Diskussion:Pelton-Turbine

Formel

Ich finde die einfache Darstellung $c={\sqrt {2gh}}$ etwas zu knapp, auch im Hinblick darauf, dass sie durch den Energieerhaltungssatz sehr einfach herleitbar ist und nicht von Toricelli frei erfunden wurde. ${\text{Lageenergie}}={\text{Kinetische Energie}}$, oder ${\frac {1}{2}}mV^{2}=mgh$, das muss man nur noch umstellen und kommt wieder auf die gleiche Formel. Ich weiß leider gerade nicht wie ich das passend einarbeiten könnte. --Thotig 18:23, 11. Jan. 2009 (CET)

Hinweis zur Änderung: Die Pelton wird normalerweise NICHT in Pumpspeicherkraftwerken eingesetzt, da mit Ihr das wasser nicht gepumpt werden kann. Bei Pumpspeichern werden daher Francis - Turbinen verbaut.

Es gibt sogar sehr oft kombinierrte Pumpturbinen welche mit Peltonturbinen arbeiten. Die Haubtturbine wird zur Erzeugung von Strom verwendet, die Anfahrturbine (auch eine Peltonturbine) dient zum Hochfahren der Anfage im Pumpbetrieb bis der Generator die Pumpe betreiben kann!Alle drei Komponenten sind auf einem Wellenstrang angeordnet. Ist nur eine Peltonturbine auf dem Wellenstrang wird diese sowohl zur Produktion als auch zum Anfahren benutzt.

Mir wären ein paar Berechnungsbeispiele von Interesse. Anströmgeschwindigkeit zur Umlaufgeschwindigkeit. Höchster Wirkungsgrad wenn Umlaufgeschwindigkeit = x% der Anströmgeschwindigkeit. Wie hoch ist die maximale Umlaufgeschwindigkeit bezüglich der Anströmgeschwindigkeit. Oder wieso werden Peltonturbinen in der Regel mit Wasser betrieben und nicht als Dampfturbine genutzt? (Melmac)

• da bestehen viel grundlegende unterschiede zwischen einer Dampfturbine (oder gast.) und einer Wasserturbine. und eine einstufige turbine als dampfturbine zu verwenden wäre absoluter unsinn. bei einer pelton turbine gelang das wasser ja unter hohem druck aus einer (mehrer) düse auf die schaufeln, das wäre niemals als dampfanlage nutzbar. siehe Dampfturbine,Gasturbinemfg--Two1zero 13:41, 27. Dez. 2006 (CET)

Mir scheint,daß der Autor die Wirkungsweise der Pelton-turbine selber nicht verstanden hat,weil er die Funktion der "Mittelschneide",als verschleißärmer beschreibt.Der hohe Wirkungsgrad der Turbine beruht darauf,daß der Durchmesser des Becherkreises,der Generatordrehzahl und dem verfügbaren Wasserdruck angepasst ist.Die Umfangsgeschwindigkeit des Becherkreises ist nur halb so groß wie die Geschwindigkeit des aus der Düse strömenden Wassers.Durch die Strahlumlenkung in den Bechern von 180 Grad wird dem Wasser fast sämtliche kinetische Energie entzogen,das Drehmoment nahezu verdoppelt. S.Römer

Die Wirkungsweise der Peltonturbine basiert mal einfach gesagt auf dem Impulserhaltungssatz. Das aus der Düse austretende Wasser wird umgelenkt (= abgebremst und in Gegenrichtung beschleunigt), wodurch das Turbinenrad ein Moment erfährt. Dabe ist das Moment umso größer, je größer die Differenz zwischen Umfangsgeschwindigkeit und Austrittsgeschwindigkeit des Wassers ist (Lineare Funktion). Erreicht die Umfangsgeschwindigkeit die Geschwindigkeit des Wasserstrahls, sinkt das abgegebene Drehmoment auf 0. Da die Leistung linear vom Moment und der Drehzahl abhängt, wird sie von einer quadratischen Funktion beschrieben, welche ihr Maximum bei einer Drehzahl hat, bei der die Umfangsgeschwindigkeit der halben Wassergeschwindigkeit entspricht. Ich würde es in den Artikel mal einbauen, aber dazu muss ich mich erst mal einlesen wie man den Formelsalat reinhackt. Vielleicht finde ich ja auch noch Zeit, eine vernünftige Skizze zu zeichnen... Die Angabe im Artikel "Da das Wasser in den Schaufeln um fast 180 Grad abgelenkt wird, gibt es nahezu seine komplette Energie an die Schaufeln ab. Ähnlich einem Drehmomentwandler eines Automatikgetriebes wird dabei das Drehmoment verdoppelt." ist ein wenig mißverständlich. Die Turbine gibt das doppelte Drehmoment ab gegenüber einer Bauart, welche das Wasser nur bis zum Stillstand abbremsen würde. Jedoch fehlt dieser Hinweis komplett, so dass man sich fragt, welches Drehmoment verdoppelt wird. Grüße --134.108.121.142 01:11, 15. Sep. 2009 (CEST)

