- Spiralturbine
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Eine Spiralturbine von Voith, 1930
Montage von Riesen-Spiralturbinen von Voith für eine Leistung von 3677 kW, welche für das Kraftwerk Nore in Norwegen bestimmt waren, November 1928Die Spiralturbine ist bei großen Fallhöhen gewählte Bauform der Wasserzuleitung für Wasserkraftanlagen. Die Energiewandlung kann durch eine Francisturbine, eine Kaplanturbine oder in selteneren Fällen durch deren Sonderform, eine Propellerturbine, erfolgen.
Für Wasserkraftanlagen mit Fallhöhen bis etwa 600 m und geringen Schwankungen in der Wassermenge ist die 1849 von Francis und Howd entwickelte Francisturbine am besten geeignet. Sie wird für Fallhöhen bis etwa 15 m als Schachtturbine, für größere Fallhöhen als Spiralturbine ausgeführt. Bei der Spiralturbine strömt das Wasser zunächst in ein Spiralgehäuse in Guss- oder Schweißausführung, bei der Schachtturbine in einen Schacht in Betonausführung. Im Inneren des Spiralgehäuses oder des Schachtes befindet sich ein feststehendes Leitrad, ausgeführt als runder Kranz mit vielen schräg gestellten drehbaren Schaufeln. Das Leitrad gibt dem allseitig zuströmenden Wasser eine bestimmte Richtung zum Laufrad und wandelt durch Querschnittsverengung potentielle Energie in kinetische um. Das Laufrad befindet sich innerhalb des Leitrades und besitzt viele räumlich gekrümmte Schaufeln. Infolge dieser Krümmung wird das radial eintretende Wasser stetig bis zum axialen Austritt umgelenkt, drückt auf die Schaufeln und versetzt das Laufrad in Umdrehung. Nach dem Austritt aus dem Laufrad gelangt das Wasser in ein konisch erweitertes Saugrohr, in dem die noch vorhandene kinetische Energie zur Verbesserung des Wirkungsgrades in potentielle Energie rückgewandelt wird, und von dort aus in den Unterwassergraben. Neue Maschinen besitzen drehbare Laufschaufeln, die mittels einer Regeleinrichtung in Abhängigkeit von der Stellung der Schaufeln des Leitrades so eingestellt werden, dass jeweils die bestmögliche Energieumsetzung erfolgt. Diese Maschinen lassen sich als Pumpen oder Turbinen umkehrbar verwenden. Der beste Wirkungsgrad von Francisturbinen beträgt ebenfalls oft über 90 Prozent, die maximalen Leistungen liegen bei über 500 MW.
Die ab 1912 von Viktor Kaplan entwickelte Kaplanturbine wird vorzugsweise für Wasserkraftanlagen mit Fallhöhen bis zu etwa 80 m und größeren Schwankungen in der Wassermenge eingesetzt. Sie zeichnet sich durch nahezu gleichmäßig hohen Wirkungsgrad bis herunter zu ¼ Last, hohe Schnellläufigkeit und Überlastbarkeit durch Überöffnung aus. Die Kaplanturbine kann ebenfalls als Schachtturbine oder Spiralturbine gebaut sein, wobei allerdings der Schacht auch annähernd spiralförmig ausgebildet ist. Bei der herkömmlichen Bauart wird das Wasser dem Laufrad ebenfalls über ein Leitrad radial zugeführt. Nach dem Leitrad durchfließt es einen schaufellosen Ringraum, in dem es stetig in axiale Richtung umgelenkt und dem Laufrad zugeführt wird. Dieses besitzt vier bis elf flügelähnliche, verstellbare Schaufeln. Das Wasser drückt auf die Schaufeln und versetzt dadurch das Laufrad in Umdrehung. Der Austritt erfolgt im Auslegungspunkt ebenfalls axial in ein sich stetig erweiterndes Saugrohr, das meist als Saugkrümmer ausgebildet ist und in dem die noch vorhandene kinetische Energie zur Verbesserung des Wirkungsgrades in potentielle Energie rückgewandelt wird. Vom Saugrohr aus wird das Wasser dem Unterwassergraben zugeleitet. Neuerdings werden Kaplanturbinen häufig als Rohrturbinen gebaut, wobei das Wasser dem Leit- und dem Laufrad axial zuströmt. Der Wirkungsgrad von Kaplanturbinen beträgt meist über 90 %, die größte Einzelleistung 126 MW.
Zu den Kaplanturbinen im weiteren Sinne gehört die Propellerturbine, die nur selten verwendet wird. Sie besitzt ebenfalls flügelähnliche Laufradschaufeln, die aber fest eingebaut sind. Die Laufräder der Wasserturbinen sind fest auf die Turbinenwellen aufgesetzt, die meist direkt oder über Getriebe mit den anzutreibenden Maschinen (Generator o. ä.) gekuppelt sind. Zur Einstellung der jeweils gewünschten Leistung werden meist automatische Regler verwendet, mit deren Hilfe die Wassermengen verändert werden können.
Quelle
Siehe auch
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