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Turbinenformen

Für unterschiedliche Leistungsbereiche, Fallhöhen und Drücke kommen verschiedene Turbinen zum Einsatz. An dieser Stelle sollen die drei häufigsten Bauformen kurz vorgestellt werden.

Francis-Turbine

Francis-Turbinen sind am weitesten verbreitet, da sie am universellsten einzusetzen sind. 1849 konstruierte der anglo-amerikanische Ingenieur James B. Francis diesen Turbinentyp, der einen Wirkungsgrad von 90% erreichen kann. Die heutigen Francis-Laufräder erreichen ein Gußgewicht von ca. 150t und Leistungen von über 700MW.


Francis-Turbine im Querschnitt

Das Wasser gelangt durch ein schneckenförmiges Rohr, das Spirale genannt wird, in die Turbine. Um die Turbinenleistung zu regulieren, können die Schaufeln des Leitapparats verstellt werden. Durch ein Saugrohr an der Verlängerung der Turbinenachse wird das abgearbeitete Wasser abgeleitet.

Die Francis-Turbine hat den Vorteil, das sie auch als Pumpe eingesetzt werden kann. Diese Eigenschaft macht man sich in Pumpspeicherkraftwerken zu nutzen, wo man eine Francis-Turbine und den Generator zur sogenannten Pumpturbine zusammengeschlossen hat, die sowohl pumpen als auch Strom erzeugen kann.

Kaplan-Turbine



Rohrturbine
 

Die Kaplan-Turbine wurde Anfang der 20er Jahre vom österreichischen Ingenieur Viktor Kaplan aus der Francis-Turbine heraus entwickelt. Sie ist ideal für geringe Wasserdrücke bei großen Durchflußmengen. Das Laufrad gleicht hier einer Schiffsschraube deren Schaufeln verstellbar sind. Es wird von Wasser umströmt und treibt einen Generator an. Das Leitwerk sorgt dafür, dass das Wasser parallel zur Welle auf die Schaufeln trifft. Die Kaplan-Turbine wird meistens vertikal eingebaut, so dass das Wasser von oben nach unten durchströmt. Sie erreicht einen Wirkungsgrad von 80-95%.

Aus der Kaplan-Turbine wurde die Rohrturbine entwickelt, die horizontal eingebaut werden kann und somit platzsparender unterzubringen ist. Der Generator befindet sich in einem wasserdichten Gehäuse, am verlängerten Ende der Turbinenwelle.

Pelton-Turbine



Peltonturbine
 

Im Jahr 1880 konstruierte der amerikanische Ingenieur Lester Pelton eine Freistrahlturbine, die später als Pelton-Turbine bekannt wurde. Seine "Wasserrad", das ausschließlich nach dem Aktionsprinzip arbeitet, also nur die Lageenergie des Wassers ausnutzt, erinnert stark an das Stoßrad.

Jedes der bis zu 40 Schaufelblätter teilt sich in zwei Halbschaufeln, sogenannte Becher, in deren Mitte ein Wasserstrahl aus einer oder mehreren Düsen tangential auftrifft. Bei einer Fallhöhe von 1000 Metern schießt der Strahl mit einer Geschwindkeit von fast 500km/h auf die Schaufeln. Die Pelton-Turbine ist typisch für Kraftwerke im Hochgebirge.

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