Formulierung Messtechnik

Vielleicht sollte sich jemand der Formulierung annehmen. Wird wirklich das (Geber)Prinzip als Messer verwendet? (Mal abgesehen von der falschen Endung.) Ich würde es natürlich selber machen, bin aber mit der Terminologie der Messtechnik nicht vertraut. Herbert Lehner 21:57, 6. Jan. 2010 (CET)

Dazu möchte ich erwähnen dass eine Pelton-Turbine meistens über 21 oder 22 Becher verfügt. Ich habe noch nie eine Pelton gesehen mit 40 Becher. Und die Mittelschneide DARF AUF KEINEN FALL Scharfkantig sein! Die Mittelschneide muss eine Oberflächengüte von N7 und einen gleichmässigen Radius aufweisen, damit der Wasserstrahl sich gut aufteilen kann. Bei einer scharfen Kante wäre der Verschleiss extrem! (nicht signierter Beitrag von 188.61.75.219 (Diskussion) 00:25, 3. Jun. 2010 (CEST))

Da wird also der Verschleiß "vorgebaut"? --212.202.113.214 13:02, 29. Mär. 2011 (CEST)

Regelung

Mir ist erinnerlich, das eine Peltonturbine aufgrund der hohen Wassergeschwindigkeit im Fallrohr nicht einfach durch einen Hahn abgestellt werden kann, schon gar nicht schnell. --212.202.113.214 13:04, 29. Mär. 2011 (CEST)

Die Peltonturbine wird durch verstellbare Düsennadeln geregelt, was genau aus dem oben genannten Grund nicht zu schnell erfolgen darf. Für schnelle Leistungsreduktion oder gar Schnellabschaltungen kommen Strahlablenker zum Einsatz, die den Austrittsstrahl der Düsen an den Schaufeln vorbei lenken, so dass die Drosselung des Strahls durch die Düsennadeln genügend langsam erfolgen kann. Max Blatter (Diskussion) 16:53, 8. Mai 2014 (CEST)

Fertigungsweise

Die Aussage "das Rad kann nur in einem Stück gegossen werden." kann nicht stimmen, auf Google-Images findet man Fotos von einzelnen Pelton Schaufeln und zusammengeschraubten Rädern. ;) Siehe Google Image Suche: "pelton bucket" (nicht signierter Beitrag von 62.99.214.162 (Diskussion) 17:41, 8. Jul 2011 (CEST))

Chandoline - Gefälle (Fallhöhe)?

Laut https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e3/Installations_hydroélectriques_de_la_Grande_Dixence.svg von Barrage Grande Dixence (2364 m) zu usine de Chandoline (493,5 m) also Differenz = 1870,5 m Fallhöhe. Habs daher auf diese Zahl korrigiert.

Im Artikel hier bisher: 1748 m.

