3) Vermessung des Bauplatzes

Doku
Version
Datum
36 029a
1.0
04.10.2004
Durchströmturbine selbst gebaut
www.maurelma.ch
3) Vermessung des Bauplatzes - Kalkulation
Nach Auswahl des Bauplatzes müssen die Zulaufhöhe, die Druckleitungslänge und die
verfügbare Wassermenge bestimmt werden.
Während der Auswahl und der Vermessung des Bauplatzes sollten die Lagen von Seitenkanal,
Einlaufbecken, Druckleitung, Turbinenstation und Unterwasserführung ausreichend z.B. durch
eingeschlagene Pfähle markiert werden. Die Messdaten sollten sorgfältig notiert und eine
Skizze vom Baugelände sollte angefertigt werden.
3.1
Verfügbare Wassermenge
Benötigt werden:
- Wasserwaage
- Längenmass
- Holzbohlen
Am einfachsten lässt sich die Wassermenge mit Hilfe eines einfachen Überfallwehres (Abb. 4 )
durch Messung der Druckhöhe h (Abb. 5) bestimmen.
Abb. 4
Überfallwehr
Abb.5
Messanordnung
Für den rechteckigen Überfall werden Bohlen mit scharfen und talwärts abgeschrägten Kanten
verwendet. Die Druckhöhe h, wird von dem horizontalen Wasserspiegel bis zur Unterkante der
Öffnung gemessen. Die Oberfläche des Unterwassers muss tiefer als die Überfallkante liegen
und der überfallende Strahl muss seitlich gelüftet sein, sonst werden unrichtige Werte ermittelt.
Das Überfallwehr muss sorgfältig gegen das Ufer und den Untergrund abgedichtet sein.
Die nachfolgenden Werte sind für vollkommene Überfälle mit der Überfallbreite b = 1 m und der
Überfallbretthöhe c = 0.4m ermittelt worden:
Für Überfälle ohne seitliche Einschnürung
Zuflussgrabenbreite = Überfallbreite = 1 m)
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Datum
36 029a
1.0
04.10.2004
H [mm]
50
60
70
80
90
100
120
140
160
180
200
220
240
Durchströmturbine selbst gebaut
Q [m3/h]
79.20
101.88
127.80
156.60
185.76
217.80
383.68
361.80
444.60
536.40
628.20
727.20
837.36
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H [mm]
260
280
300
320
340
360
380
400
420
440
460
480
500
Q [m3/h]
950.40
1069.20
1191.60
1321.20
1454.40
1594.80
1743.48
1893.60
2050.20
2210.40
2379.60
2541.60
2716.20
H [mm]
320
340
360
380
400
420
440
460
480
500
Q [m3/h]
1150.56
1258.20
1369.80
1483.20
1596.60
1717.20
1841.40
1965.60
2091.60
2224.80
Tabelle 1
Für Überfälle mit seitlicher Einschnürung
Zuflussgrabenbreite =5m ; Überfallbreite = 1 m)
H [mm]
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
Q [m3/h]
206.64
271.08
340.20
414.72
493.92
597.60
662.40
752.40
847.44
945.00
1045.44
Tabelle 2
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Zulaufhöhe – Druckleitungslänge
Abb. 6 Beispiel einer Geländeskizze mit Messwerten
Benötigt Werden :
- Wasserwaage
- einfacher Winkelmesser
- ausreichend lange Leine oder besser Draht
- Längenmass
Für das gezeichnete Gelände werden die Höhe h1 und die Länge l1 von dem maximalen
Unterwasserspiegel (max. UWSp.) bzw. zughöriger Uferkante bis Punkt A gemessen. Die Leine
oder der Draht wird straff von Punkt A nach Punkt B gezogen. Winkel A wird gemessen.
Danach wird die Leine abgenommen und die zuvor straff gespannte Länge wird ausgemessen.
Dieser Messvorgang wird von Punkt B nach Punkt C wiederholt. Von Punkt C bis zum
Oberwasserspiegel (OWSp.) bzw. bis zur Uferkante können h4 und l4 wieder direkt gemessen
werden.
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Die ermittelten Maße werden in die Skizze eingetragen.
Die Messpunkte A,B und C werden z.B. durch Pfähle markiert.
