Das Kleinkraftwerk - Ausgabe Nr. 4

lnteressenverband Schweiz. Kleinkraftwerk-Besitzer (15KB)

DAS KLEINKRAFTWERK

AUSGABE 4

SEPTEMBER 1984

Adressen Vorstand ISKB Prasident

Buntschu Dominik, Mechaniker 3178 Bosingen 031 / 94 78 41

Vice Prasident

Anderes Oskar, Kaufmann Grotzenmuhle 8840 Einsiedeln 055 I 53 27 63

Sekretar

Steiner Beat, Elektroniker Postfach 15 6440 Brunnen 043 / 31 36 28

Kassier

Schar Walter, Sagerei 6146 Grossdietwil 063 / 59 11 85

Elektra

Kobel Hans, Elektroapparatebau 3416 Affoltern i. E. 034 / 75 14 13

Mech. & Bau

Rubin Rudolf, Mech.Werkstatte 3714 Frutigen 033 / 71 37 89

Sektion Romand

Burquin Jean-Pierre, Ingenieur Rue Montsalvant 18 1636 Broe 029 / 6 10 04

Offizielles Organ des ISKB Auflage dieser Nummer 500 Stuck erscheint 2 mal pro Jahr Inseratenpreise: Letzte Umschlagseite l Seite 1/2 Seite 1/4 Seite

Fr. 300.-Fr. 250.-Fr. 135.-Fr. 75.--

Mitglieder erhalten 25% Rabatt Redaktion

Mugwyler Kurt, Maschinening. HTL Linth-Escher-Str. 4 8865 Bilten 058 / 37 25 54

Liebe Turbinenfreunde Im Artikel "Ein Turbinenspezialist erzahlt .... " in der Ausgabe 2 der Verbandszeitschrift vom September 1983 mochte ich auch in eurem Interesse einige kleine "Schnit zer" beseitigen: 1) Neben den 3 erwahnten Turbinenarten PELTON, FRANCIS und DURCHSTROMTURBINE werden weltweit auch TURGO, PROPELLER und KAPLANMASCHINEN als Kleinturbinen eingesetzt. Bereits in den 40-er Jahren oder wahrscheinlich schon fruher wurden von den Firmen VOITH

und

ESCHER-WYSS Kleinturbinen der Bauart Francis, Kaplan

(zB. 80 PS) und Pelton gebaut, wobei es nicht immer Einzelanfertigungen waren, sondern der Vorteil der kostengunstigen Seriebauweise fur Kleinturbinen zB. Peltonanlagen von VOITH fur 5 KW, wurde bereits damals erkannt.

Bis heute habe ich Unterlagen von uber 30 Kleinturbinenherstellern gesammelt, von denen einige Kaplanmaschinen und Serieturbinen anbieten.

TURGO-Impulsturbine Kaplan-Serieturbine Fur gewisse Betriebsfalle eignen sich auch ruckwartslaufende NORMPUMPEN mit Wirkungsgraden von uber 80% als Kleinturbine; durch zu- und Abschalt en von (einigen) Einheiten lassen sich immer optimale Betriebspunkte der ruckwartslaufenden Seriepumpe erreichen.

Eine von der Firma SULZER gelieferte Anlage mit sieben parallel laufenden Standardpumpen, die als Turbinen betrieben werden, ist in Tannuwald, Wallis, in Betrieb.

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Gesamtwirkungsgrad von riickwartslaufenden Normpumpen ♦

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Riihlwasserpumpe als Turbine 3 2} Der Autor erwahnt ein Peltonrad fur H= 6m, V= 0.1M /sec, was einer theoretischen Leistung von 6 KW entspricht, mit einem Durchmesser v·o n bis 2m, welches dann gemiitlich mit 50 U/Min drehen wiirde - tate ich es wagen, dies den Studenten weiterzuerzahlen, wiirden sich wohl alle Turbinenbauer im Grabe umdrehen und mir das Wasser abstellen.

3) Die Durchstromturbine wurde im Jahre 1903 durch den australischen Ingenieur A.G.M. MITCHELL zum Patent angemeldet - erst 14 Jahre spater veroffentlichte D.BANKI seine wertvollen hydraulischen

Berechnungen und meldete die Durchstromturbine

1917 in Europa zum Patent an.

Die Durchstromturbine hat in der Vergangenheit nicht

wegen ihrer

konstruktiven Eigenart Miihe gehabt anerkannt zu werden; durch eine einfache Betrachtungsweise mit Geschwindigkeitsdreiecken lasst es sich zeigen, <lass bereits der kinematische Wirkungsgrad fiir eine verniinftige Auslegung schlechter sein muss, als bei anderen Turbinentypen.