Ist 1748 m eventuell eine wirksame Fallhöhe, nach Abzug von Strömungsverlusten im Rohr/Stollen/Kanal ? 122,5 m Unterschied sind immerhin 6.5% von 1870,5m, was mir etwas viel erscheint, doch vielleicht hat man damals beim Durchmesser des Stahlrohres (und damit der Wanddicke) gespart. --Helium4 (Diskussion) 09:32, 19. Jun. 2013 (CEST)

Oberste bis unterste Düse könnte 3 m ausmachen. Unterste Düse bis Unterwasserspiegel vielleicht nochmals 2 m in denen sich die Gischt vielleicht unterstützt durch schraubenlinienförmige Strömung a la Venturiabscheider zu luftblasenfreiem Wasser kompaktiert. Helium4 (Diskussion) 22:08, 10. Jun. 2021 (CEST)

Drehzahl

Mich hat erstaunt, dass im Artikel die Betriebsdrehzahl der Peltonturbinen mit "bis 3000 U/min" angegeben wird. Das entspräche der Drehzahl eines direkt angetriebenen zweipoligen 50-Hz-Generators, wie man es bei Gas- und Dampfturbinen kennt. Ich kenne aber kein Wasserkraftwerk mit einer Turbinendrehzahl über 750 U/min (entsprechend einem achtpoligen Generator) und habe auch in der Literatur keine entsprechenden Hinweise gefunden. - Gibt es es Belege für die Drehzahl von 3000 U/min? Max Blatter (Diskussion) 17:02, 8. Mai 2014 (CEST)

Ich war kürlich in einem Wasserkraftwerk und da hiess es, die Turbine würde mit konstanten 500min^-1 laufen. Waren aber Francisturbinen und nicht Pelton. 3000min^-1 wäre eine zünftige Umfangsgeschwindigkeit und kann ich mir kaum vorstellen.--Sevku (Diskussion) 17:57, 6. Jun. 2014 (CEST)

Kurze Rechnung:

c = 500 km/h  (Wassergeschwindigkeit aus dem Artikel)
c = 500/3.6 = 138 m/s (andere Einheiten)
v = c/2 = 69 m/s (Schaufelgeschwindigkeit = Wassergesch/2; aus dem Artikel)
r = 1 m (Annahme des Rad-Durchmessers auf Basis der Bilder im Artikel)
n = v/(2*pi*r) = 11 U/s (mit dem Umfang auf Umdrehungen pro Sekunde)
N = n*60 = 663 % U/min

Nach dieser (hoffentlich richtigen) Überschlagsrechnung sind 3000 U/min unrealistisch. Grund-Problem ist dass in diesem Artikel meist Maximalwerte angegeben werden (bis zu...). Interessanter wären aber Mittelwerte. Was irgendeine Spezial-Testanlage in einem Labor macht, hilft als allgemeine Information über Peloton-Turbinen gar nichts. (Das ist aber in vielen Technik-Artikeln ein Problem.) Ich bin für Ändern auf eine (hoffentlich Literaturbelegten) Wert um die 500 U/min. Grüße Jahobr (Diskussion) 10:55, 7. Jun. 2014 (CEST)

Defekter Weblink

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Der folgende Weblink wurde von einem Bot („GiftBot“) als nicht erreichbar erkannt.
Ausführliche Erläuterungen und Hilfe zur korrekten Behebung dieses Fehlers finden sich auf Wikipedia:Defekte Weblinks. Ist ein von einem Bot als defekt gemeldeter externer Link doch erreichbar, dann bitte berichten – wie auch sonstige Probleme.

• http://www.emosson.ch/PublicFR/Presentation.htm,
  • Vielleicht ist eine archivierte Version geeignet: archive.org (URL endet auf Satzzeichen; ggf. besser ohne)
  • Netzwerk-Fehler (7) andere Artikel, gleiche Domainhttp://giftbot.dwl.invalid/http://www.emosson.ch/PublicFR/Presentation.htm,

– GiftBot (Diskussion) 23:45, 26. Nov. 2015 (CET)

Defekter Link

Bei dem Link muss das Komma nach HTM weg, aber ich weiß net wie mann es macht O.o

http://www.emosson.ch/PublicFR/Presentation.htm das ist der richtige link (nicht signierter Beitrag von 2A02:908:2428:2800:DD25:39BA:D4F1:8D33 (Diskussion | Beiträge) 15:24, 24. Apr. 2016 (CEST))

Idealer Wirkungsgrad eines Wasserkraftwerks - Vergleich mit Carnot-Wirkungsgrad

In der aktuellen Version des Artikel wird der Wirkungsgrad eines idealen Wasserkraftwerks als 1 berechnet und mit dem Carnot'schen Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine verglichen. Dieser Vergleich ist irreführend. So unterschiedlich die Funktionsweisen beider Energieumwandlungsprinzipen sind, so ähnlich ist die physikalische Beschreibung:

Beim Wärmekraftwerk enthält das Arbeitsmedium am Eingang eine Entropiemenge $S$ auf der Temperatur $T_{2}$ und liefert damit die Energie $E_{2}=S\cdot T_{2}$. Am Ausgang wird die Energie $E_{1}=S\cdot T_{1}$ abgegeben, die Differenz $E_{2}-E_{1}$ wird zur Arbeitsleistung verwendet. Der Carnot'sche Wirkungsgrad ist definiert als geleistete Arbeit / Energie am Eingang $={\frac {E_{2}-E_{1}}{E_{2}}}={\frac {S\cdot T_{2}-S\cdot T_{1}}{S\cdot T_{2}}}={\frac {T_{2}-T_{1}}{T_{2}}}$.

Beim Wasserkraftwerk liefert das Arbeitsmedium am Eingang mit seiner Masse $m$ die Energie $E_{2}{=}m\cdot g\cdot h_{2}$ (potentielle Energie der Masse auf der Höhe $h_{2}$) und nimmt am Ausgang die Energie $E_{1}{=}m\cdot g\cdot h_{1}$ wieder mit sich. Die zur Arbeitsleistung verwendete Energie ist wiederum die Differenz $E_{2}-E_{1}$. Um die Analogie noch deutlicher zu machen, kann man das Gravitationspotential $\Phi _{g}=g\cdot h$ einführen. Die Energie einer Wassermenge ist dann $E=m\cdot \Phi _{g}$. Beim Wasserkraftwerk fällt die Masse $m$ eine Gravitationspotentialdifferenz $\Phi _{g2}-\Phi _{g1}$ hinab und gibt dabei die Energie $\Delta E=m\cdot \Delta \Phi _{g}$ ab. Beim Wärmekraftwerk "fällt" eine Entropiemenge $S$ eine "thermische Potentialdifferenz" (Temperaturgefälle) hinab und gibt die Energie $\Delta E=S\cdot \Delta T$ ab.

Nun definieren wir für das Wasserkraftwerk einen Wirkungsgrad auf die gleiche Weise wie für ein Wärmekraftwerk: Wirkungsgrad $={\frac {\text{geleistete Arbeit}}{\text{Energie am Eingang}}}={\frac {m\cdot g\cdot h_{2}-m\cdot g\cdot h_{1}}{m\cdot g\cdot h_{2}}}={\frac {h_{2}-h_{1}}{h_{2}}}$. Setzt man für die Höhen $h_{2}$ und $h_{1}$ typische Werte ein, z. B. $h_{2}=1100{\text{m}}$ und $1000{\text{m}}$, so ergibt sich ein Wirkungsgrad von gerade mal 9%.

Bei dem Vergleich im Artikel wird schlichtweg unterschlagen, dass das Wasser am Unterlauf eines Wasserkraftwerkes ja immer noch eine beträchtliche potentielle Energie besitzt, und das jedes Wasserkraftwerk von der gesamten potentiellen Energie des Wassers nur einen kleinen Teil in Arbeit umwandelt. Man sieht an dieser Rechnung auch, dass der so definierte Wirkungsgrad von der (willkürlichen) Festlegung des Nullniveaus der Höhe abhängt. Ich habe hier, wie üblich, den Meeresspiegel als Referenz genommen. Eigentlich ist es noch viel schlimmer, denn eine potentielle Energie von Null hat das Wasser erst im Erdmittelpunkt.

Fazit: Der Carnot'sche Wirkungsgrad taugt überhaupt nichts zur Beurteilung der Qualität bzw. Effizienz der Energieumwandlung. Eine sinnvolle Wirkungsggrad-Definition hierfür wäre der exergetische Wirkungsgrad, der berücksichtigt, wieviel der zur Verfügung stehenden Energie durch "Reibungsverluste" zur Entropieerzeugung verschwendet wird. Der im Artikel angestellte Vergleich zwischen Wasserkraft- und Wärmekraftwerken möchte auf einen prinzipiellen Unterschied zwischen beiden Umwandlungsprinzipien hinweisen, stattdessen zeigt aber die genaue Betrachtung eine wesentliche Ähnlichkeit beider Kraftwerkstypen: Beide können nur einen Teil der im Arbeitsmedium enthaltenen Energie zur Arbeitsleistung verwenden. Ich möchte daher nach wie vor den Abschnitt über den idealen Wirkungsgrad und den Vergleich mit der Wärmekraftmaschine entfernen.