Damit können die einzelnen Höhen und Längen berechnet
werden:
h2
h2 = L2 x sin A =12 x sin 63°
h2 = 10,7m
l2 = L2 x cos A = 12 x cos 63°
l2 = 5.5m
h3 = L3 x sin B =14 x sin 22°
h3 = 5.2m
l3 = L3 x cos B = 14 x cos 22°
l3 = 13.0m
3.3
Effektive Zulaufhöhe He
Die gesamte Zulaufhöhe H ergibt sich zu
H = h1 + h2 + h3 – h4
H = 1,5 m + 10,7 m + 5,2 m - 0,75 m
H = 16,65m
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3.3.1 Anlage ohne Saugrohr
Die effektive Zulaufhöhe He ergibt. sieh aus
He = H – F - HRV
Mit der Sicherheit, dass der maximale Unterwasserspiegel (max. UWSp.) bekannt ist, kann als
Freihang F = 0,5 m (Läuferwelle bis max. UWSp.) gewählt werden.
Die Reibungsverlusthöhe HRV entsteht durch Flüssigkeitsreibung in der Druckleitung und kann
mit Hilfe folgender Formel für neue Stahlrohre (und auch Kunststoffrohre)
errechnet werden :
HRV = c x L
c = Konstante aus Tab.3 in Abhängigkeit von der Wassermenge und dem
Druckleitungsdurchmesser
L = Druckleitungslänge in m
Tabelle 3
Auswahl der Druckleitungsdurchmesser siehe Kapitel 5.
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3.3.2 Anlage mit Saugrohr
He = H – X - HRV
X bedeutet die Höhe des Turbinenraumes, der nicht mit Flüssigkeitssäule ausgefüllt ist. Diese
Höhe wird mit X = 0,2 angenommen.
HRV wird wie bei der Anlage ohne Saugrohr aus
HRV = c x L
ermittelt.
3.4
Kalkulation
Mit den bisher ermittelten Daten Q und He kann nun die Turbinengrösse ausgewählt und die
Turbine gefertigt werden.
Die gewinnbare Leistung PTW lässt sich aus der Tabelle 8 herauslesen
Sinnvoller Weise wird die Turbinenbreite so ausgewählt, dass der Leistungsbedarf abgedeckt
wird. Ist dieser mit der vorhandenen Wassermenge und der ausnutzbaren Zulauflhöhe nicht
realisierbar, ist es zweckmäßig die Turbinengrösse so auszuwählen, dass an etwa 100 Tagen
pro Jahr die Turbine in voller Läuferbreite beaufschlagt wird. Sinkt dann z.B. jahreszeitlich
bedingt die verfügbare Wassermenge, so lässt sich bei einer Turbine mit unterteilter
Wasserzuführung (siehe Kap. 6.2.2) eine geringere mit Wasser beaufschlagte Läuferbreite
einstellen.
Zu der Frage, ob eine Turbinenanlage mit oder ohne Saugrohr gewählt wird siehe Kap. 6.2.3 .
Anhand einer möglichst massstabsgetreuen Skizze von dem Bauplatz können mit Kenntnis der
Bodenbeschaffenheit und der lokalen Besonderheiten die Standorte der Turbinenstation und
des Einlaufbeckens und der Verlauf der Druckleitung festgelegt werden.
Die Druckleitungslänge L (Druckleitungsdurchmesser D siehe Kap. 5), die Anzahl der
erforderlichen Flanschverbindungen, Krümmer und die nötige Anzahl von Druckleitungsstützen
können aus der Skizze ermittelt werden.
Die erforderlichen Erdarbeiten können aus der Skizze abgeschätzt und vor Ort in Angriff
genommen werden.
(Montage der Gesamtanlage siehe Kapitel 9 )
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Abb. 7
Beispiel einer Geländeskizze mit eingezeichnetem Druckleitungsverlauf, Einlaufbecken und
Turbinenstation.
Bemerkung:
Bei Anlage mit Saugrohr könnte die Turbinenstation in Abb. 7 etwas höher
liegen. Damit würde sich der Erdaushub verringern und das Gefälle bis zum
jeweiligen Unterwasserspiegel wäre nutzbar.
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