Wasserkraft in Deutschland – Ossberger-Turbine – Funktion, Definition …
Ossberger-Turbinen sind grundsätzlich individuell auf die an einer Staustufe anzutreffenden Betriebsverhältnisse (Fallhöhe / Wasserstrom) zugeschnitten.
Einsatzbereich: Fallhöhe H = 1 … 200 m
Wassserströme: Q = 0,03 … 13 m /s – Leistungen N = 1 … 1500 kW
Definition Strömungsverlauf in Ossberger Turbinen – Wasserkraft Energie Erzeugung
In der Praxis hat dieser Strömungsverlauf nebenbei den Vorteil, daß Laub, Gras, Naßschnee, die beim Wassereintritt zwischen die Radschaufeln gepreßt werden, – unterstützt durch die Fliehkraft nach einer halben Laufradumdrehung vom austretenden Wasser wieder ausgespült werden. So verstopft der selbstreinigende Läufer nie.
Prinzip
Die OSSBERGER-Turbine ist eine radial- und teilbeaufschlagte Freistrahlturbine. Sie zählt nach ihrer spezifischen Drehzahl zu den Langsamläufern. Der Wasserstrahl wird vom Leitapparat zu einem rechteckigen Querschnitt geformt. Er durchströmt den Schaufelkranz des walzenförmigen Läufers zuerst von außen nach innen und nach Durchqueren des Radinneren von innen nach außen.
Wenn es die Wasserführung erfordert, wird die OSSBERGER-Turbine mehrzellig gebaut. Die normale Unterteilung beträgt dabei 1:2. Die kleine Zelle nutzt kleine, die große Zelle mittlere Wasserströme. Beide Zellen gemeinsam nutzen den vollen Wasserstrom. Durch diese Aufteilung wird jede Wassermenge von 1/6 bis 1/1 Beaufschlagung mit optimalem Wirkungsgrad verarbeitet. Dies erklärt, warum OSSBERGER-Turbinen stark schwankende Laufwasser besonders effizient nutzen.
Turbine Definition und Erklärung Wirkungsweise & Wirkungsgrad Wasserkraft Turbinen
Wirkungsgrad
Der mittlere Gesamtwirkungsgrad von OSSBERGER-Turbinen wird für kleine Leistungen über den gesamten Arbeitsbereich mit 80% kalkuliert. Diese Wirkungsgrade werden normalerweise überschritten. Für mittlere und größere Einheiten des Bauprogrammes sind Wirkungsgrade bis 86 % gemessen worden.
Abb. 3 zeigt deutlich die Überlegenheit der OSSBERGER-Turbine im Teillastbereich, Laufgewässer haben oft über mehrere Monate eine schwache Wasserführung. Ob in dieser Zeit Strom erzeugt wird, hängt von der Wirkungsgradcharakteristik der jeweiligen Turbine ab. Turbinen mit hohem Spitzenwirkungsgrad, aber ungünstigem Teillastverhalten, erwirtschaften in Laufwasserkraftwerken mit schwankender Wasserführung weniger Jahresleistung als Turbinen mit flachem Verlauf der Wirkungsgradkurve.
Wirkungsgradkennlinie einer OSSBERGER-Turbine, entwickelt aus den 3 Wirkungsgradkurven einer 1:2-Unterteilung im Vergleich zur Francis-Turbine.
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Turbine Definition – Leitapparat, Gehäuse, Laufrad, Lagerung, Saugrohr, Betriebsverhalten, Bauformel
Leitapparat
In der unterteilten OSSBERGER-Turbine wird die Triebwasserzufuhr durch zwei kraftausgeglichene Profilleitschaufeln gesteuert. Die Leitschaufeln teilen den Wasserstrom, richten ihn und lassen ihn stoßfrei in den Läufer eintreten – unabhängig von der Öffnungsweite. Beide Drehschaufeln sind exakt in das Turbinengehäuse eingepaßt. Sie halten die Leckwassermengen so klein, daß die Leitschaufeln bei geringen Fallhöhen als Absperrorgan dienen können. Dann können Absperrschieber zwischen Druckrohr und Turbine entfallen. Beide Leitschaufeln lassen sich getrennt voneinander über Regulierhebel verstellen, an die die automatische oder Handregulierung angeschlossen ist.
Gehäuse
Das Gehäuse der OSSBERGER-Turbine ist ganz aus Stahl, unübertroffen robust, leichter als Graugußgehäuse, stoß- und frostfest.