Hallo den "Carnot'sche Wirkungsgrad" für ein Wasserkraftwerk zu berechnen ist in der Tat bizarr, (das Nullniveau auf den Meeresspiegel zu legen ist noch bizarrer). Es handelt sich nicht um eine Wärmekraftmaschine. Genau das steht als einzeiliger Kommentar unter dem Abschnitt Wirkungsgrad. Viele Leser werden bei dem Wort Turbine eine Gas- oder Dampf-Tubine assoziieren bei der Carnot immer eine limitierende Rolle spielt. Ich halte deshalb eine kurze Abgrenzung eine gute Sache, gerade WEIL es im Bezug auf Wasser-Turbinen Quatsch ist. Es findet ja auch kein großer Vergleich statt, nur der Hinweis das der Carnot-Wirkungsgrad hier kein limitierender Faktor ist. Kohle-, Atom- und Gaskraftwerke werden immer (1-Carnot) + "Reibung" an Verlusten haben; Wasserkraftwerke haben hingegen nur die "Reibung". Warum soll man das nicht in den Artikel schreiben? Grüsse Jahobr (Diskussion) 16:48, 16. Sep. 2016 (CEST)

Hallo nochmal. Gut, ich habe meinen Punkt nicht richtig klar gemacht. Leider erfordert das offenbar doch, etwas weiter auszuholen. Zunächst nochmal zum Carnot'schen "Wirkungsgrad": Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Wirkungsgrade zu definieren, je nachdem welche Größen man in den Zähler bzw. Nenner schreibt. Da man bekanntlich nicht Äpfel mit Birnen vergleichen sollte, ist klar, dass man für die zu vergleichenden Maschinen (Pelton-Turbine und Wärmekraftmaschine) die gleiche Definition für den Wirkungsgrad verwenden muss. Die Definition, die dem Carnot'schen "Wirkungsgrad" zugrunde liegt, lautet: "Einströmende minus ausströmende Energie dividiert durch einströmende Energie".

Zur Wärmekraftmaschine: Kein Naturgesetz verbietet, die gesamte einströmende Wärmeenergie $T_{2}\cdot S$ in Arbeit umzuwandeln. Dazu muss man "nur" das Arbeitsmedium an einen Ort bringen, wo die Temperatur $T_{1}$ nahe null ist (also es z. B. mit einer Rakete in den Weltraum schießen, wo $T_{1}=4{\text{K}}\approx 0$ ist). Dann wird der Carnot'sche Wirkungsgrad 1. Physikalisch ist das erlaubt, technisch natürlich völlig uninteressant. Zum Wasserkraftwerk: 1 kg Wasser enthält eine potentielle Energie von ca. 2 Mega-Joule(!) Kein Naturgesetz verbietet es, diese Energie vollständig in Arbeit umzuwandeln, indem man ein Loch in die Erde buddelt und das Wasser bis zum Erdmittelpunkt hinabfallen lässt. Physikalisch möglich, aber natürlich technisch wiederum völlig uninteressant.

Und nun kommt der Punkt, wo mit zweierlei Maß gemessen wird: Während man für das Wasserkraftwerk die Energie $E_{1}$ am Ausgang einfach gleich 0 setzt, also nur die technisch zugängliche Energie berücksichtigt, nimmt man als Nullpunkt für die Energiemessung bei der Wärmekraftmaschine den absoluten Energienullpunkt (bei $T_{1}=0$). Es ist überhaupt nichts Bizarres daran, für beide Maschinen den "Wirkungsgrad" auf die gleiche Weise zu definieren. Erst dann sieht man nämlich, wie sinnlos die Verwendung dieses Wirkungsgrades hier ist.

