Schraubenturbine - Screw turbine

Umkehrwirkung der "Archimedischen Schraube", dem Prinzip der "Schneckenturbine", die Energie aus dem durch die Schraube herabfließenden Wasser gewinnt.
Schraubenturbinen haben typischerweise drei oder vier Schneckengänge (zweite Reihe)
Zwei parallele Schraubenturbinen mit einer Leistung von jeweils 75 kW in Monmouth, Wales
Video einer 40 kW Schraubenturbine in München, Deutschland

Die Schraubenturbine oder archimedische Turbine ist eine Wasserturbine, die das Prinzip der archimedischen Schraube nutzt , um die potentielle Energie des Wassers auf einer vorgelagerten Ebene in Arbeit umzuwandeln . Es kann mit dem Wasserrad verglichen werden . Die Turbine besteht aus einem Rotor in Form einer archimedischen Schraube, der sich in einer halbkreisförmigen Mulde dreht. Wasser strömt in die Turbine und drückt mit seinem Gewicht auf die Turbinenschaufeln, was wiederum die Turbine zum Drehen zwingt. Wasser fließt frei vom Ende der Turbine in den Fluss. Das obere Ende der Schraube ist über ein Getriebe mit einem Generator verbunden.

Geschichte

Eine Schraubenturbine in einem Kleinwasserkraftwerk in Goryn, Polen.

Die archimedische Schraube ist eine alte Erfindung, die Archimedes von Syrakus (287–212 v. Chr.) zugeschrieben wird und häufig verwendet wird, um Wasser aus einem Wasserlauf zu Bewässerungszwecken zu fördern. 1819 schlug der französische Ingenieur Claude Louis Marie Henri Navier (1785–1836) vor, die Archimedische Schraube als eine Art Wasserrad zu verwenden. 1916 meldete William Moerscher ein US-Patent auf die hydrodynamische Schraubenturbine an.

Anwendung

12 kW Schraubenturbine auf dem Anwesen Cragside

Die archimedische Schraubenturbine wird an Flüssen mit relativ geringer Fallhöhe (von 0,1 m bis 10 m) und bei geringen Strömungen (0,01 m³/s bis ca. 10 m³/s an einer Turbine) eingesetzt. Aufgrund der Konstruktion und der langsamen Bewegung der Turbinenschaufeln gilt die Turbine als freundlich für Wassertiere. Es wird oft als "fischfreundlich" bezeichnet. Die archimedische Turbine kann in Situationen verwendet werden, in denen eine Vorschrift für den Erhalt und die Pflege der Umwelt und der Tierwelt besteht.

Design

Ein Wasserkraftwerk mit einer Archimedes-Schraubenturbine (AST) kann als ein System mit drei Hauptkomponenten betrachtet werden: einem Reservoir, einem Wehr und dem AST (das durch ein Kontrolltor und ein Müllregal mit dem System verbunden ist). An den meisten realen AST-Standorten muss der Zufluss zwischen dem AST und einem parallelen Wehr aufgeteilt werden. Typischerweise ist zum Schutz der lokalen Umwelt ein Mindestdurchfluss über das Wehr vorgeschrieben. Als weitere Komponenten dieses Systems kommen weitere Auslässe sowie eine Fischtreppe in Frage. Ein umfassender Leitfaden zu den Konstruktionsprinzipien von Archimedes-Schraubenturbinen und Schraubenwasserkraftwerken ist in "Archimedes-Schraubenturbinen: Eine nachhaltige Entwicklungslösung für grüne und erneuerbare Energieerzeugung - eine Überprüfung des Potenzials und der Konstruktionsverfahren" verfügbar.

Durchflussmodell

Für die Auslegung von Archimedes-Schraubenturbinen und Wasserkraftwerken ist es wichtig, die Wassermenge abzuschätzen, die durch die Schneckenturbine strömt, da die von einer Archimedes-Schneckenturbine erzeugte Leistung proportional zum Volumenstrom des durch sie fließenden Wassers ist. Die Wassermenge, die in eine Archimedes-Schneckenturbine eintritt, hängt von der Eintrittswassertiefe und der Drehzahl der Schnecke ab. Um den Gesamtdurchfluss durch eine Archimedes-Schraubenturbine für verschiedene Drehzahlen (ω) und Zulaufwasserstände abzuschätzen, könnte die folgende Gleichung verwendet werden:

Wobei , und Konstanten sind, die sich auf die Schraubeneigenschaften beziehen. Vorläufige Untersuchungen legen nahe, dass , , und vernünftige Vorhersagen für einen weiten Bereich von kleinen bis großen AST-Größen liefern .

