Wasserturbinen

Francis - Turbine

Das Wasser wird durch ein schneckenförmiges Rohr (Spirale) in einen Drall versetzt und auf Schaufeln des Laufrads gelenkt.
Mit Hilfe der Leitschaufeln wird die Drehzahl und damit die Leistung der Turbine bei Lastwechseln des angeschlossenen Generators und bei wechselnden Wasserständen konstant gehalten. Die Francis-Turbine ist eine Überdruckturbine, am Laufradeintritt ist der Druck höher als am Laufradaustritt.

Funktionsweise einer Francis-Turbine

 
Ein Regler erfasst die Drehzahl und kann die Leitschaufeln öffnen oder schließen. Die meisten Turbinen arbeiten nach diesem Prinzip. Sie haben Leistungen von 10 kW bis über 700 MW.
 
Wasserkraftwerk bei Schöngeising von 1892 mit drei Francisturbinen aus den Jahren 1911/22/27
Der Rekord für die Fallhöhe von Francisturbinen liegt bei 695 m, und zwar beim Pumpspeicherkraftwerk Häusling im Zillertal, es handelt sich um 2 Einheiten von je 180 MW.
 

Kaplan - Turbine

Die Kaplanturbine wird vor allem in Flüssen mit großen Wassermengen und geringem Gefälle, also mit geringer Fallhöhe, eingesetzt. In Laufwasserkraftwerken mit Fallhöhen von bis zu 65 m wird sie vertikal eingebaut. Sie erreicht einen Wirkungsgrad von 80 bis 95%. Das heißt, nur 10 bis 15% der eingesetzten Energie gehen durch Reibung, Strömungswiderstände und Turbulenzen verloren. Bei geringeren Fallhöhen wird die Turbine auch mit horizontaler Welle eingebaut. Turbine und Generator befinden sich vollständig unter Wasser. Diese Bauweise nennt man Rohrturbine.
 

Funktionsweise einer Kaplan-Turbine


Das Laufrad ähnelt einem Schiffspropeller. Das Wasser strömt durch die verstellbaren Schaufeln und treibt die Turbine an. Jalousieartige Lamellen bilden den Leitapparat der Turbine. Er lenkt das einströmende Wasser so, dass es in einem optimalen Winkel auf die Schaufeln des Laufrads trifft. Die Schaufeln von Leitapparat und Lauf rad sind verstellbar und werden den Schwankungen der Wasserführung und des Gefälles angepasst. Eine einfachere Form dieses Turbinentyps stellt die Propellerturbine dar. Ihre Laufradschaufeln sind nicht verstellbar. Sie wird nur bei gering schwankenden Zuflüssen und Fallhöhen eingesetzt.