Durchströmturbine
aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Die Durchströmturbine ist eine Wasserturbine, die vom Australier Michell, vom Ungarn Banki und vom Deutschen Ossberger entwickelt wurde.
Die Turbine wird, entgegen dem Prinzip einer gewöhnlichen, axial oder radial durchströmten Turbine, quer durchstörmt. Das Wasser tritt, ähnlich einem Wasserrad, am Umfang ein und nach Durchlaufen des Laufradinneren gegenüberliegend wieder aus. Durch den doppelten Aufschlag ergibt sich eine vergleichsweise bessere Wirkung und damit einen gewissen Selbstreinigungseffekt bzw. Schmutzresistenz.
Das Zellenrad ist meist in B* 1/3 und B*2/3 der Breite unterteilt, die Wasserregelung durch den gleich geteilten Regulierapparat (Klappensystem im Oberwasser) erlaubt einen relativ flexiblen Betrieb, je nach Wasseranfall mit 1/3, 2/3 bzw. 3/3 = 100% Leistung. Die vergleichsweise einfache Turbinenkonstruktion ermöglicht günstige Anschaffungskosten.
[Bearbeiten] Ausführliche Beschreibung
Die Turbine besteht aus einem walzenförmigen Wasserrad oder Laufrad mit horizontaler Welle, bestehend aus zahlreichen (ca. 30 Stk.), radial/tangential angeordneten Schaufeln mit beidseitig angespitztem Schaufelende (wegen des Strömungswiderstandes), bestehend aus einem halbierten Kreisringquerschnitt (Rohr der Länge nach auseinandergeschnitten). Um die käfigförmig angebrachten halb- zylindrischen Schaufeln zu fixieren, sind an beiden Schaufelenden kreisrunde Randscheiben dazu da, um die Schaufelenden festschweißen zu können. Beim Aussehen ist der Vergleich mit einem Hamster-Laufrad naheliegend. Nur die Laufstäbe sind bei der Turbine rinnenförmige Stahlkonstruktionsteile.
Die Beaufschlagung bei der Turbine erfolgt zunächst von Außen nach Innen. Der klappen- und oder zungenförmige Regulierapparat variiert durch Querschnittsveränderung die Durchflußmenge der Turbine. Die Richtung des Wasserstrahles zur gedachten zylindrischen Laufradaußenfläche ist konstruktiv durch eine feststehende Düse erzeugt, so, dass das Wasser relativ unter ca. 45 Grad zur Eintrittstangente in das Laufrad eintritt und dabei einen Teil der kinetischen Energie an die aktiven Zylinderschaufeln abgibt.
Je nach Stellung des Regulierapparates (0-100%) werden auch 0-100%*30/4 Schaufeln beaufschlagt. Die Turbinengeometrie (Düse- Laufrad- Welle) stellt sicher, dass im Laufradinneren kein Zerbesen des Wasserstrahles an der Welle (durch Berührung ) auftritt, da ca. 1/3 der Gesamtleistung noch beim Austritt von Innen nach Außen an das Laufrad abzugeben ist. Damit wird am Laufrad zweimal Arbeit im Verhältnis 2:1 verrichtet. Aus der Sicht der Beschaufelung fließt das Wasser bidirektional durch die Schaufelkanäle, außen-innen und innen-außen. Dadurch, dass die meisten Turbinen 2- strahlig arbeiten, sind 2 Wasserstrahlen im Inneren des Laufrades ohne gegenseitige Beeinträchtigung zu führen. Dies ist jedoch nur gesichert, wenn Turbine, Gefälle und Turb.- Drehzahl zueinander abgestimmt sind.
Die Durchströmturbine ist eine Gleichdruckturbine, d.h. der Druck am Laufrad ändert sich nicht.
Meist wird eine Durchströmturbine in Zellenbauweise gebaut, um ihr Gesamt- Teillastverhalten entscheidend zu verbessern. Die Turbine besteht dabei aus zwei Kammern mit zwei Laufrädern auf einer gemeinsamen Welle, wobei die Kammern für Q*2/3 und Q*1/3 aufgeteilt sind. Die kleinere Kammer wird bei kleinen Wasserströmen benutzt, die größere bei mittlerer Wassermenge und bei großem Wasseraufkommen werden beide Kammern wie folgt: Q*1/3 + Q*2/3 = Q durchströmt.
[Bearbeiten] Vorteile
Im Vergleich zu Kaplan-, Francis- und Peltonturbinen hat die Durchströmturbine einen geringeren Wirkungsgrad, den die Einfachheit der Konstruktion jedoch aufwiegt. Aufgrund des günstigen Preises und der einfachen Regulierbarkeit wird sie jedoch vor allem bei Klein- und Kleinstkraftwerken mit einer Nennleistung bis ca. 1.000 kW und Fallhöhen bis 200 Meter eingesetzt. Ein Vorteil gegenüber allen übrigen Turbinentypen liegt in der Einfachheit der Konstruktion, es gibt maximal zwei Wälzlager zu tauschen, die Mechanik ist sehr einfach und daher von fast jedermann zu reparieren.
Dadurch, dass der Wasserstrahl in das Laufradinnere eintritt und sogleich wieder von innen nach außen seine Durchströmrichtung umkehrt, kann Laub, Gras etc. sich im Laufradinneren nicht festhalten und dadurch Strömungsverluste erzeugen. Die niedrigere Nennwirkungsgradverlaufskurve als Funktion des Teillast/Vollast- Verhältnisses wird durch das ständig saubere Laufrad konstant gehalten. Ein Laufrad- Reinigungsvorgang durch Strömungsumkehr bzw. Strömungsstörung durch Drehzahländerung etc. kann immer entfallen. Vergleichsweise sind andere Turbinentypen mit geringer Leistung bei monodirektionaler Wasserführung verschmutzungsgefährdeter und verlieren dabei Leistung.