Ubrigens haben Hr. Eisenring und ich eine Durchstrornturbinenanlage flir ca. 900 PS ausgelegt, berechnet und konstruiert.

Nach dern Testlauf der Regulierung und Uberwachung ist die Maschine versandbereit.

4) Ein LANGSAMLAEUFER ist nicht e in e Maschine die langsarn dr e ht, der Ausdruck hat nichts zu tun rnit der Betriebsdrehzahl, sondern die Ausdrilcke langsarn-, rnittel- uhd schnellaufig beziehen sich auf eine spezifische Drehzahl, zB. n

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Diese spezi-

fische Drehzahl einer Turbine ist gerade die Drehzahl der geornetrisch ahnlichen Maschine, wie sie flir ein Gefalle van 1 rn und einer Leistung van 1 PS gebaut werden rnlisste.

In der Praxis laufen Langsarnlaufer haufig schneller als Schnelllaufer.

5) Der Anstieg der Drehzahl bei plotzlicher Entlastung der Maschine, "Durchbrenndrehzahl" genannt, ist nicht einfach 1.8 rnal grosser als die Betriebsdrehzahl, sondern je nach Reaktionsgrad, resp. Bauart der Maschine kann das 1.8 bis 2.7-fache der Betriebsdrehzahl erreicht werden. Je langsarnlaufiger eine Turbine ist, urn so geringer ist ihre Durchbrenndrehzahl.

Ahnlich verhalten sich die rlickwartslaufenden Norrnpurnpen: je nach spezifischer Drehzahl und Auslegung van ~urbinenpunkt auf der Purnpencharakteristik betragt die stationare Durchbrennzahl das 1.4 bis 1.7-fache der Nenndrehzahl.

Als zusatzliche Information ist auf dern folgenden Bild eine Beispiel von einern Fabrikationsprograrnrn fur Standardkleinturbinen irn Bereich van 50 - 10'000 KW aufgeflihrt.

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Soviel wollte ich eigentlich gar nicht schreiben, aber ich glaube, damit die Turbinengotter wieder einigermassen beruhigt zu haben, in der Hoffnung, dass sie uns ein gutes h y drologisches Jahr

bescheren .

Mit freundlichen Grilssen A.A. Kilchmann

Bildâ&#x201A;Źr: GILKES, SULZER, SULZER-ESCHER-WYSS VOITH, KMW

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WICHTIGE GRUNDLAGEN FLIER KLEINKRAFTWERKE *******************~********************

In der Schweiz zahlt man heute uber 3000 veraltete Kleinkraftwerke, die seit mehreren Jahrzehnten nicht mehr in Betrieb sind. Viele Besitzer scheuen die Erwagung einer Inbetri~bn2hme, da Turbine, Generator und andere mechanische Einrichtungen einen elenden Eindruck hinterlassen. Dach sie vergessen, dass Wasserfassungen, Kanale und andere bauliche Vorrichtungen, die meistens noch gut erhalten sind, einen gr6sseren Wert besitzen als Turbine und Generator.

Folgende wichtige Grundlagen mussen untersucht werden: l. Die zur Verfugung stehenden Wassermengen und deren jahrlichen Verlauf.

Da oft keine oder zu wenig Wassermessungen vorhanden sind, kann durch das Vergleichen mit ahnlichen, besser bekannten Einzugsgebieten die wirtschaftliche Ausbauwassermenge bestimmt werden.

2. Die zustandigen Beh5rden mussen konsultiert werden, um

Klarheit uber Konzession und Restwassermen~ zu gewinnen.

Die zum Teil schwerwiegenden Einschrankungen k5nnen heute die Wirtschaftlichkeit eines Kleinkraftwerkes in Frage stellen oder deren Betrieb sogar verhindern.

3. Eine gut ausgebaute Wasserfassung am richtigen Ort hat

einen grossen Einfluss auf einen guten Betrieb der Anlage.

4. Die Ruckkaufpreise fur Ueberschuss~ergie werden nie wirtschaftlich sein, deshalb sollte die Energie in der Nacht und am Wochenende fur Warmwasseraufbereitung oder anderswie verwendet werden.

Sind diese vier Grundlagen erfullt, so wird man in unserem Industrieland keine Probleme haben, die passende Turbine mit Generator zu finden.