Beispiele

Im Vereinigten Königreich

  • Woolston, Cheshire Wehr am Fluss Mersey 486 kW, im Bau
  • Devon, Totnes 320 kW , Inbetriebnahme Dezember 2015
  • Romney, Berkshire , 270 kW, Installiert, um Windsor Castle mit einer erneuerbaren Energiequelle zu versorgen , Inbetriebnahme Juli 2013
  • Bealey's Weir, Radcliffe , 100 kW, Inbetriebnahme Mai 2012
  • Mapledurham, Themse , Großbritanniens größte Durchflusskapazität (8 m³/s) Einzelschnecke, 99 kW.
  • Buckfast, River Dart , Schneckenturbine und Fischpass, 84 kW
  • Großbritanniens erstes gemeinschaftliches Wasserkraftwerk und Fischpass, 63 kW in New Mills .
  • Großbritanniens erste netzgekoppelte Schraubenturbine, 50 kW im River Dart Country Park.
  • Bainbridge , gemeindeeigene Schraubenturbine, 37 kW
  • Tipton, Flussotter , 30 kW
  • Rochdale , Schneckenturbine und Fischaufstieg, 20 kW
  • Cragside , der Geburtsort der Wasserkraft, 12 kW

In den Vereinigten Staaten

  • Hannover Pond am Quinnipiac River in Meriden, Connecticut , 105 kW (bzw. 920.000 kWh/Jahr), Netzanschluss, Inbetriebnahme April 2017; die erste Schraubenturbineninstallation in den USA.

In Kanada

  • Die erste Archimedes-Schraubenturbine wurde 2013 in Kanada in der Nähe von Waterford, Ontario, installiert.

Literatur

  • PJ Kantert: Manual for Archimedean Screw Pump , Hirthammer Verlag 2008, ISBN  978-3-88721-896-6
  • PJ Kantert: Praxishandbuch Schneckenpumpe . Hirthammer Verlag 2008, ISBN  978-3-88721-202-5
  • William Moerscher - Patent US1434138
  • K. Brada, K.-A. Radlik - Wasserschraubenmotor zu Mikrokraftwerk - Erste Erfahrungen mit Bau und Betrieb (1998)
  • K. Brada - Mikrokraftwerk mit Wasserschraubenmotor (1995)
  • K. Brada, K.-A. Radlik - Wasserkraftschraube - Charakteristik und Verwendung (1996)
  • K. Brada, K.-A. Radlik, (1996). Wasserschraubenmotor für Mikrokraftwerk. 6. Intl. Symp. Wärmeaustausch und erneuerbare Energiequellen, 43–52, W. Nowak, hrsg. Wydaw Politechniki Szczecińskiej, Stettin, Polen.

Siehe auch

Verweise

  1. ^ William Moerscher, Wasserkraftsystem, US-Patent 1,434,138 , erteilt am 31. Oktober 1922.
  2. ^ a b c d e f g h YoosefDoost, Arash; Lubitz, William David (2020). „Archimedes Schraubenturbinen: Eine nachhaltige Entwicklungslösung für die grüne und erneuerbare Energieerzeugung – eine Überprüfung des Potenzials und der Designverfahren“ . Nachhaltigkeit . 12 (18): 7352. doi : 10,3390/su12187352 . CC-BY icon.svg Der Text wurde von dieser Quelle kopiert, die unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License verfügbar ist .
  3. ^ a b c YoosefDoost, Arash; Lubitz, William David (2021), Ting, David S.-K.; Vasel-Be-Hagh, Ahmad (Hrsg.), "Development of an Equation for the Volume of Flow Passing Through an Archimedes Screw Turbine" , Sustaining Tomorrow , Cham: Springer International Publishing, S. 17–37, doi : 10.1007/978 -3-030-64715-5_2 , ISBN 978-3-030-64714-8, abgerufen 2021-02-09
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Externe Links