Peltonturbine


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Zuletzt aktualisiert von Rolf Gloor am 22.04.2014

Die Peltonturbine ist eine Freistrahlturbine und wird vor allem für grosse Fallhöhen 50 bis 1500 m verwendet. Über die Verstellung der Düsennadel kann die Wassermenge reguliert werden. Bei kleinen einfachen Turbinen und grossem Wasserangebot wird auf eine Verstellbarkeit der Düse verzichtet.

Bei der Peltonturbine spritzt ein Wasserstrahl aus einer Düse auf ein Wasserrad (Laufrad), das sich dadurch dreht. Je höher die Geschwindigkeit des Wasserstrahles ist, desto schneller dreht das Laufrad. Die Schaufeln (Becher) des Laufrades sind so geformt, dass der Wasserstrahl reflektiert (umgelenkt) wird. Die Peltonturbine hat die beste Wirkung, wenn das Wasser, welches aus den Bechern zurückspitzt, nur noch runter fällt. Das kann man erreichen, wenn die Geschwindigkeit des Bechers halb so gross ist, wie die des Wasserstrahles. Die besten Peltonturbinen erreichen einen Wirkungsgrad von 92,5%.

Zur besseren Ausnützung der Turbine können auch mehrere Düsen auf ein Laufrad wirken. Bei mehr als 2 Düsen ist die Turbinenachse dann vertikal angeordnet, damit das herunterfallende Wasser nicht die Wasserstrahlen stört. Es gibt auch kleine Peltonturbinen, welche in einem geregelten Luftpolster mit Gegendruck betrieben werden können.

Wenn an einer laufenden Peltonturbine auf einmal kein Drehmoment mehr abgenommen wird, weil zum Beispiel das Stromnetz ausfällt, erhöht sich die Drehzahl bis zur Schleuderdrehzahl. Die Schleuderdrehzahl ist etwa 1.9 mal höher als die Nenndrehzahl. Grosse Turbinenanlagen sind nicht für die Zentrifugalkräfte dieser Drehzahlen ausgelegt, das heisst, man muss die Wasserzufuhr schnell unterbrechen können. Wenn man aber die Düse zu schnell schliesst, baut sich in der Druckleitung ein hoher Druck auf, welcher die Druckleitung zum Bersten bringen kann. Zur schnellen Unterbrechung der Wasserzufuhr wird bei diesem Turbinentyp ein sogenannter Strahlablenker zwischen Düse und Becher geschwenkt. Das Wasser spritzt dann ins Gehäuse und treibt das Laufrad nicht mehr an. Die Düse kann dann langsam geschlossen werden.

peltonturbine_prinzip
Prizinzpskizze einer Peltonturbinenanlage.

Für die Dimensionierung einer Peltonturbine gelten folgende Beziehungen:

GrösseSymbol, BeziehungEinheitBemerkungen
Strahlgeschwindigkeit m/s Wegen der Reibung ist der Strahl etwa 2 bis 4% langsamer
Fallhöhe m  
Erdbeschleunigung m/s² 9,81 m/s²
Turbinendrehzahl rad/s Die optimale Drehzahl ist etwa 2 bis 10% tiefer
Strahlkreisradius m Vom Zentrum bis zur Bechermitte
Strahlquerschnitt Wird durch die Stellung der Düsennadel angepasst
Wassermenge m³/s  
Strahldurchmesser m  
Becherbreite m Von dieser Grösse kann +/- 12% abgewichen werden

Wirkungsgrad einer Peltonturbine

peltonturbine_wirkungsgrad
Wirkungsgrad einer Peltonturbine in Funktion der Drehzahl und des Volumenstroms.

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