Laufrad
Kernstück der Turbine ist das Laufrad. Es ist mit Schaufeln bestückt, die nach einem bewährten Verfahren aus blankgezogenem Profilstahl hergestellt, beidseitig in Endscheiben eingepaßt, und nach einem Spezialverfahren verschweißt werden. Je nach Größe erhält das Laufrad bis zu 37 Schaufeln. Die linear gekrümmten Schaufeln erzeugen nur geringen Axialschub, so daß Druck- oder Kammlager mit ihren Nachteilen entfallen. Bei Laufrädern größerer Breite werden die Schaufeln mit Zwischenscheiben mehrfach gestützt. Die Laufräder werden vor der Endmontage sorgfältig ausgewuchtet.
Lagerung
Die Hauptlager von OSSBERGER-Turbinen sind mit genormten Pendelrollenlager-Einsätzen ausgerüstet. Wälzlager haben in Wasserturbinen unbestreitbare Vorteile, wenn durch die Konstruktion des Lagergehäuses vermieden wird, daß Leckwasser eintritt oder Schwitzwasser entsteht. Dies ist das wesentliche Merkmal der patentierten Lagerkonstruktion der OSSBERGER-Turbinen. Gleichzeitig wird das Laufrad gegenüber dem Turbinengehäuse zentriert. Wartungsfreie Dichtungselemente ergänzen diese überlegene technische Lösung. Außer dem jährlichen Fettwechsel erfordert die Lagerung keine Wartung.
Saugrohr
Dem Prinzip nach ist die OSSBERGER-Turbine eine Freistrahlturbine. Im Bereich mittlerer und niedriger Fallhöhen kommt man jedoch ohne Saugrohr nicht aus. Es dient dazu, hochwassersicheren Einbau und verlustfreie Nutzung der Gesamtfallhöhe in Einklang zu bringen. An einer Freistrahlturbine mit weitem Nutzungsbereich muß daher bei der Auslegung als Saugrohrturbine die Saugwassersäule steuerbar sein. Dies bewirkt ein einstellbares Belüftungsventil, das das Vakuum im Turbinengehäuse beeinflußt. So können auch Fallhöhen bis zu 1m mit OSSBERGER-Saugrohrturbinen optimal genutzt werden. Die Ausbildung des Saugrohres als Stahlkrümmer senkt darüber hinaus die Kosten des wasserbaulichen Teils an Niedergefällen erheblich und macht damit manchen Ausbau erst wirtschaftlich.
Betriebsverhalten
Kavitation tritt bei OSSBERGER-Turbinen systembedingt nicht auf. Daher entfällt der Einbau unter dem Unterwasserspiegel und die damit verbundenen kostenaufwendigen Bauten und Betriebsnachteile.
Die Durchgangsdrehzahl von OSSBERGER-Turbinen beträgt das 1,8fache der Nenndrehzahl. Das ermöglicht die Verwendung serienmäßiger Stromerzeuger.
”Einfachheit aus Prinzip” war das Motto bei der Entwicklung der OSSBERGER-Turbine: Sie ist für den zuverlässigen Dauerbetrieb über Jahrzehnte ausgelegt und kann ohne spezielle Wartungsmittel betrieben werden. Sie wird – besonders in der Dritten Welt – oft von Nichtfachleuten installiert und in Betrieb genommen.
Kostengünstige Bauformel
Ein gestiegenes Umweltbewußtsein strebt das Ideal an, Naturkräfte ohne Substanzverlust und Umweltbelastung zu nutzen, z.B. Strom aus regenerativen Energien zu erzeugen. Jedoch wird der Einsatz von Wasserkraftanlagen durch eine wesentliche Ursache eingeschränkt: Die mit Projektierung und Planung, mit Dimensionierung, Konstruktion sowie Maschinen- und Wasserbau-Ausführung verbundenen hohen Investitionskosten
Beratende Ingenieure und Turbinenbauer haben daher versucht, die Gesamtkosten durch Normung der Wasserturbinen zu reduzieren. Dieser für Großturbinen mögliche Weg führt jedoch bei Kleinwasserturbinen zu Problemen bei der Dimensionierung, bezogen auf Ausbauwassermenge und Schwankungsbereich der Jahreswasserführung.
OSSBERGER-Turbinen bestehen aus standardisierten Einzelkomponenten, die je nach Anforderung – d.h. nach Ausbauwassermenge und Fallhöhe der individuellen Staustufe – zur maßgeschneiderten Gesamtanlage konfiguriert werden. Dieses Baukastensystem ermöglicht kostengünstige Fertigung bei gleichzeitig projektbezogener Auslegung der Funktionen.
Kontakt zum Hersteller der Ossberger Turbinen
Ossberger Weissenburg
OSSBERGER GmbH + Co
Otto-Rieder-Str.
91781 Weissenburg
Telefon: 09141 / 977 – 0
Fax: 09141 / 977 – 20