallhöhe des Wassers. Auch Konstruktionen mit mehreren Düsen sind in der Lage, an einigen kleinen Wasserkraftstandorten größere Leistungen zu erbringen.

Einstrahl-Impulsturbinen sind nicht für die Verwendung mit einer Fahrzeuglichtmaschine zur Stromerzeugung geeignet, da sie niedrigere Drehzahlen haben, dann müsste die Drehzahl über Getriebe oder Riemenscheiben erhöht werden.

Der mehrstrahlige Pelton , und sogar die Turgo-Turbine sind für mittlere Fallhöhen geeignet, da das Turgo-Läuferdesign ein effizienteres Entweichen des abgegebenen Wassers und somit einen größeren einströmenden Wasserstrahl ermöglicht. Infolgedessen kann eine Turgo-Turbine die gleiche Leistung wie eine Pelton-Turbine mit einem Laufrad mit kleinerem Durchmesser liefern.

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