Querstromturbine – Wikipedia

EIN Querstromturbine, Bánki-Michell-Turbine, oder Ossberger Turbine^[1] ist eine Wasserturbine, die vom Australier Anthony Michell, dem Ungar Donát Bánki und dem Deutschen Fritz Ossberger entwickelt wurde. Michell erhielt 1903 Patente für sein Turbinendesign, und die Produktionsfirma Weymouth machte es für viele Jahre. Ossbergers erstes Patent wurde 1933 erteilt (“Free Jet Turbine” 1922, kaiserliches Patent Nr. 361593 und “Cross Flow Turbine” 1933, kaiserliches Patent Nr. 615445) und er stellte diese Turbine als Standardprodukt her. Das von Ossberger gegründete Unternehmen ist heute der führende Hersteller dieses Turbinentyps.

Im Gegensatz zu den meisten Wasserturbinen mit axialen oder radialen Strömungen fließt das Wasser in einer Querstromturbine quer durch die Turbine oder über die Turbinenschaufeln. Wie bei einem Wasserrad wird das Wasser am Rand der Turbine eingelassen. Nachdem er zum Inneren des Läufers gelangt ist, verlässt er ihn auf der gegenüberliegenden Seite und geht nach außen. Das zweimalige Durchlaufen des Läufers sorgt für zusätzliche Effizienz. Wenn das Wasser den Läufer verlässt, hilft es auch, ihn von kleinen Rückständen und Verschmutzungen zu reinigen. Die Querstromturbine ist eine Maschine mit niedriger Drehzahl, die sich gut für Standorte mit geringer Förderhöhe und hohem Durchfluss eignet.

Obwohl die Abbildung der Einfachheit halber eine Düse zeigt, haben die meisten praktischen Querstromturbinen zwei, die so angeordnet sind, dass die Wasserströme nicht stören.

Querstromturbinen werden häufig als zwei Turbinen unterschiedlicher Leistung konstruiert, die sich dieselbe Welle teilen. Die Turbinenräder haben den gleichen Durchmesser, aber unterschiedliche Längen, um unterschiedliche Volumina bei gleichem Druck zu handhaben. Die unterteilten Räder werden üblicherweise mit Volumen im Verhältnis 1: 2 gebaut. Die unterteilte Regeleinheit, das Leitschaufelsystem im stromaufwärtigen Abschnitt der Turbine, bietet einen flexiblen Betrieb mit einer Leistung von 33, 66 oder 100%, je nach Durchfluss. Niedrige Betriebskosten werden durch die relativ einfache Konstruktion der Turbine erzielt.

Details des Designs[edit]

Die Turbine besteht aus einem zylindrischen Wasserrad oder Läufer mit einer horizontalen Welle, die aus zahlreichen Schaufeln (bis zu 37) besteht, die radial und tangential angeordnet sind. Die Kanten der Klinge sind geschärft, um den Widerstand gegen den Wasserfluss zu verringern. Eine Klinge hat einen teilkreisförmigen Querschnitt (Rohr über die gesamte Länge geschnitten). Die Enden der Schaufeln sind an Scheiben geschweißt, um einen Käfig wie einen Hamsterkäfig zu bilden, und werden manchmal als “Eichhörnchenkäfigturbinen” bezeichnet. Anstelle der Stangen hat die Turbine die muldenförmigen Stahlschaufeln.

Das Wasser fließt zuerst von der Außenseite der Turbine nach innen. Die Regeleinheit in Form einer Schaufel oder Zunge variiert den Querschnitt der Strömung. Der Wasserstrahl wird durch eine Düse auf den zylindrischen Läufer gerichtet. Das Wasser tritt in einem Winkel von etwa 45/120 Grad in den Läufer ein und überträgt einen Teil der kinetischen Energie des Wassers auf die aktiven zylindrischen Schaufeln.

