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E-Book

Freistrahlturbinen

Hydromechanik und Auslegung

AutorZhang Zhengji
VerlagSpringer-Verlag
Erscheinungsjahr2008
Seitenanzahl260 Seiten
ISBN9783540707721
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis76,99 EUR

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.

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Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Geleitwort5
Vorwort7
Inhaltsverzeichnis9
Einleitung13
A Hydraulik von Pelton-Turbinen15
B Strukturmechanik von Pelton-Turbinen19
C Zielsetzung dieses Fachbuches20
Arbeitsprinzip von Pelton-Turbinen22
1.1 Umwandlung von hydraulischer Energie in mechanische Energie22
1.2 Pelton-Turbinen und ihre Spezifikation26
Injektor36
2.1 Strömungsbeschleunigung in der Düse37
2.2 Durchflusszahl D0 und die Düsenkennlinie39
2.3 Durchflusszahl De und Gesetzmäßigkeit der Düsenkennlinie42
2.4 Reynoldszahl-Effekt43
2.5 Strömungskräfte und Gleichgewichtszustand in der Düse44
Wasserstrahl54
3.1 Laser-Doppler-Anemometrie (LDA)55
3.2 Axial-symmetrischer Wasserstrahl56
3.3 Strahlerweiterung59
3.4 Sekundärströmungen im Wasserstrahl und Strahlqualität60
Interaktion zwischen Wasserstrahl und Pelton- Rad63
4.1 Aufprallen runden Wasserstrahls auf ebene Platte63
4.2 Mindestschaufelzahl64
4.3 Wasserstrahl-Schaufel-Interaktion und ihre Spezifikation66
4.4 Koinzidenz- und Symmetriebedingungen69
4.5 Schaufelzahl des Pelton-Rades71
4.6 Relativlaufbahn des Wasserstrahls74
4.7 Strömungsablösung beim Eintritt am Schaufelausschnitt76
4.8 Stoßfreie Bedingung am Schaufelrücken77
4.9 Stoßkraft und ihre Leistung beim Eintritt79
Strömungsmechanik in der rotierenden Schaufel86
5.1 Grundgleichungen86
5.2 Relativströmung und Invarianzgleichung89
5.3 Kraftwirksamkeit und die Leistungen99
Wasserausbreitung in der Schaufel115
6.1 Relativdurchfluss115
6.2 Breite und Höhe des Wasserfilms118
6.3 Überdruck unter dem Wasserfilm119
Austrittsbedingungen121
7.1 Geschwindigkeitsverhältnis am Schaufelaustritt121
7.2 Allgemeine Austrittsbedingung122
7.3 Austrittsbedingung für Vertikalturbinen126
Austrittsverluste134
8.1 Drallverluste134
8.2 Reibungseffekt am Schaufelrücken140
8.3 Ablenkungseffekt am Schaufelrücken141
Reibungseffekte und FFT-Theorem144
9.1 Reibungszahl144
9.2 Direkte Reibungseffekte148
9.3 Reibungseffekte durch Änderung der Druckverteilung150
9.4 Gesamte Reibungseffekte152
9.5 Das Theorem der Strömungsreibung154
Reibungsbehaftete Querströmung durch die Schaufel156
10.1 Kombinierte hydraulische Verluste156
10.2 Reale Drallverluste157
10.3 Hydraulische Dissipation und Energiebilanz160
10.4 Beispiel zum Einfluss von Reibungseffekten auf den Wirkungsgrad161
Reibungsbehaftete Längsströmung durch die Schaufel164
11.1 Kinematische Gleichung der Strömung in der rotierenden Schaufel164
11.2 Dynamische Gleichungen und Leistungsberechnungen168
11.3 Auswirkungen von Strömungskräften und die hydraulische Dissipation169
11.4 Beispiel174
Ventilations- und Radreibungsverluste177
12.1 Pelton-Turbinen mit horizontaler Achse178
12.2 Pelton-Turbinen mit vertikaler Achse181
12.3 Auslaufversuch182
Leistungsverlust durch Lagerreibungen184
Hydraulischer und mechanischer Wirkungsgrad187
14.1 Hydraulischer Wirkungsgrad187
14.2 Mechanischer Wirkungsgrad188
Reale hydraulische Wirkungsgradkennlinien189
15.1 Kritische Laufzahl189
15.2 Reaktionsgrad des Wasserstrahls192
15.3 Reale hydraulische Wirkungsgradkennlinie196
Durchgangsdrehzahl und Beschleunigungsverlauf198
16.1 Theoretische Durchgangsdrehzahl198
16.2 Reale Durchgangsdrehzahl200
16.3 Beschleunigungsverlauf204
Hydraulische Auslegung von Pelton-Turbinen208
17.1 Dimensionierung des Pelton-Rades208
17.2 Ellipsenförmiges Schaufelprofil211
Mehrdüsige Pelton-Turbinen218
18.1 Mindestversatzwinkel zwischen Wasserstrahlen218
18.2 Düsenschutzdach220
Geometrische und hydraulische Ähnlichkeiten222
19.1 Geometrische Ähnlichkeit223
19.2 Hydraulische Ähnlichkeit223
Modellversuch und Wirkungsgradaufwertung227
20.1 Wirkungsgradaufwertung228
20.2 Reynolds-Zahl und Strahlkraft229
Schaufelfestigkeit und Ähnlichkeitsgesetze231
21.1 Dynamische Spannung im Schaufelwurzelbereich231
21.2 Ähnlichkeitsgesetze in der Schaufelbelastung235
Anhang 1: Parameterbezeichnung239
Indizes242
Anhang 2: Definitionen der abgeleiteten Größen und Kennzahlen243
Anhang 3: Spezifische Drehzahl und ihre Anwendung in Pelton- Turbinen245
Anhang 4: Spezifikation des Strahlstücks für eine Schaufel247
Anhang 5: Spezifikation der Schaufelstellungen250
Literaturverzeichnis253
Sachverzeichnis256

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