Jean-Pierre BOURQUIN beratender lngenieur 1636 BROC

POSTULATS IMPORTANTS POUR M!NI -CENTRALES En Suisse, l'on compte plus de 3'000 mini-centrales qui ont cesse d'etre exploitees · depuis des decennies. Bien des proprietaires hesitent de considerer une remise en exploitation vu !'aspect pitoyable des installations electromecaniques. Ils oublient que prise d'eau, conduites, canneaux ou autres parties civi·les, qui sont generalement en bien meilleur etat, sont plus importants que turbine et generateur. 11 est pertinent de prendre en consideration les points suivants : 1. Les debits disponibles, repartis sur toutel'annee. Comme generalement il n'y a

que peu ou pas de mesures de debits, il est possible de faire des comparaisons fiables avec des cours d'eau similaires et mieux connus pour calculer les debits utilisables.

2. Contacter les autorites competentes pour determiner les restrictions exigees pour la peche et les problemes de concessions.

3. Une prise d'eau bien etudiee et au bon endroit est un atout majeur pour le bon fonctionnement d'une mini-centrale. · 4. Les tarifs de rachat d'energie ne seront jamais allechants, c'est pourquoi l'energie de nu1t ou des fins de semaines devra etre utilisee pour des chauffe-eaux ou d'une autre maniere.

Lorsque ces quatre conditions importantes seront atteintes, il n'y aura aucun probleme de trouver la turbine et son generateur adequats dans un pays industrialise comme le notre.

Jean-Pierre Bourquin, ingenieur-conseil, 1636 Broe

BOLLE & MOLLER AG Merkurstrasse 38

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8032 Zurich

Tel. 01/252 33 20

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Zurich - Zollikofen - Bern - Fribourg 8040 Zurich (Hauptbetrieb und Verwaltung) Zypressenstrasse 71 Telefon 01/2427239. Telex 812230

3052 Zollikofen-Bern Bernstrasse 145 Telefon 031/57 2151

1700 Fribourg 3. route des Oaillettes Telefon 037 /24 39 91

Gleitlagerungen

Oft h6rt man die Meinung, das gute alte Gleitlager geh6re der Vergangenheit an. Das stimmt aber sicher nicht. Natilrlich bringen Walzlager in vielen Fallen Vorteile, aber gerade bei im Dauerbetrieb laufenden Maschinen bietet sich das Gleitlager an. Mit modernen, zum Teil synthetischen Schmiermitteln und neuen Lagerwerkstoffen k6nnen Gleitlager konstruiert werden, die fur Turbinen und Generatoren den Walzlagern weit liberlegen sind.

Gleitlager haben bei richtiger Ausbildung und geniigender Schmierung praktisch

unbegrenzte Lebensdauer. Dabei beriihren

sich die beiden Gleitflachen im Betrieb nicht. Ein nur wenige tausendstel Milimeter dicker Olfilm liegt zwischen Schale und Welle. Um diesen Olfilm aufbauen zu k6nnen ist eine bestimmte Olzahigkeit (Viskositat)

und ein hoher Druck erforderlich.

Dieser Oldruck kann von aussen her liber eine Olpumpe erzeugt werden (hydrostatische Schmierung) oder unter bestimmten Voraussetzungen im Lager selbst entstehen (hydrodynamische Schmierung).

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Um bei Gleitlagern hydrodynamische Schmierung (ununterbrochener Schmierfilm) zu erreichen miissen aufgrund der hydrodynamischen Schmiertheorie folgende Bedingungen erflillt sein: 1. Es muss ein Spalt (Schmierkeil) vorhanden sein, der sich in Bewegungsrichtung des Schmiermittels verengt.

2. Relative Bewegung der Gleitflache (meist dreht sich der Lagerzapfen und die Lagerblichse steht still).

3. Haftfahigkeit des Schmiermittels an den Gleitflachen.

4. Ausreichende Gleitgeschwindigkeit bzw. Erreichen einer bestimmten Drehzahl.

Wir unterscheiden drei Reibungszustande an Gleitlagern: 1. Trockenreibung, die beim Anlauf des Lagers vorhanden ist.

Die Metallflachen beriihren sich im Stillstand.

2. Mischreibung, die bei kleinen Umfangsgeschwindigkeiten entsteht. Durch die ¡ Haftfahigkeit des Schmiermittels am Wellenzapfen wird etwas 01 mitgerissen, so dass die Gleitflachen zwar teilweise durch die Schmierschicht getrennt werden.

