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Wasser-Turbinen:#

(Dies ist ein Auszug aus dem Artikel von W. Gobiet über Energie aus Wasserkraft )

Eine Wasser-Turbine wandelt kinetische/potentielle Energie des Wassers in Rotationsenergie um. 1827 entwickelte der französische Ingenieur Benoit Fourneyron die erste funktionsfähige Wasser-Turbine. Er führte das Wasser von oben auf ein propellerartiges Rad, welches beim Durchfließen in Drehung versetzt wird. Anfänglich wurde eine Leistung von sechs PS erreicht, welche sich bis zu 60 PS mit einem Wirkungsgrad bis zu 80 % steigerte (Abb. 1).

Abb. 1: Benoit Fourmeyron Turbine
Abb. 1: Benoit Fourmeyron Turbine
Foto: Meyer´s Konversationslexikon (1888) Aus: Wikicommons, unter PD

Francis-Turbine: #

Der amerikanische Ingenieur James B. Francis entwickelte 1849 die nach ihm benannte Francis-Turbine. Das Oberwasser wird über ein schneckenförmiges Rohr nach innen auf ein Schaufelrad geleitet und tritt im Zentrum wieder aus. Mit Lamellen wird der Zufluss zum Laufrad gesteuert. Der Wirkungsgrad einer neueren Francis-Turbine beträgt bis zu 90 %. Der Einsatzbereich liegt bei mittleren Fallhöhen (20 bis 200 m Fallhöhe) und mittlerem Durchfluss (3 bis 100 m3/s und mehr). Die Francis-Turbine wird heute am häufigsten eingesetzt und kann auch als Pumpe bei Pumpspeicherwerken zur hydraulischen Energiespeicherung eingesetzt werden (Abb. 2, D [1]).

Abb. 2: Einbau des Laufrads einer großen Francis-Turbine
Abb. 2: Einbau des Laufrads einer großen Francis-Turbine
Foto: U.S. Bureau of Reclamation. Aus: Wikicommons, unter PD

Pelton-Turbine:#

1879 erfand der amerikanische Ingenieur Lester Pelton die Pelton-Turbine, die mit einem oder mehreren Wasserstrahlen angetrieben wird. Diese Turbine ist für geringe Wassermengen (bis 10 m3/s und mehr), hohe Fallhöhe (100 bis 1200 m) und besonders für Speicherkraftwerke zur Spitzenstromerzeugung geeignet. Das Laufrad besteht aus bis zu 40 Halbschaufeln (Bechern) und wird von bis zu sechs Düsen mit einem scharfen Wasserstrahlen bis zu 200 bar Druck angetrieben, wobei die Geschwindigkeit des Wasserstahls bis zu 500 km/h und das Laufrad bis zu 3.000 Umdrehungen pro Minute erreichen kann. Die potenzielle Energie des Wassers wird in kinetische Energie umgewandelt. Wenn die Geschwindigkeit des Bechers halb so groß ist wie die des Wasserstahls, dann liegt der Wirkungsgrad zwischen 85 und 90 % (Abb. 3 u. 4, D [2]).
Abb. 3: Zwei Laufräder einer Pelton-Turbine werden eingebaut, rechts davon ist der Generator situiert
Abb. 3: Zwei Laufräder einer Pelton-Turbine werden eingebaut, rechts davon ist der Generator situiert
Foto: Voith Siemens Hydro Power. Aus: Wikicommons, unter CC BY-SA 3.0
Abb. 4: 6-strahlige Pelton-Turbine
Abb. 4: 6-strahlige Pelton-Turbine
Foto: Voith Siemens Hydro Power Generation. Aus: Wikicommons, unter CC BY-SA 3.0

Kaplan-Turbine:#

Der Österreicher Viktor Kaplan meldete 1913, die von ihm entwickelte Turbine als Patent an („Schaufelregelung für schnelllaufende Kreiselmaschinen mit Leitvorrichtung“). Die Turbine ist für geringe Fallhöhen von 1 m bis 40 m und große Wassermengen (bis 100 m3/s und mehr) geeignet. Der Wirkungsgrad liegt je nach Bauart zwischen 80 und 95 Prozent. Die Kaplan-Turbine zeichnet sich durch die verstellbaren Leitschaufeln und Laufradschaufeln aus. Mit dieser Regulierung kann die Turbine auf die jeweilige Wassermenge und Fallhöhe angepasst und somit ein höherer Wirkungsgrad erzielt werden. Eine Kaplan-Turbine kann je nach baulichen Gegebenheiten vertikal, horizontal als Rohrturbine oder schräg bei Flusskraftwerken (Laufkraftwerken) eingebaut werden (Abb. 5). Eine Rohrturbine wird bei einer geringen Fallhöhe horizontal eingebaut, wobei der Generator eingekapselt ist (Abb. 6, D [3]).
Abb. 5: Senkrecht eingebaute Kaplanturbine
Abb. 5: Senkrecht eingebaute Kaplanturbine.
Foto: Voith Hydro Power Generation. Aus: Wikicommons, unter CC BY-SA 3.0
Abb. 6: Kaplan-Rohrturbine als Modell für das Kraftwerk Ybbs-Persenbeug
Abb. 6: Kaplan-Rohrturbine als Modell für das Kraftwerk Ybbs-Persenbeug: 1 Laufradflügel, 2 Leitschaufel, 3 Leitradregulierung, 4 Stützschaufel, 5 Turbinenwelle, 6 Generator, 7 Einstiegsschacht
Foto: Karl Gruber (retouch Jahobr). Aus: Wikicommons, unter CC BY-SA 4.0

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