Bremsverhalten verschiedener Bremsdüsenkonfigurationen in Pelton Turbinen

Abstract

Die vorliegende Arbeit gibt einen Überblick über bestehende und gebaute Anordnungen von Bremsdüsen bei Pelton Turbinen. Neben einer Bremsdüse kommen auch Zwillingsbremsdüsen zum Einsatz, es gibt aber vereinzelt spezielle Anordnungen. Ob bei einer Turbine Düsen zum Bremsen vorgesehen werden und bei welchen Betriebszuständen sie zur Anwendung kommen ist sehr stark vom Kraftwerksbetreiber abhängig. Laut Turbinenhersteller wird ein Bremsen mittels Bremsdüsen nur im Notfall empfohlen, da diese Verzögerungsart negative Einflüsse auf die Lebensdauer des Laufrades haben kann.<br />Da auf diesem Gebiet so gut wie keine messtechnischen Untersuchungen vorliegen, zeigt diese Arbeit den Verlauf des Bremsmoments über der Drehzahl von unterschiedlichen Bremsdüsenkonfigurationen. Weiters wird eine Bremsleistungsziffer definiert, die es ermöglicht, nicht nur verschiedene Bremsdüsenanordnungen, sondern auch Laufräder untereinander zu vergleichen und Aussagen über die Effizienz zu treffen. Weiters kann ein Einfluss der Becherform auf das Bremsverhalten erkannt werden.<br />Dabei hat sich gezeigt, dass kleinere Bremsstrahldurchmesser mit Angriff in der Bechermitte gegenüber größeren Strahldurchmessern effizienter sind. Im Bezug auf die Becherform kann man keine allgemeinen Aussagen treffen. Es ist dabei von der Bremsdüsenanordnung abhängig, ob die Monoblock-Bauweise oder die ältere Variante mit geschraubten Bechern und Rippen eine höhere Effizienz aufweist. Weiters zeigt sich eine Verbesserung der Leistungsziffer für einige Konfigurationen bei einem Bremsstrahleingriff innerhalb des Strahlkreisdurchmessers. Eine ganz spezielle Anordnung zeigt die größte Effizienz. Dabei ist der Bremsstrahl schräg auf den Becherrücken innerhalb des Strahlkreises gerichtet.

This thesis gives an overview about existing arrangements of braking nozzles in Pelton turbines. There are used variantes with one braking nozzle but there are also several arrangements with twin-braking nozzles. The use of a braking nozzle for a turbine and the operating conditions of the nozzles depend on the power plant operator.<br />Manufacturer of turbines recommend the operation of the nozzles only in case of emergency because the use could have a bad influence on the life cycle of the runner.<br />There are almost no known practical studies on this topic. Due to this fact, the thesis shows the developing of the braking torque to the unit speed of rotation. A coefficient of performance is defined, which allows to compare different arrangements of braking nozzles and different types of runners with different buckets. It is also possible to compare the differnt shapes of buckets and the influence on the braking characteristics. A larger brake jet diameter is less efficient than a small one. Relating to the bucket shape no general conclusion can be made. It depends on the arrangement which shape has advantages over others. It is possible to improve the efficiency of some arrangements by reducing the braking pitch diameter. Most efficient is a variant with an angular intervention of the brake jet when the bucket is hit inside the runner pitch diameter.