3. Reine Fllissigkeitsreibung, die nach Erreichen der Ubergangsdrehzahl entsteht. Bei steigender Drehzahl wird das Ol imrner schneller in Richtung des Schrnierkeils rnitgerissen, so dass der Oldruck wachst und bei Erreichen der Ubergangsdrehzahl so gross ist, dass sich der Wellenzapfen vollstandig abhebt.

Der Wellenzapfen schwirnrnt nun auf dem ununterbrochenen Schmierfilrn.

Oldruckverlauf in Radial-Gleitlager

Mehrflachen-Fi.ihrungs oder Halslager fur vertikale Wellen

Durch falsche Schmiernut unterbrochener Druckverlauf

Segrnent-Spurlager

Oldruckverlauf beirn Segrnent-Spurlager

An Gleitlagern kann Verschleiss nur dann entstehen, wenn der Schmierfilm unterbrochen ist und sich die metallischen Gleitflachen beruhren. Dieser Zustand tritt bei einem richtig berechneten Lager nur beim Anfahren und Abstellen ein. Deshalb hangt die Lebensdauer nicht von den Betriebsstunden ab. Die Anzahl Anfahr-und Abstellvorgange oder besser die Laufzeit des Lagers bei ungenugender Drehzahl bestimmt den Verschleiss und begrenzt die Lebensdauer.

Um den ungunstigen Betriebszustand moglichst schnell zu durchfahren, werden oft grosse hydraulische Maschinen beim Abstellen bis zum Stillstand abgebremst. So wird die Auslaufzeit verkurzt und damit der Lagerverschleiss verringert.

Heute werden zudem viele schwere Maschinen mit einer Anfahrhilfe ausgerustet. Durch eine Hochdruckpumpe wird ein hydrostatischer Druck aufgebaut, so dass schon im Stillstand ein duchgehender Schmierfilm vorhanden ist. Auch beim Abstellen wird die Pumpe eingeschaltet und halt den Schmierfilm aufrecht, bis die Maschine stillsteht. So betriebene Lager haben liberhaupt keinen feststellbaren Verschleiss mehr.

Schmierstoffe Grundsatzlich konnen alle fllissigen Stoffe als Schmierstoffe eingesetzt werden. Von Luft Uber Wasser und 01 bis zu Quecksilber werden die verschiedensten Fllissigkeiten flir hydrodynamische Lagerungen eingesetzt. Hier sollen uns aber nur Mineralole und ahnliche Stoffe beschaftigen.

Es ist bekannt, dass die Viskositat von Schmiermitteln mit deren Temperatur zusammenhangt. Je warmer ein bestimmtes 01 wird, desto tiefer wird die Viskositat; das Ol wird dlinnfllissiger.

Anderseits hangt die Reibleistung und damit die Temperatur der Lagerung direkt von der Reibleistung ab. Es stellt sich ein Gleichgewicht zwischen erzeugter Reibwarme und abgeflihrter Warme ein.

Der Schmierstoff soll nur so dick wie notig gewahlt werden. Zu hohe Viskositat hat eine erhohte Reibleistung und damit hohere Lagertemperatur zur Folge.

Gegenuber Mineralolen haben synthetische Schmierstoffe ein gunstigeres Viskositats-Temperatur-Verhalten. Ihre V-T Kurve ist flacher.

Der hohere Preis solcher Schmierstoffe wird meist wettgemacht durch ihre hohere Standzeit und geringere Reibungsverluste.

Versuche an Maschinen im Labor haben gezeigt, dass sich Reibungsverluste um 15% verringern lassen.

Bevor aber auf synthetische Schmiermittel umgestellt wird, sollten alle Bedingungen series abgeklart werden. Nur so kann sicher eine Verbesserung erwartet werden.

Kurt Muqwyler Maschineningenieur HTL 8865 Bilten GL

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Zur Zeit stehen ca. 30 Dokumente zur Verfugung. Bitte fragen Sie das Sekretariat oder die Geschaftsstelle an.

OCCASIONSBORSE GESUCHT: Turbine

H

16

m

Q

3000 - 3500 1/s

4-1

Kapian-Turbine

H

12.65 m

Q

1200

1/s

4-2

Francis-Turbine

H

12.5

m

Q

800

1/s

4-3

Francis-Turbine

H

12.7

m

Q

400

1/s

4-4

Pelton-Turbine

H = 57

in

Q

1/s

4-5

Pelton-Turbine

H

75

m

Q =

200

1/s

~-22

H = 15

m

Q

150

1/s

3-8

12.5

zu VERKAUFEN: Francis-Spiral

Elektrizitatszahler

380

-

220 V

nicht geeicht

Auskunft gibt die Geschaftsstelle

3-21