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Peltonturbinen - Wasserkraftanlagen: Grundsatzuntersuchungen zum Einfluss eines Gegendruckbetriebs auf die bauliche Konzeption

Mayr, Dominik / Arch, Alexander

Abstract

Zur Klärung der Auswirkungen einer Luftdrucksteigerung auf Wasser-Luft-Gemische im Unterwasser von Peltonturbinen wurden Grundlagenversuche in einer Überdruckkammer durchgeführt. Die Versuche zeigten, dass eine Umgebungsdrucksteigerung auf das durch einen Wasserstrahl erzeugte Wasser-Luft-Gemisch volumenvergrößernd wirkt. Ein Anstieg des Gas holdup Epsilon bis zu 55 % konnte ermittelt werden. Dies kann für eine Anlage mit Peltonturbinen im Gegendruck bedeuten, dass der Abstand zwischen Schaumoberfläche im Unterwasserkanal und Laufrad mit steigendem Gegendruck sinkt. Damit würden sich die Sicherheiten, welche bei der Bestimmung des Freihanges angesetzt werden, reduzieren. Wird der Freihang zu gering gewählt, besteht die Gefahr, dass das Laufrad das Wasser-Luft-Gemisch ansaugt. Auf Grundlage der durchgeführten Versuche kann geschlossen werden, dass bei Pump-Speicherwerken, welche im hydraulischen Kurzschluss gefahren werden, die Abflusstiefen des Wasser-Luft-Gemischs im Gegendruckbetrieb bei maximalem Durchfluss unabhängig vom Sättigungsgrad zu erwarten sind. Die Analyse der Zersetzung des Wasser-Luft-Gemisches zeigte, dass die ermittelten Steiggeschwindigkeiten des Blasenschwarms unabhängig vom Umgebungsdruck in einem Bereich zwischen 10 und 12 cm/s lagen. Hinsichtlich der Dauer des Entgasungsvorganges der ungelösten Luftanteile und somit der Entgasungslänge ist daher auch bei geänderten Gegendruckbedingungen keine Verlängerung dieser Strecke zu erwarten. Bei der Konstruktion und Lage der Laufradbelüftung sowie der Geometrie des Unterwasserkanals, aus dem die Luft entnommen werden muss, ist dem erhöhten Stand des 2-Phasengemischs im Unterwasser Rechnung zu tragen, da sonst ein Wasser-Luft-Gemisch anstatt Reinluft angesaugt werden könnte.