Das Regelgerät steuert den Durchfluss basierend auf der benötigten Leistung und dem verfügbaren Wasser. Das Verhältnis ist, dass (0–100%) des Wassers zu 0–100% × 30/4 Schaufeln eingelassen wird. Der Wassereintritt in die beiden Düsen wird durch zwei geformte Leitschaufeln gedrosselt. Diese teilen und lenken den Fluss so, dass das Wasser bei jeder Öffnungsweite reibungslos in den Läufer eintritt. Die Leitschaufeln sollten an den Rändern des Turbinengehäuses abdichten, damit sie bei niedrigem Wasserstand die Wasserversorgung unterbrechen können. Die Leitschaufeln wirken daher als Ventile zwischen Druckleitung und Turbine. Beide Leitschaufeln können über Steuerhebel eingestellt werden, an die eine automatische oder manuelle Steuerung angeschlossen werden kann.

Die Turbinengeometrie (Düsen-Läufer-Welle) stellt sicher, dass der Wasserstrahl wirksam ist. Das Wasser wirkt zweimal auf den Läufer, aber der größte Teil der Kraft wird beim ersten Durchgang übertragen, wenn das Wasser in den Läufer eintritt. Nur ⅓ der Leistung wird auf den Läufer übertragen, wenn das Wasser die Turbine verlässt.

Das Wasser fließt durch die Schaufelkanäle in zwei Richtungen: von außen nach innen und von innen nach außen. Die meisten Turbinen werden mit zwei Düsen betrieben, die so angeordnet sind, dass sich zwei Wasserstrahlen im Läufer nicht gegenseitig beeinflussen. Es ist jedoch wichtig, dass Turbine, Förderhöhe und Turbinendrehzahl aufeinander abgestimmt sind.

Die Querstromturbine ist vom Impulstyp, so dass der Druck am Läufer konstant bleibt.

Vorteile[edit]

Der Spitzenwirkungsgrad einer Querstromturbine ist etwas geringer als bei einer Kaplan-, Francis- oder Pelton-Turbine. Die Querstromturbine weist jedoch unter variierender Last eine flache Wirkungsgradkurve auf. Mit einem geteilten Läufer und einer Turbinenkammer behält die Turbine ihren Wirkungsgrad bei, während Durchfluss und Last von 1/6 bis zum Maximum variieren.

Da es einen niedrigen Preis und eine gute Regelung hat, werden Querstromturbinen hauptsächlich in Mini- und Kleinstwasserkraftwerken mit weniger als zweitausend kW und einer Förderhöhe von weniger als 200 m eingesetzt.

Insbesondere bei kleinen Flusslaufanlagen liefert die flache Wirkungsgradkurve eine bessere Jahresleistung als andere Turbinensysteme, da das Wasser kleiner Flüsse in einigen Monaten normalerweise niedriger ist. Der Wirkungsgrad einer Turbine bestimmt, ob in Zeiten mit geringen Flüssen Strom erzeugt wird. Wenn die verwendeten Turbinen hohe Spitzenwirkungsgrade aufweisen, sich jedoch bei Teillast schlecht verhalten, wird eine geringere Jahresleistung erzielt als bei Turbinen mit einer flachen Wirkungsgradkurve.

Aufgrund ihres hervorragenden Verhaltens bei Teillasten ist die Querstromturbine für die unbeaufsichtigte Stromerzeugung gut geeignet. Aufgrund seiner einfachen Konstruktion ist es leichter zu warten als andere Turbinentypen. Es müssen nur zwei Lager gewartet werden, und es gibt nur drei rotierende Elemente. Das mechanische System ist einfach, sodass Reparaturen von lokalen Mechanikern durchgeführt werden können.

Ein weiterer Vorteil ist, dass es sich oft selbst reinigen kann. Wenn das Wasser den Läufer verlässt, verbleiben Blätter, Gras usw. nicht im Läufer, wodurch Verluste vermieden werden. Obwohl der Wirkungsgrad der Turbine etwas geringer ist, ist sie daher zuverlässiger als andere Typen. Normalerweise ist keine Reinigung des Läufers erforderlich, z. B. durch Durchflussumkehr oder Geschwindigkeitsschwankungen. Andere Turbinentypen verstopfen leichter und sind daher trotz höherer Nennwirkungsgrade Leistungsverlusten ausgesetzt.

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

Externe Links[edit]