Turbinenarten
Um den unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden gibt es unterschiedliche Turbinentypen die wir im Folgenden näher bringen möchten.
Francis-Turbine
Wasser fließt durch ein schneckenförmiges Rohr, das man Spirale nennt, in die Turbine. Die Schaufeln des Leitapparates sind verstellbar um die Turbinenleistung zu regulieren. Durch ein als Diffusor wirkendes Saugrohr an der Verlängerung der Turbinenachse wird das Wasser nach Durchströmen des Laufrades abgeleitet.
Die Francis-Turbine ist auch als Pumpe einsetzbar, was einen großen Vorteil darstellt. Diese Eigenschaft macht man sich in Pumpspeicherkraftwerken zu nutzen, wo man eine Francis-Turbine und den Generator zur Pumpturbine zusammengeschlossen hat, die sowohl pumpen als auch Strom erzeugen kann.
Francis-Turbinen sind die am meisten eingesetzten Turbinen, da sie am universellsten einsetzbar sind. Der anglo-amerikanische Ingenieur James B. Francis konstruierte 1849 diesen Turbinentyp, der einen Wirkungsgrad von bis zu 90% aufweist. Die heutigen Francis-Laufräder erreichen ein Gußgewicht von ca. 150t und Leistungen von über 700MW.
Kaplan-Turbine
Das Laufrad erscheint bei der Kaplan-Turbine wie ein Schiffspropeller, bloß dass dessen Flügel verstellbar sind. Turbinen ohne diese Flügelverstellung werden als Propellerturbinen bezeichnet. Allerdings sollte für den Einsatz einer Propellerturbine eine relativ konstante Wassermenge zur Verfügung stehen, da der Wirkungsgrad im Teillastbereich schnell abfällt. Das Wasser wird durch eine Spirale in Drall versetzt und das Leitwerk, auch als Leitschaufeln bezeichnet, sorgt dafür, dass das Wasser parallel zur Welle auf die Schaufeln trifft und dabei die Energie überträgt. Der Wasserdruck nimmt vom Eintritt in das Laufrad bis zum Austritt stetig ab. Die Kaplan-Turbine ist daher eine Uberdruckturbine. Durch das Saugrohr verlässt das Wasser die Turbine.
Der Einbau erfolgt meistens vertikal, so dass das Wasser von oben nach unten durchströmt. Sie erreicht einen Wirkungsgrad von 80-95 %. Durch die verstellbaren Leit- und Laufradschaufeln kann die Kaplanturbine reguliert werden. Dadurch kann sie besser auf die jeweilige Wassermenge und Fallhöhe eingestellt werden. Sie ist bestens geeignet für den Einsatz bei niedrigen bis niedrigsten Fallhöhen und großen Durchflussmengen. Die Kaplanturbine ist damit prädestiniert für große Flusskraftwerke an ruhig fließenden Großgewässern.
Pelton-Turbine
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 Geschwindigkeit von fast 500km/h auf die Schaufeln. Die Pelton-Turbine ist typisch für Kraftwerke im Hochgebirge.