Im Artikel wird ein Vergleich der Peltonturbine mit einer Wärmekraftmaschine (nicht mit einem Wärmekraftwerk!) gemacht. Das ist eine Maschine, die einen Teil der Wärmeenergie, die hineinfließt, entnimmt und in Arbeit umwandelt. Ebenso entnimmt ein Wasserkraftwerk einen Teil der potentiellen Energie (einen Teil der 20 MJ) und wandelt ihn in Arbeit um. Eine sinnvolle Wirkungsgraddefinition wäre nun "zur Arbeitsleistung verwendete Energie dividiert durch entnommene Energie". Beide Maschinen haben nach dieser Definition einen hohen Wirkungsgrad von > 90 %. Ein schlechter Wirkungsgrad bedeutet immer, dass bei der Umwandlung an irgendeiner Stelle Entropie erzeugt wird (z. B. durch Reibung). Das muss unter allen Umständen vermieden werden, da man diese Entropie $S_{erzeugt}$ bei Umgebungstemperatur $T_{1}=300{\text{K}}$ wieder loswerden muss und die Energie $S_{erzeugt}\cdot T_{1}$ dabei "verloren geht". Eine ideale Peltonturbine und eine ideale Wärmekraftmaschine (also eine Wärmekraftmaschine, die den Carnot'schen "Wirkungsgrad" hat) erzeugen keine Entropie und haben demnach beide einen Wirkungsgrad von 1.

In dem Artikel geht es aber nun um etwas ganz anderes. Hier soll offenbar der Vorteil der Wasserkraftnutzung gegenüber einem Wärmekraftwerk betont werden. Dazu ist es nicht sinnvoll, den Wirkungsgrad der Maschine zu betrachten, die die Umwandlung in Arbeit vornimmt, sondern man muss den gesamten Prozess betrachten, insbesondere auch, woher die einströmende Energie $E_{2}$ kommt. Wenn diese, wie in einem fossilen Kraftwerk, durch Verbrennung entsteht, so wird dabei Entropie erzeugt. Das verringert in der Tat den Wirkungsgrad der fossilen Energieumwandlung. Der schlechte Wirkungsgrad fossiler Energienutzung ist dem Verbrennungsprozess zuzuschreiben, nicht der Wärmekraftmaschine.

Wie ungeschickt die Wirkungsgraddiskussion in dem Artikel ist, sieht man auch, wenn man die Pelton-Turbine und die Wärmekraftmaschine nicht als Teil eines Kraftwerks, sondern als Teil eines Energiespeichers ansieht. Bei einem Pumpspeicherwerk wird die Energie $E_{2}-E_{1}$ durch Hochpumpen des Wassers von $h_{1}$ auf $h_{2}$ hineingesteckt. Vernachlässigt man Pumpenverluste und geht man von der "idealen" Peltonturbine aus, dann hat diese Energiespeicherung den Wirkungsggrad 1 (man bekommt genauso viel heraus, wie man reinsteckt). Genau das gleiche geht auch mit einer Wärmekraftmaschine: Wird die Wärmeenergie $E_{2}-E_{1}=(T_{2}-T_{1})\cdot S$ durch "Anheben" der Entropie von $T_{1}$ auf $T_{2}$ mit einer Wärmepumpe hineingesteckt, so geht mit einer Wärmekraftmaschine trotz Carnot'schen Wirkungsgrades keinerlei Energie verloren, weil nirgendwo Entropie erzeugt wird (sog. "isentrope Strom-Wärme-Strom Energiespeicher").

Es macht also keinen Sinn, irgendwelche unterschiedlich definierte Wirkungsgrade der beteiligten Maschinen (Pelton-Turbine und Wärmekraftmaschine) zu vergleichen. Bitte nicht falsch verstehen: Ich habe nichts dagegen, dass man die Vorzüge der Wasserkraftnutzung gegenüber einem fossilen Kraftwerk (massive Entropieerzeugung) diskutiert. Der Artikel über die Pelton-Turbine ist dafür aber der falsche Platz. Diese Diskussion gehört z. B. in den Artikel über Wasserkraft oder andere Artikel, wo Kraftwerkstypen beschrieben werden. Gruß, Panda1995

Physikalische Einheit einer Kraft?

Die genannten 1800 Tonnen entsprechen in etwa den 17,5 MN und nicht 17,5 MNs-1. --Vorruheständler (Diskussion) 19:42, 29. Jul. 2019 (CEST)